Comment les bandes PSA optimisent la production de batteries

Parrainé par Avery Dennison Performance Tapes.

Les bandes adhésives peuvent simplifier des processus complexes, faciliter l’assemblage robotisé, réduire les déchets et bien plus encore.

Par Max VanRaaphorst

Mondialement, plus de 60 millions de véhicules électriques sont déjà en circulation. Ce chiffre semblait peut-être inimaginable il y a seulement quelques années. Il montre bien que les constructeurs de véhicules électriques ont dépassé le stade où il suffisait de prouver la faisabilité, et doivent désormais démontrer leur capacité de production à grande échelle tout en maximisant la qualité, la sécurité et les profits.

Il en va de même pour les batteries des véhicules électriques et de la mobilité électrique. Alors que la technologie continue d’évoluer, le chemin vers la commercialisation passe désormais par la fabrication. Ceux qui réussiront seront ceux qui pourront optimiser leurs processus de production, automatiser efficacement et produire en haute qualité à bas coût.

Ce parcours peut sembler intimidant. Mais il existe des stratégies permettant d’obtenir une meilleure qualité et un rendement plus élevé. L’une de ces stratégies concerne le choix des matériaux, en particulier celui des bandes adhésives sensibles à la pression (PSA).

Qu’offrent les bandes PSA pour la conception des batteries ?

Les bandes PSA représentent une technologie mature, sophistiquée et diversifiée utilisée dans de nombreux secteurs, y compris l’automobile et les transports. Selon leur configuration, une bande peut contenir un ou deux adhésifs qui se fixent sur un substrat sous l’effet d’une légère pression, une couche de surface qui assure la stabilité dimensionnelle et d’autres propriétés, ainsi qu’une couche de protection qui protège l’adhésif jusqu’à son application.

Ces bandes polyvalentes peuvent facilement s’adapter à des espaces restreints tout en contribuant à réduire la masse globale d’un emballage. Elles permettent une application propre et reproductible, et sont généralement compatibles avec les processus de production automatisés.

D’un point de vue industriel, ces avantages peuvent faire des bandes PSA une alternative améliorée aux adhésifs liquides, qui nécessitent un temps de durcissement et présentent des variations dans leur application ; ainsi qu’aux fixations mécaniques, qui augmentent le nombre de pièces et leur masse.

Les bandes PSA peuvent également être personnalisées pour offrir des propriétés allant au-delà d’une simple soudure. Quelques exemples : des supports en film isolant électriquement peuvent améliorer la protection diélectrique d’un système.

Les bandes combinées à des matériaux barrières contre les flammes, tels que la mica, peuvent renforcer la protection thermique. Les bandes laminées sur des supports en mousse épaisse peuvent assurer une absorption des chocs pour les composants fragiles.

Les bandes PSA comme solution de conception pour la fabriquabilité

Il est important de noter que les bandes PSA peuvent être personnalisées non seulement en fonction de l’usage final, mais aussi pour répondre à des défis spécifiques liés au processus de fabrication lui-même. C’est là l’essence de la DFM.

En réalité, la fabrication de batteries est extrêmement complexe à plusieurs niveaux. La production des cellules, des modules et des packs implique différents substrats, des tolérances strictes ainsi que des assemblages en couches, sans oublier les exigences liées à la gestion électrique et thermique. Les étapes de production gaspilleuses et les dommages causés aux composants fragiles des batteries constituent des problèmes majeurs, qui peuvent survenir fréquemment chez les fabricants utilisant des méthodes traditionnelles d’assemblage.

Comment les bandes PSA résolvent ces problèmes et optimisent la production de batteries

C’est là que interviennent les bandes PSA. Voici quelques-unes des manières dont cette solution DFM peut aider à optimiser la production de batteries.

Les bandes PSA réduisent le nombre d’étapes de traitement, les coûts et la complexité des lignes de production

L’utilisation des bandes PSA élimine certaines étapes chronophages et laborieuses liées aux méthodes traditionnelles de collage et de fixation. Comme mentionné précédemment, ces bandes n’ont pas besoin de temps de durcissement. Une fois collées, les pièces peuvent être immédiatement transférées à l’étape suivante du processus de production. Cela permet d’économiser du temps et de se passer d’équipements tels que des fours de durcissement, ce qui aide à gérer les investissements initiaux.

Avery Dennison Volt ToughTM Stretch de nouvelle génération en est un exemple parmi les meilleurs de ces avantages.

Le produit est une solution d’isolation diélectrique à base de ruban PSA conçue pour adhérer aux pièces métalliques plates. Ces pièces peuvent ensuite être coupées et embouties pour prendre les formes nécessaires à la conception de la composante batterie. La « tensionnable » intégrée au ruban empêche la barrière diélectrique de se déchirer ou de se fissurer au cours de ces processus.

Les méthodes diélectriques traditionnelles, telles que la pulvérisation, peuvent ajouter de la complexité et des coûts au processus de production, que celui-ci soit réalisé en interne ou externalisé. En tant que ruban PSA de nouvelle génération, Volt Tough Stretch peut être appliqué plus facilement en ligne, manuellement ou par robotisation, ce qui favorise la simplicité et l’économie de coûts.

Les rubans PSA facilitent l’automatisation et l’application par robot

En utilisant des constructions de rubans adaptées à leur application et aux méthodes d’automatisation, les fabricants d’électromobilité peuvent concevoir des processus automatisés efficaces et performants. Les rubans PSA prennent en charge plusieurs stratégies d’automatisation, notamment le prélèvement et le placement de pièces découpées, l’enlèvement et l’application d’un revêtement en une seule passe, ainsi que la laminage de grandes surfaces pour des composants tels que les plaques de refroidissement.

Puisque la fixation par le ruban PSA a lieu immédiatement au contact d’un substrat, il est moins probable que les composants bougent lors de leur transfert entre postes. Cela est particulièrement important pour les assemblages de batteries en couches, où un mauvais alignement peut entraîner des problèmes de distance électrique, des interfaces thermiques inégales et des défaillances ultérieures dans l’assemblage.

La stabilité dimensionnelle est un autre avantage des bandes PSA appliquées par robot. Les supports en film tels que le PET résistent au déchirement lors du manutentionnement et de l’installation par robot, ce qui améliore la précision de positionnement à des vitesses d’application élevées. Lorsque les assemblages exigent une conformité aux bords ou sur des surfaces inégales, des supports en tissu non tissé ou en mousse peuvent être utilisés pour concilier flexibilité et compatibilité avec l’automatisation.

Pour les fabricants de batteries axés sur l’échelle de production, les bandes PSA conçues pour une application par robot peuvent aider à stabiliser les lignes de production, améliorer le rendement et augmenter l’efficacité globale des équipements.

Les bandes PSA aident à gérer les taux de déchets et à promouvoir la qualité

De nombreux matériaux utilisés dans les batteries sont délicats et difficiles à manipuler, ce qui les rend particulièrement vulnérables aux dommages lors des assemblages à haute vitesse. Les bandes PSA peuvent être personnalisées afin d’aider les fabricants de batteries à limiter la contribution de ces matériaux aux déchets et aux taux de rebut.

Un défi courant se pose lors du retrait des revêtements. Des matériaux tels que la mica ou le papier céramique peuvent se déchirer, se delaminer ou se fracturer s’ils sont soumis à des contraintes et forces excessives.

Les systèmes de ruban PSA qui associent des revêtements à libération contrôlée à des systèmes adhésifs correctement équilibrés réduisent la contrainte mécanique exercée sur ces matériaux lors du retrait automatisé ou semi-automatisé. Cela permet de diminuer le nombre de pièces endommagées qui parviennent aux étapes suivantes du processus.

Des fabricants tels qu’Avery Dennison peuvent ajuster précisément la force de retrait du revêtement en contrôlant par exemple la formule de libération (faible, moyenne ou élevée) et/ou en appliquant l’adhésif de manière ciblée par zones.

De plus, les bandes adhésives peuvent être conçues pour être compatibles avec des systèmes de vision afin de permettre des contrôles de qualité en ligne. Des revêtements imprimés ou des systèmes adhésifs pigmentés permettent aux équipements automatisés de vérifier la présence et l’emplacement des pièces avant que l’assemblage ne progresse. Identifier les défauts tôt permet de retirer les pièces non conformes avant qu’une valeur n’y soit ajoutée, réduisant ainsi le coût total des déchets.

À grande échelle, de telles améliorations progressives s’additionnent. En réduisant les dommages causés par la manipulation, les décalages et les défauts apparus en fin de processus, les bandes adhésives PSA optimisées pour la fabrication de batteries aident à améliorer le rendement global tout en diminuant les coûts de production.

Conception de solutions DFM basées sur des bandes adhésives PSA pour votre ligne de production

Une première étape logique pour créer des solutions à base de ruban PSA répondant à vos besoins de fabrication consiste à trouver des partenaires capables de vous fournir des compétences et des capacités que vous n’avez pas en interne. Le secteur dispose de divers fabricants de ruban PSA qui peuvent assumer ce rôle.

Quelques questions à prendre en compte lors de l’évaluation des fabricants de ruban :

Le fabricant dispose-t-il d’expérience et de compétences spécifiques dans l’industrie des batteries ?

Le fabricant dispose-t-il des capacités de recherche et développement nécessaires pour créer les solutions dont j’ai besoin ?

Le fabricant a-t-il la volonté commerciale de développer des solutions sur mesure ? (Ce n’est pas le cas pour tous.)

Le fabricant a-t-il accès à un réseau d’entreprises supplémentaires, telles que des transformateurs de ruban et des fabricants de matériaux fonctionnels, qui pourraient être essentiels à mon succès ?

Le fabricant de ruban offre-t-il un soutien continu ?

Idéalement, cette relation commence tôt dans la phase de conception de votre produit. Cela permet au fabricant de ruban d’avoir un maximum d’influence pour développer des solutions adaptées à votre processus de fabrication.

Ma société, Avery Dennison, collabore avec des constructeurs et des fournisseurs afin de personnaliser des solutions à base de ruban PSA pour des conceptions spécifiques de cellules, de modules et d’emballages. Nous proposons une large gamme de solutions à base de ruban PSA pour l’industrie des batteries de mobilité électrique, et notre portefeuille est soutenu par d’importantes capacités de recherche et développement.

Au sujet de l’auteur

Max VanRaaphorst est responsable du marché de l’stockage d’énergie au sein du groupe Avery Dennison Materials Group North America. Fort d’une décennie d’expérience en techniques, ventes et marketing dans le domaine des adhésifs et rubans, Max s’efforce d’aider les constructeurs et fournisseurs à surmonter les défis liés à la conception, à la fabrication et aux performances dans le secteur en pleine évolution de l’stockage d’énergie.

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