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锂电池制造“利器”—— 激光切割极耳!


随着新能源行业的蓬勃发展,锂电池的需求量急剧增加。调研数据显示,2018年中国锂电池总出货量102GWh,同比增长27%。其中动力锂电池出货量为65GWh,同比增长46%。占锂电池总出货量的63.7%,较2017年上升8.3个百分点。

 

出货量统计.png

锂电池汽车.jpg

 

  

面对新能源时代下动力锂电池商业化的发展需求,各大企业厂商都迫切想要找到一个能从根本上“提质降本”的解决方案,以突破现有制造加工技术下的应用局限。其中,在动力锂电池的极耳加工环节中,传统的五金模切技术存在的瓶颈就已日益凸显,包括加工效率低、应用灵活性差等问题,已无法适应智能制造的发展要求,取而代之的激光极耳切割技术则成为了降低动力锂电池极耳片生产成本,提升产品稳定性的新路径。

制作工序图.png 

 

极耳片切割方式优劣对比

 

动力锂电池极耳片切割方式对比

切割方式

优势

劣势

激光切割

 

·切割效率高

·维护成本低,无耗材

·切割形状、尺寸、间距灵活变换

·针对不同极耳材料、厚度,灵活调节激光参数适配

·一台设备兼容多种极耳片

 

·一次性投入成本高

传统模切

 

·一次性投入成本低

 

·刀具损耗,需定期更换

·模具更换时间长

·切割形状比较限制,调节麻烦

·切割极耳材料比较限制

 

 

激光切割极耳效果

 

激光在锂电池极片上切割出正负极耳朵时,切割效果会直接影响锂电池的安全性。切割毛刺、热影响区和漏金属区过大,都可能影响锂电池的性能。针对不同的电极片材质,需要调节不同的激光切割工艺参数适配。


动力锂电池极耳片切割材质

动力锂电池极片

材质

切割效果评判参数

正极

铝箔,(三元材料、磷酸铁锂、锰酸锂)

热影响区、毛刺

负极

铜箔,石墨

 

负极切割效果.jpg

正极切割效果.jpg


 从切割效果可见:激光切割极耳的垂直毛刺小于10um,水平毛刺小于15um,热影响区小于15um。这些工艺瑕疵得到严格的控制,极大降低了锂电池的安全隐患。

 

 

极耳切割所用激光器选择


动力锂电池极耳片切割激光器选型

激光器类型

参数要求

MOPA脉冲光纤激光器

光束质量好

脉冲宽度30-200ns可调

重复频率高

功率高(100-500W)

单模小芯径连续光纤激光器

光束质量好

光纤芯径小,聚焦能量密度大

功率高(500-1000W)

 

对于光纤激光器而言,其中一个重要参数就是光束质量M2。光束质量直接决定了一台光纤激光器所能调出的最佳效果。因此,改善光束质量是极耳切割光纤激光器的重要课题。

 

目前普遍用于极耳切割的脉冲光纤激光器为100W左右,创鑫激光针对锂电行业极耳切割工艺设计了一款MOPA光纤激光器MFPT-200M,具有切割效率高,兼容更多极耳材质和厚度切割的优点。

200M.jpg 

创鑫激光MFPT-200M光纤激光器

 

MFPT-200M参数

No.

参数

数值

1

光束质量

1.6

2

平均光功率(Pnom)

 

200W

3

最大单脉冲能量

0.9mJ

4

脉冲宽度调节范围

20-350ns

5

脉冲重复频率

1-2000KHz

6

输出光束直径

6-9mm

 

采用单模连续光纤激光器切割极耳,毛刺和热影响区更小。创鑫激光MFSC-1000W采用细光纤芯径输出,光束质量好,聚焦能量密度高,具有切割极耳材料更厚,切割速度更快等优点。

1000w.jpg 

创鑫激光MFSC-1000W连续光纤激光器


MFSC-1000W参数

No.

参数

数值

1

光束质量

1.1

2

平均光功率(Pnom)

 

1000W

3

QBH输出芯径

16μm

4

光斑模式

单模

5

中心波长

1080nm

6

光纤铠缆长度

15mm