超快光纖激光器切割鋰離子電池極片工藝研究
目前工業(yè)市場(chǎng)廣泛采用的鋰離子電池極片的正極為鋁箔，負(fù)極為銅箔。正極的鋁箔厚度大多在20μm左右，負(fù)極的銅箔厚度在12μm左右，鋁箔和銅箔兩面各有100μm左右的涂覆層。鋰離子電池極片的傳統(tǒng)加工方式是使用模切機(jī)、分條機(jī)等常規(guī)加工設(shè)備，這種傳統(tǒng)的加工方式在加工過(guò)程中對(duì)設(shè)備會(huì)有磨損，需要定期更換刀模，加工成本較高，同時(shí)，電池極片會(huì)出現(xiàn)卷邊、切割面不平滑，有毛刺等產(chǎn)品缺陷?，F(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了納秒光纖激光器的極片切割機(jī)，解決了上述產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，由于激光加工是非接觸加工，大大降低的設(shè)備耗材的成本，提高了加工效率。正在逐步被電池生產(chǎn)廠商認(rèn)同。但由于極片是復(fù)合材料制成，通常我們稱其為“三文治”材料，納秒激光切割屬熱加工，用納秒極片激光切割機(jī)切割的極片會(huì)出現(xiàn)涂覆層收縮的現(xiàn)象，切割部分中間的電極層會(huì)有裸露現(xiàn)象。隨著動(dòng)力電池容量越來(lái)越大，對(duì)電池極片要求也越來(lái)越高，這樣的產(chǎn)品缺陷會(huì)給產(chǎn)品帶來(lái)安全隱患，應(yīng)客戶要求，我們做了如下比對(duì)試驗(yàn)：
加工工藝要求：
1、按照客戶要求的圖形進(jìn)行完整切割。
2、要求切割邊緣無(wú)毛刺、掉粉等問(wèn)題（毛刺與粉塵容易刺穿隔膜，或者在充、放電時(shí)擊穿隔膜，造成電池內(nèi)部短路、發(fā)熱產(chǎn)生高溫甚至爆炸等問(wèn)題）。
3、切割邊緣沒(méi)有漏出電池極片的夾層金屬，漏出金屬會(huì)對(duì)電池造成短路。
4、要求提供一個(gè)最大的切割效率，客戶需要估算產(chǎn)能（150mm/s）。
測(cè)試平臺(tái)工藝輸入條件
1、激光器：PSHE300-015A激光器
20W納秒激光器
2、加工速度：150mm/s
納秒光纖激光器與皮秒光纖激光器的加工對(duì)比試驗(yàn)
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1.1納秒切割極片樣件
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1.2皮秒切割極片樣件
在相同的加工參數(shù)下納秒激光器與皮秒激光器加工同樣的極片，從以上的對(duì)比圖片中，我們可以明顯的看出，納秒激光器加工的邊緣掉粉且漏出夾層金屬容易造成電池短路，且切割邊緣焦黑嚴(yán)重，極片斷面會(huì)產(chǎn)生一定的毛刺以及飛濺現(xiàn)象。而皮秒激光器加工的極片沒(méi)有掉粉沒(méi)有漏出夾層的金屬，且邊緣干凈、平滑無(wú)毛刺，這是皮秒激光器與納秒激光器在加工極片這種材料上的不同，也是皮秒激光器能解決而納秒激光器無(wú)法解決的一個(gè)加工案例。通過(guò)以上工藝試驗(yàn)對(duì)比可得出對(duì)于電池極片類似軟體材料納秒光纖激光器的加工熱影響更大，激光光束在加工過(guò)程中容易對(duì)加工區(qū)域以及臨近區(qū)域造成較大的破壞，而皮秒光纖激光器在加工過(guò)程中對(duì)臨近區(qū)域造成的破壞較小；皮秒光纖激光器在鋰離子電池極片加工中取代傳統(tǒng)加工方式和納秒激光器加工具備一定的可行性。且通過(guò)實(shí)際工業(yè)用戶產(chǎn)線的客戶反饋來(lái)看，此工藝研究的效果及效率都是值得肯定和推廣的。同時(shí)，由于百皮秒光纖激光器成本相對(duì)較低，售價(jià)也低，替代納秒光纖激光器不會(huì)大幅度增加設(shè)備成本。徹底解決了極片切割質(zhì)量問(wèn)題，比較容易被最終客戶接受。因此，此實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有工業(yè)實(shí)用性。
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