前段時間，在本號援引并編輯的“實力出圈！從華為“不造車”背后，解讀激光雷達新實力”一文中，鐳Sir為大家深度介紹了在新能源汽車行業(yè)，激光雷達技術(shù)所能嶄露頭角的領(lǐng)域。與此同時，對于新能源汽車中的核心配件——鋰電池的制造，激光技術(shù)再次被行業(yè)一致認同為優(yōu)化的制造方式，激光技術(shù)在鋰電池的加工中究竟有何優(yōu)勢？本文將為您淺作分析。

新能源車加速發(fā)展?鋰電池成為核心關(guān)鍵

新能源汽車的概念反復(fù)席卷資本市場，吸引了消費者的廣泛關(guān)注，不停吸納各行業(yè)巨頭的目光。隨著“碳達峰、碳中和”等概念的推出，新能源車已不僅是一種新概念交通工具，更是實現(xiàn)“綠水青山”的重要方式，在未來，新能源汽車還將有巨大的市場潛力有待挖掘。據(jù)國務(wù)院辦公廳2020年11月2日發(fā)布的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021－2035年）》預(yù)計，到2025年國內(nèi)新能源汽車新車銷售量將達到汽車新車銷售總量的20％左右，而當前這一數(shù)據(jù)約為4％～5％之間，側(cè)面反映出未來市場至少還有三倍的成長空間。

新能源車包括混合動力電動汽車（HEV）以及燃料電池電動汽車（FCEV）等技術(shù)路線。不過當下，新能源車一般僅指純電動車路線，即我們熟悉的特斯拉以及一眾造車新勢力。而純電動車的核心部件則是：鋰 電 池?。

作為一種新型的清潔能源，鋰電池不僅可以為新能源汽車提供動力，還可以為電動列車、電動自行車、高爾夫球車等各類產(chǎn)品提供動力。鋰電池的生產(chǎn)制造是由一個個工藝步驟嚴密聯(lián)絡(luò)起來的，其生產(chǎn)過程大致包括極片制造、電芯制作以及電池組裝三部分。因此，鋰電池質(zhì)量直接決定新能源車輛的性能，從而對其制造技術(shù)和裝備提出嚴格的要求。以激光焊接和切割為代表的激光技術(shù)作為先進的“光”制造工具，展現(xiàn)出高效精密、靈活、可靠穩(wěn)定、焊材損耗小、自動化和安全程度高等特點，被廣泛應(yīng)用于動力鋰電池的制程中。

激光加工技術(shù)?在新能源鋰電領(lǐng)域中的應(yīng)用

01、激光切割

鋰電池加工對精確性、可控性和加工機器的質(zhì)量要求比較高，在激光技術(shù)出現(xiàn)前，鋰電池產(chǎn)業(yè)通常使用傳統(tǒng)機械進行加工和切割，但傳統(tǒng)模切刀設(shè)備在使用過程中，會不可避免地出現(xiàn)磨損，粉塵掉落并產(chǎn)生毛刺，可能進而引起電池過熱、短路、甚至爆炸等各類危險問題。

為了避免危險，使用激光進行切割更適合。與傳統(tǒng)的機械切割相比，激光切割擁有無工具磨損、切割形狀靈活、邊緣質(zhì)量控制、精確性更高和運營成本較低等優(yōu)勢，有利于降低制造成本、提高生產(chǎn)效率、大幅縮短新產(chǎn)品模切周期。鋰電池作為新能源汽車的核心零部件，直接決定整車性能。隨著新能源汽車市場的逐步爆發(fā)，激光切割未來將有很大的市場潛力。

鋰電池的生產(chǎn)步驟是典型的“roll-to-roll”過程，需經(jīng)歷從薄膜到單個電池以及單個電池組裝成電池系統(tǒng)的加工過程。典型的鋰電池有三層薄膜——陽極膜、隔離膜和陰極膜，如下圖所示。

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電極鍍層厚度通常為100 μm，而隔離膜為50 μm。陽極膜是鍍石墨的銅膜，陰極膜是鍍鋰金屬氧化物的鋁膜，隔離膜則由聚丙烯和聚乙烯構(gòu)成。

鋰電池生產(chǎn)過程

由于對精確性、可控性和加工機器的質(zhì)量要求較高，金屬箔分切（foil slitting），金屬箔切割（foil cutting）和隔離膜切割（separator foil cutting）等需要運用到切割工藝的環(huán)節(jié)更適合使用激光進行加工。

金屬箔分切（foil slitting）

金屬箔分切環(huán)節(jié)是指根據(jù)電池的設(shè)計，將一卷金屬箔沿長邊切成細長條。適用于該環(huán)節(jié)的是紅外脈沖激光，可以高速高質(zhì)量地分切電極鍍層。如果對分切寬度和質(zhì)量有更精密的要求，也可以考慮脈沖綠光和紫外光。

金屬箔切割（foil cutting）

金屬箔切割環(huán)節(jié)是指參照電池的設(shè)計，將細長條狀的陽極膜和陰極膜切割成需要的形狀。根據(jù)電池設(shè)計不同以及金屬箔卷是否完整鍍膜，可以選擇或調(diào)整光束使之切割鍍層或僅切割金屬箔。該環(huán)節(jié)適用的激光器與鋁箔分切環(huán)節(jié)相同。

隔離膜切割（separator foil cutting）

與鋁箔切割類似，覆蓋膜也要參照電池設(shè)計切割成需要的形狀。因為隔離膜由有機化合物構(gòu)成，脈沖紫外激光是最合適的選擇。

02、激光焊接

一個鋰電池的生產(chǎn)有十幾個步驟，而激光焊接機的作用是為客戶提供整套鋰電池生產(chǎn)裝備，確保電池在運行過程中的續(xù)航里程和安全性。相比傳統(tǒng)的氬弧焊、電阻焊等方式，激光焊接具有顯著優(yōu)勢：一是熱影響區(qū)小，二是非接觸加工，三是加工效率高。從激光焊接來看，鋰電池主要的焊接材料包括鋁合金和銅合金。電池外殼形狀主要分為方形和圓柱。目前，方形電池在國內(nèi)的普及率比較高。焊接方式主要包括拼接焊和疊焊。在新能源鋰電領(lǐng)域，激光焊接技術(shù)已經(jīng)大規(guī)模用于極耳、電芯殼體、密封釘、軟連接、防爆閥、電池模組等焊接。

激光焊接能量集中，焊接效率高、加工精度高，焊縫深寬比大。激光束易于聚焦、對準及受光學(xué)儀器所導(dǎo)引，可放置在離工件適當之距離，在工件周圍的夾具或障礙間再導(dǎo)引。工作過程中激光束的熱輸入量小，熱影響區(qū)小，工件殘余應(yīng)力和變形小，可達到精確焊接。由于動力電池的電芯遵循著“輕便”的原則，所以其材料一般為鋁合金且要薄，所以一般殼、蓋、底基本都要求達到1.0 mm?以下。主流廠家目前基本材料厚度均在0.8 mm?左右，為將這些薄片焊接在一起，使用激光進行焊接是非常有必要的。

03、激光清洗

鋰電池的生產(chǎn)制造包括極片制造、電芯制作以及電池組裝三部分。在3個制程中增加激光清洗可以極大提高電池制造工藝水平。

極片涂覆前激光清洗

鋰電池的正負極片是在金屬薄帶上涂覆鋰電池正負極材料而成，金屬薄帶在涂覆電極材料時，需要對金屬薄帶進行清洗，金屬薄帶一般為鋁薄或銅薄，原來的濕式乙醇清洗，容易對鋰電池其他部件造成損傷。激光干式清洗機能夠有效解決以上問題。

電池焊接前激光清洗

采用脈沖激光直接輻射去污，使其表面溫度升高而發(fā)生熱膨脹，熱膨脹使污染物或者基底振動，從而使污染物克服表面吸附力脫離基底表面從而達到去除物體表面污漬的目的。這種方式可以有效地去除電芯極柱端面的污物、粉塵等，為電池焊接提前做準備，以減少焊接的不良品。

電池組裝過程中激光清洗

為了防止鋰電池發(fā)生安全事故，一般需要對鋰電池電芯進行外貼膠處理，以起到絕緣的作用，防止短路的發(fā)生以及保護線路、防止刮傷。對絕緣板、端板進行激光清洗，清潔電芯表面臟污，粗化電芯表面，提高貼膠或涂膠的附著力，且清洗后不會產(chǎn)生有害污染物，屬于環(huán)保的綠色清洗方法，這在全球高度關(guān)注環(huán)保的情況下越發(fā)顯出它的重要性。

標簽清洗（tab cleaning）

特定情況下，需要移除石墨和鋰金屬氧化物以顯露出裸銅或鋁箔標簽。該步驟的關(guān)鍵在于移除鍍膜材料的同時不損害其下方的金屬箔。適合該環(huán)節(jié)的技術(shù)為脈沖紅外激光。

04、激光打標

激光打標速度快、生產(chǎn)效率高、呈現(xiàn)效果好，因此也被逐漸應(yīng)用于鋰電池的生產(chǎn)及加工中，且設(shè)備使用壽命長、操作簡便、沒有耗材，能夠有效節(jié)省成本與人工費。在鋰電池的加工過程中，可以使用激光在其表面打上編碼、字符、生產(chǎn)日期、防偽碼等信息，不僅不會傷害到鋰電池，更能提升電池整體的美觀度。激光打標的特色是非接觸性，能夠在任何規(guī)則或者不規(guī)則物體外表進行打印并標記，工件在被打標之后，不會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和形變，既保證了工件的原有精度，同時不會對其表層造成腐蝕、磨損、毒害及污染，大大提升了加工效率。

華南先進激光及加工應(yīng)用技術(shù)展覽會

開辟激光器專區(qū)

激光搭配鋰電，行業(yè)應(yīng)用成重要展示環(huán)節(jié)

2021華南先進激光及加工應(yīng)用技術(shù)展覽會將于10月28-30日在深圳國際會展中心（寶安新館）舉辦，展會將開辟全新激光器專區(qū)，聯(lián)手激光器知名企業(yè)，展示先進激光器各類應(yīng)用范圍及案例，應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋新能源/鋰電、半導(dǎo)體、消費電子、醫(yī)療等多個行業(yè)，致力于打造激光器展示精細化平臺。展會將攜手中國光學(xué)學(xué)會激光加工專業(yè)委員會，依托華南地區(qū)智能制造優(yōu)質(zhì)資源背景，聚焦新基建，深度剖析先進激光器技術(shù)熱點，大規(guī)模集結(jié)精英激光器企業(yè)，填補華南地區(qū)激光器展示市場空白，直擊用戶技術(shù)難點，引發(fā)激光新場景！

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