激光切割技術在鋰電池制造中的應用

發布時間: 2019/10/04
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神說:『要有光!』

于是,便有了光。

神看光是好的,

就把光暗分開了。

——《圣經》舊約?創世紀  第一章       


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從鉆木取火,到愛迪生發明燈泡

人類追尋光的腳步從未停歇

正是對光有著這般的崇敬

于是有了激光


激光技術/計算機/原子能/半導體

并稱為二十世紀的『四大發明』


激光被稱為

最亮的光

最準的尺

最快的刀


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▲激光技術應用(焊接)


在當代科幻類影視劇里,高科技設備

發射高能激光束,輕而易舉地

切割開了厚厚的金屬墻。

電影里情節設計的依據正是“激光切割”技術。


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▲激光技術應用(打標)


什么是激光切割?


激光切割

利用經聚焦的高功率密度激光束

照射工件,使被照射的材料

迅速加熱熔化、汽化、燒蝕或分解

同時借助于外加的高速氣流

或者物質快速蒸發產生的反沖壓力

除熔融物質

并通過光束與工件的相對運動

形成切縫的一種材料切割技術


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▲激光技術應用(切割)


激光切割的主要優點


刀具零磨損:非接觸式切割

加工速度快:最快可以實現幾百米每分鐘的切割速度;

切割質量好:切縫較窄且粗糙度較小;

適應材料種類廣:陶瓷、高分子、半導體等材料均可切割;

柔性化程度高:通過簡單設置即可完成不同的切割任務。


由于激光切割的上述優點,并且隨著激光器性能的不斷提高和價格的逐步下降,激光切割在新能源鋰電汽車制造、精密電子、醫療設備、安防等領域正獲得越來越廣泛的應用。


激光切割技術在鋰電池制造中的應用


鋰電池主要由正極、負極、隔膜、電解質和電池外殼幾個部分組成。激光切割技術在鋰電池制造中的應用主要包括正負極的激光極耳切割成型、激光極片切割、激光極片分條,以及隔膜的激光切割,其中激光極耳成型是目前激光切割在鋰電池制造領域最主要的應用。


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▲激光切割技術在鋰電池極耳成型中的應用


極耳是鋰電池內部將正負極集流體引出來的金屬導電體。極耳成型是在正負極集流體上切出導電體的工藝,是動力電池和部分消費電子電池制造過程的關鍵工藝之一,一般作為卷繞或者疊片的前工序。傳統上,極耳成型主要使用機械模切工藝。機械模切工藝有模具損耗快、換模時間長、靈活性差和生產效率低等局限性,已經越來越不能滿足鋰電池制造的發展要求。由于激光切割技術的諸多優點,隨著高功率、高光束質量納秒激光器、單模連續光纖技術的成熟,激光極耳切割逐漸成為極耳成型技術的主流。


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▲激光分條

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▲極耳成型


激光極耳成型技術的關鍵點


激光極耳成型一般采用卷對卷連續切割,其主要工藝流程為:放卷→張力控制→糾偏控制→激光切割→二次除塵→質量檢測→收卷。其中影響極耳成型質量和效率的主要因素有:放卷速度、張力和糾偏控制精度、切割工位設計、切割控制系統及切割工藝參數。

放卷速度、張力和糾偏系統要求能實現穩定的放卷速度、張力及極片寬度方向位置控制,精確穩定的放卷速度、張力和糾偏控制是實現高質量高速度極耳成型的基礎;切割工位設計要求能對切割區域附近的極片和廢料邊提供良好的支撐和控制,避免切割位置極片抖動導致離焦,并對切割產生的廢料和粉塵進行及時有效的收集去除;切割控制系統需要根據極片走帶長度和速度精確控制振鏡掃描軌跡以確保正確的極耳形狀尺寸,并能實時同步控制激光功率頻率等工藝參數以保證切割質量;切割工藝參數要求根據極片材料、極耳規格和切割速度選擇合適的激光光學系統、激光參數及掃描軌跡。

 

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切割工位設計、切割控制系統、切割工藝參數三者之間緊密聯系相互影響,需要通過綜合優化來對控制毛刺、粉塵和熱影響區等加工缺陷,并實現系統最大效能。


利元亨激光極耳成型機設備特點

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▲利元亨研發的激光極耳成型機

綜合優化:切割工位設計/控制系統和工藝參數;

? 編碼器計數驅動的定軌跡切割,極耳尺寸精度高;

? 切割參數可分多段靈活設置,毛刺和熱影響區小

激光參數對走帶速度的隨動控制,優化切割質量;

生產速度可達90-120m/min

? 兩/四套激光系統,雙/四邊極耳同時切割成型

? 支持各種形狀尺寸的極耳切割,實現一鍵換型


激光極耳成型的發展趨勢


隨著客戶對鋰電池質量和制造效率要求的不斷提高,以及自動化、智能化制造技術的不斷進步,鋰電池制造裝備越來越呈現出工藝集成化的發展趨勢,之前由幾臺不同功能設備完成的工藝被整合到一臺設備來完成。


利元亨激光極耳成型機可以與分條、卷繞及疊片整合到一起分別形成切分一體機、切卷一體機、切疊一體機。并且極耳成型機也由單工位、雙工位向更多工位發展。

 

 

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