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超快光纤激光器切割锂离子电池极片工艺研究

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锂电池分为液态锂离子电池(LIB)和聚合锂离子电池(PLB)二类。从结构上讲,锂离子电池由锂离子电芯、电解液、保护电路(PCM)及外壳部分组成。 锂电池分为液态锂离子电池(LI

  锂电池分为液态锂离子电池(LIB)和聚合锂离子电池(PLB)二类。从结构上讲,锂离子电池由锂离子电芯、电解液、保护电路(PCM)及外壳部分组成。

  锂电池分为液态锂离子电池(LIB)和聚合锂离子电池(PLB)二类。从结构上讲,锂离子电池由锂离子电芯、电解液、保护电路(PCM)及外壳部分组成。电芯则由正极、负极以及隔膜组成。正极的组成部分为正极材料(如磷酸铁锂)+导电剂+粘合剂(PVDF)+集流体(铝箔),负极的组成部分为石墨+导电剂+增稠剂(CMC)+粘结剂(SBR)+集流体(铜箔)。正极和负极在业界内一般称为电池极片,为了提高电池极片表面材料的密度及厚度的一致性,正负极片在涂布工序之后须进行轧制工艺而成。

  目前工业市场广泛采用的锂离子电池极片的正极为铝箔,负极为铜箔。正极的铝箔厚度大多在20m左右,负极的铜箔厚度在12m左右,铝箔和铜箔两面各有100m左右的涂覆层。锂离子电池极片的传统加工方式是使用模切机、分条机等常规加工设备,这种传统的加工方式在加工过程中对设备会有磨损,需要定期更换刀模,加工成本较高,同时,电池极片会出现卷边、切割面不平滑,有毛刺等产品缺陷。现在市场上出现了纳秒光纤激光器的极片切割机,解决了上述产品质量问题,由于激光加工是非接触加工,大大降低的设备耗材的成本,提高了加工效率。正在逐步被电池生产厂商认同。但由于极片是复合材料制成,通常我们称其为“三文治”材料,纳秒激光切割属热加工,用纳秒极片激光切割机切割的极片会出现涂覆层收缩的现象,切割部分中间的电极层会有裸露现象。随着动力电池容量越来越大,对电池极片要求也越来越高,这样的产品缺陷会给产品带来安全隐患,应客户要求,我们做了如下比对试验:

  

  2、要求切割边缘无毛刺、掉粉等问题(毛刺与粉尘容易刺穿隔膜,或者在充、放电时击穿隔膜,造成电池内部短路、发热产生高温甚至爆炸等问题)。

  在相同的加工参数下纳秒激光器与皮秒激光器加工同样的极片,从以上的对比图片中,我们可以明显的看出,纳秒激光器加工的边缘掉粉且漏出夹层金属容易造成电池短路,且切割边缘焦黑严重,极片断面会产生一定的毛刺以及飞溅现象。而皮秒激光器加工的极片没有掉粉没有漏出夹层的金属,且边缘干净、平滑无毛刺,这是皮秒激光器与纳秒激光器在加工极片这种材料上的不同,也是皮秒激光器能解决而纳秒激光器无法解决的一个加工案例。通过以上工艺试验对比可得出对于电池极片类似软体材料纳秒光纤激光器的加工热影响更大,激光光束在加工过程中容易对加工区域以及临近区域造成较大的破坏,而皮秒光纤激光器在加工过程中对临近区域造成的破坏较小;皮秒光纤激光器在锂离子电池极片加工中取代传统加工方式和纳秒激光器加工具备一定的可行性。且通过实际工业用户产线的客户反馈来看,此工艺研究的效果及效率都是值得肯定和推广的。同时,由于百皮秒光纤激光器成本相对较低,售价也低,替代纳秒光纤激光器不会大幅度增加设备成本。彻底解决了极片切割质量问题,比较容易被最终客户接受。因此,此实验结果具有工业实用性。

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