激光切割技术在锂电池制造中的应用

▲激光技术应用（焊接）
 

在当代科幻类影视剧里，高科技设备

发射高能激光束，轻而易举地

切割开了厚厚的金属墙。

电影里情节设计的依据正是“激光切割”技术。

▲激光技术应用（打标）
 

什么是激光切割？

激光切割

利用经聚焦的 高功率密度激光束

照射工件， 使被照射的材料

迅速 加热熔化、 汽化、烧蚀或分解

借助于 外加的高速气流

或者物质快速蒸发产生的反力

去 除熔融物质

并通过 光束与工件的相对

形成切缝的一种材料切割技术

▲ 激光技术应用（切割）
 

激光切割的主要优点

• 刀具零磨损非接触式切割；

• 加工速度快最快可以实现几百米每分钟的切割速度；

• 切割质量好切缝较窄且粗糙度较小；

• 适应材料种类广陶瓷、高分子、半导体等材料均可切割；

• 柔性化程度高通过简单设置即可完成不同的切割任务。

由于激光切割的上述优点，并且随着激光器性能的不断提高和价格的逐步下降，激光切割在新能源锂电、汽车制造、精密电子、医疗设备、安防等领域正获得越来越广泛的应用。

激光切割技术在锂电池制造中的应用

锂电池主要由正极、负极、隔膜、电解质和电池外壳几个部分组成。激光切割技术在锂电池制造中的应用主要包括正负极的激光极耳切割成型、激光极片切割、激光极片分条，以及隔膜的激光切割，其中，激光极耳成型是目前激光切割在锂电池制造领域最主要的应用。

▲ 激光切割技术在锂电池极耳成型中的应用
 

       极耳是锂电池内部将正负极集引出来的金属导电体。极耳成型是在正负极集流体上切出导电体的工艺，是动力电池和部分消费电子电池制造过程的关键工艺之一，一般作为卷绕或者叠片的前工序。传统上，极耳成型主要使用机械模切工艺。机械模切工艺有模具损耗快、换模时间长、灵活性差和生产效率低等局限性，已经越来越不能满足锂电池制造的发展要求。由于激光切割技术的诸多优点，随着高功率、高光束质量纳秒激光器、单模连续光纤技术的成熟，激光极耳切割逐渐成为极耳成型技术的主流。

▲ 激光分条
 

▲ 极耳成型
 

       激光极耳成型技术的关键点
 

       激光极耳成型一般采用卷对卷连续切割，其主要工艺流程为放卷→张力控制→纠偏控制→激光切割→二次除尘→质量→收卷。其中影响极耳成型质量和效率的主要因素有放卷速度、张力和纠偏控制精度、切割工位设计、切割控制系统及切割工艺参数。

       放卷速度、张力和纠偏系统 要求能实现稳定的放卷速度、张力及极片宽度方向位置控制，精确稳定的放卷速度、张力和纠偏控制是实现高质量高速度极耳成型的基础； 切割工位设计要求能对切割区域附近的极片和废料边提供良好的支撑和控制，避免切割位置极片抖动导致离焦，并对切割产生的废料和粉尘进行及时有效的收集去除； 切割控制系统需要根据极片走带长度和速度精确控制振镜扫描轨迹以确保正确的极耳形状尺寸，并能实时同步控制激光功率频率等工艺参数以保证切割质量； 切割工艺参数要求根据极片材料、极耳规格和切割速度选择合适的激光光学系统、激光参数及扫描轨迹。

       切割工位设计、切割控制系统、切割工艺参数三者之间紧密联系相互影响，需要通过综合优化来对控制毛刺、粉尘和热影响区等加工缺陷，并实现系统最大效能。
 

       激光极耳成型机设备特点

▲ 利元亨研发的激光极耳成型机
 

• 综合优化切割工位设计/控制系统和工艺参数；

• 编码器计数驱动的定轨迹切割,极耳尺寸精度高；

• 切割参数可分多段灵活设置,毛刺和热影响区小；

• 激光参数对走带速度的随动控制,优化切割质量；

• 生产速度可达90-120m/min；

• 两/四套激光系统,双/四边极耳切割成型；

• 支持各种形状尺寸的极耳切割,实现一键换型。
 

       激光极耳成型的发展趋势
 

       随着客户对锂电池质量和制造效率要求的不断提高，以及自动化、智能化制造技术的不断进步，锂电池制造装备越来越呈现出工艺集成化的发展趋势，之前由几台不同功能设备完成的工艺被整合到一台设备来完成。

       利元亨激光极耳成型机可以与分条、卷绕及叠片整合到一起分别形成切分一体机、切卷一体机、切叠一体机。并且极耳成型机也由单工位、双工位向更多工位发展。