近年來，新能源電池性能的快速提升推動了新能源行業(yè)的高速發(fā)展。新能源電池應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展對電池性能又不斷提出了更高、更新、更嚴(yán)苛的要求，電池研發(fā)生產(chǎn)必須不斷的改進(jìn)以適應(yīng)新的市場環(huán)境。

新能源電池極片清洗就是為了適應(yīng)新的應(yīng)用要求而催生的一道新制程。采用激光的方式去除電池極片表面涂層形成極耳，相比于已有的激光極耳切割方式，可以大大提高電池的空間利用率，使其具有更高的能量密度；而另一方面，采用激光清洗涂層的方式在其前道工序上可采用連續(xù)均勻涂布方式進(jìn)行涂布，相比于間隙涂布方式對面密度的控制不穩(wěn)定，此方式可提高極片的均勻性和設(shè)備的穩(wěn)定性，更進(jìn)一步提高電池的充放電性能。

圖1 兩種工藝對比

針對新能源領(lǐng)域的新制程，光至科技以工藝驗(yàn)證為導(dǎo)向，激光器研發(fā)為突破，創(chuàng)新性的推出新型號激光器YFPN-250-GM，以滿足當(dāng)前極片清洗嚴(yán)苛的工藝需求。

圖2 YFPN-250-GM激光器及參數(shù)表

眾所周知，談到激光清洗就無法避開材料的清洗閾值和損傷閾值，我們對極片涂層清洗用的工藝參數(shù)剛好需介于材料的清洗閾值與損傷閾值之間。損傷閾值是一個與激光器本身和材料有關(guān)的固有參數(shù)，一般都是通過實(shí)驗(yàn)的方式獲得。

損傷閾值計算原理

如圖3，為高斯光束的光強(qiáng)分布圖，其能量密度與截面半徑之間的關(guān)系是：

其中圖片為到光束中心的距離；圖片為激光束的能量密度；圖片為光束束腰半徑。

因此，激光的單脈沖能量可表示為：

圖3 （a）高斯光束的光強(qiáng)分布圖; 

(b)高斯光束束腰半徑

即中心能量密度與脈沖能量的關(guān)系為：

而激光單脈沖能量與平均功率圖片和頻率圖片之間的關(guān)系為：

可得，

設(shè)圖片為直徑為D的區(qū)域內(nèi)材料損傷時外輪廓的能量密度，則圖片就是該激光能夠進(jìn)行材料損傷的邊界能量，即材料的損傷閾值。

則：;

即：;

整理得到：

其中上式為一條關(guān)于圖片的直線，其斜率為圖片。

因此根據(jù)材料損傷閾值的定義，激光損傷直徑為零時的能量密度值為激光與材料作用的單脈沖損傷閾值。通過實(shí)驗(yàn)獲得材料的單脈沖損傷直徑與激光功率的對應(yīng)數(shù)據(jù)，通過線性擬合就可以推算出材料的單脈沖損傷閾值。

但是在實(shí)際的激光清洗過程中，我們更多采用的是光斑搭接多脈沖的形式進(jìn)行表面去除。即還需設(shè)置不同的功率能量密度和脈沖個數(shù)，測量出其對材料損傷的孔徑，通過線性擬合得出多脈沖數(shù)下材料損傷閾值。

基于材料的損傷閾值計算原理，我們采用該方法對陽極銅箔和陰極鋁箔進(jìn)行了多脈沖的損傷閾值測試，發(fā)現(xiàn)在低于該值的情況下并不會對箔材造成損傷，滿足新能源鋰電池的使用需求。

圖4 多脈沖損傷閾值測試

清洗窗口測試

基于以上損傷閾值的測試，表面涂層去除采用兩層清洗的方式，其中以第二層參數(shù)低于損傷閾值為宜。其中還應(yīng)注意的是，在參數(shù)設(shè)置時要保證激光橫向的光斑間距（v/f）與縱向的間距（即填充）保持一致，避免在清洗過程中產(chǎn)生明顯的激光作用條紋。

為此，我們以光斑單脈沖能量和光束重疊率為因子，進(jìn)行多水平參數(shù)的設(shè)置。尋求合適的工藝參數(shù)窗口區(qū)間，保證清洗過后既無涂層的殘留，也不會對箔材造成損傷。

表1 陽極涂層清洗窗口區(qū)間

圖5 陽極涂層激光清洗

表2 陰極涂層清洗窗口區(qū)間

圖6 陰極涂層激光清洗

需要注意的是，以上參數(shù)及工藝窗口區(qū)間僅對試驗(yàn)材料滿足要求。熱烈歡迎有需求的各合作伙伴與我司聯(lián)系，可安排工藝實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行寄料打樣，或者直接攜料前往就近辦事處進(jìn)行打樣并指導(dǎo)工作。

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