近年來，新能源電池性能的快速提升推動(dòng)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(duì)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(chǎng)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(duì)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(duì)比

針對(duì)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(hào)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(duì)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(gè)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(jì)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(shí)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(shí)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(duì)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(gè)數(shù)，測(cè)量出其對(duì)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(jì)算原理，我們采用該方法對(duì)陽極銅箔和陰極鋁箔進(jìn)行了多脈沖的損傷閾值測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在低于該值的情況下并不會(huì)對(duì)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(cè)試

清洗窗口測(cè)試

基于以上損傷閾值的測(cè)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(shí)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(huì)對(duì)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(duì)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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