摘要
從MOPA激光技術(shù)的角度出發(fā),光至科技董事長黃志華博士闡述MOPA脈沖光纖激光器多脈寬、高頻率、高光束質(zhì)量和高峰值的特點。結(jié)合鋰電行業(yè)的生產(chǎn)需求,通過多種工藝驗證助力電池提質(zhì)提效。
TWh時代進程中,電池企業(yè)對單產(chǎn)線產(chǎn)能、良率、產(chǎn)品品質(zhì)要求日益提升,對鋰電裝備及關(guān)鍵部件提出新的挑戰(zhàn)。
激光器作為鋰電裝備的核心配件,激光器企業(yè)亦在不斷鍛造自身競爭力,以層層迭代的激光產(chǎn)品與自動化技術(shù)為鋰電智造提供創(chuàng)新支持,賦能鋰電高品質(zhì)電芯質(zhì)造。
6月14-17日,第十五屆高工鋰電產(chǎn)業(yè)峰會在常州茅山國際會議舉行。大會主題為“協(xié)同上下游 共筑新生態(tài)”,超1300名鋰電行業(yè)人士齊聚一堂共同探討新形勢下鋰電產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢。
6月16日,光至科技董事長黃志華博士發(fā)表“MOPA光纖激光器在鋰電行業(yè)中的應(yīng)用”的主題演講。
激光加工憑借無耗材、無污染、無接觸應(yīng)力、加工質(zhì)量及精度高,易實現(xiàn)設(shè)備自動化等優(yōu)勢,已經(jīng)在動力電池前段制片、中段焊接以及后段模組pack封裝等核心工序環(huán)節(jié)迎來規(guī)模應(yīng)用,涉及工藝環(huán)節(jié)包括切割、焊接、清洗及打碼等。
黃志華博士介紹,MOPA激光器采用主振蕩器加功率放大器構(gòu)造。相較于傳統(tǒng)激光器,其參數(shù)調(diào)節(jié)維度更高,范圍更廣,且針對不同材料的不同應(yīng)用場景,MOPA適應(yīng)性更強且工藝窗口區(qū)間更大。
目前,MOPA激光器在電芯制造過程中的應(yīng)用已涵蓋前段制片、中段焊接以及后段模組pack封裝等核心工序環(huán)節(jié),主要涉及切割、焊接、清潔及打碼等,未來對于電池回收拆解也將發(fā)揮重要作用。圍繞MOPA激光器在鋰電的應(yīng)用,黃志華博士分享了光至科技在該領(lǐng)域的前置工藝探索應(yīng)用。
高速極耳切割:極片材料呈長條狀,切割材料涉及跨越箔材、陶瓷層、涂覆層多區(qū)域,因此不同區(qū)域需使用不同激光參數(shù)。目前,大功率MOPA激光器在高速極耳切割領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛,且交付規(guī)模較大。
正極材料切割:正極材料是目前比較難做的一類切割材料,因為鋁箔熔點非常低,但涂布層的熔點又較高,切割過程非常容易形成毛刺。
光至科技在工藝驗證中發(fā)現(xiàn),影響鋁箔切割效率及效果的主要因素是激光功率,但功率過高脈沖能量過大會導(dǎo)致平面、端面毛刺超標。這類材料采用低能量、高頻率(類似連續(xù)模式)進行切割,可以實現(xiàn)較好的工藝效果。其250W/500W均有低至10ns短脈寬、高峰值、頻率高達4000kHz的特點,非常適應(yīng)正極材料切割。
負極切割:光至科技MOPA脈沖激光器脈寬可低至10ns,300W/500W中心頻率的提升可有效提高切割速度,且無平面毛刺和端面毛刺產(chǎn)生
極片高速清洗:主要難點在于正極片清洗;光至科技探索250W不同涂層厚度的清洗效率效果發(fā)現(xiàn),涂層厚度55um時去除效率最高;光斑重合度約為50%時去除效率最高。
注液孔和極柱清洗:除去電解液且對深度有一定要求,為防止火花飛濺或幅面大的電池采用大場鏡,對光束質(zhì)量、激光器穩(wěn)定性、產(chǎn)生的節(jié)拍,響應(yīng)時間等提出更高的要求。
藍膜清洗:采用激光清洗藍膜的方式,可大幅提升清洗效率及產(chǎn)品質(zhì)量,降低人力成本, 對比500W 單模和多模激光器測試發(fā)現(xiàn),500W多模去除干凈,且基材基本無損傷,而單模會較大程度損傷基材。
極片激光制孔:光至科技已配套工藝驗證做了定制機開發(fā),單脈沖能量提高2mJ的大功率脈沖激光器,實現(xiàn)較好的打孔效果。
激光刻碼:光至科技新型MOPA皮秒激光器可以在純鋁殼上實現(xiàn)白底無損的黑碼,對比度高、易識別,大大簡化產(chǎn)線上視覺識別的錯誤率。
在激光焊接領(lǐng)域,黃志華博士表示,MOPA激光器憑借脈寬選擇范圍大、重復(fù)頻率范圍大、脈沖與連續(xù)模式可以任意切換、光束質(zhì)量好的特點,易實現(xiàn)多種材料組合焊接,熱輸入少、背痕小、焊接強度高,在動力電池焊接領(lǐng)域同樣有不錯的效果。
如以往低功率MOPA僅適用于焊0.2mm厚度的薄片,光至科技將功率提升至500W甚至1000W后,可焊接的材料厚度大大擴展,實現(xiàn)單工站同時兼容多種材料焊接工藝,減少客戶產(chǎn)線布局的復(fù)雜性和投產(chǎn)成本。
電池回收:模組回收,電芯分離時,現(xiàn)有的連續(xù)激光器在切割匯流排或者電池殼時,熱輸入大不可避免造成下層材料損傷甚至擊穿,易引起電解液爆炸。MOPA激光器可以有效的控制輸入熱量并通過單層多次氣化材料,實現(xiàn)電池安全拆解,光至500W MOPA具有極高的拆解效率。
在黃志華博士看來,MOPA激光器技術(shù)將在功率提升、智能操控、多元參數(shù)、廣泛應(yīng)用等維度迭代及發(fā)展。
作為激光器領(lǐng)域的后起之秀,光至科技成立于2018年5月,是一家以“服務(wù)精密制造的先進光源供應(yīng)商”為定位的高科技激光器研發(fā)生產(chǎn)企業(yè),專業(yè)從事高功率納秒脈沖以及超快脈沖光纖激光器的研發(fā)和生產(chǎn),并提供激光器相關(guān)的定制產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)。
目前,光至科技可提供20W-500W全系列可調(diào)納秒脈沖MOPA激光器,通過配套國內(nèi)多家主流激光裝備制造商,在新能源領(lǐng)域已經(jīng)深度參與極片高速制片、極耳切割,極片清洗、注液孔清洗、可擦拭黑碼刻蝕及其它新工藝制程的定制化服務(wù)等。
接下來,光至科技將持續(xù)加強產(chǎn)品研發(fā),與設(shè)備制造商和電池制造商深度合作,持續(xù)提升產(chǎn)品性能和推出新產(chǎn)品,滿足動力電池企業(yè)提質(zhì)降本的訴求。
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