摘要
從(cong) MOPA激光技術的角度出發,光至科技董事長黃誌華博士闡述MOPA脈衝(chong) 光纖激光器多脈寬、高頻率、高光束質量和高峰值的特點。結合鋰電行業(ye) 的生產(chan) 需求,通過多種工藝驗證助力電池提質提效。
TWh時代進程中,電池企業(ye) 對單產(chan) 線產(chan) 能、良率、產(chan) 品品質要求日益提升,對鋰電裝備及關(guan) 鍵部件提出新的挑戰。
激光器作為(wei) 鋰電裝備的核心配件,激光器企業(ye) 亦在不斷鍛造自身競爭(zheng) 力,以層層迭代的激光產(chan) 品與(yu) 自動化技術為(wei) 鋰電智造提供創新支持,賦能鋰電高品質電芯質造。
6月14-17日,第十五屆高工鋰電產(chan) 業(ye) 峰會(hui) 在常州茅山國際會(hui) 議舉(ju) 行。大會(hui) 主題為(wei) “協同上下遊 共築新生態”,超1300名鋰電行業(ye) 人士齊聚一堂共同探討新形勢下鋰電產(chan) 業(ye) 發展趨勢。
6月16日,光至科技董事長黃誌華博士發表“MOPA光纖激光器在鋰電行業(ye) 中的應用”的主題演講。
激光加工憑借無耗材、無汙染、無接觸應力、加工質量及精度高,易實現設備自動化等優(you) 勢,已經在動力電池前段製片、中段焊接以及後段模組pack封裝等核心工序環節迎來規模應用,涉及工藝環節包括切割、焊接、清洗及打碼等。
黃誌華博士介紹,MOPA激光器采用主振蕩器加功率放大器構造。相較於(yu) 傳(chuan) 統激光器,其參數調節維度更高,範圍更廣,且針對不同材料的不同應用場景,MOPA適應性更強且工藝窗口區間更大。
目前,MOPA激光器在電芯製造過程中的應用已涵蓋前段製片、中段焊接以及後段模組pack封裝等核心工序環節,主要涉及切割、焊接、清潔及打碼等,未來對於(yu) 電池回收拆解也將發揮重要作用。圍繞MOPA激光器在鋰電的應用,黃誌華博士分享了光至科技在該領域的前置工藝探索應用。
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、塗覆層多區域,因此不同區域需使用不同激光參數。目前,大功率MOPA激光器在高速極耳切割領域應用最為(wei) 廣泛,且交付規模較大。
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(wei) 鋁箔熔點非常低,但塗布層的熔點又較高,切割過程非常容易形成毛刺。
光至科技在工藝驗證中發現,影響鋁箔切割效率及效果的主要因素是激光功率,但功率過高脈衝(chong) 能量過大會(hui) 導致平麵、端麵毛刺超標。這類材料采用低能量、高頻率(類似連續模式)進行切割,可以實現較好的工藝效果。其250W/500W均有低至10ns短脈寬、高峰值、頻率高達4000kHz的特點,非常適應正極材料切割。
負極切割:光至科技MOPA脈衝(chong) 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,且無平麵毛刺和端麵毛刺產(chan) 生
極片高速清洗:主要難點在於(yu) 正極片清洗;光至科技探索250W不同塗層厚度的清洗效率效果發現,塗層厚度55um時去除效率最高;光斑重合度約為(wei) 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(wei) 防止火花飛濺或幅麵大的電池采用大場鏡,對光束質量、激光器穩定性、產(chan) 生的節拍,響應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(chan) 品質量,降低人力成本, 對比500W 單模和多模激光器測試發現,500W多模去除幹淨,且基材基本無損傷(shang) ,而單模會(hui) 較大程度損傷(shang) 基材。
極片激光製孔:光至科技已配套工藝驗證做了定製機開發,單脈衝(chong) 能量提高2mJ的大功率脈衝(chong) 激光器,實現較好的打孔效果。
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白底無損的黑碼,對比度高、易識別,大大簡化產(chan) 線上視覺識別的錯誤率。
在激光焊接領域,黃誌華博士表示,MOPA激光器憑借脈寬選擇範圍大、重複頻率範圍大、脈衝(chong) 與(yu) 連續模式可以任意切換、光束質量好的特點,易實現多種材料組合焊接,熱輸入少、背痕小、焊接強度高,在動力電池焊接領域同樣有不錯的效果。
如以往低功率MOPA僅(jin) 適用於(yu) 焊0.2mm厚度的薄片,光至科技將功率提升至500W甚至1000W後,可焊接的材料厚度大大擴展,實現單工站同時兼容多種材料焊接工藝,減少客戶產(chan) 線布局的複雜性和投產(chan) 成本。
電池回收:模組回收,電芯分離時,現有的連續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(shang) 甚至擊穿,易引起電解液爆炸。MOPA激光器可以有效的控製輸入熱量並通過單層多次氣化材料,實現電池安全拆解,光至500W MOPA具有極高的拆解效率。
在黃誌華博士看來,MOPA激光器技術將在功率提升、智能操控、多元參數、廣泛應用等維度迭代及發展。
作為(wei) 激光器領域的後起之秀,光至科技成立於(yu) 2018年5月,是一家以“服務精密製造的先進光源供應商”為(wei) 定位的高科技激光器研發生產(chan) 企業(ye) ,專(zhuan) 業(ye) 從(cong) 事高功率納秒脈衝(chong) 以及超快脈衝(chong) 光纖激光器的研發和生產(chan) ,並提供激光器相關(guan) 的定製產(chan) 品開發服務。
目前,光至科技可提供20W-500W全係列可調納秒脈衝(chong) MOPA激光器,通過配套國內(nei) 多家主流激光裝備製造商,在新能源領域已經深度參與(yu) 極片高速製片、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製程的定製化服務等。
接下來,光至科技將持續加強產(chan) 品研發,與(yu) 設備製造商和電池製造商深度合作,持續提升產(chan) 品性能和推出新產(chan) 品,滿足動力電池企業(ye) 提質降本的訴求。
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