根據SNE Research預測,到2023年,全球新能源車的動力電池需求預計將達到406GWh,供應預計為(wei) 335GWh,缺口約為(wei) 18%。預計到2025年,動力電池供應缺口將進一步達到40%左右,新的一輪擴產(chan) 潮即將來臨(lin) !
取代傳(chuan) 統工藝,MOPA激光器成最優(you) 方案
作為(wei) 新能源汽車的動力引擎,鋰電池質量優(you) 劣直接影響到續航裏程、行駛安全等核心指標。由於(yu) 鋰電池的生產(chan) 工序多而複雜,鋰電池產(chan) 品容易在電池材料、電芯及PACK封裝等各個(ge) 環節產(chan) 生劃痕、露箔、氣泡、褶皺、暗斑、亮斑、掉料等各種缺陷,這些缺陷將嚴(yan) 重影響鋰電池產(chan) 品的性能和品質。因此,鋰電池加工過程對生產(chan) 設備的精確性、可控性和質量提出了較高的要求。電極切割為(wei) 鋰離子電池生產(chan) 中的重要步驟之一,傳(chuan) 統方式主要采用模切工藝,一方麵,刀模衝(chong) 壓過程會(hui) 對極片引入機械應力,這將產(chan) 生毛刺、掉粉、露白等一係列問題,導致電池存在過熱、短路、爆炸等安全隱患。另一方麵,傳(chuan) 統工藝刀模易磨損,需定期打磨或更換,影響連續性生產(chan) 。
激光加工方式具有生產(chan) 效率高、工藝穩定性好、加工圖形靈活多樣、易實現設備自動化及免維護等特點,因此,憑借著多重性能優(you) 勢,激光加工技術被廣泛應用在鋰電池的生產(chan) 過程中,目前涵蓋鋰電池生產(chan) 線的前端製片、中段焊接以及後段模組pack 封裝等工序環節,涉及到的激光工藝包括切割、焊接、清洗、打標等。激光工藝為(wei) 鋰電池加工開辟了新的途徑,加速提升了鋰電池的性能和品質,越來越受到下遊廠商的青睞。
目前市場上激光器種類眾(zhong) 多,在鋰電池不同工藝中加工效果不盡相同,需要結合特定工藝選擇最優(you) 的激光器方案。以鋰電池極片切割為(wei) 例,正極材料為(wei) 鋁箔,負極材料為(wei) 銅箔,加工過程中產(chan) 生的毛刺和粉塵將影響電池的自放電和安全性能,加工效率則影響電池製造成本,因此在進行激光器的選擇時需要綜合考慮多種因素。
從(cong) 不同激光器在鋰電池極片切割中的加工效果來看,激光器脈寬是影響切片質量的首要因素,脈寬越窄,重複頻率越高,切割的極片質量越好,具有窄脈寬、高重複頻率的皮秒激光器是切割鋁箔和銅箔最理想的激光器。但是在實際工業(ye) 應用中,皮秒激光技術尚未成熟,其價(jia) 格相對較高,無法應用於(yu) 大規模生產(chan) 過程。355nm和532nm固體(ti) 激光器由於(yu) 光束模式不是很穩定,切割質量無法保障,實際工業(ye) 應用價(jia) 值不大。1064nm的MOPA激光器具有相對“窄”脈寬、高重複頻率特性,可以兼顧切割質量和切割速度,且成本更具競爭(zheng) 力,是鋰電池極片切割的最優(you) 方案。
加速技術創新,攻克鋰電池加工毛刺難題
自2011年以來,我國新能源汽車市場開始呈現快速增長趨勢,帶動了鋰電池需求的進一步增長。但由於(yu) 國內(nei) 在高功率激光器領域的缺失,動力電池核心工藝設備的激光器長期被國外品牌壟斷。
作為(wei) 國內(nei) 商用MOPA脈衝(chong) 光纖激光器的開創者,傑普特自2007年便開始正式立項研發MOPA激光器,經過多年的潛心研發和設計方案的不斷升級,,傑普特在國內(nei) 率先實現了MOPA脈衝(chong) 光纖激光器的批量生產(chan) 和銷售,目前傑普特MOPA激光器銷量全球領先,一舉(ju) 打破了國外廠商的市場壟斷。針對日益增長的鋰電池極片切割應用需求,傑普特根據其在MOPA激光器領域多年的積累經驗,並對鋰電池正負極塗層材料及銅箔、鋁箔的激光加工質量、加工效率做了大量研究,針對性開發出了極片切割專(zhuan) 用MOPA脈衝(chong) 光纖激光器(FC係列,100W-500W)產(chan) 品。
■MOPA激光係列-極片切割專(zhuan) 用光纖激光器
該係列產(chan) 品脈衝(chong) 寬度和頻率獨立可控,具有較高的能量轉換效率以及較高且穩定的光束質量輸出,加工效率更高,能夠匹配高達150米/分鍾的產(chan) 線速度。變頻變功率響應時間快(<10μs),加工效果更優(you) 。
以MOPA-FC-200W脈衝(chong) 光纖激光器為(wei) 例,其在電池極片切割最為(wei) 核心的毛刺控製方麵再次創新,率先實現了正極箔材切割無毛刺,且基本上做到了箔材加工表麵無熱影響區,極大地提高了鋰電池極片切割加工質量,同時極片切割效率獲得了大幅度提升,這為(wei) 客戶帶來了實際效益。
■極片陶瓷層切割樣品
從(cong) 應用市場來看,近幾年間國內(nei) 光纖激光器廠商發展非常迅速,在技術和產(chan) 品方麵都對國外廠商發起了衝(chong) 擊,國產(chan) 替代浪潮正從(cong) 低功率向高功率市場蔓延。在鋰電池加工領域,基於(yu) 進一步降低成本、滿足產(chan) 能快速提升的需求,國產(chan) 激光器產(chan) 品愈發受到青睞。以傑普特為(wei) 代表的國內(nei) 廠商,正在不斷加速國產(chan) MOPA激光器產(chan) 品創新,以滿足下遊客戶差異化需求。
打入龍頭廠商,加速國產(chan) 化替代進程
相對於(yu) 其他應用,鋰電池加工自動化程度更高,對激光器及設備的穩定性及自動化水平要求更加嚴(yan) 苛,這也是國內(nei) 廠商過去無法切入的重要原因。隨著國內(nei) 激光產(chan) 業(ye) 鏈整體(ti) 水平的不斷提升,鋰電池加工正成為(wei) 國內(nei) 激光企業(ye) 爭(zheng) 奪的重要市場。
在激光加工設備方麵,海目星高速激光製片機2017年-2019年的銷售收入分別為(wei) 5280.01萬(wan) 元、6403.99萬(wan) 元、15940.61萬(wan) 元,呈現快速增長趨勢,且在2019年,海目星成功打入特斯拉供應鏈。而對於(yu) 國內(nei) 激光設備龍頭廠商—大族激光而言,動力電池業(ye) 務營收在2017年-2019年也獲得了一定幅度的增長,分別為(wei) 5.47億(yi) 元、6.41億(yi) 元、11.09億(yi) 元。且自2020年以來,大族激光中標寧德時代及其控股子公司累計11.94億(yi) 元。為(wei) 進一步擴充產(chan) 能,大族激光今年投資15億(yi) 元用於(yu) 建設四川省宜賓市大族激光新能源智能裝備生產(chan) 基地項目。
傑普特秉承“激光光源+”產(chan) 業(ye) 定位,在上遊激光光源技術方麵不斷深耕,通過配套主流激光裝備製造商,已經成功進入多家動力電池頭部企業(ye) 供應鏈,並實現了在動力電池製造量產(chan) 產(chan) 線中長時間穩定地應用。此次推出的極片切割專(zhuan) 用MOPA脈衝(chong) 光纖激光器產(chan) 品,在國內(nei) 動力電池龍頭廠商寧德時代進行了實際驗證,其加工效果相比進口激光器更優(you) ,可替代國外同類型產(chan) 品。
除此之外,傑普特產(chan) 品已經覆蓋脈衝(chong) 光纖激光器、連續光纖激光器、固體(ti) 激光器和超快激光器,擁有動力電池製造所需的全係激光器產(chan) 品,可為(wei) 終端客戶提供完整的解決(jue) 方案,從(cong) 核心光源技術環節,加速國產(chan) 化替代!
總結:
隨著傳(chuan) 統汽車廠商的大舉(ju) 跟進,各大動力電池廠商紛紛開始“拚產(chan) 能”,搶奪市場份額,有望帶動激光應用需求的大幅度增長。以傑普特為(wei) 代表的國內(nei) 激光器廠商,期待在國產(chan) 化替代的趨勢下將迎來新一輪黃金期!
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