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锂电池的生产步骤是典型的“roll-to-roll”过程,需经历两道加工步骤——薄膜到单个电池、以及单个电池组装成电池系统。典型的锂电池有三层薄膜——阳极膜、隔离膜和阴极膜,如下图所示。
应用 | 激光加工在锂电池生产中的应用
电极镀层厚度通常为100 μm,而隔离膜为50 μm。阳极膜是镀石墨的铜膜,阴极膜是镀锂金属氧化物的铝膜,隔离膜则由聚丙烯和聚乙烯构成。锂电池生产过程:
应用 | 激光加工在锂电池生产中的应用
由于对精确性、可控性和加工机器的质量要求较高,金属箔分切(foil slitting),金属箔切割(foil cutting),标签清洗(tab cleaning)和隔离膜切割(separator foil cutting)等环节更适合使用激光进行加工。与传统的机械加工相比,激光加工拥有无工具磨损、切割形状灵活、边缘质量控制、精确性更高和运营成本较低等优势。
金属箔分切(foil slitting)
金属箔分切环节是指根据电池的设计,将一卷金属箔沿长边切成细长条。适用于该环节的是红外脉冲激光,可以高速高质量地分切电极镀层。如果对分切宽度和质量有更精密的要求,也可以考虑脉冲绿光和紫外光。
金属箔切割(foil cutting)
金属箔切割环节是指参照电池的设计,将细长条状的阳极膜和阴极膜切割成需要的形状。根据电池设计不同以及金属箔卷是否完整镀膜,可以选择或调整光束使之切割镀层或仅切割金属箔。该环节适用的激光器与铝箔分切环节相同。
标签清洗(tab cleaning)
特定情况下,需要移除石墨和锂金属氧化物以显露出裸铜或铝箔标签。该步骤的关键在于移除镀膜材料的同时不损害其下方的金属箔。脉冲红外激光最适合该环节。
隔离膜切割(separator foil cutting)
与铝箔切割类似,覆盖膜也要参照电池设计切割成需要的形状。因为隔离膜由有机化合物构成,脉冲紫外激光是最合适的选择。
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