新能源車加速發展，鋰電池成為核心關鍵
新能源汽車的概念反復席卷資本市場，吸引了消費者的廣泛關注，不停吸納各行業巨頭的目光。隨著“碳達峰、碳中和”等概念的推出，新能源車已不僅是一種新概念交通工具，更是實現“綠水青山”的重要方式，在未來，新能源汽車還將有巨大的市場潛力有待挖掘。據國務院辦公廳2020年11月2日發布的《新能源汽車產業發展規劃（2021－2035年）》預計，到2025年國內新能源汽車新車銷售量將達到汽車新車銷售總量的20％左右，而當前這一數據約為4％～5％之間，側面反映出未來市場至少還有三倍的成長空間。
新能源車包括混合動力電動汽車（HEV）以及燃料電池電動汽車（FCEV）等技術路線。不過當下，新能源車一般僅指純電動車路線，即我們熟悉的特斯拉以及一眾造車新勢力。而純電動車的核心部件則是：鋰電池。
*圖片來源：站酷海洛
作為一種新型的清潔能源，鋰電池不僅可以為新能源汽車提供動力，還可以為電動列車、電動自行車、高爾夫球車等各類產品提供動力。鋰電池的生產制造是由一個個工藝步驟嚴密聯絡起來的，其生產過程大致包括極片制造、電芯制作以及電池組裝三部分。因此，鋰電池質量直接決定新能源車輛的性能，從而對其制造技術和裝備提出嚴格的要求。以激光焊接和切割為代表的激光技術作為先進的“光”制造工具，展現出高效精密、靈活、可靠穩定、焊材損耗小、自動化和安全程度高等特點，被廣泛應用于動力鋰電池的制程中。
1.激光切割
鋰電池加工對精確性、可控性和加工機器的質量要求比較高，在激光技術出現前，鋰電池產業通常使用傳統機械進行加工和切割，但傳統模切刀設備在使用過程中，會不可避免地出現磨損，粉塵掉落并產生毛刺，可能進而引起電池過熱、短路、甚至爆炸等各類危險問題。
為了避免危險，使用激光進行切割更適合。與傳統的機械切割相比，激光切割擁有無工具磨損、切割形狀靈活、邊緣質量控制、精確性更高和運營成本較低等優勢，有利于降低制造成本、提高生產效率、大幅縮短新產品模切周期。鋰電池作為新能源汽車的核心零部件，直接決定整車性能。隨著新能源汽車市場的逐步爆發，激光切割未來將有很大的市場潛力。
鋰電池的生產步驟是典型的“roll-to-roll”過程，需經歷從薄膜到單個電池以及單個電池組裝成電池系統的加工過程。典型的鋰電池有三層薄膜——陽極膜、隔離膜和陰極膜，如下圖所示。
電極鍍層厚度通常為100 μm，而隔離膜為50 μm。陽極膜是鍍石墨的銅膜，陰極膜是鍍鋰金屬氧化物的鋁膜，隔離膜則由聚丙烯和聚乙烯構成。鋰電池生產過程：
由于對精確性、可控性和加工機器的質量要求較高，金屬箔分切（foil slitting），金屬箔切割（foil cutting）和隔離膜切割（separator foil cutting）等需要運用到切割工藝的環節更適合使用激光進行加工。
金屬箔分切（foil slitting）
金屬箔分切環節是指根據電池的設計，將一卷金屬箔沿長邊切成細長條。適用于該環節的是紅外脈沖激光，可以高速高質量地分切電極鍍層。如果對分切寬度和質量有更精密的要求，也可以考慮脈沖綠光和紫外光。
金屬箔切割（foil cutting）
金屬箔切割環節是指參照電池的設計，將細長條狀的陽極膜和陰極膜切割成需要的形狀。根據電池設計不同以及金屬箔卷是否完整鍍膜，可以選擇或調整光束使之切割鍍層或僅切割金屬箔。該環節適用的激光器與鋁箔分切環節相同。
隔離膜切割（separator foil cutting）
與鋁箔切割類似，覆蓋膜也要參照電池設計切割成需要的形狀。因為隔離膜由有機化合物構成，脈沖紫外激光是最合適的選擇。
2.激光焊接
一個鋰電池的生產有十幾個步驟，而激光焊接機的作用是為客戶提供整套鋰電池生產裝備，確保電池在運行過程中的續航里程和安全性。相比傳統的氬弧焊、電阻焊等方式，超聲波焊接激光焊接具有顯著優勢：一是熱影響區小，二是非接觸加工，三是加工效率高。從激光焊接來看，鋰電池主要的焊接材料包括鋁合金和銅合金。電池外殼形狀主要分為方形和圓柱。目前，方形電池在國內的普及率比較高。焊接方式主要包括拼接焊和疊焊。在新能源鋰電領域，激光焊接技術已經大規模用于極耳、電芯殼體、密封釘、軟連接、防爆閥、電池模組等焊接。
激光焊接能量集中，焊接效率高、加工精度高，焊縫深寬比大。激光束易于聚焦、對準及受光學儀器所導引，可放置在離工件適當之距離，在工件周圍的夾具或障礙間再導引。工作過程中激光束的熱輸入量小，熱影響區小，工件殘余應力和變形小，可達到精確焊接。由于動力電池的電芯遵循著“輕便”的原則，所以其材料一般為鋁合金且要薄，所以一般殼、蓋、底基本都要求達到1.0 mm 以下。主流廠家目前基本材料厚度均在0.8 mm 左右，為將這些薄片焊接在一起，使用激光進行焊接是非常有必要的。
3.激光清洗
鋰電池的生產制造包括極片制造、電芯制作以及電池組裝三部分。在3個制程中增加激光清洗可以極大提高電池制造工藝水平。
極片涂覆前激光清洗
鋰電池的正負極片是在金屬薄帶上涂覆鋰電池正負極材料而成，金屬薄帶在涂覆電極材料時，需要對金屬薄帶進行清洗，金屬薄帶一般為鋁薄或銅薄，原來的濕式乙醇清洗，容易對鋰電池其他部件造成損傷。激光干式清洗機能夠有效解決以上問題。
電池焊接前激光清洗
采用脈沖激光直接輻射去污，使其表面溫度升高而發生熱膨脹，熱膨脹使污染物或者基底振動，從而使污染物克服表面吸附力脫離基底表面從而達到去除物體表面污漬的目的。這種方式可以有效地去除電芯極柱端面的污物、粉塵等，為電池焊接提前做準備，以減少焊接的不良品。
電池組裝過程中激光清洗
為了防止鋰電池發生安全事故，一般需要對鋰電池電芯進行外貼膠處理，以起到絕緣的作用，防止短路的發生以及保護線路、防止刮傷。對絕緣板、端板進行激光清洗，清潔電芯表面臟污，粗化電芯表面，提高貼膠或涂膠的附著力，且清洗后不會產生有害污染物，屬于環保的綠色清洗方法，這在全球高度關注環保的情況下越發顯出它的重要性。
標簽清洗（tab cleaning）
特定情況下，需要移除石墨和鋰金屬氧化物以顯露出裸銅或鋁箔標簽。該步驟的關鍵在于移除鍍膜材料的同時不損害其下方的金屬箔。適合該環節的技術為脈沖紅外激光。
4.激光打標
激光打標速度快、生產效率高、呈現效果好，因此也被逐漸應用于鋰電池的生產及加工中，且設備使用壽命長、操作簡便、沒有耗材，能夠有效節省成本與人工費。在鋰電池的加工過程中，可以使用激光在其表面打上編碼、字符、生產日期、防偽碼等信息，不僅不會傷害到鋰電池，更能提升電池整體的美觀度。激光打標的特色是非接觸性，能夠在任何規則或者不規則物體外表進行打印并標記，工件在被打標之后，不會產生內應力和形變，既保證了工件的原有精度，同時不會對其表層造成腐蝕、磨損、毒害及污染，大大提升了加工效率。
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