新能源鋰電/風電

鐳射清洗在動力電池應用市場現狀

鋰電池的生產是“roll-to-roll”過程☁•╃，無論是磷酸鐵鋰電池✘│◕✘、鈉離子電池還是三元電池都需經歷從薄膜到單個電池☁•╃，再到裝成電池系統的加工過程·◕·◕✘。鋰電池的製備工藝大致可分為電極片製作☁•╃，電芯合成☁•╃，化成封裝三段·◕·◕✘。

鋰電池工藝流程

在這三個大的工序中又有數道關鍵工藝☁•╃，會直接影響電池的蓄電能力☁•╃，產品安全和使用壽命·◕·◕✘。因此不同生產工藝產出的電池效能差異很大·◕·◕✘。在這些環節裡☁•╃，鐳射清洗目前可參與十幾項項製備工藝☁•╃，可大幅提升鋰電池的優品率·◕·◕✘。

鐳射清洗在動力電池中應用領域

隨著動力電池需求的持續加大☁•╃，鐳射清洗裝置的需求也必將隨之上漲·◕·◕✘。接下來我們就重點看看其中的幾項應用工藝及比較優勢·◕·◕✘。

一✘│◕✘、極片塗覆前 銅鋁箔片鐳射清洗

鋰電池的正負極片是在鋁箔銅箔上塗覆鋰電池正負極材料而成☁•╃，極片塗布對電池的安全性有重要意義·◕·◕✘。塗布過程如果混入顆粒✘│◕✘、雜物✘│◕✘、粉塵等其他介質會引起電池內部微短路☁•╃，嚴重時導致電池起火爆炸·◕·◕✘。

因此箔片在塗覆前需要進行清洗處理☁•╃，來得到完全潔淨✘│◕✘、和無氧化層的表面·◕·◕✘。

現有的電池極片一般採用超聲波清洗☁•╃，配合乙醇溶液做清洗劑作為塗布前清洗工藝·◕·◕✘。這種方式存在以下缺陷·₪╃：

1.超聲波清洗金屬箔件特別是鋁合金材質的工件時☁•╃，受頻率✘│◕✘、清洗時長和功率的影響☁•╃，超聲波的空化效應容易腐蝕鋁箔☁•╃，產生細密小孔☁•╃，作用時間越長☁•╃，小孔越大·◕·◕✘。

而鋰電池極片所用箔片一般為單零箔☁•╃，厚度為10 μm☁•╃，更容易受因清洗工藝問題而撕裂成孔·◕·◕✘。

2.用乙醇溶液作為清洗劑不僅容易對鋰電池其他部位造成損傷☁•╃，而且還容易出現“氫脆”現象☁•╃，影響鋁箔的力學效能指標·◕·◕✘。

3.清洗效果雖然比傳統溼法化學清洗好☁•╃，但清潔度仍然不如鐳射清洗☁•╃，表面偶爾仍會存在汙染物☁•╃，導致塗層與箔材脫離或產生縮孔·◕·◕✘。

極片分切時☁•╃，塗層與箔材脫離

箔材表面存在汙染物顆粒☁•╃，低表面張力使液膜向顆粒周圍發射狀遷移形成縮孔點狀缺陷

鐳射清洗作為乾式無耗材清洗☁•╃，在對鋁箔表面處理的清潔度和親疏水性等指標上都接近零瑕疵☁•╃，最大程度保證極片上漿塗布的效果·◕·◕✘。

採用鐳射清洗金屬箔不僅能提高畫質洗過程的效率✘│◕✘、節約清洗資源☁•╃，並且能建立清洗過程資料實時監控和清洗結果量化判定☁•╃，能有效提高極片批產生產的一致性·◕·◕✘。

以下是水滴鐳射的測試資料·₪╃：

二✘│◕✘、電芯極耳 焊前鐳射清洗

極耳是從電芯中將正負極引出來的金屬帶☁•╃，是電池進行充放電時的接觸點·◕·◕✘。表面的汙染物如油脂☁•╃，腐蝕抑制劑和加工中的其它化合物☁•╃，會導致焊縫處熔接不良✘│◕✘、裂紋和孔隙等問題·◕·◕✘。

在出廠過程中極耳經常會出現不平整☁•╃，折彎甚至扭曲☁•╃，極耳與電芯焊接強度較弱☁•╃，使焊接時出現虛焊✘│◕✘、假焊✘│◕✘、短接等現象☁•╃，導致焊接接頭的電導率降低☁•╃，最終限制了電池組的整體效能·◕·◕✘。

這個接觸點表面是否乾淨☁•╃，會極大影響電氣連線的可靠性和耐久性·◕·◕✘。

現有的極耳清洗多采用人工清洗☁•╃，溼法化學劑清洗或等離子清洗·₪╃：

人工清洗效率低下☁•╃，成本高；

溼法流水清洗線雖然提高了效率☁•╃，但流水線長度較長☁•╃，佔用工廠面積大☁•╃，且化學劑也容易損傷其他鋰電部位；

等離子清洗雖不需要液體介質☁•╃，但也需要工藝氣體作為耗材☁•╃，且氣體電離會導致電池的正負極易導通☁•╃，應用時往往要多次翻轉電芯將正負極極耳分開清洗☁•╃，實際效率並不高·◕·◕✘。

一條人工極耳生產線

鐳射清洗可以有效地去除電芯極柱端面的汙物✘│◕✘、粉塵等☁•╃，為電池焊接提前做準備·◕·◕✘。

因為鐳射清洗無需固液氣等任何耗材✘│◕✘、結構緊湊☁•╃，佔用空間小✘│◕✘、清洗效果顯著☁•╃，可大幅提高生產節拍☁•╃，降低製造成本；

可在徹底清除有機物和微小顆粒的基礎上粗化焊接表面☁•╃，提高後續鐳射焊接的可靠性·◕·◕✘。是極耳清洗的最佳選擇之一·◕·◕✘。

一種電芯極耳鐳射清洗裝置

水滴鐳射關於清洗前後粗糙度的測試資料

三✘│◕✘、組裝過程中 外貼膠清洗

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☁•╃，防止短路發生以及保護線路✘│◕✘、防止刮傷·◕·◕✘。

當前國內不少電池企業在這一環節仍然是靠人工或自動化程度較低的工藝來完成☁•╃，大多隻是進行簡單的包裹操作☁•╃，效率不高✘│◕✘、成本昂貴·◕·◕✘。並沒有在包膜前對電池殼進行有效全面的清潔☁•╃，更沒有對包膜後的效果進行精確的檢測·◕·◕✘。

未清潔徹底的電芯外包膜進行CCD檢測時☁•╃，外觀會有褶皺✘│◕✘、氣泡✘│◕✘、劃傷等不良情況☁•╃，常可檢出直徑≥0.3mm的氣泡·◕·◕✘。存在漏電和水鏽腐蝕的機率☁•╃，減少電池壽命的同時也存在安全隱患·◕·◕✘。

電芯外包藍膜

鐳射清洗在電芯表面潔淨能力上可達到Sa3級☁•╃，除淨率99.9％以上；並且對電芯表面無應力作用·◕·◕✘。

與其他清潔方式如超聲波清洗或機械打磨相比☁•╃，可最大程度的保證電芯表面硬度等物理化學指標不發生變化☁•╃，延長電池的使用壽命·◕·◕✘。

外貼膠前對電芯進行鐳射清洗☁•╃，清潔電芯表面髒汙☁•╃，粗化電芯表面☁•╃，提高貼膠或塗膠的附著力☁•╃，且清洗後不會產生有害汙染物☁•╃，是優品的保證·◕·◕✘。

鐳射清洗在動力電池應用現狀

除了上述的幾個例子之外☁•╃，鐳射清洗在電池蓋電泳漆去除✘│◕✘、箔片標籤清洗等其他十幾項工藝流程中也具備較大的替代優勢·◕·◕✘。

但與此同時國內的鐳射清洗機也面臨著鐳射器功率太小☁•╃，現有清洗效率跟不上廠家生產節拍的窘境·◕·◕✘。

國內市面上應用於清洗的脈衝鐳射器最高功率依然未達到2000W☁•╃，這就造成了在實際生產過程中鐳射清洗應用困難的現狀·◕·◕✘。

水滴激光復合清洗方案

水滴科技早在2018年就高度關注鐳射清洗在鋰電行業的應用☁•╃，針對現有市面上鐳射清洗機效率不高的窘境也持續不斷地做著技術研發的投入·◕·◕✘。

成功在近兩年推出6000W連續+1000W脈衝的複合鐳射清洗工藝☁•╃，透過工藝的最佳化彌補了功率的不足·◕·◕✘。

該款產品的清洗效率為1000W單脈衝鐳射清洗機的700%☁•╃，是目前市場上鐳射清洗效率最高的產品之一·◕·◕✘。一定程度上可以解決現有清洗效率較低的燃眉之急·◕·◕✘。

水滴鐳射獨家複合清洗機