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锂离子动力电池极片的 切割分析

邓永丽,李庆,黄学杰

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邓永丽, 李庆, 黄学杰. 锂离子动力电池极片的 切割分析[J]. , 2018, 11(6): 974-982. doi: 10.3788/CO.20181106.0974
引用本文: 邓永丽, 李庆, 黄学杰. 锂离子动力电池极片的 切割分析[J]. , 2018, 11(6): 974-982.doi:10.3788/CO.20181106.0974
DENG Yong-li, LI Qing, HUANG Xue-jie. Analysis of laser cutting of lithium-ion power battery pole piece[J]. Chinese Optics, 2018, 11(6): 974-982. doi: 10.3788/CO.20181106.0974
Citation: DENG Yong-li, LI Qing, HUANG Xue-jie. Analysis of laser cutting of lithium-ion power battery pole piece[J].Chinese Optics, 2018, 11(6): 974-982.doi:10.3788/CO.20181106.0974

锂离子动力电池极片的 切割分析

doi:10.3788/CO.20181106.0974
基金项目:

中科院STS:创新型动力电池关键生产技术研究Y7A5010101

2013年工信部工业强基“锂离子动力电池工艺装备技术基础服务平台”

详细信息
    作者简介:

    邓永丽(1983-), 女, 湖南邵阳人, 硕士, 工程师, 2010年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得硕士学位, 主要从事 加工应用方面的研究。E-mail:dengyongli@gziit.ac.cn

  • 中图分类号:TN249

Analysis of laser cutting of lithium-ion power battery pole piece

Funds:

Science and Technology Service Network Initiative:Research on the key Production Technology of Innovative Power BatteryY7A5010101

Industrial Strong Foundation Engineering of MIIT 2013: the Basic Platform of Lithium-ion Power Battery Process Equipment Technology

More Information
  • 摘要:为适应锂离子动力电池行业发展需求,寻求一种高效高质切片方式,本文研究了多种 器的切片质量。通过影像测量仪和扫描电镜(SEM)对比发现,100 ns脉宽调Q型1 064 nm光纤 器切割正极铝箔时毛刺和热影响区(HAZ)约为15 μm和60 μm,切负极铜箔时HAZ约为200 μm;20 ns脉宽的MOPA光纤 器切割铝箔毛刺10 μm,HAZ约为20 μm,切铜箔时HAZ约70 μm;脉宽为10 ps的固体 器切割铝箔毛刺和HAZ分别约为6 μm和10 μm,切铜箔时实现无熔融重凝区;20 ns脉宽的355 nm紫外和532 nm的绿光固体 器切割铝箔HAZ分别为10 μm和17 μm,切铜箔时HAZ则分别为大于70 μm和100 μm。实验结果表明:脉宽越窄,重复频率越高,切割的极片质量越好,ps 器切割的极片精度最高,质量最好,是切割极片最理想 器。而目前,频率高、脉宽相对窄的MOPA光纤 器切割速度最高,切割的正极片完全满足工业要求,更适合极片切割的工业推广。

  • 图 1金属对 的吸收率

    Figure 1.Absorption ratio of the laser for common metal

    图 2调Q光纤 器切割极片质量图(平均功率P=100 W, 波长λ=1 065 nm, 脉宽τ=100 ns, 重复频率F=100 kHz, 聚焦光斑约为60 μm, 正极切割速度v=1 800 mm/s,负极切割速度v=500 mm/s)

    Figure 2.Quality maps of electrode sheet cut by Q-swiched fiber laser(average powerP=100 W, wavelengthλ=1 065 nm, durationτ=100 ns, pulse repetition frequencyF=100 kHz, focus beam about 60 μm, cutting velocityv=1 800 mm/s for Al-foil andv=500 mm/s for Cu-foil)

    图 320 ns MOPA 切割的正负极片(波长λ=1 065 nm, 平均功率P=100 W, 最大单脉冲能量E=0.13 mJ, 脉宽τ=20 ns, 重复频率F=760 kHz, 聚焦光斑约60 μm)

    Figure 3.Electrode sheets cut by 20 ns MOPA laser(wavelengthλ=1 065 nm, average powerP=100 W, max pulse energyE=0.13 mJ, durationτ=100 ns, pulse repetition frequencyF=760 kHz, focus beam about 60 μm)

    图 410 ps 切割的正负极片(波长λ=1 064 nm, 平均功率P=9.1 W, 重复频率F=300 kHz,脉冲宽度τ=10 ps,单脉冲能量>50 μJ)

    Figure 4.Quality maps of electrode sheets by 10 ps solid laser(wavelengthλ=1 064 nm, average powerP=9.1 W, durationτ=10 ps, pulse repetition frequencyF=300 kHz, Max pulse energy > 50 μJ)

    图 5532 nm和355 nm 切割的极片(532 nm绿光参数:波长532 nm:平均功率P=16 W, 重复频率F=40 kHz,脉冲宽度τ=20 ns以及355 nm紫外光参数:波长355 nm,平均功率P=8 W, 重复频率F=40 kHz,脉冲宽度τ=20 ns)

    Figure 5.Electrode sheets cut by 532 nm and 355 nm solid lasers(green laser:wavelengthλ=532 nm, average powerP=16 W, durationτ=20 ns, pulse repetition frequencyF=40 kHz; uv laser: wavelengthλ=355 nm, average powerP=8 W, durationτ=20 ns, pulse repetition frequencyF=40 kHz)

    表 1各种 器切割正负极片的质量

    Table 1.Qualities of positive and negative electrodes cut by different kinds of lasers

    器及相应参数 正极 负极 评价
    532 nm皮秒 器@τ=10 ps,
    F=300 kHz,P=9.1 W
    毛刺:6 μm HAZ:10 μm
    切速:2 800 mm/s
    毛刺:无, HAZ:无熔融热影响区
    切速:800 mm/s
    最优
    1 064 nm MOPA 器@τ=20 ns,
    F=760 kHz,P=100 W
    毛刺:10 μm HAZ:20 μm
    切速:2 800 mm/s以上
    毛刺:很小HAZ:熔融区60 μm
    切速:800 mm/s
    较优
    355 nm固体 器@τ=20 ns,
    F=40 kHz,P=8 W
    毛刺:小HAZ:10 μm
    切速:600 mm/s
    毛刺:较小, HAZ:>70 μm
    切速:400 mm/s
    一般
    1 064 nm调Q光纤 器@τ=100 ns,
    F=100 kHz,P=100 W
    毛刺:15 μm, HAZ: 60 μm
    切速:1 800 mm/s
    毛刺:-, HAZ:200 μm
    切速:500 mm/s
    较差
    532 nm固体 器@τ=20 ns,
    F=40 kHz,P=16 W
    毛刺:小HAZ:17 μm
    切速:1 000 mm/s
    毛刺:-, HAZ:100~200
    μm切速:600 mm/s
    较差
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  • 收稿日期:2018-09-14
  • 修回日期:2018-06-05
  • 刊出日期:2018-12-01

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