盛雄激光：300W皮秒激光三合一高速制片設備助力TWh時代電池制造需求
在電池長薄化趨勢下，電池疊片工藝愈發(fā)受到重視。包括蜂巢能源、比亞迪、億緯鋰能、欣旺達、中創(chuàng)新航等國內主流電池企業(yè)都在加大電池疊片工藝的滲透。
疊片工藝電池能量密度更高、內部結構更為穩(wěn)定、循環(huán)壽命更好、且安全性更高，但一直以來因其效率、良率和設備投資成本高等因素，并未成為主流。然而，在市場驅動，設備和電池企業(yè)攜手努力下，這些痛點正被逐個攻克，疊片電池激光制片工藝也得到快速應用。
東莞市盛雄激光先進裝備股份有限公司市場總監(jiān)種海峰
在第七屆動力電池應用國際峰會(CBIS2022)上，東莞市盛雄激光先進裝備股份有限公司(簡稱“盛雄激光”)市場總監(jiān)種海峰發(fā)表了題為《300W皮秒激光三合一高速制片機》的主題演講。
據(jù)種海峰介紹，盛雄激光成立于2008年，主營產(chǎn)品以高功率皮秒、飛秒激光器和激光微加工系統(tǒng)為主，是中國激光微納加工系統(tǒng)細分領域前三強企業(yè)，產(chǎn)品聚焦新能源動力電池、太陽能光伏、顯示面板、半導體芯片等領域。
據(jù)悉，當前疊片電芯主流制片工藝有光纖激光/五金模具切割極耳、五金模具切割V角和五金模具裁斷料區(qū)等，這些工藝有著工藝時間長、工藝成熟等優(yōu)勢，被當下主流電池廠商所應用。然而，隨著電芯技術迭代，電池大制造時代的到來，上述工藝在切疊過程中遇到的如極耳翻折、隔膜褶皺、毛刺，以及模具消耗大等痛點也愈發(fā)明顯。
種海峰指出，對比傳統(tǒng)疊片電池制程工藝可以發(fā)現(xiàn)，目前仍存在以下問題：
1.經(jīng)常修模(～100萬/次)，修模10次后需更換整套模具;
2.大尺寸極片對模具要求高，成本相對較高;
3.五金模具狀態(tài)不良會產(chǎn)生毛刺，導致制片不良;
4.換型需更換模具，浪費時間，不適合柔性生產(chǎn);
5.大尺寸模具沖壓產(chǎn)生振動越大，多臺設備存在共振風險;
6.為增加能量密度，正極材料越來越緊實，模具越易損化;
7.光纖激光切極耳與模切多段工藝制程極易造成極耳翻折。
為滿足動力電池大產(chǎn)線、大規(guī)模制造，盛雄激光經(jīng)過兩年時間研發(fā)，開發(fā)出300W皮秒激光高速制片機，實現(xiàn)極耳切割、V角切割和料區(qū)裁斷三合一，一次成型。據(jù)種海峰介紹，該款全激光三合一制片機具有以下特點：
1.維護成本低，一次投入，可完全替代五金刀模;
2.皮秒激光加工，不易產(chǎn)生毛刺熔珠，制片品質高;
3.實現(xiàn)柔性生產(chǎn)，減少換型時間;
4.全激光三合一制片，節(jié)省設備工藝制程;
5.無耗材，無需帶極耳料片中轉倉。
“300W皮秒激光高速制片機相當于一臺極耳切割機+五級模切機，還不算一年模具更換的費用，以及每年刀模的維護費用。”種海峰表示。
另外，在切割效果方面，300W皮秒激光高速制片機對磷酸鐵鋰極片的切割熱影響小于55微米，遠低于五金切割的100微米;三元正極片的熱影響小于70微米，遠低于其它切割工藝150微米熱影響要求;負極片切割熱影響小于70微米。
種海峰指出，300W皮秒激光高速制片機不僅在方形疊片電池中有著極大應用空間和潛力，在軟包電池，以及下一代固態(tài)電池領域，都有著廣闊的應用前景。
在產(chǎn)能方面，目前盛雄激光紅外皮秒激光器功率可做到300W、綠光皮秒能做到200W、紫外皮秒能做到100W，現(xiàn)階段公司激光器產(chǎn)能能做到500臺/年。另外，我司博士研發(fā)團隊經(jīng)過2年的不懈努力，已對LD電源、FPGA主控板、溫控板、放大器、磁光隔離器及嵌入式軟件，以及聲光Q開關驅動源等能實現(xiàn)95%的自主創(chuàng)新和研發(fā)，突破和解決了國外的卡脖子風險。
在效率方面，以590電芯為例，全皮秒激光制程可以達到200PPM，高效率、高品質、無耗材、緊湊機構助推鋰電產(chǎn)業(yè)加速駛入“疊時代”，更好地滿足未來新能源市場TWh級需求。
此外，種海峰介紹，皮秒激光三合一制片可根據(jù)電芯尺寸/效率要求選用激光模組數(shù)量，靈活對接Z字疊、多片疊、熱復合/多片疊等(0.125s/片)。
同時，電芯向長薄化方向發(fā)展，卷繞工藝弊端顯現(xiàn)，如極片上涂層材料大彎曲變形而形成掉料和死區(qū)、卷繞過程中極片和隔膜不均勻易產(chǎn)生褶皺及對齊度不良等。與卷繞電池相比，疊片電池具有更高體積能量密度，更穩(wěn)安全性，化卷成疊，動力電池邁向疊時代是大勢所趨。
“其實在整個疊片工藝中，卡脖子的痛點就在制片和疊片，為此我們的定位是對疊片設備廠家采取合作伙伴的形式，對電池終端廠家我們是以方案供應商的方式。”種海峰表示，展望未來，盛雄激光2023年將推出更高功率500W皮秒激光器，屆時可為客戶提供更高效率、更低成本、更小占地的應用體驗。
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