海目星溫燕修：激光切割極片熱影響區(qū)的量化分析
圖為深圳市海目星激光智能裝備股份有限公司
激光及能源行業(yè)中心副總經(jīng)理溫燕修發(fā)表主題演講
5月22日，“2018第一屆新能源汽車及動(dòng)力電池(CIBF深圳)國(guó)際交流會(huì)”在深圳會(huì)展中心舉行。深圳市海目星激光智能裝備股份有限公司激光及能源行業(yè)中心副總經(jīng)理溫燕修在“動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈專場(chǎng)——融·突破桎梏 攜手發(fā)展”主題論壇上發(fā)表演講。以下是演講內(nèi)容：
深圳市海目星激光智能裝備股份有限公司激光及能源行業(yè)中心副總經(jīng)理溫燕修：
感謝主辦方提供這個(gè)機(jī)會(huì)，我和CIBF有一些淵源，2016年我來(lái)深圳參加的第一個(gè)展會(huì)就是CIBF，當(dāng)時(shí)我第一次接觸到鋰電，這兩年有很多感觸想和大家分享。希望多跟業(yè)界各位同仁一起討論。
我的報(bào)告分四部分：一是熱影響區(qū)的定義是什么，什么是熱影響區(qū);二是在機(jī)理上做一些分析，它到底是怎么產(chǎn)生的，原因、根源是什么;三是熱影響區(qū)成分表征;四是改善熱影響區(qū)的相關(guān)設(shè)計(jì)。這四個(gè)方面缺一不可，才能真正把熱影響區(qū)分析透。
激光加工過(guò)程熱量的擴(kuò)散是不可避免的，他的擴(kuò)散有一些影響的區(qū)域，溫度是多少?我說(shuō)大概2000多度，2000多度的影響力比較大，忽略激光作用的時(shí)間，以1064的激光來(lái)講，整個(gè)周期里作用的時(shí)間是千分之幾，作用時(shí)間很短，溫度很高，熱影響區(qū)后面有理論模型計(jì)算。現(xiàn)在實(shí)際的情況怎么樣?憑肉眼觀察，我覺(jué)得視力不太好，我看是30微米，40微米寬，整個(gè)極片0.15毫米都是熱影響區(qū)嗎?也未必，我們會(huì)有后端的分析和成因的分析。
這是在實(shí)際檢測(cè)中的極片，行業(yè)里可以做到的是正常范圍，正極極片是100-200um，負(fù)極極品40-80um是比較合理的，如果有一些正極材料陶瓷邊應(yīng)該是20-60um，銅箔是40-80um。
下面我們把熱影響區(qū)的產(chǎn)生機(jī)理跟大家做一下簡(jiǎn)單的分享，切割效果一樣的話熱去哪兒了?首先我們看高斯分布，能量分布本來(lái)就不均勻，比如說(shuō)中間的圖，中間的能量分布很高，我們都知道激光切割材料的時(shí)候，材料的破壞是有一個(gè)閾值，能量密度的閾值，超過(guò)能量密度的閾值才能破壞，小于能量的閾值就是在給材料加熱。這是基本的原理。
為什么銅箔的縫隙小一點(diǎn)，因?yàn)樗拈撝蹈咭稽c(diǎn)，一個(gè)光斑是1毫焦，剩下的能量是熱影響區(qū)，其實(shí)非常小的能量。 時(shí)間是納秒級(jí)的，熱影響區(qū)的深度就有了，他是微米級(jí)的影響深度，我們的極片是200微米以內(nèi)，他的影響是薄薄一層。對(duì)于不同材料基材的熱影響到底有什么不一樣?首先跟材料的致密程度有關(guān)系，這里面容易產(chǎn)生一些氧化物、負(fù)反應(yīng)，銅箔非常致命，和氧結(jié)合會(huì)形成一些氧化物，對(duì)于核心材料，我們現(xiàn)在只分析磷酸鐵鋰的材料，三價(jià)鐵離子，二價(jià)鐵離子，對(duì)于銅也是一樣，這是關(guān)于磷酸鐵鋰可能發(fā)生的反應(yīng)。三價(jià)鐵離子不能自發(fā)的吸收鐵，少量的三價(jià)鐵離子是不會(huì)產(chǎn)生影響的，熱影響區(qū)的鐵離子到底有多少?銅在電池里的氧化物會(huì)對(duì)電池的性能造成影響，這是我們要重點(diǎn)關(guān)注的。
前面通過(guò)化學(xué)的方法和原理的方法有這些材料產(chǎn)生，我們也分析了三價(jià)鐵離子和銅的氧化物對(duì)電池的影響，通過(guò)化學(xué)的方法分析。表征成分在電池里有多少?能分析得出來(lái)嗎?我們?cè)囍治隽艘幌拢@些變化是造成了二價(jià)鐵離子和三價(jià)鐵離子的區(qū)別，這是三價(jià)鐵離子，也印證了激光加工的時(shí)候產(chǎn)生三價(jià)鐵離子。
石墨本身是沒(méi)有其他物質(zhì)產(chǎn)生，只是一些石墨的影響比較多，還是不同的結(jié)合，我把磷酸鐵鋰切完以后，毛刷刷出熱影響，熱影響是有顏色的變化，刷子去刷，刷掉一層去觀察，直掉熱影響的顏色都已經(jīng)被刷沒(méi)了，這部分刷的是熱的影響，厚度我們可以認(rèn)為是熱影響區(qū)的厚度，這個(gè)厚度應(yīng)該是陰極4微米左右，陽(yáng)極是3微米左右。
銅用毛刷刷不掉，去除的深度是5納米，下面的表格里氧的元素上升逐漸下降到0，它的量是非常小的，0.2PPM，有些客戶已經(jīng)把熱影響區(qū)的要求放開(kāi)了，有一些比較大的客戶在研究激光分調(diào)，用激光把它分開(kāi)，它有很多優(yōu)勢(shì)在里面。
DOE改善，既然我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)，我們也在想辦法盡量減少，通過(guò)我們自己的DOE分析，理論上做到陽(yáng)極的影響區(qū)在70微米左右，國(guó)內(nèi)的大企業(yè)把卷繞的工藝和設(shè)備做到的極致，這就是我的分享，謝謝大家。
(根據(jù)嘉賓發(fā)言整理，未經(jīng)嘉賓審閱)
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