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能源环境新闻

用超快激光烧蚀实现更灵活的电池设计

星之球科技 来源:国际工业激光商情2020-10-15 我要评论(0 )   

需要快速而轻柔地加工高敏感材料时,超短脉冲(USP)激光器就会“发光”。位于德国亚琛的弗劳恩霍夫激光技术研究所的研究人员开发出了一种快速、可靠、无损的方法,用超...

需要快速而轻柔地加工高敏感材料时,超短脉冲(USP)激光器就会“发光”。位于德国亚琛的弗劳恩霍夫激光技术研究所的研究人员开发出了一种快速、可靠、无损的方法,用超短脉冲激光束烧蚀锂离子电池的阳极材料。这种以激光烧蚀技术暴露电接触点的方法被称为“激光对中”。


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快速、温和又可靠:德国弗劳恩霍夫激光技术研究所提出了一个定制流程,能够以高达 1760 立方毫米 / 分钟的速度令极薄铜箔上的阳极材料 烧蚀剥落,通过使用强大的超短脉冲(USP)激光器令电接触点的表面暴露。(图源:弗劳恩霍夫激光技术研究所)


生产不同电极更灵活的方法


锂离子电池不仅是电动汽车的必需品,它们还能为平板电脑和智能手机等消费电子设备供电。在一条生产线上生产各式各样的电池,对电池厂商来说是一个巨大的技术挑战。更重要的是,与以往任何时候相比,现在必须更有成效地完成这项工作。在金属基材箔上涂覆活性材料是生产过程中的一个关键步骤。这种涂层只有薄薄的一层,涂在只有几微米厚的铜箔或铝箔上。金属箔的指定区域必须保持没有涂层的状态,以实现电极的电接触。为了对上这些接触点,必须不停地中断并反复重新启动涂覆流程。


需要一个快速流程以加快电极生产


新应用的出现及市场渗透,推动了对尺寸和形状日益多样化的锂离子电池的需求,令这一技术挑战变得更为严峻。电极生产线必须快速、灵活才能应对这一挑战。只在金属箔表面涂上涂层是一件非常复杂的事情,所以就有了一种解决方案⸺索性涂上整个表面,然后用激光束照射需要电接触的区域,令那里的涂层剥落。


“生产线上的传送带一般运行速度在60米/分钟左右,”弗劳恩霍夫激光技术研究所微纳米结构小组研究员KarstenLange博士说,“过去,用激光烧蚀这些区域均告失败,因为部分烧蚀流程缺乏生产效率。另一个原因就是激光烧蚀质量没达到接触点易于焊接这个高标准。”


新的超短脉冲(USP)激光工艺快速、温和又精确


让这种工艺更难成功的还有个因素,就是基板箔非常薄⸺通常在6~15微米之间。这就是为什么激光工艺必须以一种高效的方式暴露接触点,而不留下任何残留物,也不能损坏脆弱的基片箔。考虑到这些要求,弗劳恩霍夫激光技术研究所选择了一种强大的USP激光器。Lange博士说:“我们所面临的挑战是,要在不留下任何残留物的情况下一次性去除整个活性材料层,同时又不损坏薄薄的金属箔。我们所开发的工艺能够使用超短脉冲激光(USP)从10微米薄的铜箔上去除石墨阳极材料,速度达到1760立方毫米/分钟,而不会损坏它。”在不久的将来,通过使用新一代多千瓦输出功率的超快激光系统,将有可能进一步推动烧蚀速度。目前弗劳恩霍夫先进光子源(CAPS)项目正在开发该系统。


寻求进一步发展的合作伙伴


激光烧蚀的优点现在已经通过了实验室验证阶段,弗劳恩霍夫激光技术研究所期待进一步的研发,使其能够获得量产。“因此,我们最近安装了一个集成到卷对卷系统的高功率超短脉冲(USP)激光系统,这样我们就有机会研究连续流程中的激光烧蚀技术了。”Lange博士说,“我们正在寻找合作伙伴,以进一步研究超短脉冲(USP)激光烧蚀技术在某个行业或研究项目上的应用。”



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制造业超快激光激光激光技术

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