盛雄激光：300W皮秒激光三合一高速制片設(shè)備助力TWh時(shí)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(dá)、中創(chuàng)新航等國內(nèi)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shè)備投資成本高等因素，并未成為主流。然而，在市場驅(qū)動(dòng)，設(shè)備和電池企業(yè)攜手努力下，這些痛點(diǎn)正被逐個(gè)攻克，疊片電池激光制片工藝也得到快速應(yīng)用。
東莞市盛雄激光先進(jìn)裝備股份有限公司市場總監(jiān)種海峰
在第七屆動(dòng)力電池應(yīng)用國際峰會(huì)(CBIS2022)上，東莞市盛雄激光先進(jìn)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(jī)》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(xì)分領(lǐng)域前三強(qiáng)企業(yè)，產(chǎn)品聚焦新能源動(dòng)力電池、太陽能光伏、顯示面板、半導(dǎo)體芯片等領(lǐng)域。
據(jù)悉，當(dāng)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(shí)間長、工藝成熟等優(yōu)勢，被當(dāng)下主流電池廠商所應(yīng)用。然而，隨著電芯技術(shù)迭代，電池大制造時(shí)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(diǎn)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(huì)產(chǎn)生毛刺，導(dǎo)致制片不良;
4.換型需更換模具，浪費(fèi)時(shí)間，不適合柔性生產(chǎn);
5.大尺寸模具沖壓產(chǎn)生振動(dòng)越大，多臺設(shè)備存在共振風(fēng)險(xiǎn);
6.為增加能量密度，正極材料越來越緊實(shí)，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(dòng)力電池大產(chǎn)線、大規(guī)模制造，盛雄激光經(jīng)過兩年時(shí)間研發(fā)，開發(fā)出300W皮秒激光高速制片機(jī)，實(shí)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(jī)具有以下特點(diǎn)：
1.維護(hù)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(zhì)高;
3.實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)，減少換型時(shí)間;
4.全激光三合一制片，節(jié)省設(shè)備工藝制程;
5.無耗材，無需帶極耳料片中轉(zhuǎn)倉。
“300W皮秒激光高速制片機(jī)相當(dāng)于一臺極耳切割機(jī)+五級模切機(jī)，還不算一年模具更換的費(fèi)用，以及每年刀模的維護(hù)費(fèi)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(jī)對磷酸鐵鋰極片的切割熱影響小于55微米，遠(yuǎn)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(yuǎn)低于其它切割工藝150微米熱影響要求;負(fù)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(jī)不僅在方形疊片電池中有著極大應(yīng)用空間和潛力，在軟包電池，以及下一代固態(tài)電池領(lǐng)域，都有著廣闊的應(yīng)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(tuán)隊(duì)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(guān)驅(qū)動(dòng)源等能實(shí)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(fēng)險(xiǎn)。
在效率方面，以590電芯為例，全皮秒激光制程可以達(dá)到200PPM，高效率、高品質(zhì)、無耗材、緊湊機(jī)構(gòu)助推鋰電產(chǎn)業(yè)加速駛?cè)搿隘B時(shí)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(fù)合/多片疊等(0.125s/片)。
同時(shí)，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(dòng)力電池邁向疊時(shí)代是大勢所趨。
“其實(shí)在整個(gè)疊片工藝中，卡脖子的痛點(diǎn)就在制片和疊片，為此我們的定位是對疊片設(shè)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(yīng)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(shí)可為客戶提供更高效率、更低成本、更小占地的應(yīng)用體驗(yàn)。
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