需要快速而輕柔地加工高敏感材料時(shí)，超短脈沖（USP）激光器就會(huì)“發(fā)光”。位于德國亞琛的弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所的研究人員開發(fā)出了一種快速、可靠、無損的方法，用超短脈沖激光束燒蝕鋰離子電池的陽極材料。這種以激光燒蝕技術(shù)暴露電接觸點(diǎn)的方法被稱為“激光對(duì)中”。

快速、溫和又可靠：德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所提出了一個(gè)定制流程，能夠以高達(dá) 1760 立方毫米 / 分鐘的速度令極薄銅箔上的陽極材料 燒蝕剝落，通過使用強(qiáng)大的超短脈沖（USP）激光器令電接觸點(diǎn)的表面暴露。（圖源：弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所）

生產(chǎn)不同電極更靈活的方法

鋰離子電池不僅是電動(dòng)汽車的必需品，它們還能為平板電腦和智能手機(jī)等消費(fèi)電子設(shè)備供電。在一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)各式各樣的電池，對(duì)電池廠商來說是一個(gè)巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。更重要的是，與以往任何時(shí)候相比，現(xiàn)在必須更有成效地完成這項(xiàng)工作。在金屬基材箔上涂覆活性材料是生產(chǎn)過程中的一個(gè)關(guān)鍵步驟。這種涂層只有薄薄的一層，涂在只有幾微米厚的銅箔或鋁箔上。金屬箔的指定區(qū)域必須保持沒有涂層的狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)電極的電接觸。為了對(duì)上這些接觸點(diǎn)，必須不停地中斷并反復(fù)重新啟動(dòng)涂覆流程。

需要一個(gè)快速流程以加快電極生產(chǎn)

新應(yīng)用的出現(xiàn)及市場滲透，推動(dòng)了對(duì)尺寸和形狀日益多樣化的鋰離子電池的需求，令這一技術(shù)挑戰(zhàn)變得更為嚴(yán)峻。電極生產(chǎn)線必須快速、靈活才能應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。只在金屬箔表面涂上涂層是一件非常復(fù)雜的事情，所以就有了一種解決方案?索性涂上整個(gè)表面，然后用激光束照射需要電接觸的區(qū)域，令那里的涂層剝落。

“生產(chǎn)線上的傳送帶一般運(yùn)行速度在60米/分鐘左右，”弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所微納米結(jié)構(gòu)小組研究員KarstenLange博士說，“過去，用激光燒蝕這些區(qū)域均告失敗，因?yàn)椴糠譄g流程缺乏生產(chǎn)效率。另一個(gè)原因就是激光燒蝕質(zhì)量沒達(dá)到接觸點(diǎn)易于焊接這個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)。”

新的超短脈沖（USP）激光工藝快速、溫和又精確

讓這種工藝更難成功的還有個(gè)因素，就是基板箔非常薄?通常在6~15微米之間。這就是為什么激光工藝必須以一種高效的方式暴露接觸點(diǎn)，而不留下任何殘留物，也不能損壞脆弱的基片箔。考慮到這些要求，弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所選擇了一種強(qiáng)大的USP激光器。Lange博士說：“我們所面臨的挑戰(zhàn)是，要在不留下任何殘留物的情況下一次性去除整個(gè)活性材料層，同時(shí)又不損壞薄薄的金屬箔。我們所開發(fā)的工藝能夠使用超短脈沖激光（USP）從10微米薄的銅箔上去除石墨陽極材料，速度達(dá)到1760立方毫米/分鐘，而不會(huì)損壞它?！痹诓痪玫膶?，通過使用新一代多千瓦輸出功率的超快激光系統(tǒng)，將有可能進(jìn)一步推動(dòng)燒蝕速度。目前弗勞恩霍夫先進(jìn)光子源（CAPS）項(xiàng)目正在開發(fā)該系統(tǒng)。

尋求進(jìn)一步發(fā)展的合作伙伴

激光燒蝕的優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)在已經(jīng)通過了實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證階段，弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所期待進(jìn)一步的研發(fā)，使其能夠獲得量產(chǎn)?！耙虼耍覀冏罱惭b了一個(gè)集成到卷對(duì)卷系統(tǒng)的高功率超短脈沖（USP）激光系統(tǒng)，這樣我們就有機(jī)會(huì)研究連續(xù)流程中的激光燒蝕技術(shù)了?！盠ange博士說，“我們正在尋找合作伙伴，以進(jìn)一步研究超短脈沖（USP)激光燒蝕技術(shù)在某個(gè)行業(yè)或研究項(xiàng)目上的應(yīng)用?！?/p>