隨著新能源汽車在全球的迅速發(fā)展，作為核心零部件之一的動力電池——鋰電池的需求量也急劇增加，因此鋰電池生產(chǎn)制造過程中所涉及到的精加工技術(shù)，也迎來新的任務(wù)和挑戰(zhàn)。

鋰電池的制備工藝分為前段工序(極片制造)、中段工序(電芯合成)、后段工序(化成封裝)。其中，前段工序的目的是將原材料加工成為極片，核心工序為涂布；中段目的是將極片加工成為未激活電芯；后段工序是檢測封裝，核心工序是化成、分容。

圖源網(wǎng)，侵刪

激光清洗技術(shù)是鋰電池制備工藝中的重要精加工技術(shù)之一。本文將從激光清洗工藝、應(yīng)用、設(shè)備等角度，來分析它是如何推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的。

激光清洗工藝

激光清洗，被譽為“21世紀最具有發(fā)展?jié)摿Φ木G色清洗技術(shù)”，主要有手持和自動兩種方式。與傳統(tǒng)的清洗方式相比，激光清洗適用范圍更廣，具備綠色環(huán)保、低成本、高效率、高精度和非接觸加工等顯著優(yōu)勢。

近年來，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，如汽車制造、航空航天、精密電子、醫(yī)療設(shè)備、船舶等領(lǐng)域。

激光清洗VS化學(xué)清洗VS機械打磨

激光清洗應(yīng)用

鋰電池的正負極片是通過在鋁箔和銅箔上涂覆電極材料而制成的。常見的正極集流體是鋁箔，負極集流體是銅箔。該工藝主要的核心工序為涂布，為了避免雜質(zhì)、粉塵等介質(zhì)引起電池內(nèi)部微短路，因此在涂覆之前需要對銅鋁箔片進行清洗，來保證后續(xù)集流體在電池內(nèi)部的穩(wěn)定，銅鋁箔片的純度要求應(yīng)達到98%以上，高潔凈度和無氧化層的表面。

圖源網(wǎng)，侵刪

傳統(tǒng)濕式乙醇清洗會對鋰電池其他部件造成損傷，導(dǎo)致鋁箔的力學(xué)性能指標下降，出現(xiàn)“氫脆”現(xiàn)象。雖然超聲波清洗技術(shù)比傳統(tǒng)濕式乙醇清洗效果更好，但仍存在一些缺陷，例如：當(dāng)金屬箔件在超聲波清洗的空化效應(yīng)下時，容易腐蝕鋁箔并產(chǎn)生縮孔。此外，鋰電池極片所用箔片一般為單零箔，厚度為10μm，隨著清洗時長和功率的影響，小孔也會越來越大。

激光清洗作為干式無耗材清洗，在處理鋁箔表面清潔度和親疏水性等指標上能達到接近零瑕疵的效果。同時，它還可以提高清洗過程的效率、節(jié)約清洗資源。最關(guān)鍵的是，它可以建立清洗過程數(shù)據(jù)實時監(jiān)控和清洗結(jié)果量化判定，最大程度保證極片上漿涂布的效果，提高極片批產(chǎn)生產(chǎn)的一致性。

極耳是電池中將正負極引出的金屬帶，作為充放電時的接觸點。在進行焊接前，需要對各焊接部位進行表面處理，以去除焊縫接頭處的污染物。表面干凈、均勻是實現(xiàn)焊接與粘合的前提條件，否則可能導(dǎo)致焊接處熔接不良、裂紋和孔隙等問題的出現(xiàn)，從而影響電氣連接的可靠性和耐久性。

圖源網(wǎng)，侵刪

人工清洗的效率低且成本高，而等離子清洗需要使用工藝氣體作為耗材，同時氣體電離會導(dǎo)致電池的正負極易導(dǎo)通。因此，在應(yīng)用時往往需要多次翻轉(zhuǎn)電芯以將正負極極耳分開進行清洗，效率也會大大降低。

激光清洗可以有效去除電芯極柱端面的污物、粉塵等，而且無需使用任何耗材，如固液氣等。還可以大幅提高生產(chǎn)節(jié)拍，降低制造成本。在焊接前采用脈沖激光直接輻射去污，通過使表面溫度升高而發(fā)生熱膨脹，使污染物或者基底振動，從而使污染物克服表面吸附力脫離基底表面，達到去除物體表面污漬的目的。

為防止鋰電池發(fā)生安全事故，通常需要對電芯進行外貼膠絕緣處理。在此之前，應(yīng)對絕緣板和端板進行清洗，以清潔電芯表面的臟污，并粗化電芯表面，從而提高貼膠或涂膠的附著力，這樣可以有效避免短路、刮傷等安全問題的發(fā)生。

人工清洗技術(shù)只是進行簡單的包裹操作，效率低下、成本較高。在包膜前，沒有對電池殼進行有效全面的清潔，也沒有對包膜后的效果進行精確的檢測。如果對未清潔徹底的電芯外包膜進行CCD檢測，外觀會出現(xiàn)褶皺、氣泡、劃傷等不良情況，?？蓹z出直徑≥0.3mm的氣泡，這會導(dǎo)致漏電和水銹腐蝕的概率增加，減少電池壽命的同時也存在安全隱患。

圖源網(wǎng)，侵刪

激光清洗技術(shù)可在電芯表面實現(xiàn)高潔凈度，達到Sa3級，除凈率超過99.9%。與傳統(tǒng)清洗方法相比，激光清洗對電芯表面無應(yīng)力作用，能夠最大程度地保證電芯表面的物理化學(xué)指標不發(fā)生變化，從而延長電池的使用壽命。此外，激光清洗后不會產(chǎn)生有害污染物，是一種環(huán)保的綠色清洗方法。

激光清洗應(yīng)用領(lǐng)域拓展

圖源網(wǎng)，侵刪

2021年鋰電激光設(shè)備市場規(guī)模為101.3億元，在新能源汽車需求帶動下，預(yù)計2025年鋰電激光設(shè)備需求有望達到220億元。

據(jù)市場研究公司QYR預(yù)測：到2026年，全球激光清洗市場將近7450億美元，復(fù)合年均增長率約為4.3%。

根據(jù)公開資料顯示：美國已經(jīng)將激光清洗技術(shù)成熟運用于F-16戰(zhàn)斗機和C-130運輸機的表面清洗；英國羅羅公司生產(chǎn)的航空發(fā)動機中超幾十個鈦合金零部件的表面清洗技術(shù)都是采用激光清洗。

我國激光清洗技術(shù)也在持續(xù)發(fā)展，2016年，我國第一臺激光清洗機問世；2018年，激光清洗機達到百瓦級別；2019年，光纖激光器技術(shù)突破1000W...不斷地推動激光產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新技術(shù)的高質(zhì)量供給，除在新能源動力電池領(lǐng)域應(yīng)用外，在輪胎和車身表面噴漆、零部件大型油污清洗等方面也有所應(yīng)用。

隨著新能源汽車的發(fā)展，對輪胎噪聲的控制提出了更嚴格的要求。經(jīng)過激光清洗處理，可以降低新能源汽車輪胎磨損和噪音，提升駕駛員的駕駛體驗和舒適度。

與傳統(tǒng)清洗方法相比，激光清洗具有清洗過程無需耗材，對輪胎無損傷；清洗效率高，一致性好；可實現(xiàn)自動化清洗，使用成本僅為干冰清洗的1/10。

圖源網(wǎng)，侵刪

在靜音輪胎生產(chǎn)制造過程中，利用聚焦的高能量激光束照射有機高分子材料表面，使材料表面發(fā)生物理、化學(xué)變化，從而提高輪胎質(zhì)量和生產(chǎn)工藝，改善輪胎與車身的匹配性，提升整車的綜合性能。激光清洗能夠有效去除輪胎內(nèi)壁上殘余的隔離劑，提高復(fù)合材料的涂覆和聚氨酯海綿的粘貼效果。

激光清洗機的構(gòu)造，通常包括激光器系統(tǒng)、光束調(diào)整傳輸系統(tǒng)、移動平臺系統(tǒng)、實時監(jiān)測系統(tǒng)、自動控制操作系統(tǒng)等部分，各部分相互配合為醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)制造等領(lǐng)域提供高效、精準的清洗效果。

為支持激光清洗技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級，接下來介紹一下激光清洗行業(yè)內(nèi)的優(yōu)秀設(shè)備。

清洗流程簡化圖

大族激光科技產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司，是中國工業(yè)激光設(shè)備制造領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，專注于智能制造裝備及其關(guān)鍵器件的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。公司具備從基礎(chǔ)器件、整機設(shè)備到工藝解決方案的垂直一體化能力，是全球領(lǐng)先的智能制造裝備整體解決方案服務(wù)商，也是世界上僅有的幾家擁有紫外鐳射專利的企業(yè)之一。

大族激光研發(fā)的輪胎內(nèi)壁激光清洗自動化系統(tǒng)是一種高效、環(huán)保的輪胎清洗技術(shù)。該系統(tǒng)能夠有效清除附著在輪胎內(nèi)側(cè)的離型劑等污物，并能夠控制清洗后的處理時間。通過控制裝置使激光頭沿輪胎內(nèi)側(cè)移動并照射激光光源，實現(xiàn)對輪胎內(nèi)側(cè)的清洗。與傳統(tǒng)的水洗方案相比，激光清洗具有顯著的優(yōu)勢。

圖源網(wǎng)，侵刪

成都邁銳捷激光技術(shù)有限公司，是一家智能型激光應(yīng)用解決方案的全球領(lǐng)軍品牌，專業(yè)從事激光清洗、激光打標、激光焊接、機器視覺及相關(guān)應(yīng)用控制系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售于一體的高新技術(shù)企業(yè)。

其MRJ-FL-C系列激光清洗機是一款用于表面清潔處理的高科技設(shè)備，自主研發(fā)的激光光路控制系統(tǒng)，配置全球領(lǐng)先的一流激光器及振鏡等組件，能夠清除物件表面的銹蝕、油漆、樹脂、油污、氧化層、特殊涂層、鍍層等雜質(zhì)。應(yīng)用范圍包括汽車配件、渦輪片、鋁合金等。

圖源企業(yè)官網(wǎng)