在电池长薄化趋势下，电池叠片工艺愈发受到重视。包括蜂巢能源、比亚迪、亿纬锂能、欣旺达、中创新航等国内主流电池企业都在加大电池叠片工艺的渗透。 叠片工艺电池能量密度更高、内部结构更为稳定、循环寿命更好、且安全性更高，但一直以来因其效率、良率和设备投资成本高等因素，并未成为主流。然而，在市场驱动，设备和电池企业携手努力下，这些痛点正被逐个攻克，叠片电池激光制片工艺也得到快速应用。 图为东莞市盛雄激光先进装备股份有限公司市场总监种海峰 在第七届动力电池应用国际峰会(CBIS2022)上，东莞市盛雄激光先进装备股份有限公司（简称“盛雄激光”）市场总监种海峰发表了题为《300W皮秒激光三合一高速制片机》的主题演讲。 据种海峰介绍，盛雄激光成立于2008年，主营产品以高功率皮秒、飞秒激光器和激光微加工系统为主，是中国激光微纳加工系统细分领域前三强企业，产品聚焦新能源动力电池、太阳能光伏、显示面板、半导体芯片等领域。 据悉，当前叠片电芯主流制片工艺有光纤激光/五金模具切割极耳、五金模具切割V角和五金模具裁断料区等，这些工艺有着工艺时间长、工艺成熟等优势，被当下主流电池厂商所应用。然而，随着电芯技术迭代，电池大制造时代的到来，上述工艺在切叠过程中遇到的如极耳翻折、隔膜褶皱、毛刺，以及模具消耗大等痛点也愈发明显。 种海峰指出，对比传统叠片电池制程工艺可以发现，目前仍存在以下问题： 1.经常修模（～100万/次），修模10次后需更换整套模具； 2.大尺寸极片对模具要求高，成本相对较高； 3.五金模具状态不良会产生毛刺，导致制片不良； 4.换型需更换模具，浪费时间，不适合柔性生产； 5.大尺寸模具冲压产生振动越大，多台设备存在共振风险； 6.为增加能量密度，正极材料越来越紧实，模具越易损化； 7.光纤激光切极耳与模切多段工艺制程极易造成极耳翻折。 为满足动力电池大产线、大规模制造，盛雄激光经过两年时间研发，开发出300W皮秒激光高速制片机，实现极耳切割、V角切割和料区裁断三合一，一次成型。据种海峰介绍，该款全激光三合一制片机具有以下特点： 1.维护成本低，一次投入，可完全替代五金刀模； 2.皮秒激光加工，不易产生毛刺熔珠，制片品质高； 3.实现柔性生产，减少换型时间； 4.全激光三合一制片，节省设备工艺制程； 5.无耗材，无需带极耳料片中转仓。 “300W皮秒激光高速制片机相当于一台极耳切割机+五级模切机，还不算一年模具更换的费用，以及每年刀模的维护费用。”种海峰表示。 另外，在切割效果方面，300W皮秒激光高速制片机对磷酸铁锂极片的切割热影响小于55微米，远低于五金切割的100微米；三元正极片的热影响小于70微米，远低于其它切割工艺150微米热影响要求；负极片切割热影响小于70微米。 种海峰指出，300W皮秒激光高速制片机不仅在方形叠片电池中有着极大应用空间和潜力，在软包电池，以及下一代固态电池领域，都有着广阔的应用前景。 在产能方面，目前盛雄激光红外皮秒激光器功率可做到300W、绿光皮秒能做到200W、紫外皮秒能做到100W，现阶段公司激光器产能能做到500台/年。另外，我司博士研发团队经过2年的不懈努力，已对LD电源、FPGA主控板、温控板、放大器、磁光隔离器及嵌入式软件，以及声光Q开关驱动源等能实现95%的自主创新和研发，突破和解决了国外的卡脖子风险。 在效率方面，以590电芯为例，全皮秒激光制程可以达到200PPM，高效率、高品质、无耗材、紧凑机构助推锂电产业加速驶入“叠时代”，更好地满足未来新能源市场TWh级需求。 此外，种海峰介绍，皮秒激光三合一制片可根据电芯尺寸/效率要求选用激光模组数量，灵活对接Z字叠、多片叠、热复合/多片叠等（0.125s/片）。 同时，电芯向长薄化方向发展，卷绕工艺弊端显现，如极片上涂层材料大弯曲变形而形成掉料和死区、卷绕过程中极片和隔膜不均匀易产生褶皱及对齐度不良等。与卷绕电池相比，叠片电池具有更高体积能量密度，更稳安全性，化卷成叠，动力电池迈向叠时代是大势所趋。 “其实在整个叠片工艺中，卡脖子的痛点就在制片和叠片，为此我们的定位是对叠片设备厂家采取合作伙伴的形式，对电池终端厂家我们是以方案供应商的方式。”种海峰表示，展望未来，盛雄激光2023年将推出更高功率500W皮秒激光器，届时可为客户提供更高效率、更低成本、更小占地的应用体验。 封面来源于图虫创意
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