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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(dòng)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?yàn)橥坎?；中段目的是將極片加工成為未激活電芯；后段工序是檢測(cè)封裝，核心工序是化成、分容。

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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(dòng)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(yù)為“21世紀(jì)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(dòng)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(shì)。

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(jī)械打磨

激光清洗應(yīng)用

鋰電池的正負(fù)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(fù)極集流體是銅箔。該工藝主要的核心工序?yàn)橥坎?，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(duì)銅鋁箔片進(jìn)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(dá)到98%以上，高潔凈度和無氧化層的表面。

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傳統(tǒng)濕式乙醇清洗會(huì)對(duì)鋰電池其他部件造成損傷，導(dǎo)致鋁箔的力學(xué)性能指標(biāo)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(shí)，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(shí)長(zhǎng)和功率的影響，小孔也會(huì)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(biāo)上能達(dá)到接近零瑕疵的效果。同時(shí)，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(shí)時(shí)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(fù)極引出的金屬帶，作為充放電時(shí)的接觸點(diǎn)。在進(jìn)行焊接前，需要對(duì)各焊接部位進(jìn)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(shí)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。

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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(shí)氣體電離會(huì)導(dǎo)致電池的正負(fù)極易導(dǎo)通。因此，在應(yīng)用時(shí)往往需要多次翻轉(zhuǎn)電芯以將正負(fù)極極耳分開進(jìn)行清洗，效率也會(huì)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(dòng)，從而使污染物克服表面吸附力脫離基底表面，達(dá)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(duì)電芯進(jìn)行外貼膠絕緣處理。在此之前，應(yīng)對(duì)絕緣板和端板進(jìn)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(jìn)行簡(jiǎn)單的包裹操作，效率低下、成本較高。在包膜前，沒有對(duì)電池殼進(jìn)行有效全面的清潔，也沒有對(duì)包膜后的效果進(jìn)行精確的檢測(cè)。如果對(duì)未清潔徹底的電芯外包膜進(jìn)行CCD檢測(cè)，外觀會(huì)出現(xiàn)褶皺、氣泡、劃傷等不良情況，常可檢出直徑≥0.3mm的氣泡，這會(huì)導(dǎo)致漏電和水銹腐蝕的概率增加，減少電池壽命的同時(shí)也存在安全隱患。

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激光清洗技術(shù)可在電芯表面實(shí)現(xiàn)高潔凈度，達(dá)到Sa3級(jí)，除凈率超過99.9%。與傳統(tǒng)清洗方法相比，激光清洗對(duì)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(biāo)不發(fā)生變化，從而延長(zhǎng)電池的使用壽命。此外，激光清洗后不會(huì)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

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2021年鋰電激光設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模為101.3億元，在新能源汽車需求帶動(dòng)下，預(yù)計(jì)2025年鋰電激光設(shè)備需求有望達(dá)到220億元。

據(jù)市場(chǎng)研究公司QYR預(yù)測(cè)：到2026年，全球激光清洗市場(chǎng)將近7450億美元，復(fù)合年均增長(zhǎng)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(yùn)用于F-16戰(zhàn)斗機(jī)和C-130運(yùn)輸機(jī)的表面清洗；英國羅羅公司生產(chǎn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)中超幾十個(gè)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(tái)激光清洗機(jī)問世；2018年，激光清洗機(jī)達(dá)到百瓦級(jí)別；2019年，光纖激光器技術(shù)突破1000W...不斷地推動(dòng)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(dòng)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(duì)輪胎噪聲的控制提出了更嚴(yán)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(yàn)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(duì)輪胎無損傷；清洗效率高，一致性好；可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化清洗，使用成本僅為干冰清洗的1/10。

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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(jī)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(jī)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(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)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(zhǔn)的清洗效果。

為支持激光清洗技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，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(jiǎn)化圖

大族激光科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)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(jī)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(dòng)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(shí)間。通過控制裝置使激光頭沿輪胎內(nèi)側(cè)移動(dòng)并照射激光光源，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shì)。

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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(biāo)、激光焊接、機(jī)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(jī)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。

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