激光清洗技术及其在精加工技术领域的应用

激光清洗技术及应用

在精加工技术领域

随着全球新能源汽车的快速发展，对核心零部件之一的锂电池的需求也大幅增长。

因此，锂电池制造过程中涉及的精加工技术也迎来新的任务和挑战。

锂电池的制备工艺分为前端工艺（电极制造）、中端工艺（电芯合成）、后端工艺（化成与封装）。

其中，前端工艺的目的是将原材料加工成极片，核心工艺是涂覆。

中端工序的目的是将极片加工成未活化的电池。

后端流程是测试和封装，核心流程是化成和产能分离。

1.埃尔电极片生产

2.C细胞合成

3. 成型包装

激光清洗技术是锂电池制备过程中重要的精加工技术之一。

本文将从激光清洗技术、应用和设备的角度分析如何促进新能源汽车产业的发展。

激光清洗工艺

激光清洗被誉为“21世纪最有前途的绿色清洗技术”，主要有手持式和自动式两种模式。

与传统清洗方式相比，激光清洗应用范围更广，具有绿色环保、低成本、高效率、高精度、非接触式加工等显着优势。

近年来，它已广泛应用于工业生产，如汽车制造、航空航天、精密电子、医疗器械、船舶等领域。

激光清洗VS化学清洗VS机械抛光

激光清洗应用

电极涂覆前激光清洗

锂电池的正负极是通过在铝箔和铜箔上涂覆电极材料制成的。常见的正极集电体是铝箔，负极集电体是铜箔。该工艺的主要核心工序是涂层。为了避免杂质、灰尘等介质造成电池内部微短路，镀膜前需要对铜箔、铝箔进行清洗，以保证后续电池内部集流体的稳定性。铜箔、铝箔的纯度应达到98%以上，洁净度高，表面无氧化层。

传统的湿法乙醇清洗会损坏锂电池的其他部件，导致铝箔机械性能下降并引起“氢脆”。虽然超声波清洗技术比传统的湿式乙醇清洗效果更好，但它仍然存在一些缺陷。例如，金属箔在超声波清洗的空化作用下，很容易腐蚀铝箔，产生缩孔。另外，锂电池极片所用箔材一般为单零箔，厚度为10μm。随着清洗时间和功率的影响，小孔会越来越大。

激光清洗是一种干式、无耗材的清洗方法，可以在铝箔表面清洁度和疏水性方面实现近乎零缺陷。同时，还可以提高清洁过程的效率，节省清洁资源。最重要的是，它可以建立清洗过程数据的实时监控和清洗结果的定量测定，最大限度地发挥电极定径和涂层的效果，提高电极批量生产的一致性。

焊接前对电池极耳进行激光清洁

极耳是引出电池中正负极的金属条，在充电和放电时充当接触点。焊接前，每个焊接件都需要进行表面处理，以去除焊缝处的污染物。清洁、均匀的表面是焊接和粘接的先决条件，否则可能会导致焊接不良、焊缝处出现裂纹和气孔等问题，从而影响电气连接的可靠性和耐用性。

手动清洗效率低且成本高，而等离子清洗则需要使用工艺气体作为消耗品。同时，气体电离会使电池的正负极易于导电。因此，在应用时，往往需要将电芯翻转数次，将正负极分开进行清洁，效率会大大降低。

激光清洗可以有效去除电池极柱端面的污垢、灰尘等，无需使用任何固体、液体、气体等耗材。还可以大大提高生产周期，降低制造成本。焊接前利用脉冲激光直接辐射去污，使表面温度升高并引起热膨胀，使污染物或基材振动，使污染物克服表面吸附力而离开基材表面，达到去除污渍的目的在物体的表面。

电池组装过程中外部粘合剂的激光清洗

为了防止锂电池发生安全事故，通常需要使用外部粘合剂对电芯进行绝缘处理。在此之前，应先清洗绝缘板和端板，清除电芯表面的污垢，并对电芯表面进行粗糙处理，以提高粘合剂或胶水涂层的附着力，可有效避免发生短路、划伤等安全问题。

人工清洁技术仅进行简单的包裹操作，效率低且成本高。涂装前未对电池外壳进行有效、全面的清洁，涂装后的效果也未准确测试。如果对没有彻底清洗干净的电芯外膜进行CCD检测，外观上会出现褶皱、气泡、划痕等不良情况，往往可以检测到直径≥0.3mm的气泡，会增加漏液和水锈腐蚀的概率，降低电池寿命，还会带来安全隐患。

激光清洗技术可以实现电芯表面的高清洁度，达到Sa3级，去除率达到99.9%以上。与传统的清洗方法相比，激光清洗对电芯表面无应力，可以最大程度保证电芯表面理化指标不发生变化，从而延长电芯的使用寿命。电池。此外，激光清洗不会产生有害污染物，是一种环保的绿色清洗方法。

激光清洗应用领域拓展

中国锂电池激光设备市场规模（亿元） 同比增长

2021年锂离子激光设备市场规模为101.3亿元。在新能源汽车需求的拉动下，预计2025年锂离子激光设备需求将达到220亿元。

出货量：锂离子电池：全球

锂离子电池：产量：月度

出货量 锂离子电池

锂离子电池：全球（吉瓦时） 产量：月产值（百万颗）

据市场研究公司QYR预测，到2026年，全球激光清洗市场规模将接近7450亿美元，年复合增长率约为4.3%。

据公开资料显示，美国已经成熟地将激光清洗技术应用于F-16战斗机和C-130运输机的表面清洗；英国劳斯莱斯公司生产的航空发动机中数十种钛合金零件的表面清洗技术就是激光清洗。

我国的激光清洗技术也在不断发展。 2016年，中国第一台激光清洗机问世； 2018年，激光清洗机达到100瓦级别； 2019年，光纤激光器技术突破1000W……持续推动激光产业链创新技术的优质供给，除应用于新能源动力电池领域外，还应用于轮胎、车身表面喷漆、零件大油污清理等

轮胎激光清洗

随着新能源汽车的发展，对轮胎噪声的控制提出了更加严格的要求。经过激光清洗后，可以减少新能源汽车轮胎的磨损和噪音，提高驾驶员的驾驶体验和舒适度。

与传统清洁方式相比，激光清洁具有清洁过程中无耗材、对轮胎无损伤等优点；清洗效率高、一致性好；可实现自动清洗，使用成本仅为干冰清洗的1/10。

在静音轮胎的制造过程中，采用聚焦的高能激光束照射有机高分子材料表面，引起材料表面的物理和化学变化，从而改善轮胎质量和生产工艺，提高轮胎的匹配性。轮胎和车身，提高车辆的整体性能。激光清洗可以有效去除轮胎内壁残留的脱模剂，提高复合材料的涂覆效果和聚氨酯海绵的粘附效果。