激光清洗工艺被誉为“21世纪相当具有发展潜力的绿色清洗技术”。其原理是利用激光光束的高能量密度、方向可控和汇聚能力强等特性,使激光与工件基底上附着的油污、锈斑、粉尘渣、涂层、氧化层或膜层等污染物相互作用,以瞬间受热膨胀、熔化、气体挥发等形式与工件基底分离,实现清洗目的。
锂电池的制备工艺分为前段工序(极片制造)、中段工序(电芯合成)、后段工序(化成封装)。极片制造是锂电池生产的中心工序之一,其中涂布是主要步骤。为了避免杂质、粉尘等介质引起电池内部微短路,在涂覆电极材料前,需要对金属薄带进行清洗。常见的正极集流体是铝箔,负极集流体是铜箔,为了保证集流体在电池内部的稳定性,二者纯度要求在98%以上,且表面需保持高洁净度和无氧化层。
激光清洗工艺在锂电池极片制造中的应用主要体现在以下几个方面:
一、极片涂布前激光清洗
在涂布前,采用激光清洗技术对铝箔和铜箔进行清洗,可以去除表面的污染物,保证后续涂布的质量。激光清洗具有无研磨和非接触性,不会破坏基底,同时可以提高清洗过程的效率,节约清洗资源。通过建立清洗过程数据实时监控和清洗结果量化判定,可以很大程度保证极片上浆涂布的效果,提高极片批产生产的一致性。
二、电芯极耳焊接前激光清洗
极耳是电池中将正负极引出的金属带,作为充放电时的接触点。在焊接极耳之前,需要先清洗掉待焊极耳区域的涂层。激光清洗技术可以有效去除电芯极柱端面的污物、粉尘等,无需使用任何耗材,如固液气等,大幅减少制造成本。同时,激光清洗可以大幅提高生产节拍,提升整体生产效率。
三、电池组装过程中外贴胶激光清洗
为防止锂电池发生安全事故,通常需要对电芯进行外贴胶绝缘处理。在此之前,应对绝缘板和端板进行清洗,以清洁电芯表面的脏污,并粗化电芯表面,从而提高贴胶或涂胶的附着力。激光清洗技术可在电芯表面实现高洁净度,达到Sa3级,除净率超过99.9%。与传统清洗方法相比,激光清洗对电芯表面无应力作用,能够很大程度地保证电芯表面的物理化学指标不发生变化,从而延长电池的使用寿命。
激光清洗工艺的优势主要体现在绿色环保、高效率、高精度和非接触加工等方面。它不需使用任何化学药剂和清洗液,清洗下来的废料基本上都是固体粉末,体积小,易于存放,可回收,无光化学反应,不会产生污染。同时,激光清洗速度快,效率高,节省时间。购买激光清洗系统虽然前期一次性投入较高,但清洗系统可以长期稳定使用,运行成本低,更重要的是可以方便地实现自动化操作。
随着激光器性能的不断提升以及成本的大幅度降低,激光清洗技术在锂电池制造工艺中的应用将越来越广,为锂电池的品质制造提供有力保障。
