鋰離子電池在許多現(xiàn)代工業(yè)中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，從便攜式電子產(chǎn)品、電動汽車、家用儲能系統(tǒng)到工業(yè)儲能系統(tǒng)。隨著這些領(lǐng)域不斷發(fā)展，市場對鋰離子電池的需求也隨之增長，從而推動其生產(chǎn)力的不斷提高。鋰電池由多層涂覆金屬箔（電極）組成，其加工需要高速度、單次切割和良好的邊緣質(zhì)量， 而超短脈沖激光器能夠完全滿足這些要求。

在之前的文章中，我們展示了采用皮秒脈沖寬度激光和 TimeShift 脈沖調(diào)制技術(shù)進行的箔切割。我們還介紹使用 IceFyre® FS IR200 飛秒激光器切割陽極和陰極鋰離子電池箔的優(yōu)異結(jié)果。本文我們將展示采用 TimeShift 技術(shù)脈沖串加工模式與傳統(tǒng)單脈沖相比的優(yōu)勢。為了更直觀高效地評估性能，我們同時考察了最大切割速度和涂層“回縮”（涂層從切割邊緣縮回的距離），并提供視覺比較圖像.

優(yōu)異的切割質(zhì)量

對于脈沖串加工，PRF（脈沖重復(fù)頻率）固定為 200 kHz， 使用的脈沖串子脈沖數(shù)范圍為 10 到 80；而對于單脈沖加工，我們首先探索了幾種不同的 PRF，以找到單一的優(yōu)化切割條件。圖 1 所示為兩種箔材的脈沖串凈切割速度與脈沖串數(shù)的關(guān)系。水平虛線表示單脈沖結(jié)果的最佳切割速度。

圖 1. 陰極箔和陽極箔的凈切割速度與脈沖數(shù)的關(guān)系。

從這些數(shù)據(jù)中我們可以看出，脈沖串模式的切割速度大大超過了單脈沖，單脈沖的陽極和陰極的峰值分別為 1.4 m/s 和 1.6 m/s。而 80 個脈沖時切割速度分別為 2.2 m/s 和 2.8 m/s。這表示陽極和陰極的切割速度分別提高了 57% 和 75%。

與單脈沖相比，IceFyre FS IR200 TimeShift 脈沖串的總能量更高。例如，單脈沖的最大能量約為 200 µJ，而使用 5、10 和 20 個脈沖的脈沖串可使輸出脈沖串的總能量分別達到約 550、約 750 和約 900 µJ（具體取決于 PRF）。如此大的能量 “包”，顯然有利于提高加工速度。

為了評估切割質(zhì)量，我們還測量了兩種箔材上每種切割條件下的涂層回縮（圖 2），并拍攝了 SEM 圖像，以定性檢查切割邊緣的金屬涂抹情況（圖 3）。切割邊緣的回縮越小越好，因為這代表切割質(zhì)量越高。

圖 2. 陰極箔和陽極箔的涂層回縮與脈沖數(shù)的關(guān)系

圖 3. 從單脈沖到 80 脈沖脈沖串的不同脈沖數(shù)下陰極和陽極電池箔切割邊緣的 SEM 圖像

對于這兩種箔材，我們發(fā)現(xiàn)，與單脈沖加工相比，采用 10 脈沖脈沖串加工時的回縮最初會有所增加。不過， 當脈沖串數(shù)越高時，回縮效果越好，但陽極箔的單脈沖結(jié)果仍然是測試范圍內(nèi)回縮效果最低的。

從 SEM 圖像中我們可以看到，陽極在任何條件下都很少出現(xiàn)殘留現(xiàn)象，而在 40 脈沖條件下則顯得尤為干 凈。相比之下，陰極箔的質(zhì)量則比較模糊。單脈沖工藝有明顯的殘留現(xiàn)象，而 10 脈沖和 20 脈沖的情況有所改善，但 40 脈沖和 80 脈沖的對比度有所降低，因此盡管似乎有少量殘渣，也很難評估殘留程度。

在先前電池箔切割的基礎(chǔ)上，我們進一步證實了脈沖串加工比單脈沖更有優(yōu)勢，陽極和陰極切割的產(chǎn)量更高，陽極的質(zhì)量明顯更好。采用脈沖串脈沖輸出，IceFyre FS IR200 的單次切割速度可超過 2 m/s，且加工質(zhì)量良好，在大多數(shù)情況下均優(yōu)于采用單脈沖的質(zhì)量。

IceFyre FS IR200 能夠以高 PRF 提供超過 200 W 的紅外飛秒脈沖，因此本身就能快速切割鋰離子電池箔。 同時 IceFyre FS IR200 還增配了 TimeShift 功能，可進 一步提高箔切割的生產(chǎn)效率，同時改善切割質(zhì)量。

IceFyre® FS 紫外和紅外飛秒激光器

IceFyre FS 系列是工業(yè)飛秒激光技術(shù)的巨大飛躍，不僅具有優(yōu)異的性能，而且用途廣泛，穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟實惠。IceFyre FS 飛秒激光器是高產(chǎn)量、高質(zhì)量微加工關(guān)鍵材料（包括玻璃、聚合物、金屬、半導體、薄膜和復(fù)合材料）的理想選擇，適用于要求苛刻的消費電子產(chǎn)品、清潔能源、醫(yī)療器械和工業(yè)應(yīng)用。

IceFyre FS 以 Spectra-Physics 的 It’s in the Box 設(shè)計為基礎(chǔ)，將激光器和控制電子元件集成到一個易于安裝的封裝中。

文章來源：Resource 館主

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