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    海目星溫燕修:激光切割極片熱影響區的量化分析
    發布時間:2018-05-22 14:59:00
    關鍵詞:CIBF2018

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    圖為深圳市海目星激光智能裝備股份有限公司
    激光及能源行業中心副總經理溫燕修發表主題演講


    5月22日,“2018第一屆新能源汽車及動力電池(CIBF深圳)國際交流會”在深圳會展中心舉行。深圳市海目星激光智能裝備股份有限公司激光及能源行業中心副總經理溫燕修在“動力電池產業鏈專場——融·突破桎梏 攜手發展”主題論壇上發表演講。以下是演講內容:

      深圳市海目星激光智能裝備股份有限公司激光及能源行業中心副總經理溫燕修:

      感謝主辦方提供這個機會,我和CIBF有一些淵源,2016年我來深圳參加的第一個展會就是CIBF,當時我第一次接觸到鋰電,這兩年有很多感觸想和大家分享。希望多跟業界各位同仁一起討論。

      我的報告分四部分:一是熱影響區的定義是什么,什么是熱影響區;二是在機理上做一些分析,它到底是怎么產生的,原因、根源是什么;三是熱影響區成分表征;四是改善熱影響區的相關設計。這四個方面缺一不可,才能真正把熱影響區分析透。

      激光加工過程熱量的擴散是不可避免的,他的擴散有一些影響的區域,溫度是多少?我說大概2000多度,2000多度的影響力比較大,忽略激光作用的時間,以1064的激光來講,整個周期里作用的時間是千分之幾,作用時間很短,溫度很高,熱影響區后面有理論模型計算?,F在實際的情況怎么樣?憑肉眼觀察,我覺得視力不太好,我看是30微米,40微米寬,整個極片0.15毫米都是熱影響區嗎?也未必,我們會有后端的分析和成因的分析。

      這是在實際檢測中的極片,行業里可以做到的是正常范圍,正極極片是100-200um,負極極品40-80um是比較合理的,如果有一些正極材料陶瓷邊應該是20-60um,銅箔是40-80um。

      下面我們把熱影響區的產生機理跟大家做一下簡單的分享,切割效果一樣的話熱去哪兒了?首先我們看高斯分布,能量分布本來就不均勻,比如說中間的圖,中間的能量分布很高,我們都知道激光切割材料的時候,材料的破壞是有一個閾值,能量密度的閾值,超過能量密度的閾值才能破壞,小于能量的閾值就是在給材料加熱。這是基本的原理。

      為什么銅箔的縫隙小一點,因為它的閾值高一點,一個光斑是1毫焦,剩下的能量是熱影響區,其實非常小的能量。 時間是納秒級的,熱影響區的深度就有了,他是微米級的影響深度,我們的極片是200微米以內,他的影響是薄薄一層。對于不同材料基材的熱影響到底有什么不一樣?首先跟材料的致密程度有關系,這里面容易產生一些氧化物、負反應,銅箔非常致命,和氧結合會形成一些氧化物,對于核心材料,我們現在只分析磷酸鐵鋰的材料,三價鐵離子,二價鐵離子,對于銅也是一樣,這是關于磷酸鐵鋰可能發生的反應。三價鐵離子不能自發的吸收鐵,少量的三價鐵離子是不會產生影響的,熱影響區的鐵離子到底有多少?銅在電池里的氧化物會對電池的性能造成影響,這是我們要重點關注的。

      前面通過化學的方法和原理的方法有這些材料產生,我們也分析了三價鐵離子和銅的氧化物對電池的影響,通過化學的方法分析。表征成分在電池里有多少?能分析得出來嗎?我們試著分析了一下,這些變化是造成了二價鐵離子和三價鐵離子的區別,這是三價鐵離子,也印證了激光加工的時候產生三價鐵離子。

      石墨本身是沒有其他物質產生,只是一些石墨的影響比較多,還是不同的結合,我把磷酸鐵鋰切完以后,毛刷刷出熱影響,熱影響是有顏色的變化,刷子去刷,刷掉一層去觀察,直掉熱影響的顏色都已經被刷沒了,這部分刷的是熱的影響,厚度我們可以認為是熱影響區的厚度,這個厚度應該是陰極4微米左右,陽極是3微米左右。

      銅用毛刷刷不掉,去除的深度是5納米,下面的表格里氧的元素上升逐漸下降到0,它的量是非常小的,0.2PPM,有些客戶已經把熱影響區的要求放開了,有一些比較大的客戶在研究激光分調,用激光把它分開,它有很多優勢在里面。

      DOE改善,既然我們發現這個,我們也在想辦法盡量減少,通過我們自己的DOE分析,理論上做到陽極的影響區在70微米左右,國內的大企業把卷繞的工藝和設備做到的極致,這就是我的分享,謝謝大家。

      (根據嘉賓發言整理,未經嘉賓審閱)


    稿件來源: 電池中國網
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