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深度解讀

綠光時代:鋰電極片切割技術(shù)進展與產(chǎn)業(yè)趨勢分析

激光制造網(wǎng) 來源:公大激光2025-11-22 我要評論(0 )   

導(dǎo)言隨著鋰電池需求的快速釋放,鋰電池技術(shù)在最近15年的發(fā)展突飛猛進。鋰電池在電池安全性,能量密度,制造成本上均得到了巨大的發(fā)展。鋰電池的極片切割技術(shù),從傳統(tǒng)的...

導(dǎo)言

隨著鋰電池需求的快速釋放,鋰電池技術(shù)在最近15年的發(fā)展突飛猛進。鋰電池在電池安全性,能量密度,制造成本上均得到了巨大的發(fā)展。鋰電池的極片切割技術(shù),從傳統(tǒng)的刀具切割發(fā)展至今采用激光切割; 近年,激光切割由常規(guī)的紅外激光,逐步進入短波長和超快激光切割應(yīng)用方向。經(jīng)過最近3年的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用推進,高功率脈沖光纖綠光逐步成長為鋰電池極片高精度切割的優(yōu)選方案。2025年,公大激光高功率綠光激光器在鋰電池極片模切領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)多家頭部廠商導(dǎo)入和應(yīng)用,該技術(shù)已通過的市場驗證,步入商用階段。這一市場與技術(shù)的雙重突破,正驅(qū)動著鋰電極片切割工藝邁向一個更精密、更高效、更可靠的新階段,為產(chǎn)業(yè)鏈的提質(zhì)降本與智能制造升級提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。


01. 鋰電池極片切割市場需求巨大

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2025高工鋰電年會最新消息,歷經(jīng)十五載砥礪深耕,中國鋰電產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。產(chǎn)業(yè)規(guī)模從最初不足2GWh的“小池塘”,穩(wěn)步壯大至如今超2000GWh的“汪洋大海”。在此過程中,不僅淬煉出一批躋身全球第一梯隊的行業(yè)巨頭,更推動“中國新三樣”穩(wěn)穩(wěn)站上世界舞臺中央,充分彰顯中國鋰電的產(chǎn)業(yè)硬實力,以及不斷進步的技術(shù)革新。鋰電池生產(chǎn)設(shè)備端,國產(chǎn)鋰電設(shè)備過去小步快走,受海外企業(yè)牽制;如今已發(fā)展到全產(chǎn)業(yè)鏈自主可控,大步引領(lǐng),未來將要稱雄世界。


02. 鋰電池模切技術(shù)發(fā)展過程

鋰電池制造過程中的極耳切割成型、極片分切以及隔膜切割等工序均需要用到切割應(yīng)用。隨著高功率、高光束質(zhì)量紅外納秒激光器的成熟,從傳統(tǒng)的刀具切割發(fā)展至今的激光切割; 相比刀具切割,激光切割具有精度更高、運營成本更低等優(yōu)勢,有助于電池生產(chǎn)提效降本。


目前生產(chǎn)商基本采用紅外脈沖納秒200~500W激光器進行生產(chǎn),極片切割最大的痛點是毛刺、溶珠過大,導(dǎo)致電池內(nèi)部短路引起的安全事故,所以整個產(chǎn)業(yè)鏈急需技術(shù)迭代,找到一種能夠減少毛刺、溶珠,同時生產(chǎn)效率更高,穩(wěn)定性好的激光切割光源。隨著,國家對電池制造的安全要求提高,《電動汽車動力蓄電池安全要求》,《工信部—GB38031-2005》明年強制執(zhí)行,電池生產(chǎn)切割工藝提升,迫在眉睫。 動力電池占比整車成本依舊偏高,電池生產(chǎn)良率是降本增效的有效的途徑之一。


短波長或超短脈沖激光光源逐漸走進舞臺,進入各頭部廠商的實驗室。隨著公大激光高功率脈沖光纖綠光激光器逐步導(dǎo)入多家頭部廠商并獲得批量應(yīng)用,脈沖光纖綠光激光器被市場選定為下一代極片切割光源。


03. 為什么綠光可以獲得更好的效果

鋰電池極片切割發(fā)展過程和要求,從刀片切割到紅外激光切割,再到綠光切割,圍繞著更安全,更高效,更穩(wěn)定(切割質(zhì)量)向前推進。


鋰電池切割主要包括正極片、負極片和隔膜三種材料切割。綠光,因其在高反金屬材料(銅和鋁)的高吸收率,在同等聚焦系統(tǒng)參數(shù)條件下的,長焦深或更小的束腰直徑,可以獲得更高能量密度,更小平均功率注入,更寬的焦深切割窗口,獲得更好的切割質(zhì)量和更高切割良率。不管在大圓柱電池、疊片電池、還是方殼電池的極片切割工藝,綠光相對紅外都有切割優(yōu)勢。



04. 大圓柱電池負極切割為例,綠光對比紅外激光效果差異

大圓柱電池(尤其是4680規(guī)格)通過全極耳這一革命性設(shè)計,解決了傳統(tǒng)圓柱電池內(nèi)阻高、發(fā)熱大的核心痛點,完美契合了電動汽車對超快充、高安全、低成本的追求。盡管其制造工藝,特別是全極耳的成型與焊接,帶來了新的挑戰(zhàn),但它無疑是當(dāng)前動力電池技術(shù)發(fā)展中一條極具潛力的主流路線。正在被特斯拉、寶馬、寧德時代、LG新能源、億緯鋰能等全球頭部車企和電池制造商重點布局和推進。


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4680全極耳電池結(jié)構(gòu): 在卷繞過程中,通過特殊工藝使正負極集流體(鋁箔和銅箔)的邊緣形成連續(xù)、完整的集流體暴露區(qū)域,代替了傳統(tǒng)的單個極耳。電池的連接方式: 整個卷芯的頂部(正極)和底部(負極)的整個圓面都通過激光焊接直接連接到蓋帽和殼體上。


電池結(jié)構(gòu)對切割良率提出了新要求。4680大圓柱電池的極片長度約為3.3m,通常負極片的突出的銅箔部分切割為1000片以上的切縫后,采用揉平工藝把負極片整齊地堆疊在一起。該方案要求,負極極片(銅箔)的切割良率越高越好,一般要求大于99.99%,否則容易出現(xiàn)切不斷或者熔珠而導(dǎo)致揉平的整體效果。紅外脈沖激光切割負極片,由于本身對銅材料吸收率較低(小于5%),導(dǎo)致切割焦深較短,在銅箔存在一定的抖動和褶皺時,易出現(xiàn)切不斷的現(xiàn)象。而銅對綠光(532nm)的吸收率達到40%,吸收率約比紅外光(1064nm)高一個數(shù)量級。另外,相同規(guī)格光學(xué)聚焦系統(tǒng)條件下,綠光具有紅外兩倍的切割焦深,這一特性進一步提升了切割穩(wěn)定性與良率, 實測數(shù)據(jù)見下表。

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1.銅箔層切割

通過使用高速相機對公大的納秒脈沖綠光激光與納秒脈沖紅外激光進行切割負極材料過程對比實拍,能清晰的看到在切割銅箔材料時,綠光切割沒有明顯飛濺物,切縫窄,而紅外納秒脈沖激光在切割銅箔時,切縫大,通過顯微鏡觀察樣品效果,納秒綠光切割純銅箔幾乎無毛刺,熱影響40μm,納秒紅外切割毛刺在5μm左右,熱影響50μm;同時對比離焦0.7mm處的切割情況,此時納秒紅外不能有效切斷,而納秒綠光仍可以有效切割。


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綠光切割銅箔高速視頻

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紅外切割銅箔高速視頻

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綠光離焦切割銅箔

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紅外離焦切割銅箔


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綠光切割焦深更大,對現(xiàn)場自動卷繞大規(guī)模生產(chǎn)兼容性更好,切割質(zhì)量更優(yōu),良率更高。


2.石墨層切割

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綠光切割石墨

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紅外切割石墨


石墨涂層對比,由于綠光光斑聚焦小,能量密度高,使用綠光切割的石墨平整度要比紅外更好,而紅外切割邊緣會有存在波浪邊,影響最后多層壓疊的平整度。


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3.石墨與銅箔交接處切割

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綠光切割銅箔石墨連接處

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紅外切割銅箔石墨連接處


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在切割石墨與銅箔銜接處,由于材料吸收率的原因,納秒紅外因為熱量太高導(dǎo)致銜接處銅箔熔珠特別明顯,而納秒綠光能實現(xiàn)無熔珠的切割效果。


4.切割效果數(shù)據(jù)對比


銅箔層切割

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在鋰電池銅箔切割應(yīng)用中,綠光納秒脈沖激光(532nm)相比紅外納秒脈沖激光(1064nm)展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。由于銅對綠光的吸收率遠高于紅外光,使得綠光在較低功率(120W)下即可實現(xiàn)高達150m/min的切割速度,超越紅外300W的90m/min;同時綠光切割的邊緣毛刺控制在0-5μm(紅外為5-10μm),且無熔珠殘留,切割焦深達±1.0mm(紅外僅±0.3mm),從而有效避免了由于銅箔在高速傳送過程中的抖動而產(chǎn)生的切不斷現(xiàn)象發(fā)生。這些特性共同促使綠光切割的生產(chǎn)良率超過99.995%,遠高于紅外的95-99.5%,從而在鋰電銅箔切割中實現(xiàn)更高效率、更優(yōu)質(zhì)量和更穩(wěn)定的工藝性能。


石墨涂層切割數(shù)據(jù)


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在鋰電負極片石墨層切割工藝中,綠光納秒脈沖激光器相比紅外激光器同樣展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。雖然兩者在切割效率(60~90m/min)和切割焦深(±0.7mm)上相近,但綠光激光的熱影響區(qū)僅為25μm,比紅外的35μm降低約?28.6%,說明綠光被石墨材料吸收更高效、能量更集中,從而大幅減少熱擴散對周邊材料的損傷。更重要的是,綠光切割實現(xiàn)了“無漏銅”,完全避免了紅外切割中因銅箔基底暴露可能導(dǎo)致的電池短路風(fēng)險,同時端面與平面毛刺均為零。這些特點使綠光激光在提升負極片切割精度、保障電池安全性與電化學(xué)性能方面更具競爭力,尤其適合高可靠性的鋰電池制造需求。


銅箔&石墨過渡區(qū)切割數(shù)據(jù)對比


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在鋰電負極片極耳(銅箔與石墨交接處)切割工藝中,傳統(tǒng)紅外激光由于石墨層和銅箔層材料吸收差異較大,特別是石墨層的吸收遠高于銅箔的吸收,導(dǎo)致紅外在進行銅箔與石墨交接處切割時在銅處容易產(chǎn)生較明顯的熔珠現(xiàn)象。綠光激光在銅箔表面的吸收率更高,極大的改善了這種現(xiàn)象,能量集中,因此切口幾乎無毛刺(0-5μm)、無溶珠、無漏銅,熱影響區(qū)極小,有效保護石墨層結(jié)構(gòu)完整性;同時切割速度可達150m/min,切割焦深達±0.7mm,對料帶高速傳輸過程的抖動適應(yīng)性強,生產(chǎn)良率超過99.99%。這些特性使綠光激光在極耳切割中能夠同時提升切割質(zhì)量、效率和可靠性,是未來高端高安全動力電池的精密制造需求。


以上數(shù)據(jù)表明,大圓柱電池負極片材料切割,綠光相對紅外的效果有明顯的改善,特別在銅箔的切割焦深,狹縫的切割良率;石墨涂層的熱影響區(qū),切割端面的平整度;過渡區(qū)域的切割熔珠控制,切割效率和毛刺水平的提升等方面,都具有積極的作用。


05. 綠光在正極材料切割上表現(xiàn)同樣出色

脈沖綠光不僅在電池負極材料應(yīng)用上表現(xiàn)優(yōu)異,同時在電池正極材料切割上,表現(xiàn)出比紅外激光更優(yōu)的切割潛力,特別在正極片陶瓷層的切割上,短波長對高分子材料的冷加工方案,有助于大幅提高AT陶瓷層的切割效果,有效降低切割毛刺和熱影響,對電池安全性有積極的作用。厚度為25μm左右的陶瓷復(fù)合材料,切割毛刺比紅外激光降低接近50%,最大毛刺小于10μm, 最大端面毛刺平均值接近隔膜厚度7μm左右。

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注:正極片切割,使用紅外和綠光效果都不太好,由于涂層材料的熔點明顯較中心鋁箔的熔點高,高速切割時,熱影響對中間金屬層容易產(chǎn)生熔珠。即使采用多次切割的方式,有一定程度的改善,但仍然未滿足批量生產(chǎn)要求。


06. 高功率光纖綠光激光模切方案得到頭部客戶認可

公大激光高功率綠光激光器在鋰電池極片模切領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)多家頭部廠商導(dǎo)入和應(yīng)用,該技術(shù)已通過最嚴格的市場驗證,步入成熟商用階段。這一市場與技術(shù)的雙重突破,正驅(qū)動著鋰電極片切割工藝邁向一個更精密、更高效、更可靠的新階段,為產(chǎn)業(yè)鏈的提質(zhì)降本與智能制造升級提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。


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