单模500W MOPA光纤激光器为何是新能源极片切割的新利器？

2021-11-12 14:27

目前全球新能源汽车销量火爆，带动了动力电池需求爆发式增长。2021年1－9月，全球动力电池装机量为195．4GWh，同比增长128％；中国动力电池装机量为92GWh，同比增长169．1％。海通证券研究所测算：2025年中国新能源汽车销量、动力电池需求量分别为702万辆、456GWh，2020－2025年呈现较快增长状态，复合增速分别达38．71％与48．66％。

至2025年动力电池需求456GWh相比2020年63GWh有较大的增长空间。锂电池生产厂商纷纷扩大产能，高速产线是必然的趋势。目前一条线20GWh的生产效率都难以达到，而限制生产效率的短板在于极片切割环节。例如，单台设备（200W）极片切割速度90m／min，极限产能也只有10GWh（24h全年连续化生产）。极片切割主要使用的激光光源还是单模脉冲100W和200W，更高功率的单模MOPA激光器市场少之又少。

光至科技是一家以“服务精密制造的先进光源供应商”为定位的高科技企业，提供20W－500W全系列可调纳秒脉冲MOPA激光器以及各类高性能新型定制产品。我们基于单模250W MOPA光纤激光器用于动力电池极片切割的应用做了大量的研究。

针对极片切割的特点，YFPN－250－CUT具有高光束质量M2＜1．6，多达16种脉宽（10～500ns）选择，最高2mJ单脉冲能量，同时具备在线功率、频率的切换且切换时长小于10us的特点，可满足极耳铜箔、石墨、铝箔和陶瓷层四种材料的切割工艺。

波形图

铜箔切割

测试不同脉宽不同频率下铜箔的最大切割速度，发现在各波形下的中心频率可取得最大切割速度，而随着频率的增加最大切断速度下降。其次，研究还发现在长脉宽的中心频率切割时，由于单脉冲能量较大，切割效率和效果都不太理想，主要是由于脉冲多余的能量都转为余热增大了热影响区，加大速度后脉冲重叠率过低而毛刺增加明显；脉宽太小又会造成单脉冲能量不足而切不断。因此铜箔切割需选择合适的脉宽保证峰值和能量，以获得高速且品质较好的效果。