“兔”个高效，纳飞光电皮秒激光器在切割锂电池隔膜的应用
锂离子电池是一种二次电池（充电电池），主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，具有较高的比能量、长的循环寿命和对环境友好等优点。锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一，主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。因此，隔膜通过决定电池界面结构、内阻等，从而影响电池的容量、循环以及安全性能。
可见，隔膜的性能优劣对电池综合性能具有重要的作用。锂离子电池种类不同，采用的隔膜也不同，例如微孔隔膜一般用于锂离子电池包，蜂窝隔膜是用于电动车电池包中的隔膜，此外根据结构和组成可以分为不同的类型，主要分为多孔聚合物膜、无纺布隔膜以及无机复合膜等。
由于锂离子电池隔膜厂家出库的隔膜为母卷，母卷的宽度一般不能直接应用于锂电池生产，需按照所需尺寸进行分切后才可应用到锂离子电池的生产中。据了解，当前隔膜裁切的方式有热切和冷切，热切是先将切刀加热到隔膜的熔点温度，使得隔膜熔断，所用的切刀也不是刀，实际是一种耐高温的金属丝，但金属丝高温加热后易拉长变形，导致隔膜熔断时不成一直线，造成隔膜切断不合格；而冷切是用刀片在隔膜切断位置滑过，这种方式的最大缺点在于当切刀磨损后，不锋利的刀口易损伤隔膜。热切和冷切这两种传统切割薄膜方式均为接触式裁断，因而隔离膜会出现表层陶瓷脱落，切断面拉丝毛边等，过多陶瓷堆积成颗粒增大电芯(微)短路风险，最终可能会导致安全事故发生。
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针对传统裁切隔膜方式的不足，通过非接触式的激光切割技术，做到隔膜断面不烧焦、不碳化、不熔融，从而达到提升锂电池电芯的安全性。
据了解，锂电池市场化的隔膜材料，主要是以聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）为主的具有优异的力学性能、化学稳定性和相对廉价的聚烯烃类隔膜为主。PE 隔膜的熔点在130℃左右，PP隔膜的熔点在160℃左右。采用纳飞光电研发设计的1064nm皮秒激光器，其冷加工特性和高稳定性，使其替代传统刀切工艺成为可能。
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皮秒激光的冷加工。纳飞光电皮秒激光器光束质量高（M²＜1.3），因此光束聚焦后的直径非常小，能量密度和峰值功率非常高，当光束作用到如此细微空间区域时可轻易地剥离薄膜材料的外层电子，使电子脱离原子的束缚，形成等离子体。同时，激光与材料相互作用的时间极短（脉冲宽度＜10ps），等离子体还没来得及将能量传递给周围材料，就已经从材料表面被烧蚀掉（从点到线完成切割），能在很大程度上避免长脉宽、低强度激光造成材料熔化与持续蒸发现象（热作用），也不会存在大的热影响区，从而提高了切割质量。皮秒激光加工的过程被称为“冷加工”过程。
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为进一步提升切割断面的品质，离不开皮秒激光器的稳定性。设备稳定性越高，输出的脉冲能量越稳定，在超精细加工领域就越发体现的明显。纳飞光电推出的皮秒激光器在功率稳定性和脉冲序列稳定性方面具有不错表现，经过长时间实验测得的功率稳定性和脉冲稳定性均小于1%RMS，让隔膜切割质量更高，重复性更好。
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近些年来，锂离子电池产量和产业规模的快速扩大为助推双碳进行做出了积极贡献。据工信部发布的消息：2022年锂离子电池产量同比增长超130%，行业总产值突破1.2万亿元。作为配套材料的隔膜市场同样看涨，根据行业规范公告企业信息及研究机构测算，2022年正极材料、负极材料、隔膜、电解液等锂电一阶材料产量分别约为185万吨、140万吨、130亿平方米、85万吨，同比增长均达60%以上。因此，隔膜的市场潜力还有这巨大的市场空间，而叠加纳飞光电皮秒激光器的激光切割设备将有望成为隔膜加工产业链上的高效利器。
