CN109570773B - 一种激光切割方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光切割方法和装置中，所述的方法包括如下步骤：提供基材，所述基材包括：中间层，设置在所述中间层上表面的上层涂覆层，以及设置在所述中间层下表面的下层涂覆层；清洗掉基材的激光切割区域内的上层涂覆层或下层涂覆层，以形成上层裸露区或下层裸露区；激光照射至基材的激光切割区域内并沿切割轨迹切割基材，以形成成品。在进行激光切割前，首先清洗掉基材激光切割区域内的上层涂覆层或下层涂覆层，之后再将激光照射至基材的激光切割区域内对基材进行切割形成成品。整个过程中，由于减少了激光切割区域内的上层涂覆层或下层涂覆层中的其中一层，从而相应的减少了在激光切割时所产生的粉尘。
Description
技术领域
本申请涉及激光切割技术领域，具体涉及一种激光切割方法和装置。
背景技术
在现有的锂离子电池极片激光切割过程中，主要是直接切割极片上、下涂覆层和切割涂有三氧化二铝的极片的上、下涂覆层。在直接切割极片上、下涂覆层时，激光切割极片过程中会产生大量的粉尘，并且由于激光在切割过程中产生大量的热量，会对极片产生热影响，产品的热影响区大。在切割涂有三氧化二铝的上、下涂覆层时，所涂覆的三氧化二铝的目的是为减少切割过程中所产生的粉尘和减少热影响区的发生，但所涂覆的三氧化二铝同时也增加了生产成本，并且涂覆的三氧化二铝也降低了锂离子电池极片涂覆层的反应面积，从而降低了电池的容量。
因此，现有技术有待改进和提高。
发明内容
本申请旨在提供一种激光切割方法和装置，以减少切割过程中产生的粉尘。
根据本申请的第一方面，本申请提供了一种激光切割方法，包括如下步骤：
提供基材，所述基材包括：中间层，设置在所述中间层上表面的上层涂覆层，以及设置在所述中间层下表面的下层涂覆层；
清洗掉基材的激光切割区域内的上层涂覆层或下层涂覆层，以形成上层裸露区或下层裸露区；
激光照射至基材的激光切割区域内并沿切割轨迹切割基材，以形成成品。
所述的激光切割方法，其中，在所述清洗掉基材的激光切割区域内的上层涂覆层或下层涂覆层，以形成上层裸露区或下层裸露区的步骤中，通过激光清洗掉基材的激光切割区域内的上层涂覆层或下层涂覆层，以形成上层裸露区或下层裸露区。
所述的激光切割方法，其中，在所述激光照射至基材的激光切割区域并沿切割轨迹切割基材，以形成成品的步骤中，激光照射至上层裸露区并沿切割轨迹切割基材，或者激光照射至下层裸露区并沿切割轨迹切割基材，或者激光照射至激光切割区域内的上层涂覆层并沿切割轨迹切割基材，或者激光照射至激光切割区域内的下层涂覆层并沿切割轨迹切割基材，以形成成品。
所述的激光切割方法，其中，所述基材具有涂层区和留白区，所述留白区设置在所述涂层区的宽度方向的至少一侧边，所述中间层、所述上层涂覆层和所述下层涂覆层形成所述涂层区，所述中间层向所述涂层区的宽度方向的至少一侧边延伸形成所述留白区。
所述的激光切割方法，其中，所述基材为正极极片带或负极极片带，所述中间层为正极箔材或负极箔材；所述成品为切割极耳后的正极极片带或切割极耳后的负极极片带。
所述的激光切割方法，其中，所述基材的激光切割区域为包含切割轨迹的预设区域。
所述的激光切割方法，其中，在所述提供基材的步骤中，所述基材提供的方式采用放卷出料的方式进行提供。
所述的激光切割方法，其中，在所述激光照射至基材的激光切割区域并沿切割轨迹切割基材，以形成成品的步骤之后，还包括对成品进行收集的步骤。
所述的激光切割方法，其中，所述对成品进行收集的步骤采用收卷收料的方式进行收集。
根据本申请的第二方面，本申请还提供了一种基于所述的方法的激光切割装置，包括：沿基材的传送方向依次设置的放卷机构、清洗机构和切割机构；所述放卷机构用于提供基材，所述基材包括：中间层，设置在所述中间层上表面的上层涂覆层，以及设置在所述中间层下表面的下层涂覆层；所述清洗机构用于清洗掉基材的激光切割区域内的上层涂覆层或下层涂覆层，以形成上层裸露区或下层裸露区；所述切割机构用于将激光照射至基材的激光切割区域内并沿切割轨迹切割基材，以形成成品。
本发明的有益效果是：
本申请提供的一种激光切割方法和装置中，该方法包括如下步骤：提供基材，所述基材包括：中间层，设置在所述中间层上表面的上层涂覆层，以及设置在所述中间层下表面的下层涂覆层；清洗掉基材的激光切割区域内的上层涂覆层或下层涂覆层，以形成上层裸露区或下层裸露区；激光照射至基材的激光切割区域内并沿切割轨迹切割基材，以形成成品。在进行激光切割前，首先清洗掉基材激光切割区域内的上层涂覆层或下层涂覆层，之后再将激光照射至基材的激光切割区域内对基材进行切割形成成品。整个过程中，由于减少了激光切割区域内的上层涂覆层或下层涂覆层中的其中一层，从而相应的减少了在激光切割时所产生的粉尘。
附图说明
图1为本发明提供的激光切割方法的流程图；
图2为本发明提供的基材和基材的激光切割区域的示意图；
图3为图2的A-A向剖视图；
图4为上层涂覆层清洗后形成上层裸露区的示意图；
图5为下层涂覆层清洗后形成下层裸露区的示意图；
图6为本发明提供的激光切割装置的结构示意图；
图7为本发明提供的激光切割装置中，清洗机构的结构示意图；
图8为本发明提供的激光切割装置中，切割机构的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。
实施例一、
本实施例提供了一种激光切割方法，具体是用于切割锂离子电池极片形成极耳的激光切割方法。该方法首先将锂离子电池极片激光切割区域内的上层涂覆层或下层涂覆层清洗掉，从而在锂离子电池极片激光切割区域内形成上层裸露区或下层裸露区，再将激光照射至激光切割区域内并沿切割轨迹进行切割，从而在激光切割区域内切割出极耳形成成品电池极片。锂离子电池极片上、下表面所涂覆的涂覆层是极片的活性物质，在激光切割过程中，会产生大量的粉尘，该粉尘是涂覆层颗粒以及箔材碎屑组成，不仅会对人体产生伤害，同时若回落到极片上，还会影响产品的质量。本激光切割方法是减少了其中一层涂覆层进行切割，进而减少了切割过程中粉尘的产生，产生的少量的粉尘由吸尘装置吸除。
参见图1所示，本实施例所提供的激光切割方法，具体包括如下步骤：
基材提供步骤100：提供基材10，参见图3所示，该基材10包括：中间层14，设置在中间层14上表面的上层涂覆层13，以及设置在中间层14下表面的下层涂覆层15。
上述基材提供步骤100中，基材10具体为正极极片带或负极极片带。在生产锂离子电池极片时，正极极片带和负极极片带的宽度方向的至少一侧边都具有留白区，该留白区为制作极耳的区域，此种方式制作出的极耳既保证了电池的容量，也兼顾了过流能力。具体的，结合图2所示，基材10具有涂层区B和留白区，留白区位于涂层区B的宽度方向的至少一侧边，该宽度方向即图2中的上下方向，基材10的中间层14、上层涂覆层13和下层涂覆层15形成涂层区B，中间层14向涂层区B的宽度方向的至少一侧边延伸，从而形成留白区，图2中的区域11和区域12即为留白区。
基材10为正极极片带则中间层14为正极箔材，成品为切割极耳后的正极极片带。基材10为负极极片带则中间层14为负极箔材，成品为切割极耳后的负极极片带。正极极片带和负极极片带具体都是采用放卷出料的方式进行提供。当该基材10为正极极片带时，上层涂覆层和下层涂覆层都为三元或磷酸铁锂，并且有且仅有两层涂覆层同时是三元或磷酸铁锂；当基材10为负极极片带时，上层涂覆层或下层涂覆层为碳材料，例如石墨等。正极极片带上的涂覆层能够起到锂离子的嵌入和脱嵌的作用，具体的是在放电时，锂离子嵌入释放一个电子，在充电时，锂离子脱嵌得到一个电子。负极极片带上的涂覆层能够起到锂离子的***和脱插的作用，具体的是在充电时，锂离子从正极脱嵌后，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，放电时则相反。锂离子的嵌入和脱嵌以及锂离子的***和脱插产生电流，以供外部用电设备的使用。
基材清洗步骤200：清洗掉基材10的激光切割区域内的上层涂覆层13或下层涂覆层15，结合图4和图5所示，从而将激光切割区域内的上层涂覆层13或下层涂覆层15清洗后形成上层裸露区131或下层裸露区151。应当说明的是，清洗掉基材10的激光切割区域内的上层涂覆层13或下层涂覆层15，包括三种情况：仅清洗掉上层涂覆层13，仅清洗掉下层涂覆层15，以及清洗掉上层涂覆层13和下层涂覆层15。
上述基材清洗步骤200中，通过激光清洗掉基材10的激光切割区域内的上层涂覆层13或下层涂覆层15，以形成上层裸露区131或下层裸露区151。继续参见图2中所示，由于该基材10具有涂层区B和留白区，而留白区是由区域11和区域12所形成的，留白区的上、下表面无涂覆层，因此，激光所清洗的区域即为在涂层区B内的区域，可以是图2中的区域C和区域D所形成的长条状结构，也可以只是阴影区域C，应当说明的是，区域C和区域D所形成的长条状结构的宽度很小，一般设定为1-2mm。基材的激光切割区域即为图2中的区域C和区域11，区域D和区域12为切割后所形成的极耳。
在另一实施方式中，若基材不具有留白区，即基材的中间层的上、下表面均匀的涂有涂覆层，则基材的激光切割区域为由区域C、区域D、区域11和区域12所形成的长条状结构，则基材的激光切割区域为包含切割轨迹的预设区域，换而言之，切割轨迹经过上层裸露区131或下层裸露区151，该上层裸露区131或下层裸露区151即为区域C和区域11，使得激光切割在裸露的中间层上，减少了粉尘的产生。所述预设区域的原则是使激光切割时中间层的上下表面至少有一面无涂覆层即可。例如图2所示，所述预设区域可以是未切割极耳的所述极片带的一条侧边区域(区域C+区域D+区域11+区域12)，当然也可以是未切割极耳的所述极片带的两条侧边区域。所述预设区域还可以是尺寸大于等于切割轨迹与未切割极耳的所述极片带形成的封闭图形(11或12)的区域。所述预设区域还可以是切割轨迹形成的区域，该切割轨迹即为区域C和区域12上的虚线。继续结合图2中所示，图2中示出了基材10和基材10的激光切割区域的示意图，清洗掉激光切割区域的上层涂覆层或下层涂覆层后，基材10上的极耳裸露，在清洗激光切割区域时，可以清洗由图2中的区域11和区域12组成的长条状区域，也可以只清洗略大于区域11的区域，也可以只清洗略大于区域12的区域，区域12即为切割出的极耳。此种基材的清洗方式中，在清洗、切割之后，可在所清洗掉的一面重新涂涂覆层。
基材切割步骤300：激光照射至基材10的激光切割区域内并沿切割轨迹切割基材，以形成成品。参见图2中所示，切割轨迹即为图2中的区域C和区域12上的虚线。
上述基材切割步骤300中，激光可以照射至上层裸露区并沿切割轨迹切割基材，或者激光可以照射至下层裸露区并沿切割轨迹切割基材，或者激光可以照射至激光切割区域内的上层涂覆层并沿切割轨迹切割基材，或者激光可以照射至激光切割区域内的下层涂覆层并沿切割轨迹切割基材，从而形成成品，该成品具体是为切割极耳后的正极极片带和切割极耳后的负极极片带。
本实施例所提供的激光切割方法，在基材切割步骤之后，还包括对成品进行收集的步骤。该对成品进行收集的步骤具体是采用收卷收料的方式进行收集。
实施例二、
参见图6所示，本实施例提供了一种可用于实施所述激光切割方法的激光切割装置，该激光切割装置包括：放卷机构20、清洗机构30、切割机构40和收卷机构50，其中，放卷机构20、清洗机构30、切割机构40和收卷机构50沿基材的传送方向依次设置。各机构之间设置有多个过棍以供基材10的通过。
放卷机构20用于提供基材10，结合图3中所示，该基材10包括：中间层14，设置在中间层14上表面的上层涂覆层13，以及设置在中间层14下表面的下层涂覆层15。具体可参考现有技术的放卷方式。
上述放卷机构20中，基材10具体为正极极片带或负极极片带。在生产锂离子电池极片时，正极极片带和负极极片带的宽度方向的至少一侧边都具有留白区，该留白区为制作极耳的区域，此种方式制作出的极耳既保证了电池的容量，也兼顾了过流能力。具体的，结合图2所示，基材10具有涂层区B和留白区，留白区位于涂层区B的宽度方向的至少一侧边，该宽度方向即图2中的上下方向，基材10的中间层14、上层涂覆层13和下层涂覆层15形成涂层区B，中间层14向涂层区B的宽度方向的至少一侧边延伸，从而形成留白区，图2中的区域11和区域12即为留白区。
基材10为正极极片带则中间层14为正极箔材，成品为切割极耳后的正极极片带。基材10为负极极片带则中间层14为负极箔材，成品为切割极耳后的负极极片带。正极极片带和负极极片带具体都是采用放卷出料的方式进行提供。当该基材10为正极极片带时，上层涂覆层和下层涂覆层都为三元或磷酸铁锂，并且有且仅有两层涂覆层同时是三元或磷酸铁锂；当基材10为负极极片带时，上层涂覆层或下层涂覆层为碳材料，例如石墨等。正极极片带上的涂覆层能够起到锂离子的嵌入和脱嵌的作用，具体的是在放电时，锂离子嵌入释放一个电子，在充电时，锂离子脱嵌得到一个电子。负极极片带上的涂覆层能够起到锂离子的***和脱插的作用，具体的是在充电时，锂离子从正极脱嵌后，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，放电时则相反。锂离子的嵌入和脱嵌以及锂离子的***和脱插产生电流，以供外部用电设备的使用。
清洗机构30用于清洗掉基材10的激光切割区域内的上层涂覆层13或下层涂覆层15，结合图4和图5所示，从而将激光切割区域内的上层涂覆层13或下层涂覆层15清洗后形成上层裸露区131或下层裸露区151。应当说明的是，清洗掉基材10的激光切割区域内的上层涂覆层13或下层涂覆层15，包括三种情况：仅清洗掉上层涂覆层13，仅清洗掉下层涂覆层15，以及清洗掉上层涂覆层13和下层涂覆层15。
上述清洗机构30中，通过激光清洗掉基材10的激光切割区域内的上层涂覆层13或下层涂覆层15，以形成上层裸露区131或下层裸露区151。继续参见图2中所示，由于该基材10具有涂层区B和留白区，而留白区是由区域11和区域12所形成的，留白区的上、下表面无涂覆层，因此，激光所清洗的区域即为在涂层区B内的区域，可以是图2中的区域C和区域D所形成的长条状结构，也可以只是阴影区域C，应当说明的是，区域C和区域D所形成的长条状结构的宽度很小，一般设定为1-2mm。基材的激光切割区域即为图2中的区域C和区域11，区域D和区域12为切割后所形成的极耳。
在另一实施方式中，若基材不具有留白区，即基材的中间层的上、下表面均匀的涂有涂覆层，则基材的激光切割区域为由区域C、区域D、区域11和区域12所形成的长条状结构，则材的激光切割区域为包含切割轨迹的预设区域，换而言之，切割轨迹经过上层裸露区131或下层裸露区151，该上层裸露区131或下层裸露区151即为区域C和区域11，使得激光切割在裸露的中间层上，减少了粉尘的产生。所述预设区域的原则是使激光切割时中间层的上下表面至少有一面无涂覆层即可。例如图2所示，所述预设区域可以是未切割极耳的所述极片带的一条侧边区域(区域C+区域D+区域11+区域12)，当然也可以是未切割极耳的所述极片带的两条侧边区域。所述预设区域还可以是尺寸大于等于切割轨迹与未切割极耳的所述极片带形成的封闭图形(11或12)的区域。所述预设区域还可以是切割轨迹形成的区域，该切割轨迹即为区域C和区域12上的虚线。继续结合图2中所示，图2中示出了基材10和基材10的激光切割区域的示意图，清洗掉激光切割区域的上层涂覆层或下层涂覆层后，基材10上的极耳裸露，在清洗激光切割区域时，可以清洗由图2中的区域11和区域12组成的长条状区域，也可以只清洗略大于区域11的区域，也可以只清洗略大于区域12的区域，区域12即为切割出的极耳。此种基材的清洗方式中，在清洗、切割之后，可在所清洗掉的一面重新涂涂覆层。
切割机构40用于将激光照射至基材10的激光切割区域内并沿切割轨迹切割基材，以形成成品。参见图2中所示，切割轨迹即为图2中的区域C和区域12上的虚线。
上述切割机构40中，激光可以照射至上层裸露区并沿切割轨迹切割基材，或者激光可以照射至下层裸露区并沿切割轨迹切割基材，或者激光可以照射至激光切割区域内的上层涂覆层并沿切割轨迹切割基材，或者激光可以照射至激光切割区域内的下层涂覆层并沿切割轨迹切割基材，从而形成成品。该切割机构40将正极极片带切割出极耳，将负极极片带切割出极耳，该成品具体是为切割极耳后的正极极片带和切割极耳后的负极极片带。
收卷机构50用于对切割机构40切割后所形成的成品以收卷收料的方式进行收集，具体可参考现有技术的收卷方式。
参见图7中所示，本实施例所提供的清洗机构30包括：安装基座31，平行设置的两个支撑辊32，驱动组件33，扫描头(图中未示出)以及工作台34。工作台34固定在安装基座31上，两个支撑辊32的同一端固定在安装基座31上，两个支撑辊32分别设置在工作台34的两端，两个支撑辊32用于支撑基材10，驱动组件33用于驱动两个支撑辊32沿垂直于支撑辊的轴向方向往复移动，具体的是驱动组件33驱动安装基座31沿垂直于支撑辊32的轴向方向往复移动。扫描头沿垂直于支撑辊32轴向的方向远离支撑辊设置，扫描头用于发射激光，且扫描头的发射端均朝向基材10的激光切割区域，以清洗基材10激光切割区域内的上层涂覆层13和下层涂覆层15。
上述的驱动组件33包括：驱动螺杆331，定位件332以及驱动螺杆调节螺母333。驱动螺杆调节螺母333与安装基座31固定连接，驱动螺杆331配合在驱动螺杆调节螺母333内，驱动螺杆331的旋转可带动驱动螺杆调节螺母333相对于驱动螺杆331的轴向方向往复移动，以带动安装基座31沿垂直于支撑辊的轴向方向往复移动。定位件332套设在驱动螺杆331上，用于使安装基座31往复移动，以固定安装基座31的位置。
参见图8所示，本实施例所提供的切割机构40包括：两个过棍41，抚平棍42，收废组件43，激光发射器44以及除尘组件45。两个过棍41依次成上下位设置，该两个过辊41用于传送基材10，且两个过辊41之间传送基材10的区域为基材的激光切割区域。除尘组件45设置在两个过棍41的同一侧，激光发射器44设置在除尘组件44的外侧，且该除尘组件45上开设有用于供激光发射器44所发出的激光入射至极片激光切割区域的开口，抚平辊42位于最下方的过辊的下方，收废组件43位于抚平辊42的下方。激光发射器44用于发射激光以切割极片，除尘组件45用于吸收激光切割过程中所产生的粉尘，收废组件43用于产生负压以吸收切割过程中产生的废料，抚平辊42用于消除收废组件43在吸收废料时对基材10或废料所产生的抖动，并将废料导向至收废组件43。
综上所述，本申请所提供的激光切割方法和装置，在激光切割电池极片形成极耳的过程之前，清洗掉激光切割区域内的上层涂覆层或下层涂覆层，进而减少了切割过程中粉尘的产生。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (10)
1.一种激光切割方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供基材，所述基材包括：中间层，设置在所述中间层上表面的上层涂覆层，以及设置在所述中间层下表面的下层涂覆层；
清洗掉基材的激光切割区域内的上层涂覆层或下层涂覆层，以形成上层裸露区或下层裸露区；
激光照射至基材的激光切割区域内并沿切割轨迹切割基材，以形成成品。
2.如权利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，在所述清洗掉基材的激光切割区域内的上层涂覆层或下层涂覆层，以形成上层裸露区或下层裸露区的步骤中，通过激光清洗掉基材的激光切割区域内的上层涂覆层或下层涂覆层，以形成上层裸露区或下层裸露区。
3.如权利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，在所述激光照射至基材的激光切割区域并沿切割轨迹切割基材，以形成成品的步骤中，激光照射至上层裸露区并沿切割轨迹切割基材，或者激光照射至下层裸露区并沿切割轨迹切割基材，或者激光照射至激光切割区域内的上层涂覆层并沿切割轨迹切割基材，或者激光照射至激光切割区域内的下层涂覆层并沿切割轨迹切割基材，以形成成品。
4.如权利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，所述基材具有涂层区和留白区，所述留白区设置在所述涂层区的宽度方向的至少一侧边，所述中间层、所述上层涂覆层和所述下层涂覆层形成所述涂层区，所述中间层向所述涂层区的宽度方向的至少一侧边延伸形成所述留白区。
5.如权利要求4所述的激光切割方法，其特征在于，所述基材为正极极片带或负极极片带，所述中间层为正极箔材或负极箔材；所述成品为切割极耳后的正极极片带或切割极耳后的负极极片带。
6.如权利要求5所述的激光切割方法，其特征在于，所述基材的激光切割区域为包含切割轨迹的预设区域。
7.如权利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，在所述提供基材的步骤中，所述基材提供的方式采用放卷出料的方式进行提供。
8.如权利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，在所述激光照射至基材的激光切割区域并沿切割轨迹切割基材，以形成成品的步骤之后，还包括对成品进行收集的步骤。
9.如权利要求8所述的激光切割方法，其特征在于，所述对成品进行收集的步骤采用收卷收料的方式进行收集。
10.一种基于权利要求1-9任意一项所述的方法的激光切割装置，其特征在于，包括：沿基材的传送方向依次设置的放卷机构、清洗机构和切割机构；所述放卷机构用于提供基材，所述基材包括：中间层，设置在所述中间层上表面的上层涂覆层，以及设置在所述中间层下表面的下层涂覆层；所述清洗机构用于清洗掉基材的激光切割区域内的上层涂覆层或下层涂覆层，以形成上层裸露区或下层裸露区；所述切割机构用于将激光照射至基材的激光切割区域内并沿切割轨迹切割基材，以形成成品。
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