CN109926736A - 一种利用高频纳秒光纤激光切割电池极片的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光切割技术领域，公开了一种利用高频纳秒光纤激光切割电池极片的装置，包括顺次设置的高频纳秒光纤激光器、光纤传送装置、反射镜、扩束器、振镜、视觉定位***。该装置采用高频、短脉宽的激光发生机构，与常规激光器相比，具有切割速度快、热影响小、金属裸露少的优点，切割速度和切割质量有了大幅提升，解决了常规工艺切割电池片后存在的边缘毛刺和杂质、不平整的问题，保证了电池极片的质量，进而保证了锂离子电池的质量。本发明还提供了利用该装置切割电池极片的方法，该方法工艺步骤简单，切割精度高、速度快，提升了电池极片的生产产能，仅激光光束即可完成切割，无需辅助机械切割，进一步节省了工序。

Description

一种利用高频纳秒光纤激光切割电池极片的装置及方法

技术领域

本发明属于激光切割技术领域，涉及一种激光装置及用其切割电池极片的方法，具体地说涉及一种利用高频纳秒光纤激光切割电池极片的装置及方法。

背景技术

锂离子电池是一种二次电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，在充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，锂离子电池是随如手机、笔记本电脑小型化的发展趋势而发展起来的。锂离子电池中，锂离子电池极片是核心部件，其质量决定了电池的质量。

锂离子电池极片经过浆料涂敷、干燥和辊压后，形成集流体及两面涂层的三层复合结构，然后根据电池设计结构和规格，再对极片进行裁切，一般地，对卷绕电池，极片根据设计宽度进行分条；叠片电池，极片相应裁切成片。极片裁切过程中，极片裁切边缘的质量对电池性能和品质具有重要的影响，具体为：(1)毛刺和杂质，会造成电池内短路，引起自放电甚至热失控；(2)尺寸精度差，无法保证负极完全包裹正极，或者隔膜完全隔离正负极极片，引起电池安全问题；(3)材料热损伤、涂层脱落等，造成材料失去活性，无法发挥作用；(4)切边不平整度高，引起极片充放电过程的不均匀性。因此，极片裁切工艺需要避免这些问题出现，提高工艺品质。

现有的切割方法基本采用刀模和冲床结合的方式冲切或者滚切动力电池极片以实现极片分割，存在自动化程度低，生产速度慢，而且通过刀模的方式切割，会导致电池极片边缘产生毛刺、极片表面损伤，成品率低的问题。

发明内容

为此，本发明正是要解决上述技术问题，从而提出一种利用高频纳秒光纤激光切割电池极片的装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明提供一种利用高频纳秒光纤激光切割电池极片的装置，所述装置包括顺次设置的高频纳秒光纤激光器、扩束器、振镜、透镜和滚动平台，所述振镜连接有视觉定位***。

作为优选，所述高频纳秒光纤激光器内设置有光纤传送装置。

作为优选，还包括控制终端，所述控制终端与所述视觉定位***和振镜连接，用于控制所述振镜运动和接收所述视觉定位***传输的图像。

作为优选，所述视觉定位***为同轴CCD相机。

作为优选，所述高频纳米光纤激光器的频率不低于1MHz，脉宽不大于10ns。

作为优选，所述高频纳米光纤激光器的单脉冲能量不大于50μj。

作为优选，所述高频纳秒光纤激光器的光源为波长1064nm的近红外光，频率为16MHz，功率为80W，脉宽为3ns。

本发明还提供一种利用如所述装置切割电池极片的方法，其包括如下步骤：

S1、将电池极片置于滚动平台表面，利用视觉定位***进行定位；

S2、启动高频纳秒光纤激光器，高频纳秒光纤激光器发射高频率、短脉宽的激光束，激光束经扩束、偏转后传输至电池极片；

S3、滚动平台带动所述电池极片运动，同时通过控制终端控制振镜运动，使激光束按照预设规格切割电池极片。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明所述的利用高频纳秒光纤激光切割电池极片的装置，所述装置包括顺次设置的高频纳秒光纤激光器、扩束器、振镜、透镜和滚动平台，所述振镜连接有视觉定位***，该装置采用高频、低脉宽的激光发生机构，与常规激光器相比，具有切割速度快、热影响小、金属裸露少的优点，切割速度和切割质量有了大幅提升，解决了常规工艺切割电池片后存在的边缘毛刺和杂质、不平整的问题，保证了电池极片的质量，进而保证了锂离子电池的质量。

(2)本发明所述的利用所述装置切割电池极片的方法，其包括如下步骤：S1、将电池极片置于滚动平台表面，利用视觉定位***进行定位；S2、启动高频纳秒光纤激光器，高频纳秒光纤激光器发射高频率、短脉宽的激光束，激光束经扩束、偏转后传输至电池极片；S3、滚动平台带动所述电池极片运动，同时通过控制终端控制振镜运动，使激光束按照预设规格切割电池极片。该方法工艺步骤简单，切割精度高、速度快，提升了电池极片的生产产能，且激光光束即可完成切割，无需辅助机械切割，进一步节省了工序。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明实施例所述的利用高频纳秒光纤激光切割电池极片的装置的示意图。

图中附图标记表示为：1-高频纳秒光纤激光器；2-扩束器；3-振镜；4-透镜；5-滚动平台；6-视觉定位***；7-电池极片；8-控制终端。

具体实施方式

实施例

本实施例提供一种利用高频纳秒光纤激光切割电池极片的装置，所述装置如图1所示，包括沿激光光路顺次设置的高频纳秒光纤激光器1、扩束器2、振镜3、透镜4和滚动平台5，所述振镜3还连接有视觉定位***6。

上述机构中，高频纳秒光纤激光器1用于提供高频率、短脉宽的激光束，发射的激光束经高频纳秒光纤激光器1内的光线传送装置输送至扩束器2，所述扩束器2用于扩大平行输入光束的直径至较大的平行输出光束，所述平行输出光束传输至振镜3，经振镜3偏转后进入透镜4聚焦，聚焦后的激光束传输至设置于滚动平台5表面的电池极片7，所述振镜3还连接有一视觉定位***6，所述视觉定位***6用于定位所述电池极片7，获取电池极片7的图像，所述视觉定位***为同轴CCD相机。

进一步地，为接收电池极片7的图像以及控制该装置，所述装置还包括控制终端8，所述控制终端8为计算机，其与所述视觉定位***6和振镜3连接，用于控制振镜3偏转和接收视觉定位***6传输的图像。

该装置中，所述高频纳米光纤激光器1的频率不低于1MHz，脉宽不大于10ns，单脉冲能量不大于50μj，具有高频率、短脉宽的特点，与传统纳米红外或绿光激光器相比，具有切割速度快、热影响小、金属裸露少等优点，生产效率和质量有了大幅提升。

本实施例中，所述高频纳米光纤激光器产生的激光光源为1064nm的近红外光，其频率为16MHz，功率为80W，脉宽为3ns。

本实施还提供一种利用上述装置切割电池极片的方法，包括如下步骤：

S1、将电池极片贴覆或吸附于滚动平台5表面，利用视觉定位***6进行定位。

S2、启动高频纳秒光纤激光器1，将参数调试至预设值，使高频纳秒光纤激光器发射高频率、短脉宽(频率为16MHz，功率为80W，脉宽为3ns)的激光束，激光束经扩束器2扩束、振镜3偏转后在视觉定位***6的定位下传输至电池极片7上。

S3、滚动平台5带动所述电池极片7运动进而使激光束按照预设规格切割电池极片7。

该方法操作简单、效率高，高频纳秒光纤激光精度高，切割后的电池极片边缘平滑，良率高，保证了锂离子电池的质量。

测试例

分别测试采用实施例1所述的装置和常规IPG光纤激光器切割电池极片的结果：

对于160um厚的阴极极片，实施例1所述的装置能够达到500mm/s的有效切割速度，切割质量方面无金属裸露、无明显热影响、无毛刺；使用100W IPG光纤激光器的有效速度为450mm/s，金属裸露约80um，毛刺约10um，存在明显的热影响。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种利用高频纳秒光纤激光切割电池极片的装置，其特征在于，所述装置包括顺次设置的高频纳秒光纤激光器、扩束器、振镜、透镜和滚动平台，所述振镜连接有视觉定位***。

2.根据权利要求1所述的利用高频纳秒光纤激光切割电池极片的装置，其特征在于，所述高频纳秒光纤激光器内设置有光纤传送装置。

3.根据权利要求2所述的利用高频纳秒光纤激光切割电池极片的装置，其特征在于，还包括控制终端，所述控制终端与所述视觉定位***和振镜连接，用于控制所述振镜运动和接收所述视觉定位***传输的图像。

4.根据权利要求3所述的利用高频纳秒光纤激光切割电池极片的装置，其特征在于，所述视觉定位***为同轴CCD相机。

5.根据权利要求1-4任一项所述的利用高频纳秒光纤激光切割电池极片的装置，其特征在于，所述高频纳米光纤激光器的频率不低于1MHz，脉宽不大于10ns。

6.根据权利要求5所述的利用高频纳秒光纤激光切割电池极片的装置，其特征在于，所述高频纳米光纤激光器的单脉冲能量不大于50μj。

7.根据权利要求6所述的利用高频纳秒光纤激光切割电池极片的装置，其特征在于，所述高频纳秒光纤激光器的光源为波长1064nm的近红外光，频率为16MHz，功率为80W，脉宽为3ns。

8.一种利用如权利要求1-7任一项所述装置切割电池极片的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将电池极片置于滚动平台表面，利用视觉定位***进行定位；

S2、启动高频纳秒光纤激光器，高频纳秒光纤激光器发射高频率、短脉宽的激光束，激光束经扩束、偏转后传输至电池极片；

S3、滚动平台带动所述电池极片运动，同时通过控制终端控制振镜运动，使激光束按照预设规格切割电池极片。