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
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
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
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。
1.銅箔層切割
綠光切割銅箔高速視頻 紅外切割銅箔高速視頻 綠光離焦切割銅箔 紅外離焦切割銅箔 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 綠光切割石墨 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。 3.石墨與銅箔交接處切割 綠光切割銅箔石墨連接處 紅外切割銅箔石墨連接處 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 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) 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 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 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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