海目星溫燕修：激光切割極片熱影響區(qū)的量化分析
圖為深圳市海目星激光智能裝備股份有限公司
激光及能源行業(yè)中心副總經(jīng)理溫燕修發(fā)表主題演講
5月22日，“2018第一屆新能源汽車及動力電池(CIBF深圳)國際交流會”在深圳會展中心舉行。深圳市海目星激光智能裝備股份有限公司激光及能源行業(yè)中心副總經(jīng)理溫燕修在“動力電池產(chǎn)業(yè)鏈專場——融·突破桎梏 攜手發(fā)展”主題論壇上發(fā)表演講。以下是演講內(nèi)容：
深圳市海目星激光智能裝備股份有限公司激光及能源行業(yè)中心副總經(jīng)理溫燕修：
感謝主辦方提供這個機會，我和CIBF有一些淵源，2016年我來深圳參加的第一個展會就是CIBF，當時我第一次接觸到鋰電，這兩年有很多感觸想和大家分享。希望多跟業(yè)界各位同仁一起討論。
我的報告分四部分：一是熱影響區(qū)的定義是什么，什么是熱影響區(qū);二是在機理上做一些分析，它到底是怎么產(chǎn)生的，原因、根源是什么;三是熱影響區(qū)成分表征;四是改善熱影響區(qū)的相關(guān)設計。這四個方面缺一不可，才能真正把熱影響區(qū)分析透。
激光加工過程熱量的擴散是不可避免的，他的擴散有一些影響的區(qū)域，溫度是多少?我說大概2000多度，2000多度的影響力比較大，忽略激光作用的時間，以1064的激光來講，整個周期里作用的時間是千分之幾，作用時間很短，溫度很高，熱影響區(qū)后面有理論模型計算。現(xiàn)在實際的情況怎么樣?憑肉眼觀察，我覺得視力不太好，我看是30微米，40微米寬，整個極片0.15毫米都是熱影響區(qū)嗎?也未必，我們會有后端的分析和成因的分析。
這是在實際檢測中的極片，行業(yè)里可以做到的是正常范圍，正極極片是100-200um，負極極品40-80um是比較合理的，如果有一些正極材料陶瓷邊應該是20-60um，銅箔是40-80um。
下面我們把熱影響區(qū)的產(chǎn)生機理跟大家做一下簡單的分享，切割效果一樣的話熱去哪兒了?首先我們看高斯分布，能量分布本來就不均勻，比如說中間的圖，中間的能量分布很高，我們都知道激光切割材料的時候，材料的破壞是有一個閾值，能量密度的閾值，超過能量密度的閾值才能破壞，小于能量的閾值就是在給材料加熱。這是基本的原理。
為什么銅箔的縫隙小一點，因為它的閾值高一點，一個光斑是1毫焦，剩下的能量是熱影響區(qū)，其實非常小的能量。 時間是納秒級的，熱影響區(qū)的深度就有了，他是微米級的影響深度，我們的極片是200微米以內(nèi)，他的影響是薄薄一層。對于不同材料基材的熱影響到底有什么不一樣?首先跟材料的致密程度有關(guān)系，這里面容易產(chǎn)生一些氧化物、負反應，銅箔非常致命，和氧結(jié)合會形成一些氧化物，對于核心材料，我們現(xiàn)在只分析磷酸鐵鋰的材料，三價鐵離子，二價鐵離子，對于銅也是一樣，這是關(guān)于磷酸鐵鋰可能發(fā)生的反應。三價鐵離子不能自發(fā)的吸收鐵，少量的三價鐵離子是不會產(chǎn)生影響的，熱影響區(qū)的鐵離子到底有多少?銅在電池里的氧化物會對電池的性能造成影響，這是我們要重點關(guān)注的。
前面通過化學的方法和原理的方法有這些材料產(chǎn)生，我們也分析了三價鐵離子和銅的氧化物對電池的影響，通過化學的方法分析。表征成分在電池里有多少?能分析得出來嗎?我們試著分析了一下，這些變化是造成了二價鐵離子和三價鐵離子的區(qū)別，這是三價鐵離子，也印證了激光加工的時候產(chǎn)生三價鐵離子。
石墨本身是沒有其他物質(zhì)產(chǎn)生，只是一些石墨的影響比較多，還是不同的結(jié)合，我把磷酸鐵鋰切完以后，毛刷刷出熱影響，熱影響是有顏色的變化，刷子去刷，刷掉一層去觀察，直掉熱影響的顏色都已經(jīng)被刷沒了，這部分刷的是熱的影響，厚度我們可以認為是熱影響區(qū)的厚度，這個厚度應該是陰極4微米左右，陽極是3微米左右。
銅用毛刷刷不掉，去除的深度是5納米，下面的表格里氧的元素上升逐漸下降到0，它的量是非常小的，0.2PPM，有些客戶已經(jīng)把熱影響區(qū)的要求放開了，有一些比較大的客戶在研究激光分調(diào)，用激光把它分開，它有很多優(yōu)勢在里面。
DOE改善，既然我們發(fā)現(xiàn)這個，我們也在想辦法盡量減少，通過我們自己的DOE分析，理論上做到陽極的影響區(qū)在70微米左右，國內(nèi)的大企業(yè)把卷繞的工藝和設備做到的極致，這就是我的分享，謝謝大家。
(根據(jù)嘉賓發(fā)言整理，未經(jīng)嘉賓審閱)
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