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新能源电池制造业激光清洗

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      激光清洗已成为电池表面处理的主要手段,被广泛用于极片制造、电芯制作以及电池组装3个主要动力电池生产制程。通过采用激光器、清洗头以及控制软件,计算机集成控制,在3个制程中增加激光清洗可以极大提高电池制造工艺。

       锂电池的生产是“roll-to-roll”过程,无论是磷酸铁锂电池、钠离子电池还是三元电池都需经历从薄膜到单个电池,再到装成电池系统的加工过程。锂电池的制备工艺大致可分为电极片制作,电芯合成,化成封装三段。



一、极片涂覆前 铜铝箔片激光清洗

锂电池的正负极片是在铝箔铜箔上涂覆锂电池正负极材料而成,极片涂布对电池的安全性有重要意义。涂布过程如果混入颗粒、杂物、粉尘等其他介质会引起电池内部微短路,严重时导致电池起火爆炸。

因此箔片在涂覆前需要进行清洗处理,来得到完全洁净、和无氧化层的表面。


现有的电池极片一般采用超声波清洗,配合乙醇溶液做清洗剂作为涂布前清洗工艺。这种方式存在以下缺陷:

1.超声波清洗金属箔件特别是铝合金材质的工件时,受频率、清洗时长和功率的影响,超声波的空化效应容易腐蚀铝箔,产生细密小孔,作用时间越长,小孔越大。

而锂电池极片所用箔片一般为单零箔,厚度为10 μm,更容易受因清洗工艺问题而撕裂成孔。

2.用乙醇溶液作为清洗剂不仅容易对锂电池其他部位造成损伤,而且还容易出现“氢脆”现象,影响铝箔的力学性能指标。

3.清洗效果虽然比传统湿法化学清洗好,但清洁度仍然不如激光清洗,表面偶尔仍会存在污染物,导致涂层与箔材脱离或产生缩孔。


二、电芯极耳 焊前激光清洗

极耳是从电芯中将正负极引出来的金属带,是电池进行充放电时的接触点。表面的污染物如油脂,腐蚀抑制剂和加工中的其它化合物,会导致焊缝处熔接不良、裂纹和孔隙等问题。

在出厂过程中极耳经常会出现不平整,折弯甚至扭曲,极耳与电芯焊接强度较弱,使焊接时出现虚焊、假焊、短接等现象,导致焊接接头的电导率降低,最终限制了电池组的整体性能。

这个接触点表面是否干净,会极大影响电气连接的可靠性和耐久性。


现有的极耳清洗多采用人工清洗,湿法化学剂清洗或等离子清洗:

人工清洗效率低下,成本高;

湿法流水清洗线虽然提高了效率,但流水线长度较长,占用工厂面积大,且化学剂也容易损伤其他锂电部位;

等离子清洗虽不需要液体介质,但也需要工艺气体作为耗材,且气体电离会导致电池的正负极易导通,应用时往往要多次翻转电芯将正负极极耳分开清洗,实际效率并不高。


1、极片涂覆前激光清洗

  锂电池的正负极片是在金属薄带上涂覆锂电池正负极材料而成 ,金属薄带在涂覆电极材料时,需要对金属薄带进行清洗,金属薄带一般为铝薄或铜薄,原来的湿式乙醇清洗,容易对锂电池其他部件造成损伤。激光干式清洗机能够有效解决以上问题。

 2、电池焊接前激光清洗

  使用高频短脉冲激光作为工作介质的清洁解决方案。特定波长的高能光束被锈蚀层、油漆层、污染层吸收,形成急剧膨胀的等离子体,同时产生冲击波,冲击波使污染物变成碎片并被剔除。这种方式可以有效地去除电芯极柱端面的污物、粉尘等,为电池焊接提前做准备,以减少焊接的不良品。

 3、电池组装过程中激光清洗

  为了防止锂电池发生安全事故,一般需要对锂电池电芯进行外贴胶处理,以起到绝缘的作用,防止短路的发生以及保护线路、防止刮伤。对绝缘板、端板进行激光清洗,清洁电芯表面脏污,粗化电芯表面,提高贴胶或涂胶的附着力,且清洗后不会产生有害污染物,属于环保的绿色清洗方法。

  除了上述的几个例子之外,激光清洗在电池盖电泳漆去除、箔片标签清洗等其他十几项工艺流程中也具备较大的替代优势。

激光清洗可以有效地去除电芯极柱端面的污物、粉尘等,为电池焊接提前做准备。

三、组装过程中 外贴胶清洗

为了防止锂电池发生安全事故,一般需要对锂电池电芯进行外贴胶处理,以起到绝缘的作用,防止短路发生以及保护线路、防止刮伤。

当前国内不少电池企业在这一环节仍然是靠人工或自动化程度较低的工艺来完成,大多只是进行简单的包裹操作,效率不高、成本昂贵。并没有在包膜前对电池壳进行有效全面的清洁,更没有对包膜后的效果进行精确的检测。

未清洁彻底的电芯外包膜进行CCD检测时,外观会有褶皱、气泡、划伤等不良情况,常可检出直径≥0.3mm的气泡。存在漏电和水锈腐蚀的概率,减少电池寿命的同时也存在安全隐患。


    激光清洗无需固液气等任何耗材、结构紧凑,占用空间小、清洗效果显著,可大幅提高生产节拍,降低制造成本

可在彻底清除有机物和微小颗粒的基础上粗化焊接表面,提高后续激光焊接的可靠性。是极耳清洗的最佳选择

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