CN115254803A - 一种用于新能源电池绝缘膜的激光清洗设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于新能源电池绝缘膜的激光清洗设备及方法，其包括：二氧化碳激光器，其用于产生作用于新能源电池绝缘膜的第一激光光束；光纤激光器，其用于产生作用于新能源电池绝缘膜的第二激光光束。本发明可以大幅提高清洗效率，且保证清洗质量。

Description

一种用于新能源电池绝缘膜的激光清洗设备及方法

技术领域

本发明涉及激光清洗领域，具体为一种用于新能源电池绝缘膜的激光清洗设备及方法。

背景技术

在汽车新能源电池生产过程中，不可避免的会出现电池绝缘膜粘贴不均匀、部分区域存在气泡褶皱等现象发生，由此造成产品缺陷，因此需要将绝缘膜去除后重新进行粘贴。

现有的处理方式多采用先将需要去除绝缘膜的电池放在热水中浸泡，使绝缘膜软化，待绝缘膜与电池的粘附力降低后，再通过人工在高温环境下撕掉电池上的绝缘膜，待电池表面干燥后重新粘贴绝缘膜。但这种方式需要耗费大量的劳动力，且清洗过程繁琐、效率低、工人工作环境差(需要在高温环境下工作)，无法适应大规模生产的需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于新能源电池绝缘膜的激光清洗设备及方法，其可以大幅提高清洗效率，且保证清洗质量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一方面，提供了一种用于新能源电池绝缘膜的激光清洗设备，其包括：

二氧化碳激光器，其用于产生作用于新能源电池绝缘膜的第一激光光束；

光纤激光器，其用于产生作用于新能源电池绝缘膜的第二激光光束。

优选的，所述第一激光光束、第二激光光束同时作用于新能源电池绝缘膜；或，所述第一激光光束先作用于新能源电池绝缘膜后，所述第二激光光束再作用于新能源电池绝缘膜；或，所述第二激光光束先作用于新能源电池绝缘膜后，所述第一激光光束再作用于新能源电池绝缘膜。

优选的，所述第一激光光束的入射角δ1满足条件：75°≤δ1≤85°，或，-75°≤δ1≤-85°。

优选的，所述第二激光光束的入射角δ2满足条件：75°≤δ2≤85°，或，-75°≤δ2≤-85°。

优选的，所述第一激光光束的焦点与第二激光光束的焦点之间的距离d满足条件：2mm≤d≤10mm。

优选的，所述激光清洗设备还包括：吹气组件，其用于在清洗过程中向新能源电池绝缘膜吹出气体。

优选的，所述吹气组件与新能源电池绝缘膜表面所成夹角α＝35±5°。

优选的，所述激光清洗设备还包括：净化组件，其用于产生负压环境，用于吸入清洗过程中产生的粉尘。

优选的，所述净化组件与新能源电池绝缘膜表面所成夹角β＝-45±-5°。

另一方面，还提供一种通过上述激光清洗设备实现的新能源电池绝缘膜清洗方法，其包括如下步骤：

固定新能源电池的位置；

对光纤激光器/二氧化碳激光器进行参数设置；

光纤激光器、二氧化碳激光器分别对应产生第一激光光束以及第二激光光束；

通过运动机构使新能源电池绝缘膜与光纤激光器之间发生相对运动，和/或，使新能源电池绝缘膜与二氧化碳激光器之间发生相对运动，运动过程中，第一激光光束以及第二激光光束均作用于新能源电池绝缘膜，以完成新能源电池绝缘膜的清洗。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

本发明采用光纤激光器+二氧化碳激光器进行复合清洗的技术方案来完成新能源电池绝缘膜的清洗，其可以大幅提高清洗效率，节省人力成本，且清洗后电池基材完全无损，表面清洁度高，无粘性颗粒物残留，可满足大规模生产的需求。

附图说明

图1为本发明激光清洗设备的整体结构图；

图2为通过对照组1的清洗方案获得的清洗效果；

图3为通过对照组2的清洗方案获得的清洗效果；

图4为通过实验组1的清洗方案获得的清洗效果；

图5为通过实验组2的清洗方案获得的清洗效果；

图6为通过实验组3的清洗方案获得的清洗效果；

图7为通过实验组4的清洗方案获得的清洗效果；

图8为通过实验组5的清洗方案获得的清洗效果；

图9为通过实验组6的清洗方案获得的清洗效果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供了一种用于新能源电池绝缘膜的激光清洗设备，其包括：

框架1，其可以由金属制成；

二氧化碳激光器3，其用于产生作用于新能源电池绝缘膜100的第一激光光束31；

光纤激光器2，其用于产生作用于新能源电池绝缘膜100的第二激光光束21；

吹气组件4，其用于在清洗过程中向新能源电池绝缘膜100吹出气体(如压缩空气等)，

净化组件5(可为管道结构)，其用于产生负压环境，用于吸入清洗过程中产生的粉尘，以完成对粉尘的收集处理。

运动机构，其用于使新能源电池绝缘膜100与光纤激光器2之间发生相对运动，和/或，使新能源电池绝缘膜100与二氧化碳激光器3之间发生相对运动；

所述二氧化碳激光器3、光纤激光器2、吹气组件4、净化组件5中的一项或几项均安装在所述框架1上；

所述第一激光光束31、第二激光光束21同时作用于新能源电池绝缘膜100；或，所述第一激光光束31先作用于新能源电池绝缘膜100后，所述第二激光光束21再作用于新能源电池绝缘膜100；或，所述第二激光光束21先作用于新能源电池绝缘膜100后，所述第一激光光束31再作用于新能源电池绝缘膜100，以完成新能源电池绝缘膜100清洗。

由此，本实施例中通过光纤激光器2、二氧化碳激光器3产生的激光光束辐照使得新能源电池绝缘膜100颗粒吸收激光能量，进而直接升华或者瞬间汽化蒸发，由此完成绝缘膜的清洗，进一步的，清洗过程中，所述吹气组件4通过吹出气体来提高清洗效率，且压制清洗过程中产生的明火，并使得绝缘膜进一步被剥离成粉尘颗粒，以被净化组件5产生的负压气流迅速带走。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处仅在于，光纤激光器2/二氧化碳激光器3的参数设置如下：激光平均功率为500W～1000W(优选为600-800W，特别优选为750W)，可调脉宽为50～500ns(优选为100-400ns，特别优选为300ns)，激光重复频率为10～1000kHz(优选为10-80kHz，特别优选为20-30kHz)，激光光束光斑直径为0.08mm～0.5mm(优选为0.1-0.3mm，特别优选为0.2mm)，脉冲能量为0.5～100mJ(优选为10-80mJ，特别优选为40mJ)；

同时，所述第一激光光束31的入射角δ1满足条件：75°≤δ1≤85°，或，-75°≤δ1≤-85°；所述第二激光光束21的入射角δ2满足条件：75°≤δ2≤85°，或，-75°≤δ2≤-85°；

由于新能源电池的基材为铝合金高反材料，为防止激光按原光路返回，本实施例采用上述入射角，以避免因激光光束被反射时按原光路返回而损伤外光路系统和激光器。

进一步的，光纤激光器2/二氧化碳激光器3内置振镜系统，通过振镜系统来调节激光光束的光斑大小以及线间距，使得光斑的搭接率满足如下条件：横向线光斑直径为d1、纵向线光斑直径为d2、侧向线光斑直径为d3时，横向线光斑的搭接率ε1满足条件d1＝ε1d3，纵向线光斑的搭接率ε2满足条件d2＝ε2d3，且ε1、ε2的取值范围均可为0.5～0.7。

实施例3：

本实施例与实施例1或2的不同之处仅在于，如图1所示，所述吹气组件4与新能源电池绝缘膜100表面所成夹角α＝35±5°，所述净化组件5置于吹气组件4的对侧，且与新能源电池绝缘膜100表面所成夹角β＝-45±-5°，由此使得粉尘产生的一瞬间即可以被高负压的净化组件5吸入，可以更充分的收集清洗过程中产生的粉尘。

进一步的，所述第一激光光束31的焦点与第二激光光束21的焦点之间的距离d满足条件：2mm≤d≤10mm，优选的，3mm≤d≤5mm。

实施例4：

本实施例提供了一种通过实施例1-3任一项所述激光清洗设备实现的新能源电池绝缘膜清洗方法，其包括如下步骤：

S1、采用工装夹具等设备固定新能源电池的位置；

S2、对光纤激光器2/二氧化碳激光器3进行参数设置，参数设置方式与实施例2相同，不再赘述；

S3、开启吹气组件4、净化组件5，且光纤激光器2、二氧化碳激光器3分别对应产生第一激光光束21以及第二激光光束31；

S4、通过运动机构使新能源电池绝缘膜100与光纤激光器2之间发生相对运动，和/或，使新能源电池绝缘膜100与二氧化碳激光器3之间发生相对运动，运动过程中，第一激光光束21以及第二激光光束31均作用于新能源电池绝缘膜100，以完成新能源电池绝缘膜100的清洗。

进一步的，第一激光光束21以及第二激光光束31均作用于新能源电池绝缘膜100包括：所述第一激光光束31、第二激光光束21同时作用于新能源电池绝缘膜100；或，所述第一激光光束31先作用于新能源电池绝缘膜100后，所述第二激光光束21再作用于新能源电池绝缘膜100；或，所述第二激光光束21先作用于新能源电池绝缘膜100后，所述第一激光光束31再作用于新能源电池绝缘膜100。

以下通过实验对比证明本申请技术方案所具备的技术效果：

对照组1：取100mm×100mm的新能源电池绝缘膜100，所述吹气组件4与新能源电池绝缘膜100表面所成夹角α＝40°，所述净化组件5置于吹气组件4的对侧，且与新能源电池绝缘膜100表面所成夹角β＝-45°，仅通过二氧化碳激光器3对新能源电池绝缘膜100进行激光清洗，且二氧化碳激光器3的参数设置如下：

激光平均功率为800W，可调脉宽为200ns，激光重复频率为20kHz，激光光束光斑直径为0.3mm，脉冲能量为40mJ；

二氧化碳激光器3产生的第一激光光束31的入射角δ1＝80°。

则完成整个新能源电池绝缘膜100清洗的时间为34s，清洗效果如图2所示。

对照组2：仅通过光纤激光器2对新能源电池绝缘膜100进行激光清洗，其他设置与对照组1相同，则完成整个新能源电池绝缘膜100清洗的时间为52s，清洗效果如图3所示。

实验组1：通过本发明中的新能源电池绝缘膜清洗方法对新能源电池绝缘膜100进行激光清洗，且光纤激光器2、二氧化碳激光器3的参数设置与对照组1相同，同时，所述第一激光光束31的入射角δ1＝80°，所述第二激光光束21的入射角δ2＝-80°；所述第一激光光束31的焦点与第二激光光束21的焦点之间的距离d＝4mm，且所述第一激光光束31、第二激光光束21同时作用于新能源电池绝缘膜100。

则完成整个新能源电池绝缘膜100清洗的时间为21s，清洗效果如图4所示。

实验组2：通过本发明中的新能源电池绝缘膜清洗方法对新能源电池绝缘膜100进行激光清洗，且光纤激光器2、二氧化碳激光器3的参数设置与对照组1相同，同时，所述第一激光光束31的入射角δ1＝85°，所述第二激光光束21的入射角δ2＝-75°；所述第一激光光束31的焦点与第二激光光束21的焦点之间的距离d＝8mm，且所述第一激光光束31先作用于新能源电池绝缘膜100后，所述第二激光光束21再作用于新能源电池绝缘膜100。

则完成整个新能源电池绝缘膜100清洗的时间为18s，清洗效果如图5所示。

实验组3：通过本发明中的新能源电池绝缘膜清洗方法对新能源电池绝缘膜100进行激光清洗，且光纤激光器2、二氧化碳激光器3的参数设置与对照组1相同，同时，所述第一激光光束31的入射角δ1＝75°，所述第二激光光束21的入射角δ2＝-78°；所述第一激光光束31的焦点与第二激光光束21的焦点之间的距离d＝5mm，且所述第一激光光束31先作用于新能源电池绝缘膜100后，所述第二激光光束21再作用于新能源电池绝缘膜100。

则完成整个新能源电池绝缘膜100清洗的时间为12s，清洗效果如图6所示。

实验组4：通过本发明中的新能源电池绝缘膜清洗方法对新能源电池绝缘膜100进行激光清洗，且光纤激光器2、二氧化碳激光器3的参数设置与对照组1相同，同时，所述第一激光光束31的入射角δ1＝75°，所述第二激光光束21的入射角δ2＝-75°；所述第一激光光束31的焦点与第二激光光束21的焦点之间的距离d＝3mm，且所述第一激光光束31先作用于新能源电池绝缘膜100后，所述第二激光光束21再作用于新能源电池绝缘膜100。

则完成整个新能源电池绝缘膜100清洗的时间为15s，清洗效果如图7所示。

实验组5：通过本发明中的新能源电池绝缘膜清洗方法对新能源电池绝缘膜100进行激光清洗，且光纤激光器2、二氧化碳激光器3的参数设置与对照组1相同，同时，所述第一激光光束31的入射角δ1＝85°，所述第二激光光束21的入射角δ2＝-75°；所述第一激光光束31的焦点与第二激光光束21的焦点之间的距离d＝4mm，所述第二激光光束21先作用于新能源电池绝缘膜100后，所述第一激光光束31再作用于新能源电池绝缘膜100。

则完成整个新能源电池绝缘膜100清洗的时间为19s，清洗效果如图8所示。

实验组6：通过本发明中的新能源电池绝缘膜清洗方法对新能源电池绝缘膜100进行激光清洗，且光纤激光器2、二氧化碳激光器3的参数设置与对照组1相同，同时，所述第一激光光束31的入射角δ1＝85°，所述第二激光光束21的入射角δ2＝-75°；所述第一激光光束31的焦点与第二激光光束21的焦点之间的距离d＝2mm，所述第二激光光束21先作用于新能源电池绝缘膜100后，所述第一激光光束31再作用于新能源电池绝缘膜100。

则完成整个新能源电池绝缘膜100清洗的时间为22s，清洗效果如图9所示。

由此，从实验组1-5可以看出，采用本发明中光纤激光器2+二氧化碳激光器3进行复合清洗的技术方案，其清洗效率(即清洗时间少)要明显高于单一激光器(即对照组1,2中仅采用二氧化碳激光器3、光纤激光器2进行清洗)。

同时，从清洗质量上看，如图2所示，单独采用二氧化碳激光清洗后会有少量气溶胶残留，且电池表面有粘性残留物，如图3所示，单独采用光纤激光清洗则会对基材造成轻微损伤，使得清洗后基材表面泛白色、且粗糙，同时产生极难收集的粘性残留絮状堆积物；而从图4-9可以看出，采用本发明中的清洗方式后，电池基材完全无损，表面光滑，且清洗后为金属本色，同时，清洗过程产生的粉尘为无粘性颗粒物，可通过净化组件以及吹气组件充分收集，清洗完毕后电池表面无残留物，清洁度高，其清洗效果明显要由于对照组。

另外，如图5-7所示，采用本发明的清洗方法，且第一激光光束31先作用于新能源电池绝缘膜100后，所述第二激光光束21再作用于新能源电池绝缘膜100时，其清洗效果最优。

其原因在于，对新能源电池绝缘膜100的清洗实际上是要去除两种物质：表层的PET膜以及里层的气溶胶，气溶胶用于粘结PET膜和电芯外壳，二氧化碳激光器对PET膜有较好去除效果，但二氧化碳激光器产生的激光光束会直接穿透气溶胶，激光能量大部分不会作用于气溶胶，因此二氧化碳激光器对于气溶胶的清洗效果极差，而相反，光纤激光器产生的激光光束对于气溶胶的清洗效果极好，反而对PET膜的清洗效果较差，因此，先用二氧化碳激光器对表面PET膜进行清洗，随后用光纤激光器对里层气溶胶进行清洗，可充分发挥两种激光器各自的优势，达到最优的清洗效果，同时，第一激光光束的焦点与第二激光光束的焦点之间的距离d不能太近(3mm≤d≤5mm为最佳)，否则第二激光光束会影响到第一激光光束的清洗效果。

综上所述，本发明采用光纤激光器+二氧化碳激光器进行复合清洗的技术方案来完成新能源电池绝缘膜的清洗，其可以大幅提高清洗效率，节省人力成本，且最终获得的电池清洗质量优良，完全可满足大规模生产的需求。

需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于新能源电池绝缘膜的激光清洗设备，其特征在于，包括：

二氧化碳激光器，其用于产生作用于新能源电池绝缘膜的第一激光光束；

光纤激光器，其用于产生作用于新能源电池绝缘膜的第二激光光束。

2.如权利要求1所述的激光清洗设备，其特征在于，所述第一激光光束、第二激光光束同时作用于新能源电池绝缘膜；或，所述第一激光光束先作用于新能源电池绝缘膜后，所述第二激光光束再作用于新能源电池绝缘膜；或，所述第二激光光束先作用于新能源电池绝缘膜后，所述第一激光光束再作用于新能源电池绝缘膜。

3.如权利要求1所述的激光清洗设备，其特征在于，所述第一激光光束的入射角δ1满足条件：75°≤δ1≤85°，或，-75°≤δ1≤-85°。

4.如权利要求1所述的激光清洗设备，其特征在于，所述第二激光光束的入射角δ2满足条件：75°≤δ2≤85°，或，-75°≤δ2≤-85°。

5.如权利要求1所述的激光清洗设备，其特征在于，所述第一激光光束的焦点与第二激光光束的焦点之间的距离d满足条件：2mm≤d≤10mm。

6.如权利要求1所述的激光清洗设备，其特征在于，所述激光清洗设备还包括：吹气组件，其用于在清洗过程中向新能源电池绝缘膜吹出气体。

7.如权利要求6所述的激光清洗设备，其特征在于，所述吹气组件与新能源电池绝缘膜表面所成夹角α＝35±5°。

8.如权利要求1所述的激光清洗设备，其特征在于，所述激光清洗设备还包括：净化组件，其用于产生负压环境，用于吸入清洗过程中产生的粉尘。

9.如权利要求1所述的激光清洗设备，其特征在于，所述净化组件与新能源电池绝缘膜表面所成夹角β＝-45±-5°。

10.一种通过权利要求1-9任一项所述激光清洗设备实现的新能源电池绝缘膜清洗方法，其特征在于，包括如下步骤：

固定新能源电池的位置；

对光纤激光器/二氧化碳激光器进行参数设置；

光纤激光器、二氧化碳激光器分别对应产生第一激光光束以及第二激光光束；

通过运动机构使新能源电池绝缘膜与光纤激光器之间发生相对运动，和/或，使新能源电池绝缘膜与二氧化碳激光器之间发生相对运动，运动过程中，第一激光光束以及第二激光光束均作用于新能源电池绝缘膜，以完成新能源电池绝缘膜的清洗。

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