CN218014605U - 锂离子电池极片清洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种锂离子电池极片清洗装置，包括激光器、振镜、聚焦透镜、用于夹紧极片并使极片表面保持平整的极片夹具以及用于将圆形激光光斑整形为线状准直光斑的激光整形单元，激光器出射的激光依次经过激光整形单元、振镜和聚焦透镜从而形成激光光路，聚焦透镜的焦点位于由极片夹具所限定的极片表面上。本实用新型将激光光斑整形为线状准直光斑并使激光的线状准直光斑聚焦在极片表面，整形后的线形光束是平顶光光束，降低了激光峰值功率，减少激光能量对极片集流体造成的损伤，因此能有效地提高极片质量和良品率，这种质量改善在正极极片上更为显著；采用线形光束进行极片清洗能显著地提高清洗效率，实现新能源行业的降本增效目的。

Description

锂离子电池极片清洗装置

技术领域

本实用新型属于锂离子电池生产技术领域，具体涉及一种锂离子电池极片清洗装置。

背景技术

锂离子电池具备的循环寿命长、快速充电、电压高、比能量大和良好的安全性能的优点得以让它广泛应用在汽车、储能、智能3C产品等领域，其负极的石墨涂层对抑制电池热效应、降低电池内阻、降低制造成本、提高电池的寿命起着不可或缺的作用。在当前锂离子电池工艺制程下，通过激光对锂离子电池极片表面涂层进行清洗处理，在指定位置清洗制作出凹槽位，用于后段的极耳焊接做准备。由于锂离子电池极片的集流体厚度较薄，容易在激光清洗过程中被高能量密度的光束照射而造成损伤或者穿孔，从而造成极片的清洗不良率提高。

在激光清洗过程中，当前常规的激光清洗解决方案包含红外脉冲激光器配合高速振镜来实现极片高速激光清洗。但是，未整形的高斯分布的激光束由于峰值功率高，清洗过程中极易对极片集流体损伤；而且实际使用过程中的激光扫描速度也已经用到了振镜速度的极限，振镜扫描速度的限制成了激光清洗效率提升的瓶颈。

实用新型内容

本实用新型涉及一种锂离子电池极片清洗装置，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本实用新型提供一种锂离子电池极片清洗装置，包括激光器和激光导引单元，还包括用于夹紧极片并使极片表面保持平整的极片夹具以及用于将圆形激光光斑整形为线状准直光斑的激光整形单元，所述激光导引单元包括振镜和聚焦透镜，所述激光器出射的激光依次经过所述激光整形单元、所述振镜和所述聚焦透镜从而形成激光光路，所述聚焦透镜的焦点位于由所述极片夹具所限定的极片表面上。

作为实施方式之一，所述激光整形单元包括用于使激光的准直光斑直径达到预定尺寸的扩束镜以及用于使激光的圆形准直光斑变为线状准直光斑的光束整形器，所述激光器出射的激光依次经所述扩束镜和所述光束整形器后入射至所述振镜处。

作为实施方式之一，所述扩束镜为可调扩束镜。

作为实施方式之一，所述光束整形器的光斑长度放大范围为2～10倍。

作为实施方式之一，所述光束整形采用DOE镜片。

作为实施方式之一，所述激光器为红外激光器，激光波长在700～1500nm范围内。

作为实施方式之一，所述极片夹具为过辊式夹具。

作为实施方式之一，该锂离子电池极片清洗装置还包括吹气结构，所述吹气结构的吹气方向朝向激光加工处。

作为实施方式之一，所述吹气结构采用风刀。

作为实施方式之一，该锂离子电池极片清洗装置还包括机体和吸尘结构，所述机体具有工作腔，所述极片夹具和所述吹气结构均布置于所述工作腔内，所述吸尘结构的吸尘管道伸入至所述工作腔中。

本实用新型至少具有如下有益效果：

本实用新型提供的锂离子电池极片清洗装置，将激光光斑整形为线状准直光斑并使激光的线状准直光斑聚焦在极片表面，可精准高效地完成极片清洗操作，整形后的线形光束是平顶光光束，降低了激光峰值功率，可以避免高斯分布的激光束由于峰值功率高而对极片集流体造成损伤的情况，因此能有效地提高极片质量和良品率，这种质量改善在正极极片上更为显著。另外，采用线形光束进行极片清洗能显著地提高清洗效率，实现新能源行业的降本增效目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的锂离子电池极片清洗装置的光路示意图；

图2为本实用新型实施例提供的光束整形示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1和图2，本实用新型实施例提供一种锂离子电池极片清洗方法，包括：

使极片表面保持平整；

对激光器1出射的激光进行整形，以使激光光斑为线状准直光斑；

使整形后的激光入射至极片8处，并且使激光的线状准直光斑聚焦在极片表面，将极片表面的涂层清洗去除。

在其中一个实施例中，通过极片夹具7夹持极片8；优选地，上述极片夹具7采用过辊结构，将极片8放置在过辊结构上，通过过辊张力使极片表面平整；进一步地，采用双过辊拉伸结构，夹持效果可靠；优选采用直径范围50～500mm的圆形过辊。

在其中一个实施例中，上述激光器1为红外激光器1，激光波长在700～1500nm范围内，可达到较好的极片清洗效果。进一步地，所述激光器1为脉冲激光器1，激光功率为50～1000W，频率在100～10000kHz范围内；优选地，脉宽优选为在1～300ns范围内，出射的准直光光斑直径优选为在1～10mm，激光光束质量M2的优选范围为1-5。

优选的，通过激光功率的调节，保证激光刚好能去处涂层而不损伤箔材，或者基本不损伤箔材。

优选地，在激光清洗过程中，向激光加工处吹气以将产生的粉尘吹除，避免粉尘对极片8性能及激光加工设备造成不利影响；可选地，采用风刀等吹气结构6完成上述吹气操作。另外，优选地，设置吸尘结构以将吹除的粉尘吸走；本实施例中，一般在一个封闭的工作腔中进行激光清洗操作，因此可设置吸尘管道伸入至该工作腔中以完成吸尘操作。

在其中一个实施例中，如图1和图2，所述激光的整形方法包括：

激光器1出射激光至扩束镜2上，使所述激光的准直光斑直径达到预定尺寸，随后使激光入射至光束整形器3，通过所述光束整形器3使激光的高斯分布的圆形准直光斑变为平顶分布的线状准直光斑。

上述扩束镜2可以实现对准直光直径的补偿，便于后续通过光束整形器3将圆形准直光束调整为线形准直光束。其中，优选地，上述扩束镜2为可调扩束镜2，可满足将不同激光器1的准直光的光斑直径通过倍数微调为固定规格的光斑直径的要求，相比于传统的扩束镜2，可调扩束镜2没有内部聚焦点和内部反射点，具有极高的光束指向性等优势；此外，还可以根据实际需求，通过可调扩束镜2进行反向安装，可以将激光器1的准直光的光斑直径按照对应倍数的缩小。本实施例中，上述可调扩束镜2的放大倍数可调范围为1～10倍，进一步优选为控制在1～8倍。另外，优选地，上述扩束镜2的最大入瞳直径范围优选为在5～10mm，最小分辨率是0.01倍，工作波长范围是700～1500nm。

经扩束镜2处理后的激光入射到光束整形器3上，完成由圆形准直光变为线形准直光的整形操作，具体地：

该光束整形器3是衍射光学元件(优选为采用DOE(Diffractive OpticalElement)镜片)，是在光学玻璃表面通过光刻技术镀单层或多层介质膜构成的光学装置，可以实现对光束的整形处理，整形后的线形光束L2的宽度可以保持与圆形光束L1的光斑直径相同，线形光束L2的长度可以是圆形光束L1的光斑直径的N倍；通过衍射光学元件的衍射单元结构设计，可获得所需的光束长度，具有高效率、便利性、灵活性、能量分布一致性好等优点。

本实施例中，N为2～10，也即所述光束整形器3的光斑长度放大范围为2～10倍。另外，优选地，上述光束整形器3的最大入瞳直径范围为5～10mm，适应的焦距范围优选为是160～330mm，工作波长范围是700～1500nm；在一个较优的方案中，上述光束整形器3的光斑长度放大范围为4倍，最大入瞳直径为7mm。

经光束整形器3处理后的线形光束L2需入射至极片表面，可选地，采用振镜4和聚焦透镜5对线形光束L2进行导引，其中：

振镜4完成对光束的偏转，优选为采用高速振镜扫描系统，能保证加工效率；该高速振镜扫描系统优选为配置有水冷结构，可保证长时间的工作稳定性。进一步地，振镜4的工作波长范围是700～1500nm，最大入瞳直径范围优选为在10～30mm，最大的定位速度在50～300rad/s。在一个较优的方案中，最大入瞳直径为15mm，定位速度为200rad/s，实际清洗的激光线速度为30～50m/s。

聚焦透镜5完成对光束的聚焦操作，以保证激光的线状准直光斑聚焦在极片表面，在完成极片清洗的同时，不会对极片8本身性能造成不利影响。进一步地，上述聚焦透镜5为水冷透镜，其工作波长范围优选为是700～1500nm；该聚焦透镜5的入射孔径范围优选为在10～30mm范围内，优选的焦距范围为100～420mm。在一个较优的方案中，该聚焦透镜5的入射孔径为20mm，焦距210mm。

本实施例提供的锂离子电池极片清洗方法，将激光光斑整形为线状准直光斑并使激光的线状准直光斑聚焦在极片表面，可精准高效地完成极片清洗操作，整形后的线形光束L2是平顶光光束，降低了激光峰值功率，可以避免高斯分布的激光束由于峰值功率高而对极片集流体造成损伤的情况，因此能有效地提高极片质量和良品率，这种质量改善在正极极片8上更为显著。另外，采用线形光束L2进行极片清洗能显著地提高清洗效率，实现新能源行业的降本增效目的。

实施例二

如图1和图2，本实用新型实施例提供一种锂离子电池极片清洗装置，包括激光器1和激光导引单元，还包括用于夹紧极片8并使极片表面保持平整的极片夹具7以及用于将圆形激光光斑整形为线状准直光斑的激光整形单元，所述激光导引单元包括振镜4和聚焦透镜5，所述激光器1出射的激光依次经过所述激光整形单元、所述振镜4和所述聚焦透镜5从而形成激光光路，所述聚焦透镜5的焦点位于由所述极片夹具7所限定的极片表面上。

其中，优选地，所述激光整形单元包括扩束镜2和光束整形器3，所述扩束镜2用于使激光的准直光斑直径达到预定尺寸，所述光束整形器3用于使激光的高斯分布的圆形准直光斑变为平顶分布的线状准直光斑，所述激光器1出射的激光依次经所述扩束镜2和所述光束整形器3后入射至所述振镜4处。

各器件的相关结构可参考上述实施例一中的内容，此处不作赘述。

另外，优选地，上述锂离子电池极片清洗装置还包括机体，上述工作腔即形成在该机体上，上述极片夹具7和吹气结构6均布置于工作腔内；进一步可选地，激光器1、扩束镜2、光束整形器3、振镜4和聚焦透镜5也可设置在工作腔中。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池极片清洗装置，包括激光器和激光导引单元，其特征在于：还包括用于夹紧极片并使极片表面保持平整的极片夹具以及用于将圆形激光光斑整形为线状准直光斑的激光整形单元，所述激光导引单元包括振镜和聚焦透镜，所述激光器出射的激光依次经过所述激光整形单元、所述振镜和所述聚焦透镜从而形成激光光路，所述聚焦透镜的焦点位于由所述极片夹具所限定的极片表面上。

2.如权利要求1所述的锂离子电池极片清洗装置，其特征在于：所述激光整形单元包括用于使激光的准直光斑直径达到预定尺寸的扩束镜以及用于使激光的圆形准直光斑变为线状准直光斑的光束整形器，所述激光器出射的激光依次经所述扩束镜和所述光束整形器后入射至所述振镜处。

3.如权利要求2所述的锂离子电池极片清洗装置，其特征在于：所述扩束镜为可调扩束镜。

4.如权利要求2所述的锂离子电池极片清洗装置，其特征在于：所述光束整形器的光斑长度放大范围为2～10倍。

5.如权利要求2或4所述的锂离子电池极片清洗装置，其特征在于：所述光束整形采用DOE镜片。

6.如权利要求1所述的锂离子电池极片清洗装置，其特征在于：所述激光器为红外激光器，激光波长在700～1500nm范围内。

7.如权利要求1所述的锂离子电池极片清洗装置，其特征在于：所述极片夹具为过辊式夹具。

8.如权利要求1所述的锂离子电池极片清洗装置，其特征在于：还包括吹气结构，所述吹气结构的吹气方向朝向激光加工处。

9.如权利要求8所述的锂离子电池极片清洗装置，其特征在于：所述吹气结构采用风刀。

10.如权利要求8所述的锂离子电池极片清洗装置，其特征在于：还包括机体和吸尘结构，所述机体具有工作腔，所述极片夹具和所述吹气结构均布置于所述工作腔内，所述吸尘结构的吸尘管道伸入至所述工作腔中。

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