需要快速而輕柔地加工高敏感材料時，超短脈沖（USP）激光器就會“發光”。位于德國亞琛的弗勞恩霍夫激光技術研究所的研究人員開發出了一種快速、可靠、無損的方法，用超短脈沖激光束燒蝕鋰離子電池的陽極材料。這種以激光燒蝕技術暴露電接觸點的方法被稱為“激光對中”。

快速、溫和又可靠：德國弗勞恩霍夫激光技術研究所提出了一個定制流程，能夠以高達 1760 立方毫米 / 分鐘的速度令極薄銅箔上的陽極材料 燒蝕剝落，通過使用強大的超短脈沖（USP）激光器令電接觸點的表面暴露。（圖源：弗勞恩霍夫激光技術研究所）

生產不同電極更靈活的方法

鋰離子電池不僅是電動汽車的必需品，它們還能為平板電腦和智能手機等消費電子設備供電。在一條生產線上生產各式各樣的電池，對電池廠商來說是一個巨大的技術挑戰。更重要的是，與以往任何時候相比，現在必須更有成效地完成這項工作。在金屬基材箔上涂覆活性材料是生產過程中的一個關鍵步驟。這種涂層只有薄薄的一層，涂在只有幾微米厚的銅箔或鋁箔上。金屬箔的指定區域必須保持沒有涂層的狀態，以實現電極的電接觸。為了對上這些接觸點，必須不停地中斷并反復重新啟動涂覆流程。

需要一個快速流程以加快電極生產

新應用的出現及市場滲透，推動了對尺寸和形狀日益多樣化的鋰離子電池的需求，令這一技術挑戰變得更為嚴峻。電極生產線必須快速、靈活才能應對這一挑戰。只在金屬箔表面涂上涂層是一件非常復雜的事情，所以就有了一種解決方案?索性涂上整個表面，然后用激光束照射需要電接觸的區域，令那里的涂層剝落。

“生產線上的傳送帶一般運行速度在60米/分鐘左右，”弗勞恩霍夫激光技術研究所微納米結構小組研究員KarstenLange博士說，“過去，用激光燒蝕這些區域均告失敗，因為部分燒蝕流程缺乏生產效率。另一個原因就是激光燒蝕質量沒達到接觸點易于焊接這個高標準。”

新的超短脈沖（USP）激光工藝快速、溫和又精確

讓這種工藝更難成功的還有個因素，就是基板箔非常薄?通常在6~15微米之間。這就是為什么激光工藝必須以一種高效的方式暴露接觸點，而不留下任何殘留物，也不能損壞脆弱的基片箔。考慮到這些要求，弗勞恩霍夫激光技術研究所選擇了一種強大的USP激光器。Lange博士說：“我們所面臨的挑戰是，要在不留下任何殘留物的情況下一次性去除整個活性材料層，同時又不損壞薄薄的金屬箔。我們所開發的工藝能夠使用超短脈沖激光（USP）從10微米薄的銅箔上去除石墨陽極材料，速度達到1760立方毫米/分鐘，而不會損壞它。”在不久的將來，通過使用新一代多千瓦輸出功率的超快激光系統，將有可能進一步推動燒蝕速度。目前弗勞恩霍夫先進光子源（CAPS）項目正在開發該系統。

尋求進一步發展的合作伙伴

激光燒蝕的優點現在已經通過了實驗室驗證階段，弗勞恩霍夫激光技術研究所期待進一步的研發，使其能夠獲得量產。“因此，我們最近安裝了一個集成到卷對卷系統的高功率超短脈沖（USP）激光系統，這樣我們就有機會研究連續流程中的激光燒蝕技術了。”Lange博士說，“我們正在尋找合作伙伴，以進一步研究超短脈沖（USP)激光燒蝕技術在某個行業或研究項目上的應用。”