半岛彩票:锂电设备新技术专题研究之激光篇：激光应用量持续提升

　　激光技术具有高效精密、灵活、可靠稳定、焊材损耗小、自动化和安全程度高等特 点，被充分应用于锂电池切割、清洗、焊接、打码等工序中。根据激光制造网官方微信 公众号信息，在国家政策的大力支持及新能源汽车推广应用进程加快的带动下，中国车 用动力电池需求大幅增长。新能源汽车电池、电机、电控三大核心零部件中，核心部件 动力锂电池在整车成本中所占比例高，也直接决定整车续航里程。

　　锂电池的生产制造是 由一道道工序连接而成，其生产过程主要分为极片制造、电芯制作以及电池组装三部分。 锂电池质量直接决定新能源汽车的性能，因此对其制造工序有着极高的精度要求。激光 技术作为先进的“光”制造工具，以其高效精密、灵活、可靠稳定、焊材损耗小、自动 化和安全程度高等特点，被应用于动力锂电池部件加工的切割、清洗、焊接和打码等工 序中。（报告来源：未来智库）

　　激光焊接具有熔深深、速度快、变形小等诸多优点，可大幅提升动力电池的安全性。 根据联赢激光招股说明书，激光焊接作为一种现代焊接技术，具有熔深深、速度快、变 形小、对焊接环境要求不高、功率密度大、不受磁场的影响、不局限于导电材料、不需 要真空的工作条件并且焊接过程中不产生 X 射线等优势，被广泛应用于高端精密制造领 域，尤其是新能源汽车及动力电池行业。动力电池焊接部位多、难度大、精度要求高， 动力电池厂商对电池生产设备的自动化、安全性、精密性、加工效率的要求也高。激光 焊接技术独特的优势可大幅提升电池的安全性、可靠性、一致性，降低成本，延长使用 寿命，成为了动力电池厂商最优的选择。

　　决定激光焊接质量的主要核心要素为激光器能量控制及焊接工艺技术。 ①激光器能量控制：根据联赢激光招股说明书，由于被焊接的材料对不同波长激光 的吸收率不同（可以从 5%到 50%不等），激光器选择不同，焊接效果完全不同。为了 对焊件输出统一、稳定的焊接激光束，就需要激光输出功率具有良好的一致性或者能够 精确控制激光输出功率，功率过低会导致焊接熔融不足而影响焊接质量，功率过高或上 下波动会导致飞溅、气孔等不良效果。因此，激光器能量的控制就成为激光焊接最为关 键的技术之一。

　　②焊接工艺技术：根据联赢激光招股说明书，激光与物质的作用过程较为复杂，激 光焊接效果与激光波长、功率密度大小、焊接时间、焊接头角度、焦点距离、焊件对激 光的吸收率及清洁程度、焊件的厚度及导热性能、保护气体类型及流量等数十种因素有 关。因此，激光焊接工艺技术也是影响焊接质量关键的因素之一，需要激光焊接工艺技 术人员不断摸索总结，长时间实验积累才能够获得良好的焊接效果。

　　按照工作原理焊接可分为五种类型，根据不同的应用要求选取不同的焊接方式，以 达到最佳效果。根据联赢激光招股说明书，根据工作原理的不同，适配不同的加工场景， 激光焊接可分为热传导焊、深熔焊、复合焊接、激光钎焊和激光传导焊接五种。根据不 同的客户、不同的加工应用场景，选取合适的焊接方式，以达到最佳的焊接效果。

　　在动力电池的生产中使用激光焊接的环节在电芯制造环节与电池 PACK 环节。根据 联赢激光官网信息，在动力电池的生产中，使用激光焊接的环节主要包括：①中道工艺： 极耳的焊接（包括预焊接）、极带的点焊接、电芯入壳的预焊、外壳顶盖密封焊接、注液口密封焊接等；②后道工艺：包括电池 PACK 模组时的连接片焊接，以及模组后的盖 板上的防爆阀焊接等。

　　前激光焊价值量约为 1000-3000 万元/GWh。根据联赢激光招股说明书，激光焊接 设备在动力电池厂商投入中约占比 5-15%，根据高工锂电官网信息，按照动力电池单 GWh 设备投资额约为 2 亿元测算，结合上述数据，我们可测算动力电池激光焊接设备 单位 GWh 投资额为 1000-3000 万元。

　　4680 大圆柱对激光工艺要求更高，且相比方形电池、小圆柱电池焊接量有望上行。 ①4680 电池对激光工艺求要求更高，极耳形态不受控制是工艺难点。根据官网信息，4680 电池采用全极耳工艺，打破了传统电池一正一负两个极耳的模 式，其工艺难点在于极耳形态不受控，易发生短路，制造时两段封闭，电解液渗入阻碍 大，并且多极耳很难折叠整齐，对激光工艺要求更高。 ②4680 大圆柱电池激光焊接相比方形电池、小圆柱电池分别在焊接工序、所需焊 接设备上有所增加。根据官网信息，1）相比方形电池，大圆柱的全极耳所需的面焊，其激光焊接工序从 5 道增加至 7 道；2）从小圆柱电池看，单 GWh 相较 于 18650 和 21700 电池产线 台模切。结合上述情况，我们认为， 4680 大圆柱的激光焊接需求相比方形电池、小圆柱电池有望增长。

　　其他焊接环节技术：解决异种金属焊接问题，比如电池 PACK 中汇流排焊接有望替 代为激光焊接，我们判断，随着激光焊接工艺不断上行，激光焊接渗透率有望上行。 以方形电池后道模组/PACK 中汇流排焊接存在的 Al/Cu 异质金属焊接为例： Al、Cu 对光吸收率低，且容易产生高脆性金属化合物是 Al/Cu 难点：根据孔德群 的论文《汽车电池模组件 Al/Cu 异种金属激光焊接技术新进展》，由于 Al 和 Cu 的材料 物理性能迥异，Al/Cu 异种金属激光焊接具有若干挑战性的限制。一个主要是在 1um 的 激光波长下 Al 的吸收率低，而 Cu 的吸收率更低；另一个挑战来自 Al-Cu 合金的冶金性 能，即高脆性的金属化合物可能导致裂纹的形成。可能形成 Cu 含量为 50%-80%的金属 间化合物相。

　　汇流排焊接目前激光焊接仍无法解决脆性化合物问题，但激光焊接为大概率方向。 根据联赢激光官网，由于铜和铝之间采用激光焊接后易形成脆性化合物，无法满足使用 要求，通常采用焊接外，铜和铜、铝和铝一般均采用激光焊接。同时，由于铜和 铝传热均很快，且对激光反射率非常高，连接片厚度相对较大，因此需要采用较高功率 的激光器才能够实现焊接。通过九种不同参数及方法的调整实验，其中 7 种有不同增益， 我们认为，随着未来激光工艺的不断进步，汇流排 Al/Cu 激光焊接存在问题有望得到解 决，激光焊接为大概率方向。

　　激光切割技术可应用于锂电池制造过程中的极耳切割成型、极片分切以及隔膜分切 等工序，相比模切，激光切割具有精确度更高、运营成本较低等优势，有助于电池生产 提效降本。根据维科网锂电官方微信公众号信息，传统模切会不可避免地出现磨损，粉 尘掉落并产生毛刺，进而引起电池过热、短路、甚至爆炸等各类危险问题。为了避免锂 电池加工品质不佳造成的危险，使用激光进行切割更适合。与传统的机械切割相比，激 光切割拥有无物理磨损、切割形状灵活、边缘质量控制、精确性更高和运营成本较低等 优势，有利于降低制造成本、提高生产效率、大幅缩短新产品模切周期。（报告来源：未来智库）

　　激光极耳成型是目前主流技术，工艺参数、控制系统、切割工位设计决定切割的速 度和质量。根据利元亨官网信息，传统上极耳成型主要使用机械模切工艺。机械模切工 艺有模具损耗快、换模时间长、灵活性差和生产效率低等局限性，已经越来越不能满足 锂电池制造的发展要求。由于激光切割技术的诸多优点，随着高功率、高光束质量纳秒 激光器、单模连续光纤技术的成熟，目前激光极耳切割逐渐成为极耳成型技术的主流。 激光极耳成型一般采用卷对卷连续切割，其主要工艺流程为：放卷、张力控制、纠偏控 制、激光切割、二次除尘、收卷。其中影响极耳成型质量和效率的主要因素有：放卷速 度、张力和纠偏控制精度、切割工位设计、切割控制系统及切割工艺参数。

　　圆盘分切和模切品质量不稳定；激光能量和切割移动速度是两个主要的工艺参数。 根据动力电池网信息，极片切割有圆盘分切和模切、激光切割三种方式，圆盘分切和模 切都存在刀具磨损问题，这容易引起工艺不稳定，导致极片裁切品质差，引起电池性能 下降；激光能量和切割移动速度是两个主要的工艺参数，对切割质量影响巨大。当激光 功率太低或者移动速度太快时，极片不能完全切开，而当功率太高或移动速度太低时， 激光对材料作用区域变大，切缝尺寸更大。

　　MOPA 是一种激光调制技术，兼具高峰值功率和高光束质量的最优方式，杰普特获 宁德时代定点。根据杰普特 2022 年 3 月 22 日发布的《关于收到供应商定点通知的公告》， 收到宁德时代定点通知，为宁德提供 MOPA 脉冲光纤激光器，应用于动力电池电芯制造 的极片切割工序。根据英诺激光招股说明书，MOPA 技术是将具有高光束质量的种子信 号光和泵浦光，通过一定的方式耦合进双包层光纤进行放大，从而实现对种子光源的高 功率放大；激光器的 MOPA 结构是解决超快激光兼具高峰值功率和高光束质量的最优方 式。

　　皮秒是长期最优选择，MOPA 是目前最具性价比选择。根据邓永丽的论文《锂离子 动力电池极片的激光切割分析》，除了脉宽外，重复频率、光束模式、激光波长也对切 割质量有影响。因此窄脉宽、高重复频率的皮秒激光器是切割铝箔和铜箔最理想的激光 器。但由于皮秒技术未完全成熟，价格还很高，难以工业推广。而脉宽相对“窄”的 MOPA 激光器价格低廉，切割的正极片也完全满足工业要求，是切割正极片性价比最高的激光 器，随着其脉宽的减少和频率的增加，其应用前景会越来越好。

　　隔膜切割目前以刀具切割为主，目前已有两项激光切割技术专利。根据专利之星检 索系统信息：①专利一：根据《一种隔膜激光切割机》专利内容，隔膜的切割通常以钢 材质隔膜切刀进行切割。采用隔膜切刀切割，结构稳定性较差，切刀需要定期更换，隔 膜切口处的效果不好，容易起毛刺或卷翘，结构复杂，不便调试和维护，通过隔膜激光 切割可解决以上问题；②专利二：根据《锂电池隔膜生产用激光切割设备》专利内容， 通过激光切割组件切割由翻转辊交替切换两个隔膜卷曲组件卷绕的隔膜，实现了自动化 均匀切割隔膜的功能，避免了切割过程中的脱粉、挑丝、碎膜以及切不断的现象，便于 在批量生产线中实用。

　　热影响控制仍是难点，紫外激光存在替代传统模切可能。根据存能电气官网信息， 锂离子电池隔膜 PP膜与 PE膜两者的熔点不同，PE隔膜在 130℃左右，PP隔膜在 160℃ 左右。根据英诺激光招股说明书，在薄膜非金属材料加工等领域，高能量的紫外光子直 接破坏非金属材料表面的分子键，使分子脱离物体，这种方式不会产生高热量反应，因 此通常被称为“冷加工”，紫外激光机在微加工领域具有不可替代的优势。我们判断， 在目前仍是模切为主的隔膜切割环节，由于隔膜较低的熔点导致激光切割热影响控制仍 是难点，紫外激光以“冷加工”的优势存在替代传统模切可能。

　　方形叠片工艺中激光极耳、极片切割需求有望增加。根据格普瑞电池官网信息，方 形叠片法由于各个正负极片之间互相隔绝，所以每个极片都要安装一个极耳，然后分别 焊接在一起，形成最终的正负极，但卷绕法为了减少工序，只会隔几层才安装一个极耳， 总数通常只有前者的一半。基于以上情况，我们判断，叠片工艺相比卷绕工艺，极耳数 量增加一倍，叠片工艺下极耳切割需求量预计上行，同时叠片工艺需要多次裁切正负极 片（热复合技术工艺），极片切割需求也会有所增加。

　　极片涂覆前激光清洗可以有效避免原湿式乙醇清洗造成的损伤；电池焊接前激光清 洗采用脉冲激光使基底受热震动膨胀令污染物克服表面吸附力脱离基底达到去污的作 用；电池组装过程中激光清洗可对绝缘板、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。根据 C114 通信网官网信息： 极片涂覆前：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。