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標題: 锂電激光專题研究:電池技術+制造工艺進步,激光應用持续提升 [打印本頁]

作者: admin 時間: 2022-8-12 15:49
標題: 锂電激光專题研究:電池技術+制造工艺進步,激光應用持续提升
1. 激光焊接：工艺壁垒较高，大圆柱等新電池技能拉動焊接量上行

2. 激光焊接：工艺壁垒较高，大圆柱等新電池技能拉動焊接量上行

2.1 道理：保障電池平安性，焊接质量取决于激光器能量節制與進程工艺参数

激光焊接具备熔深深、速率快、變形小等诸多长處，可大幅晋升動力電池的安全性。按照联赢激光招股阐明书，激光焊接作為一种現代焊接技能，具备熔深深、速率快、變形小、對焊接情况请求不高、功率密度大、不受磁場的影响、不局限于导電质料、不必要真空的事情前提而且焊接進程中不發生 X 射線等上风，被遍及應用于高端紧密制造范畴，特别是新能源汽車及動力電池行業。動力電池焊接部位多、难度大、精度请求高，動力電池廠商對電池出產装备的主動化、平安性、紧密性、加工效力的请求也高。激光焊接技能怪异的上风可大幅晋升電池的平安性、可靠性、一致性，低落本錢，耽误利用寿命，成了動力電池廠商最優的選擇。性、靠得住性、一致性，低落本錢，耽误利用寿命，成了動力電池廠商最優的選擇。

决议激光焊接质量的重要焦點要素為激光器能量節制及焊接工艺技能。①激光器能量節制：按照联赢激耳康醫用冷敷貼，光招股阐明书，因為被焊接的质料對分歧波长激光的吸取率分歧（可以從 5%到 50%不等），激光器選擇分歧，焊接结果彻底不同。為了對焊件输出同一、不乱的焊接激光束，就必要激光输出功率具备杰出的一致性或可以或许切确節制激光输出功率，功率太低會致使焊接熔融不足而影响焊接质量，功率太高或上下颠簸會致使飞溅、气孔等不良结果。是以，激光器能量的節制就成為激光焊接最為關头的技能之一。

②焊接工艺技能：按照联赢激光招股阐明书，激光與物資的感化進程较為复杂，激光焊接结果與激光波长、功率密度巨细、焊接時候、焊接头角度、核心距离、焊件對激光的吸取率及干净水平、焊件的厚度及导热機能、庇護气體类型及流量等数十种身分有關。是以，激光焊接工艺技能也是影响焊接质量關头的身分之一，必要激光焊接工艺技能职員不竭试探总结，长時候实行堆集才可以或许得到杰出的焊接结果。

依照事情道理焊接可分為五种类型，按照分歧的利用请求拔取分歧的焊接方式，以到达最好结果。按照联赢激光招股阐明书，按照事情道理的分歧，适配分歧的加工廠景，激光焊接可分為热傳导焊、深熔焊、复合焊接、激光钎焊和激光傳导焊接五种。按照分歧的客户、分歧的加工利用場景，拔取符合的焊接方法，以到达最好的焊接结果。

2.2 利用近况：電芯制造、PACK 焊接價值量约 1000-3000 万/GWh

在動力電池的出產中利用激光焊接的环節在電芯制造环節與電池 PACK 环節。按照联赢激光官網信息，在動力電池的出產中，利用激光焊接的环節重要包含：①中道工艺：极耳的焊接（包含预焊接）、极带的點焊接、電芯入壳的预焊、外壳顶盖密封焊接、注液口密封焊接等；②後道工艺：包含電池 PACK 模组時的毗连片焊接，和模组後的盖板上的防爆阀焊接等。

前激光焊價值量约為 1000-3000 万元/GWh。按照联赢激光招股阐明书，激光焊接装备在動力電池廠商投入中约占比 5-15%，按照高工锂電官網信息，依照動力電池单 GWh 装备投資额约為 2 亿元测算，今朝動力電池激光焊接装备单 GWh 投入在 1000 万元至 3000 万元。

2.3 需求：全世界“缺芯”下半导體廠扩展本錢開支，装备景气宇延续上行

4680 大圆柱對激光工艺请求更高，且相例如形電池、小圆柱電池焊接量有望上行。1）4680 電池對激光工艺求请求更高，极耳形态不受節制是工艺难點。按照华經財產钻研院官網信息，4680 電池采纳全极耳工艺，冲破了傳统電池一正一负两個极耳的模式，其工艺难點在于极耳形态不受控，易產生短路，制造時两段封锁，電解液渗透阻碍大，而且多极耳很难折叠整洁，對激光工艺请求更高。2）4680 大圆柱電池激光焊接相例如形電池、小圆柱電池别离在焊接工序、所需焊接装备上有所增长。按照华經財產钻研院官網信息，1）相例如形電池，大圆柱的全极耳所需的面焊，其激光焊接工序從 5 道增长至 7 道；2）從小圆柱電池看，单 GWh 相较于 18650 和 21700 電池產線增长 5 台焊接装备。连系上述环境，咱们認為，4680 大圆柱的激光焊接需求相例如形電池、小圆柱電池有望增加。

其他焊接环節技能：解决异种金属焊接问题，好比電池 PACK 中汇流排焊接有望替换為激光焊接，咱们果断，跟着激光焊接工艺不竭上行，激光焊接浸透率有望上行。以方形電池後道模组/PACK 中汇流排焊接存在的 Al/Cu 异质金属焊接為例：①Al、Cu 對光吸取率低，且轻易發生高脆性金属化合物是 Al/Cu 难點：按照《汽車電池模组件 Al/Cu 异种金属激光焊接技能新希望》，因為 Al 和 Cu 的质料物理機能悬殊，Al/Cu 异种金属激光焊接具备若干挑战性的限定。一個主如果在 1um 的激光波长下 Al 的吸取率低，而 Cu 的吸取率更低；另外一個挑战来自 Al-Cu 合金的冶金機能，即高脆性的金属化合物可能致使裂纹的構成。可能構成Cu含量為50%-80% 的金属間化合物相。

汇流排焊接今朝激光焊接仍没法解决脆性化合物问题，但激光焊接為大要率方向。按照联赢激光官網，因為铜和铝之間采纳激光焊接後易構成脆性化合物，没法知足利用请求，凡是采纳超声波焊接外，铜和铜、铝和铝一般均采纳激光焊接。同時，因為铜和铝傳热均很快，且對激光反射率高，毗连片厚度相對于较大，是以必要采纳较高功率的激光器才可以或许实現焊接。經由過程九种分歧参数及法子的调解实行，其中 7 种有分歧增益，咱们認為，跟着将来激光工艺的不竭前進，汇流排 Al/Cu 激光去黑頭粉刺產品推薦, 焊接存在问题有望获得解决，激光焊接為大要率标的目的。

3. 激光切割：极片激光切割替换加快，高倍率電池鞭策极耳/极片切割量晋升

3.1 上风：较模切具切确度更高、運营本錢较低等上风，助力電池生產提效降本

3.2 极耳切割：激光切割為主流技能，放卷速率與张力節制是竞争要點

3.3 极片切割：傳统模切效力成產線提效瓶颈，MOPA 技能兼具本錢與機能上风

圆盘分切和模切品格量不不乱；激光能量和切割挪動速率是两個重要的工艺参数。按照動力電池網信息，极片切割有圆盘分切和模切、激光切割三种方法，圆盘分切和模切都存在刀具磨损问题，這轻易引發工艺不不乱，致使极片裁切品格差，引發電池機能降低；激光能量和切割挪動速率是两個重要的工艺参数，對切割质量影响庞大。當激光功率過低或挪動速率太快時，极片不克不及彻底切開，而當功率太高或挪動速率過低時，激光對质料感化區域變大，切缝尺寸更大。

MOPA 是一种激光调制技能，兼具岑岭值功率和高光束质量的最優方法，杰普特获宁德期間定點。按照高工锂電官網信息，今朝杰普特特别定制的极片切割脉冲光纤激光器，產線切割效力可达 120m/min，切割毛刺小于 7μm，热影响區小于 50μm，也是市場独一一款真正做到無毛刺無热影响的激光器，變频、變功率相應時候最快＜10μs，可有用削减拐角跟尾處参数變革带来的质量问题。按照杰普特《關于收到供给约定點通知的通知布告》，2022 年 3 月 22 日，杰普特通知布告收到宁德期間定點通知，供给 MOPA 脉冲光纤激光器，利用于動力電池電芯制造的极片切割工序。按照英诺激光招股阐明书，MOPA 技能是将具备高光束质量的种子旌旗灯号光和泵浦光，經由過程必定的方法耦合進雙包层光纤举行放大，從而实現對种子光源的高功率放大；激光器的 MOPA 布局是解决超快激光兼具岑岭值功率和高光束质量的最優方式。

皮秒是持久最優選擇，MOPA 是今朝最具性價比選擇。按照《锂离子動力電池极片的激光切割阐發》，除脉宽外，反复频率、光束模式、激光波长也對切割质量有影响。是以窄脉宽、高反复频率的皮秒激光器是切割铝箔和铜箔最抱负的激光器。但因為皮秒技能未彻底成熟，代價還很高，难以工業推行。而脉宽相對于“窄”的 MOPA 激光器代價低廉，切割的正极片也彻底知足工業请求，是切割正极片性價比最高的激光器，跟着其脉宽的削减和频率的增长，其利用远景會愈来愈好。

3.4 隔阂切割：隔阂激光切割仍在结構阶段，热影响節制是难點

隔阂切割今朝以刀具切割為主，今朝已有两項激光切割技能專利。按照專利之星检索體系信息：①專利一：按照《一种隔阂激光切割機》專利内容，隔阂的切割凡是以钢材质隔阂切刀举行切割。采纳隔阂切刀切割，布局不乱性较差，切刀需要按期改换，隔阂暗语處的结果欠好，轻易起毛刺或卷翘，布局繁杂，未便调试和保護。經由過程激光切割可解决以上问题；②專利二：按照《锂電池隔阂出產用激光切割装备》專利内容，經由過程激光切割组件切割由翻转辊瓜代切换两個隔阂卷曲组件卷绕的隔阂，实現了主動化平均切割隔阂的功效，防止了切割進程中的脱粉、挑丝、碎膜和切不竭的征象，便于在批量出產線中适用。

热影响節制還是难點，紫外激光存在替换傳统模切可能。按照存能電气官網信息，锂离子電池隔阂 PP 膜與 PE 膜二者的熔點分歧，PE 隔阂在 130℃摆布，PP 隔阂在 160℃摆布。按照英诺激光招股阐明书，在薄膜非金属质料加工等范畴，高能量的紫外光子直接粉碎非金属质料概况的份子键，使份子离開物體，這类方法不會產生高热量反响，是以凡是被称為“冷加工”，紫外激光機在微加工范畴具备不成替换的上风。咱们果断，在今朝還是模切為主的隔阂切割环節，因為隔阂较低的熔點导致激光切割热影响節制還是难點，紫外激光以“冷加工”的上风存在替换傳统模切可能。

3.5 叠片工艺技能：有望带来激光切割需求增长

方形叠片工艺中激光极耳、极片切割需求有望增长。按照格普瑞電池官網信息，方形叠片法因為各個正负极片之間相互隔断，以是每一個极片都要安装一個极耳，然後别离焊接在一块儿，構成终极的正负极，但卷绕法為了削减工序，只會隔几层才安装一個极耳，总数凡是只有前者的一半。基于以上环境，咱们果断，叠片工艺比拟卷绕工艺，极耳数目增长一倍，叠片工艺下极耳切割需求量估计上行，同時叠片工艺必要屡次裁切正负极片（热复合技能工艺），极片切割需求也會有所增加。

4. 其他利用：激光洗濯、激光打标

4.1 激光洗濯：防止洗濯毁伤等问题，晋升電池制造工艺程度

极片涂覆前激光洗濯可以有用防止原湿式乙醇洗濯酿成的毁伤；電池焊接前激光洗濯采纳脉冲激光使基底受热触動膨胀令污染物降服概况吸附力离開基底到达去污的感化；電池组装進程中激光洗濯可對绝缘板、端板举行激光洗濯，干净電芯表面脏污，粗化電芯概况，提高貼胶或涂胶的附出力。按照 C114 通訊網官網信息：极片涂覆前：锂電池的正负极片是在金属薄带上涂覆锂電池正负极质料而成，金属薄带在涂覆電极质料時，必要對金属薄带举行洗濯，金属薄带通常是铝薄或铜薄，本来的湿式乙醇洗濯，轻易對锂電池其他部件造成毁伤。激光干式洗濯性能够有用解决以上问题。

電池焊接前：按照 C114 通訊網官網信息，采纳脉冲激光直接辐射去污，使其概况温度升高而產生热膨胀，热膨胀使污染物或基底振動，從而使污染物關節消炎止痛膏，降服表面吸附力离開基底概况從而到达去除物體概况污渍的目标。這类方法可以有用地去除電芯极柱端面的污物、粉尘等，為電池焊接提早做筹备，以削减焊接的不良品。電池组装進程中：按照 C114 通訊網官網信息，為了避免锂電池產生平安事故，一般必要對锂電池電芯举行外貼胶處置，以起到绝缘的感化，避免短路的產生和庇護路線、避免刮伤。對绝缘板、端板举行激光洗濯，干净電芯概况脏污，粗化電芯概况，提高貼胶或涂胶的附出力，且洗濯後不會發生有害污染物，属于环保的绿色洗濯法子，這在全世界高度存眷环保的环境下愈加显出它的首要性。

4.2 激光激光打标：為動力電池供给更高效平安的信息追踪可能

傳统打标技能错误谬误较着。按照奇铭激光科技官網信息，傳统的打标技能有几种，别离是喷墨打标、钢针雕镂打标、貼纸标識等，但這些方法都有對應的工艺缺陷，比方喷墨打标必要耗材，喷後墨水没干举行其他工序會有掉色可能等；钢针雕刻速率较慢加工效力低等，由此應運而生的新型技能即是激光打标技能。

平安性上均有分歧水平晋升。按照楚天中谷联創官網信息，為更好的把控產物品格，追溯锂電池的全程出產信息，包含原料信息、出產進程和工艺、產物批次、出產廠家及日期等，必要将關头信息存储在二维码内并在電池长進行标識。傳统的油墨喷打码技能存在易磨擦，长時候轻易缺失期息等问题，而激光打标具备永恒性强、防伪性高、精度高、耐磨性强、平安靠得住等特色，可觉得產物品格追踪供给最佳的解决方案。

5.重點公司阐發

5.1 激光激光打标：為動力電池供给更高效平安的信息追踪可能

先导智能是全道整線方案供给商，具有海表里客户激光装备切入的先發上风。按照先导智能 2021 年年報信息，公司致力于成為全世界领先的智能制造总體解决方案辦事商，打造世界级立异型企業。供给涵盖方壳電池、圆柱電池、软包電池、固态電池等各种電池类型在内的锂電池智造整線解决方案。公司是海内設备企業中最早举行國际化结構的公司之一，今朝已在美國、德國、瑞典、日韩等地設立分/子公司。今朝公司所產装备已远销欧洲、美國和日韩等地，将進一步计划全世界化研發中間和出產制造基地，不竭增强海外市場的開辟事情。咱们認為，公司是全道整線方案供给商，具有海表里客户激光装备切入的先發上风。公司在多行業具有多种激光技能能力及锂電激光装备储蓄。按照先导智能 2021 年年報信息，激光紧密加工設备已利用于消费電子、显示面板、半导體、汽車、锂電、光伏等行業，供给激光邃密微加工、相联系關系行業的丈量和主動化智能車間解决方案。包含激光切割、激光焊接、激光打标、激光蚀刻、激光開孔等智能装备和整線辦事。具有激光极耳成型機及激光模切分切一體機装备储蓄。

5.2 海目星：极耳切绝對龙头，装置焊接段、极片除腳臭藥膏，切割有望冲破

在技能储蓄上，海目星致力于提高极耳切與装置線效力，同時延长至叠片技術，极片切割激光钻研等，跟着產物機能加强與类型增多，将来有望获得更多的订单盈利。

1）現有產物：公司致力晋升极耳激光切與動力電池装置效力。按照公司 2020 年年報内容：①公司動力電池集群式智能装置關头技能研發項目已進入財產化实施阶段，拟将整線產能從 20PPM 晋升至 50PPM 以上。②公司超高速极耳激光切進入財產化施行阶段，拟到达方针為開辟出超高速激光切割技能，激光切割速率到达 120m/min。2）產物拓展：公司向叠片、激光极片切割等工艺摸索、拓展，有望获得更多定单盈利。按照公司 2020 年年報内容：①公司极片高速激光切裁叠關头技能钻研項目标方针是将激光切割、裁切、叠片和热复合技能举行整合，今朝已進入財產化施行阶段。如海目星切叠一體機的终纵目标速率為 500-600 片/分钟，占地面积要靠近現有的卷绕工艺，综合本錢優于現有工艺；②公司锂電池電芯极片 200 米高速切割技能研發項目正在開辟，可以使激光制片速率到达 200m/min，制造本錢降低约 30%，今朝行業技能程度最高可达 120m/min。咱们認為，跟着公司產物系列的不竭拓展，将来在锂電制造關头工艺中触及的装备种类有望增长，获得更多定单盈利。

海目星堆集大量優良客户，极片激光切割装备成熟後有望快速切入。按照公司《2021 年年度陈述》，在動力電池范畴，公司作為海内首要的動力電池装备供给商，自建立以来就定位于辦事下流各利用場景的龙头企業，專注于上风產物的推广，其实不断巩固產物领先性。颠末不懈尽力，公司客户包含宁德期間、特斯拉、中立异航、蜂巢能源、力神、长城汽車、瑞浦能源、亿纬锂能、欣旺达等海内、國际主活動力電池企業连结着杰出的互助瓜葛，在動力電池装备行業堆集了丰硕的經验。咱们認為，公司堆集了大量國表里優良客户，在极片激光切割装备成熟後有望快速切入。

5.3 联赢激光：專注動力電池焊接范畴，具有强激光焊接技能壁垒

5.4 联赢激光：專注動力電池焊接范畴，具有强激光焊接技能壁垒

赢合科技聚焦焦點锂電中道装备，已得到國表里一線客户的承認。按照公司 2021 年年度陈述，公司锂電池主動扮装备遍及利用于锂電池出產的前中段重要工序。經由過程延续研發和立异，公司的涂布機、辊压機、分切機、制片機、卷绕機、叠片機、组装線等系列焦點装备的技能機能行業领先，已得到國表里一線客户的認可。在 2021 年度，公司收成了来自宁德期間、比亚迪、蜂巢能源、亿纬锂能、欣旺达、珠海冠宇、LG 能源、ACC、宝马等國表里一線客户的锂電装备定单。

赢合科技具有激光模切機等產物储蓄，推出一出六激光模切一體機。按照公司 2021 年年度陈述，激光模切機等產物的效力和機能均到达行業领先程度，并在此基础上乐成推出了涂布辊压分条一體機、激光模切卷绕一體機、激光模切叠片一體機等產物。公司在 2021 年推出的一出六激光模切分切一體機装备，可顺應 150妹妹800妹妹极片宽度，不乱運行線速率达 80m/min，激光切割毛刺和极片分切毛刺均得到较大改良，远優于同業一出二或一出四装备，装备集成化水平高，削减了工序的流转，間接提高了客户质料的操纵率。

5.5 利元亨：具有激光模切機等產物储蓄，已得到國表里一線客户認可

利元亨器重激光技能的研發，不竭增长激光技能的利用場景。按照利元亨《2021 年年度陈述》，公司是海内锂電池制造設备行業领先企業之一，已與新能源科技、宁德期間、比亚迪、蜂巢能源、欣旺达等知名廠商創建了持久不乱的互助關系，并踊跃结構海外营業，得到包含北美、德國和韩國等外洋一線客户的锂電装备定单。且延续研發激光節制、激光焊接、激光切割、激光洗濯技能，增长激光技能利用場景，并且“锂電池激光焊接關头技能钻研及財產化利用”經广东省機器工程學會判定為“國际先辈程度”。

利元亨器重激光技能的研發，不竭增长激光技能的利用場景。按照利元亨《2021 年年度陈述》，公司是海内锂電池制造設备行業领先企業之一，已與新能源科技、宁德期間、比亚迪、蜂巢能源、欣旺达等知名廠商創建了持久不乱的互助關系，并踊跃结構海外营業，得到包含北美、德國和韩國等外洋一線客户的锂電装备定单。且延续研發激光節制、激光焊接、激光切割、激光洗濯技能，增长激光技能利用場景，并且“锂電池激光焊接關头技能钻研及財產化利用”經广东省機器工程學會判定為“國际先辈程度” 利元亨在激光切割中具有激光模切分条一體機、激光极耳分切一體機等產物储备。按照公司官網，公司具有激光模切分条一體機、激光极耳分切一體機等激光產品储蓄，激光极耳分切一體機已到达 120m/min 出產速率，切割毛刺最大 7um。激光模切分条一體機已到达 12000妹妹超宽兼容，±1.5妹妹精度，热影响區小于 70um，纵向毛刺小于 15um。

在激光焊接中具有圆柱電池焊接機，刀片電池焊接機等激光焊接装备储蓄。根据公司官網信息，刀片電池焊接機利用公司自立研發的 POS 激光焊接技能，和三维激光数控活動節制技能，连系可调理环形光斑模式激光器输出光斑，最大有用焊接速率可达 300妹妹/s。帮忙锂電池企業晋升產物機能和低落本錢。圆柱電池焊接機可实現圆柱電池顶盖封口焊接、電池极耳焊接、圆柱電池侧缝焊接等焊接工艺环節。

5.6 杰普特：MOPA 激光器范畴國產龙头，已实現极片無毛刺切割效果

杰普特是中國首家贸易化批量出產 MOPA 脉冲光纤激光器的廠商。按照公司《2021 年年度陈述》，颠末十余年的科研堆集和营業成长，公司搭建了國际化的研發营销平台，堆集了丰硕的專利技能、研發履历和客户資本，博得了必定的市場占有率和品牌知名度，成為中國首家贸易化批量出產 MOPA 脉冲光纤激光器的廠商。MOPA 激光器上风较着，公司產物已合用于電芯制造极片。按照高工锂電官網信息，公司 MOPA 脉冲光纤激光器產物具备脉宽可调、频率范畴广、相應速率快、首脉冲可用、全温度范畴内输出功率颠簸小、體积小、噪声低等特色。產物脉冲频率和脉冲宽度自力可控，經由過程两項激光参数调解搭配，可实現恒定的岑岭值功率输出。在動力電池范畴，杰普特經由過程配套赢防蚊膏,合科技、富家激光、联赢激光、光大激光等知名激光設备制造商，已乐成進入到動力電池头部企業供给链中。2021 年荣获在國度级專精特新“小伟人”企業称呼，紧跟客户需求，為新能源范畴研發出合用于動力電池電芯制造的极片切割的 MOPA 脉冲激光器。按照公司《關于收到供给约定點通知的通知布告》，2022 年 3 月 22 日，公司當選定為宁德期間的供给商，為宁德期間供给 MOPA 脉冲光纤激光器，利用于動力電池電芯制造的极片切割工序。

（本文仅供参考，不代表咱们的任何投資建议。如需利用相干信息，请参阅陈述原文。）

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