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TWh时代,大科激光以“纯净”之光磨砺锂电加工最强之刃
材料来源:大科激光           录入时间:2022/6/22 22:52:38

日前,第十五届高工锂电产业峰会在常州落下帷幕。核心议题涵盖2022动力电池产业“形”与“势”、市场跃升后的产业链新考验等多项专题。超800位企业高层、精英人士、政府人士及投资高层汇聚一堂,湖南大科激光有限公司董事长郭少锋博士受邀参加《智造赋能质造》专场论坛。

图1.《智造赋能质造》专场论坛现场

大科激光自创业以来始终坚定不移的开发迭代高亮度抗高反型光纤激光器,自2021年打出“亮度为王”的旗号后,也收获很多业内专家与同行的认可,很多以往只注重激光器功率的企业也开始关注到激光的亮度性能。而大科激光对高亮度的理解是基于对激光物理的深刻理解,离开了这种理论图景,“高亮度”就会变成无源之水,只得其形不得其神。在高工锂电产业峰会上,面对激光光源如何适应锂电行业的“极限制造”概念这一话题,郭少锋博士给出了大科的解决方案:极限制造需要极致的光纤激光器,通往极致之路的关键是高性能光纤激光器的三大“纯净”——模式纯净、光谱纯净、时序纯净。

图2.大科激光董事长郭少锋博士

模式纯净,即做到100%纯基模(LP01模)输出。光纤激光器的输出中如果出现多个模式,模式之间会产生相互耦合、能量转化,这种不确定性会受到加工过程中所产生的回返光、振动、高低温等因素影响而放大,造成激光器输出功率和光斑形态的波动。而纯基模光纤激光器,则能够保证光斑和功率始终处于非常稳定的状态。

光谱纯净,是指将大功率激光器因非线性效应产生的非信号光波长的激光能量(如受激拉曼散射)控制在-40dB(万分之一)以下,使得能量集中在主信号光波段。光纤激光器在进行高精密焊接等加工应用时,非信号光能量可能造成较为严重的加工头光学系统的热畸变,甚至可能引起大气通道的热效应,特别是,非信号光波长部分的能量会在工件表面反射,反向传输回到光纤激光器中继续放大,会进一步导致输出功率下降、甚至损坏激光器件,对焊接的稳定性和良率会产生严重影响。

时序纯净,是指光纤激光器的功率波形在足够高的时间分辨率下仍保持恒定状态,没有“毛刺”。理论和实验均证实,连续波光纤激光器会存在微秒量级甚至纳秒量级的自脉冲现象(又称暗脉冲),峰值功率可达到正常状态下平均功率的数倍以上,这种自脉冲可以通过快速的光电探测器观测到,通常表现为在连续波基底上面的微细“毛刺”。常规粗放型激光加工几乎不会受到自脉冲的影响,但在追求极限制造、极致稳定的过程中,这种自脉冲会导致加工工件出现爆点、焊缝不一致等瑕疵。大科激光时序控制目标是将自脉冲峰值功率控制在不超过平均功率的20%,以满足锂电高精度加工、高稳定性加工需求。

纯净如斯,亮如恒星

大科“天狼星”系列光纤激光器在大科激光对三大“纯净”的极致追求中应运而生。利用谐振腔结构具备比放大器结构更强的抗回返光能力这一特性,大科激光基于单谐振腔技术,通过独特的光路设计和工艺处理,抑制了横向模式不稳定和受激拉曼散射,实现了14μm增益光纤输出2.2kW纯基模(M²<1.1,接近衍射极限)激光,并支持10米长度14μm芯径能量传输光纤(NA为0.07),拉曼抑制比优于-40dB。这一系列技术突破,奠定了“天狼星”系列激光器(Sirius-1000W~5000W)的技术基础,解决了光纤激光器在焊接新能源电池中铜、铝等高反射率材料时遇到的诸多难题,在铜铝焊接、3D打印等应中优势明显,非常适合动力电池、储能电池、全铝车身等各类应用场景,为新能源市场提供了理想的焊接解决方案。

图3. 大科谐振腔型单模连续光纤激光器

图4. 2kW输出时光束质量M²为1.07(LQM测试)

追求锂电加工品质极限 做最亮的激光器

锂电产业链将迎来新一波浪潮,产能已迈向TWh时代。对于该行业相关焊接的精度要求也节节攀升,动力电池缺陷率将从ppm(百万分之一)级别向ppb(十亿分之一)提升,因此也对激光这一新能源行业的“加工利刃”提出了更高的要求。为顺应新能源行业发展趋势,大科激光依然会将“高亮度”、“抗高反” 、“高节能”作为产品研发和制造的着力点,在上游激光光源技术方面不断深耕,追求激光器性能极限——三大“纯净”,为新能源行业的极限制造提供光学性能趋于物理极限的高性能激光器。

(文章转载自网络,如有侵权,请联系删除)


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