德国弗劳恩霍夫研究人员开发出两种基于激光的锂离子电池制造技术

亚琛Fraunhofer ILT的研究人员开发了两种基于激光的锂离子电池制造技术。这些应该在生产过程中节省能源，同时使电池具有更高的功率密度和更长的使用寿命。

激光技术的第一个应用涉及电极涂层，在这种情况下专门用于阳极。众所周知，目前将石墨糊涂在铜箔上，然后在100米长的烘箱中以高达180度的温度干燥糊状物。涂层铜箔像传送带一样穿过燃气烤炉。

Fraunhofer的专家现在开发了一种系统，其中使用二极管激光器进行干燥。波长为1微米的激光束通过特殊光学器件扩展，从而在大面积上照亮电极。“与热风干燥不同，我们的二极管激光器将高强度光束投射到涂有石墨膏的铜箔上，”FraunhoferILT薄膜工艺组组长Samuel Fink说。“深黑色石墨吸收能量。由于发生相互作用，石墨颗粒升温，液体蒸发。”芬克的预测：激光干燥可将能源需求降低多达50%，将工业规模干燥系统所需的空间减少至少60%。

激光技术在电池生产中的第二个用途也与电极有关——在这种情况下是为了提高功率密度和使用寿命。具有1毫焦耳脉冲能量的高功率超短脉冲激光(USP)在电池电极中引入孔结构，即所谓的通道。“这些通道充当离子高速公路。这显着减少了离子行进的距离，从而实现了更快的充电过程。同时，这可以防止出现缺陷，从而增加可能的充电循环次数并最终延长电池的使用寿命，”Fraunhofer ILT在新闻稿中解释道。

根据他们自己的说法，研究团队已经成功地将这一过程从实验室规模转移到可扩展的工业过程中。飞秒范围内的超短脉冲激光辐射用于修饰电极。Fraunhofer ILT表面结构团队负责人Matthias Trenn解释说：“激光脉冲的短相互作用时间足以去除材料，但同时可以防止孔熔化，从而避免电池性能下降。”

这不是必须解决的唯一实际问题：工业生产高吞吐量的更大区域也是一个问题。Fraunhofer团队通过使用多光束排列进行并行处理解决了这个问题。四个扫描仪，每个扫描仪有六个子光束，在传送带上平行运行。它们覆盖250毫米的宽度并连续处理电极层。

Fraunhofer ILT将在2023年汉诺威工业博览会（4月17日至21日）的Fraunhofer展位上使用演示器展示用于电池生产的激光技术。