隨著全球汽車市場繼續(xù)向電氣化動力模式發(fā)展，更好的生產(chǎn)工藝流程變得至關重要。

最近，美國電池制造商Enovix公司宣布與IPG Photonics公司合作，以推動整個行業(yè)從機械切割向激光加工過渡，因為下一代激光加工設備可以顯著提高規(guī)模化生產(chǎn)。

“我們的制造工藝已經(jīng)有了很大的進步，2018年采用的是30W激光器，而如今采用的是1KW激光器，這些激光器將被納入Gen2系統(tǒng)。”Enovix公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術官Ashok Lahiri說，“我們的工藝在很大程度上依賴于激光圖案化加工技術的高性能和高精度。在過去的15個月里，利用激光功率的提高和電極加工技術的進步，Enovix公司已經(jīng)證明了激光加工可以將電池的生產(chǎn)效率提高數(shù)倍。”Enovix因設計和制造下一代3D硅鋰離子電池而聞名業(yè)界（見圖1）。

電池新架構

Enovix公司研發(fā)出了一種新型技術，其電極加工方式有望徹底改變電池的制造方式（見圖2）。對于傳統(tǒng)的電池組，由于電極是在垂直方向上堆疊的，所以制造商處理電池的方式可以是纏繞也可以是堆疊。Enovix公司將堆疊方式轉了90°，使堆疊方向為水平方向，進而改變了電極的方向（見圖3）。

“這意味著當我們在X-Y平面切割時，對電極而言，實際是在X-Z維度上切割，并且縮短了切割距離。”Ashok Lahiri說，“當切割厚度為20mm或30mm的大型電池時，有更多的邊緣需要切割，因此切割精度至關重要的。這就限制了加工精度為毫米級的機械系統(tǒng)的使用。對于微米級的加工精度需求，正是激光加工可以大顯身手的好時機。”

隨著大型電池單元的出現(xiàn)，制造商正在采用垂直堆疊的方式取代傳統(tǒng)的纏繞方法，這為制造商從傳統(tǒng)的機械加工轉向激光加工提供了機會。制造商轉向激光加工的道理很簡單：因為激光在加工復雜的幾何形狀時，能實現(xiàn)更高的加工精度。Lahiri說：“雖然激光加工目前是一種比較昂貴的方法，但是激光加工的性能改進正在縮小與機械加工的差距，而機械加工近年來并沒有得到革命性的改變或發(fā)展”。Lahiri說，“如果在成本和效益方面能達到一個利益權衡點，那么更高的激光切割精度無疑會帶領明顯的收益。”

隨著電池架構的發(fā)展，Enovix公司已經(jīng)大幅提高了所用的激光功率，盡管功率增加不一定與切割速度的增加呈線性相關，但是切割速度在很大程度上與激光功率的增加有關。“無論我們使用脈沖激光還是連續(xù)激光，功率的增加都會直接影響切割速度。我們采用IPG和其他公司的激光系統(tǒng)，并將其納入電池加工的工藝流程中，從而實現(xiàn)了更高的切割精度和更快的切割速度。”Lahiri說，“我們正在開拓激光的使用，并提供更廣泛適用于電池的解決方案。此外，我們還可以提前了解激光系統(tǒng)供應商的研發(fā)路線，以指導我們如何更好地將這些激光創(chuàng)新應用到實際生產(chǎn)中。”

變革的時代 

隨著激光技術的不斷發(fā)展，從最初的納秒脈沖激光，到飛秒激光、連續(xù)激光，或介于兩者之間的激光光源，這也導致了不同激光加工方式之間的競爭。“研究人員需要設計和優(yōu)化系統(tǒng)，以實現(xiàn)每千瓦時能量所能產(chǎn)生的最佳加工效果。” Lahiri說，“當致力于實現(xiàn)這種電氣化的未來時，能源存儲的成本仍然是一個很大的問題。所以任何改善能源存儲的方法，都可能引發(fā)游戲規(guī)則的改變。”

正是意識到了這一機遇，Enovix公司一直在努力建立一個可擴展的架構，以實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。“人們迫切需要更好的電池來滿足不斷增長的需求，以解決消費者的擔憂。我們希望能夠率先真正改變這個行業(yè)，然后以此為杠桿進入其他行業(yè)。” Lahiri說，“Enovix電池的獨特之處在于，可以用二氧化硅取代石墨，并享受所謂的100%活性電池。”

作者：Peter Fretty