德国亚琛弗劳恩霍夫激光技术研究所(Fraunhofer IL

最近，德国亚琛弗劳恩霍夫激光技术研究所（Fraunhofer ILT）一组研究人员开发了两种基于激光的制造技术，不仅可以在生产中大大节约能源，还可以生产出功率密度更高、使用寿命更长的电池。

目前，高性能电池已成为实现交通领域电气化的关键先决条件。上述团队的研究人员开发了创新的激光技术来生产锂离子电池——比传统的锂离子电池充电更快，使用寿命更长。此外，它们还使用激光干燥电池，成为一种更有效的涂层水基电极的方法。

锂离子电池生产的关键步骤之一是制造石墨基电极。对于这些电极，将石墨膏涂在铜箔上，然后在160-180摄氏度的连续炉中干燥。除了消耗大量的能量外，气体驱动的连续炉（输送带上的铜箔）还占用了大量的空间：它们通常长60-100米，通常在工业规模上干燥100米的铜箔。

激光实现电池高效干燥

Fraunhofer ILT研究人员开发了一种可以使用二极管激光器加速干燥过程的系统。激光束的波长为1微米，通过特殊的光学元件放大，使电极的照射面积更大。

弗劳恩霍夫的行业合作伙伴Laserline专门为干燥系统设计了这些光学器件。弗劳恩霍夫工业技术研究所薄膜加工小组组长Samuell “与热风干燥工艺相反，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，”Fink解释了该工艺背后的原理。黑石墨吸收能量。由此产生的相互作用导致石墨颗粒加热，然后液体蒸发。”

Fraunhofer ILT技术带来了许多好处：与耗电的连续炉相比，二极管激光器非常节能，系统向环境释放的热量很少。此外，激光干燥系统比传统炉占用的空间更小。根据Samuel Fink预测:“用二极管激光干燥会减少50%％能源需求，减少工业干燥系统所需的空间至少60个％。”

改进3D电极结构，提高性能

除这些优点外，Fraunhofer ILT团队还可以利用激光提高锂离子电池的功率密度和寿命。高功率超短脉冲激光具有1m焦耳脉冲能量（USP）在电池电极中引入了一个叫做通道的孔结构。这些通道就像离子的“高速公路”——它们显著缩短了离子必须行驶的距离和充电过程。同时，它可以防止缺陷，从而增加充电周期的次数，最终延长电池的使用寿命。

从理论上讲，基于激光的孔结构制造工艺及其对电池的积极影响是显而易见的。Fraunhofer ILT研究人员成功地将概念转化为实践：利用飞秒范围内的超短脉冲激光辐射修改和调整电极结构，从实验室到可扩展和工业就绪的过程。

Fraunhofer Mathiassiast表面结构团队负责人 Trenn解释说：“激光脉冲的短相互作用时间足以烧蚀材料，但也可以防止孔熔化，这意味着电池不会失去功率。”

该团队面临的挑战之一是如何处理更大的区域，以实现工业生产所需的批量生产。弗劳恩霍夫团队利用多光束排列和并行过程控制来解决这个问题：他们的计划使用四个扫描仪，每个有六个光束，并行处理箔。它们覆盖250毫米宽，并连续处理石墨层。据报道，这种多光束光学系统是Fraunhofer ILT及其衍生企业Pulsarar Photonics GMBH密切合作开发和实施。

上述团队的研究表明，激光技术可以用作数字生产过程，以提高电池的质量，显著提高制造过程的可持续性。下一步，他们希望将技术从原型扩展到工业生产线。