摘要：锂电池激光模切的热影响区（Heat-Affected Zone，HAZ）是指在激光切割过程中，由于激光束的热作用，使得固体基体在熔池中产生显著的结构与性质改变的区域。

热影响区的形成原因

锂电池激光模切的热影响区（Heat-Affected Zone，HAZ）是指在激光切割过程中，由于激光束的热作用，使得固体基体在熔池中产生显著的结构与性质改变的区域。

热影响区的形成是由于激光束在切割过程中，除了在切割路径上产生足够的热量使材料熔化和汽化形成切口外，还会有一部分热量向材料内部及四周传递，导致材料的微观结构和性能发生变化。

激光切割的热影响区

1.激光脉宽

长脉宽激光：当激光脉宽较大时（如100 ns的调Q型光纤激光器），激光能量在材料表面作用的时间较长，使得电子与晶格有足够的时间进行热交换，达到热平衡，导致热影响区较大。例如，100 ns脉宽的调Q型光纤激光器切割正极铝箔时，热影响区约为60 μm，而切割负极铜箔时热影响区约为200 μm。

短脉宽激光：当激光脉宽较短时（如20 ns的MOPA光纤激光器或10 ps的皮秒激光器），激光能量在材料表面作用的时间较短，电子来不及与晶格进行充分热交换，热影响区显著减小。例如，20 ns脉宽的MOPA光纤激光器切割正极铝箔时，热影响区约为20 μm，而10 ps脉宽的皮秒激光器切割正极铝箔时，热影响区约为10 μm。

2.激光功率：

高功率激光：高功率激光器在单位时间内提供的能量更多，如果功率过大，会导致材料过度加热，增加热影响区的范围。例如，100 W的1064 nm调Q光纤激光器在切割正极铝箔时，热影响区较大。

低功率激光：适当降低激光功率可以减少热输入，从而减小热影响区。例如，降低激光功率可以减少材料的过度加热，使热影响区变小。

3.重复频率：

高重复频率：高重复频率的激光器可以在单位时间内提供更多的脉冲，使得光斑重叠率增加，有利于减少毛刺和提高切割质量，同时也可以减小热影响区。例如，760 kHz的MOPA光纤激光器切割正极铝箔时，热影响区较小。

低重复频率：低重复频率的激光器光斑重叠率较低，可能导致切割质量下降，热影响区变大。例如，40 kHz的355 nm固体激光器切割负极铜箔时，热影响区较大。

4.材料特性：

热导率：材料的热导率越高，热量在材料内部的传播速度越快，热影响区越大。例如，铜的热导率约为铝的2倍，因此在相同的激光条件下，铜箔的热影响区通常比铝箔大。

吸收率：材料对激光的吸收率越高，吸收的激光能量越多，热影响区可能越大。例如，铝对1064 nm激光的吸收率较低，而对532 nm和355 nm激光的吸收率稍高，因此使用绿光或紫外激光切割铝箔时，热影响区相对较小。

5.切割速度：

高速切割：较高的切割速度可以减少激光在材料表面的停留时间，从而减少热输入，减小热影响区。例如，使用20 ns脉宽的MOPA光纤激光器以较高的速度切割正极铝箔时，热影响区较小。

低速切割：较低的切割速度会增加激光在材料表面的停留时间，导致更多的热量传递到材料内部，热影响区变大。例如，使用100 ns脉宽的调Q光纤激光器以较低的速度切割负极铜箔时，热影响区较大。

热影响区是锂电池激光模切过程中由于激光热作用导致材料结构和性能发生变化的区域。影响热影响区的因素包括激光脉宽、激光功率、重复频率、材料特性和切割速度。通过优化这些参数，可以有效控制热影响区的大小，提高切割质量和电池性能。

参考资料：

1.激光振镜系统参数在锂电池极耳切割中的应用研究，吴刘斌

2.锂离子动力电池极片的激光切割分析，邓永丽

文章来源：锂电解码

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来源：锂电动态