随着全球汽车市场继续向电气化动力模式发展，更好的生产工艺流程变得至关重要。

最近，美国电池制造商Enovix公司宣布与IPG Photonics公司合作，以推动整个行业从机械切割向激光加工过渡，因为下一代激光加工设备可以显著提高规模化生产。

“我们的制造工艺已经有了很大的进步，2018年采用的是30W激光器，而如今采用的是1KW激光器，这些激光器将被纳入Gen2系统。”Enovix公司联合创始人兼首席技术官Ashok Lahiri说，“我们的工艺在很大程度上依赖于激光图案化加工技术的高性能和高精度。在过去的15个月里，利用激光功率的提高和电极加工技术的进步，Enovix公司已经证明了激光加工可以将电池的生产效率提高数倍。”Enovix因设计和制造下一代3D硅锂离子电池而闻名业界（见图1）。

电池新架构

Enovix公司研发出了一种新型技术，其电极加工方式有望彻底改变电池的制造方式（见图2）。对于传统的电池组，由于电极是在垂直方向上堆叠的，所以制造商处理电池的方式可以是缠绕也可以是堆叠。Enovix公司将堆叠方式转了90°，使堆叠方向为水平方向，进而改变了电极的方向（见图3）。

“这意味着当我们在X-Y平面切割时，对电极而言，实际是在X-Z维度上切割，并且缩短了切割距离。”Ashok Lahiri说，“当切割厚度为20mm或30mm的大型电池时，有更多的边缘需要切割，因此切割精度至关重要的。这就限制了加工精度为毫米级的机械系统的使用。对于微米级的加工精度需求，正是激光加工可以大显身手的好时机。”

随着大型电池单元的出现，制造商正在采用垂直堆叠的方式取代传统的缠绕方法，这为制造商从传统的机械加工转向激光加工提供了机会。制造商转向激光加工的道理很简单：因为激光在加工复杂的几何形状时，能实现更高的加工精度。Lahiri说：“虽然激光加工目前是一种比较昂贵的方法，但是激光加工的性能改进正在缩小与机械加工的差距，而机械加工近年来并没有得到革命性的改变或发展”。Lahiri说，“如果在成本和效益方面能达到一个利益权衡点，那么更高的激光切割精度无疑会带领明显的收益。”

随着电池架构的发展，Enovix公司已经大幅提高了所用的激光功率，尽管功率增加不一定与切割速度的增加呈线性相关，但是切割速度在很大程度上与激光功率的增加有关。“无论我们使用脉冲激光还是连续激光，功率的增加都会直接影响切割速度。我们采用IPG和其他公司的激光系统，并将其纳入电池加工的工艺流程中，从而实现了更高的切割精度和更快的切割速度。”Lahiri说，“我们正在开拓激光的使用，并提供更广泛适用于电池的解决方案。此外，我们还可以提前了解激光系统供应商的研发路线，以指导我们如何更好地将这些激光创新应用到实际生产中。”

变革的时代 

随着激光技术的不断发展，从最初的纳秒脉冲激光，到飞秒激光、连续激光，或介于两者之间的激光光源，这也导致了不同激光加工方式之间的竞争。“研究人员需要设计和优化系统，以实现每千瓦时能量所能产生的最佳加工效果。” Lahiri说，“当致力于实现这种电气化的未来时，能源存储的成本仍然是一个很大的问题。所以任何改善能源存储的方法，都可能引发游戏规则的改变。”

正是意识到了这一机遇，Enovix公司一直在努力建立一个可扩展的架构，以实现大批量生产。“人们迫切需要更好的电池来满足不断增长的需求，以解决消费者的担忧。我们希望能够率先真正改变这个行业，然后以此为杠杆进入其他行业。” Lahiri说，“Enovix电池的独特之处在于，可以用二氧化硅取代石墨，并享受所谓的100%活性电池。”

作者：Peter Fretty