鋰電極片切割進入綠光時代：技術進展與產業趨勢分析

隨著鋰電池需求的快速釋放，鋰電池技術在最近15年的發展突飛猛進。鋰電池在電池安全性，能量密度，制造成本上均得到了巨大的發展。鋰電池的極片切割技術，從傳統的刀具切割發展至今采用激光切割； 近年，激光切割由常規的紅外激光，逐步進入短波長和超快激光切割應用方向。經過最近3年的產業應用推進，高功率脈沖光纖綠光逐步成長為鋰電池極片高精度切割的優選方案。

 

2025年，公大激光高功率綠光激光器在鋰電池極片模切領域實現多家頭部廠商導入和應用，該技術已通過的市場驗證，步入商用階段。這一市場與技術的雙重突破，正驅動著鋰電極片切割工藝邁向一個更精密、更高效、更可靠的新階段，為產業鏈的提質降本與智能制造升級提供了關鍵技術支撐。

 

 

01. 鋰電池極片切割市場需求巨大
2025高工鋰電年會最新消息，歷經十五載砥礪深耕，中國鋰電產業實現跨越式發展。產業規模從最初不足2GWh的“小池塘”，穩步壯大至如今超2000GWh的“汪洋大海”。在此過程中，不僅淬煉出一批躋身全球第一梯隊的行業巨頭，更推動“中國新三樣”穩穩站上世界舞臺中央，充分彰顯中國鋰電的產業硬實力，以及不斷進步的技術革新。鋰電池生產設備端，國產鋰電設備過去小步快走，受海外企業牽制；如今已發展到全產業鏈自主可控，大步引領，未來將要稱雄世界。

 

 

02. 鋰電池模切技術發展過程
鋰電池制造過程中的極耳切割成型、極片分切以及隔膜切割等工序均需要用到切割應用。隨著高功率、高光束質量紅外納秒激光器的成熟，從傳統的刀具切割發展至今的激光切割； 相比刀具切割，激光切割具有精度更高、運營成本更低等優勢，有助于電池生產提效降本。

 

目前生產商基本采用紅外脈沖納秒200~500W激光器進行生產，極片切割最大的痛點是毛刺、溶珠過大，導致電池內部短路引起的安全事故，所以整個產業鏈急需技術迭代，找到一種能夠減少毛刺、溶珠，同時生產效率更高，穩定性好的激光切割光源。

 

隨著，國家對電池制造的安全要求提高，《電動汽車動力蓄電池安全要求》，《工信部—GB38031-2005》明年強制執行，電池生產切割工藝提升，迫在眉睫。 動力電池占比整車成本依舊偏高，電池生產良率是降本增效的有效的途徑之一。

 

短波長或超短脈沖激光光源逐漸走進舞臺，進入各頭部廠商的實驗室。隨著公大激光高功率脈沖光纖綠光激光器逐步導入多家頭部廠商并獲得批量應用，脈沖光纖綠光激光器被市場選定為下一代極片切割光源。

 

 

03. 為什么綠光可以獲得更好的效果
鋰電池極片切割發展過程和要求，從刀片切割到紅外激光切割，再到綠光切割，圍繞著更安全，更高效，更穩定（切割質量）向前推進。

 

鋰電池切割主要包括正極片、負極片和隔膜三種材料切割。綠光，因其在高反金屬材料（銅和鋁）的高吸收率，在同等聚焦系統參數條件下的，長焦深或更小的束腰直徑，可以獲得更高能量密度，更小平均功率注入，更寬的焦深切割窗口，獲得更好的切割質量和更高切割良率。不管在大圓柱電池、疊片電池、還是方殼電池的極片切割工藝，綠光相對紅外都有切割優勢。

 

 

04. 大圓柱電池負極切割為例，綠光對比紅外激光效果差異
大圓柱電池（尤其是4680規格）通過全極耳這一革命性設計，解決了傳統圓柱電池內阻高、發熱大的核心痛點，完美契合了電動汽車對超快充、高安全、低成本的追求。盡管其制造工藝，特別是全極耳的成型與焊接，帶來了新的挑戰，但它無疑是當前動力電池技術發展中一條極具潛力的主流路線。正在被特斯拉、寶馬、寧德時代、LG新能源、億緯鋰能等全球頭部車企和電池制造商重點布局和推進。

 

 

4680全極耳電池結構： 在卷繞過程中，通過特殊工藝使正負極集流體（鋁箔和銅箔）的邊緣形成連續、完整的集流體暴露區域，代替了傳統的單個極耳。電池的連接方式： 整個卷芯的頂部（正極）和底部（負極）的整個圓面都通過激光焊接直接連接到蓋帽和殼體上。

 

電池結構對切割良率提出了新要求。4680大圓柱電池的極片長度約為3.3m，通常負極片的突出的銅箔部分切割為1000片以上的切縫后，采用揉平工藝把負極片整齊地堆疊在一起。該方案要求，負極極片（銅箔）的切割良率越高越好，一般要求大于99.99%，否則容易出現切不斷或者熔珠而導致揉平的整體效果。

 

紅外脈沖激光切割負極片，由于本身對銅材料吸收率較低（小于5%），導致切割焦深較短，在銅箔存在一定的抖動和褶皺時，易出現切不斷的現象。而銅對綠光（532nm）的吸收率達到40%，吸收率約比紅外光(1064nm)高一個數量級。另外，相同規格光學聚焦系統條件下，綠光具有紅外兩倍的切割焦深，這一特性進一步提升了切割穩定性與良率, 實測數據見下表。

 

 

1.銅箔層切割
通過使用高速相機對公大的納秒脈沖綠光激光與納秒脈沖紅外激光進行切割負極材料過程對比實拍，能清晰的看到在切割銅箔材料時，綠光切割沒有明顯飛濺物，切縫窄，而紅外納秒脈沖激光在切割銅箔時，切縫大，通過顯微鏡觀察樣品效果，納秒綠光切割純銅箔幾乎無毛刺，熱影響40μm，納秒紅外切割毛刺在5μm左右，熱影響50μm；同時對比離焦0.7mm處的切割情況，此時納秒紅外不能有效切斷，而納秒綠光仍可以有效切割。

 

 

綠光切割銅箔高速視頻                                             紅外切割銅箔高速視頻

 

 

綠光離焦切割銅箔                                                          紅外離焦切割銅箔

 

 

綠光切割焦深更大，對現場自動卷繞大規模生產兼容性更好，切割質量更優，良率更高。

 

 

2.石墨層切割
石墨涂層對比，由于綠光光斑聚焦小，能量密度高，使用綠光切割的石墨平整度要比紅外更好，而紅外切割邊緣會有存在波浪邊，影響最后多層壓疊的平整度。

 

 

綠光切割石墨                                                              紅外切割石墨

 

石墨涂層對比，由于綠光光斑聚焦小，能量密度高，使用綠光切割的石墨平整度要比紅外更好，而紅外切割邊緣會有存在波浪邊，影響最后多層壓疊的平整度。

 

 

3.石墨與銅箔交接處切割

 

綠光切割銅箔石墨連接處                                   紅外切割銅箔石墨連接處

 

在切割石墨與銅箔銜接處，由于材料吸收率的原因，納秒紅外因為熱量太高導致銜接處銅箔熔珠特別明顯，而納秒綠光能實現無熔珠的切割效果。
 

 

4.切割效果數據對比
銅箔層切割

在鋰電池銅箔切割應用中，綠光納秒脈沖激光（532nm）相比紅外納秒脈沖激光（1064nm）展現出顯著優勢。由于銅對綠光的吸收率遠高于紅外光，使得綠光在較低功率（120W）下即可實現高達150m/min的切割速度，超越紅外300W的90m/min；同時綠光切割的邊緣毛刺控制在0-5μm（紅外為5-10μm），且無熔珠殘留，切割焦深達±1.0mm（紅外僅±0.3mm），從而有效避免了由于銅箔在高速傳送過程中的抖動而產生的切不斷現象發生。這些特性共同促使綠光切割的生產良率超過99.995%，遠高于紅外的95-99.5%，從而在鋰電銅箔切割中實現更高效率、更優質量和更穩定的工藝性能。

 

石墨涂層切割數據

在鋰電負極片石墨層切割工藝中，綠光納秒脈沖激光器相比紅外激光器同樣展現出顯著優勢。雖然兩者在切割效率（60~90m/min）和切割焦深（±0.7mm）上相近，但綠光激光的熱影響區僅為25μm，比紅外的35μm降低約?28.6%，說明綠光被石墨材料吸收更高效、能量更集中，從而大幅減少熱擴散對周邊材料的損傷。

 

更重要的是，綠光切割實現了“無漏銅”，完全避免了紅外切割中因銅箔基底暴露可能導致的電池短路風險，同時端面與平面毛刺均為零。這些特點使綠光激光在提升負極片切割精度、保障電池安全性與電化學性能方面更具競爭力，尤其適合高可靠性的鋰電池制造需求。

 

銅箔&石墨過渡區切割數據對比

在鋰電負極片極耳（銅箔與石墨交接處）切割工藝中，傳統紅外激光由于石墨層和銅箔層材料吸收差異較大，特別是石墨層的吸收遠高于銅箔的吸收，導致紅外在進行銅箔與石墨交接處切割時在銅處容易產生較明顯的熔珠現象。綠光激光在銅箔表面的吸收率更高，極大改善了這種現象，能量集中，因此切口幾乎無毛刺（0-5μm）、無溶珠、無漏銅，熱影響區極小，有效保護石墨層結構完整性；同時切割速度可達150m/min，切割焦深達±0.7mm，對料帶高速傳輸過程的抖動適應性強，生產良率超過99.99%。這些特性使綠光激光在極耳切割中能夠同時提升切割質量、效率和可靠性，是未來高端高安全動力電池的精密制造需求。

 

以上數據表明，大圓柱電池負極片材料切割，綠光相對紅外的效果有明顯的改善，特別在銅箔的切割焦深，狹縫的切割良率；石墨涂層的熱影響區，切割端面的平整度；過渡區域的切割熔珠控制，切割效率和毛刺水平的提升等方面，都具有積極的作用。

 

 

05. 綠光在正極材料切割上表現同樣出色
脈沖綠光不僅在電池負極材料應用上表現優異，同時在電池正極材料切割上，表現出比紅外激光更優的切割潛力，特別在正極片陶瓷層的切割上，短波長對高分子材料的冷加工方案，有助于大幅提高AT陶瓷層的切割效果，有效降低切割毛刺和熱影響，對電池安全性有積極的作用。厚度為25μm左右的陶瓷復合材料，切割毛刺比紅外激光降低接近50%，最大毛刺小于10μm, 最大端面毛刺平均值接近隔膜厚度7μm左右。

 

注：正極片切割，使用紅外和綠光效果都不太好，由于涂層材料的熔點明顯較中心鋁箔的熔點高，高速切割時，熱影響對中間金屬層容易產生熔珠。即使采用多次切割的方式，有一定程度的改善，但仍然未滿足批量生產要求。

 

06. 高功率光纖綠光激光模切方案得到頭部客戶認可
公大激光高功率綠光激光器在鋰電池極片模切領域實現多家頭部廠商導入和應用，該技術已通過最嚴格的市場驗證，步入成熟商用階段。這一市場與技術的雙重突破，正驅動著鋰電極片切割工藝邁向一個更精密、更高效、更可靠的新階段，為產業鏈的提質降本與智能制造升級提供了關鍵技術支撐。