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    电池出产是全世界工业及天气政策的焦点。事实上，全世界规模内对于用在电动汽车及固定式运用的能量存储体系的需求正于增加，高效、可连续且于区域层面实现自立电池出产的主要性也与日俱增。

电池出产所处的贸易及羁系情况，给企业带来了巨年夜挑战：例如，对于锂、钴及镍等原质料的依靠正激发地缘政治紧张场面地步。与此同时，跟着全世界危机的加重及运输成本的上升，供给链变患上愈发懦弱。是以，构建一条涵盖原质料开采、深加工以和收受接管使用的电池出产价值链，将尤为主要。此外，出产工艺必需矫捷顺应固态电池或者钠离子电池等新的电池设计，以保障对于这些电池的投资。

鉴在这些挑战，显然只有应用进步前辈技能，尤其是激光技能，来满意效率、精度及可连续性等要害要求。不管是于质料加工、电极出产还有是收受接管使用方面，立异的激光工艺都对于有竞争力且可连续的电池出产功不成没。

原质料加工与质料提纯：可连续电池出产的基础

锂及镍等质料仍是当前电池电芯的构成部门。它们的化学及物理特征，使患上高能量密度及长命命成为可能，但它们的开采及加工很是繁杂。

电池技能迅速成长，该行业的方针是只管即便削减对于罕见且昂贵原质料的利用。宁德时代（CATL）于 2021 年推出了一款彻底不含锂及钴的钠离子电池；2024 年 4 月，又推出了一款无钴磷酸铁锂（LFP）电池，单次充电可以使汽车行驶跨越 1000 千米，仅需10分钟，就能充够行驶 600 千米的电量，相称在每一秒充电可行驶1千米。

丰田规划从 2025 年起于混淆动力汽车中利用固态电池。日产也已经经于日本运营了一家层压固态电池的原型出产工场。松下已经经推出了一款用在无人机的固态电池。公共、疾驰、福特及宝马也都将推出固态电池，或者者已经经成立了战略互助伙伴瓜葛。

新电池技能的一个要害出发点是纳米级的质料提纯；于这方面，对于原质料需要举行专门加工及功效化处置惩罚，以最年夜限度地阐扬它们于电池中的机能。这恰是德国弗劳恩霍夫激光技能研究所（Fraunhofer ILT）外貌技能与烧蚀部分正于研究的课题。使用现代激光技能，该部分可以切确地干涉干与质料布局，同时将资源耗损降至最低。

激光技能乐成运用的另外一个例子是Fraunhofer ILT、德国亚琛工业年夜学、通快公司及德国电子同步加快器（DESY）之间的互助。经由过程利用来自粒子加快器的 X 射线，工程师们患上以更深切地相识激光焊接工艺。他们发明，利用绿光波长的激光可以提高质料使用率并削减废物。他们的研究结果不仅具备技能上风，还有有助在实现更可连续的出产。

这些项目注解，立异的激光技能不仅可以降服原质料加工方面的挑战，还有能助力实现可连续且具备竞争力的电池出产。 Fraunhofer ILT焊接与切割部分卖力人Alexander Olowinsky博士注释道。

电极出产：实现可连续出产的立异

当前的导体箔（铜或者铝）必需涂覆用在阳极及阴极的电极质料，然落伍行干燥处置惩罚 这些是影响电池能量密度及轮回寿命的要害步调。然而，基在对于流烤箱的传统干燥工艺会耗损年夜量能源，而且需要占用年夜量空间，这限定了电池出产的可连续性及效率。

由德国联邦教诲与研究部资助的 IDEEL 项目（用在经济且生态的锂离子电池出产的激光干燥工艺的实行）展示了激光干燥怎样解决这些挑战：于该项目中，初次利用高功率二极管激光器，经由过程卷对于卷工艺对于阳极及阴极举行干燥处置惩罚。这类要领显著降低了能源耗损，使干燥速率提高了一倍，所需空间削减了一半（见图1）。

图1：来自 IDEEL 研究项目的高功率二极管激光器，使用卷对于卷工艺，使锂离子电池的批量出产较着更具可连续性及经济性。（图片来历：Fraunhofer ILT）

激光干燥不仅可以或许实现更高效的工艺节制，还有有助在显著改善电池出产的碳排放。 Fraunhofer ILT薄膜加工项目组长Samuel Moritz Fink博士注释道。Fink团队与项目互助伙伴一路开发了一种配备适配光学器件及工艺监测功效的激光干燥模块，以确保匀称干燥。这类要领还有具有如下矫捷性：现有的对于流烤箱可以经由过程激光技能举行革新，使患上于现有出产线上更易实行这类立异工艺。

于另外一个研究项目中，Fraunhofer ILT正于利用专门开发的多光束光学器件。这类光学组件能将激光束分成几束子光束，进而可以同时处置惩罚一条250妹妹宽的锂离子电池阳极带。这类高精度的布局化处置惩罚提高了能量密度，并改善了快速充电能力（见图2）。

图2：利用 24 束子光束中的 12 束：Pulsar Photonics公司开发的光学器件，使用零丁的子光束，对于电池阳极300妹妹宽的条带举行布局化处置惩罚，以显著提高功率密度及充电容量。（图片来历：Pulsar Photonics）

电极出产还有受益在将人工智能（AI）集成到制造历程中。Fraunhofer ILT的研究职员今朝正于研究怎样使用AI撑持的体系来优化工艺参数。如许的体系不仅可以进一步提高质量及出产率，还有为自立出产奠基了基础。

电芯组装：经由过程立异技能实现精度与效率

除了了对于电极举行干燥处置惩罚外，电极质料的切确毗连于电池的机能及靠得住性方面也起着焦点作用。激光微焊接（microwelding）已经经成为这里的要害技能，由于它可以于不接触的环境下高精度地毗连铜及铝等对于电池电极至关主要的质料。因为热负荷低，敏感的电芯化学性子患上以连结完备，同时经由过程降低接触电阻优化了导电性。激光微焊接提供了传统焊接工艺没法相比的矫捷性及效率。

对于激光微焊接的要求因电芯情势而异，由于每一种电芯类型于毗连时都面对着特定的挑战。对于在圆柱形电芯毗连，一方面需要切确的焊接深度以确保导电性，另外一方面要避免因过热而造成毁坏。毗连负极特别具备挑战性，由于过热可能会毁坏敏感的聚合物密封件，从而可能致使电解液走漏。对于在矫捷设计及高能量密度的软包电芯，必需防止焊接时穿透敏感的薄膜涂层。

于电芯组装方面，一个颇有远景的成长结果来自 XProLas 项目，该项目由通快公司与Fraunhofer ILT和其他互助伙伴配合开展。他们的方针是开发紧凑型的、由激光驱动的 X 射线源，从而可以或许直接于制造商的出产场合举行现场质量检测，而无需像之前那样利用年夜型粒子加快器。这项新技能使患上及时阐发电池电芯成为可能，从而可以或许切确监测充电及放电历程以和质料质量。这类要领斥地了新的可能性，特别是于需要查抄阴极质料时；阴极质料决议了电池的机能及耐用性。 经由过程利用高机能的 X 射线源，咱们可以于初期检测到杂质及质料缺陷，从而显著缩短开发时间。 Fraunhofer ILT激光与光学体系部分卖力人Hans-Dieter Hoffmann注释道。

于这里，AI的集成也带来了分外的潜力：AI撑持的体系可以及时监测及调解工艺参数。借助它，可以于初期检测到误差并举行改正，为自立出产奠基基础。是以， 出产一次乐成 的愿景（即所有组件于初次运行时就能无过失地组装完成）已经触手可和。

模组及电池包出产：经由过程激光技能实现效率与精度

然后将各个电芯毗连起来，形成模组或者电池包。于模组层面，精度起着决议性作用，由于需要于不增长敏感电芯热负荷的环境下集成多条焊缝。激光微焊接等工艺，利用户可以或许按照这些要求量身定制工艺。

图3：利用蓝光焊接电池电芯。（图片来历：Fraunhofer ILT）

Fraunhofer ILT的一项要害立异，是开发出了一种工艺，它可以或许安全、切确地毗连铝及铜这两种物理性子差异很年夜的质料。工程师使用开始进的激光束指导技能，可以节制焊接深度，以避免毁坏敏感电芯。

对于在出产必需于高电流及热负荷等极度前提下靠得住运行的模组及电池包来讲，这项技能至关主要。 Olowinsky注释道。一个例子是年夜型圆柱形电芯的激光焊接，Fraunhofer ILT与 EAS 电池有限公司等互助伙伴，一路对于其举行了连续研发，他们看重于电芯之间成立不变且耐用的毗连，以确保长利用寿命及低妨碍率。

除了了激光焊接外，激光钎焊也合用在毗连对于热敏感的部件。这类工艺的事情温度比传统焊接要领低，是以可以掩护模组内的敏感电子元件，不仅使电池包更靠得住，还有使出产更节能。

电池治理与传感器集成：为面向将来的电池体系注入智能

电池治理是现代能量存储体系面对的焦点挑战之一。电池的安全性、利用寿命及机能于很年夜水平上取决在此，这对于电动汽车的普和也至关主要。传感器集成方面的进展以和AI的运用，为满意这些要求提供了厘革性的机缘。

传统上，对于电池的监测是于宏不雅层面举行的，但这只能对于电芯内部的繁杂历程提供有限的相识。而于出产历程中集成传感器技能，则带来了新的可能性。Fraunhofer ILT的研究职员将传感器直接打印到部件上，甚至将智能丈量装备集成到部件中。这些传感器使患上及时监测成为可能，例如于电池利用历程中丈量温度、力甚至电池内部的化学变化。

经由过程增材制造的传感器，咱们可以连续监测电池模组的状况，并于初期对于潜于缺陷做出反映。 Samuel Fink注释道。这些传感器只有几微米厚，精度高且能抵挡机械及热应力，所有这些特征使它们很是合适用在电池及电池模组中。它们可以或许提供持续数据，从而实现猜测性维护，即于潜于缺陷发生以前检测到它们。

然而，仅集成传感器技能还有不足以实现猜测性维护。传感器可以检测电芯化学性子的变化，而AI算规则阐发这些数据并对于电芯的利用寿命做出猜测。Fraunhofer ILT数据科学与丈量技能部分的研究职员，正于开发如许的AI撑持的算法，用在及时阐发来自传感器的年夜量数据。这些体系还有能动态调解工艺，例如优化电芯组装历程中的温度曲线或者调解激光焊接参数。

收受接管与再使用：电池技能迈向轮回经济之路

跟着电池技能的蓬勃成长，对于可连续计谋的需求也于增加，以收受接管有价值的原质料。一个有用的轮回经济对于在削减对于原生原质料的依靠，同时将电池出产对于情况的影响降至最低至关主要。

图4：于ADIR项目的收受接管历程中，利用激光辐射对于电路板组件举行非接触式暴光及拆焊。（图片来历：Fraunhofer ILT）

于欧盟的 ADIR 项目中，Fraunhofer ILT正与来自三个国度的八个项目互助伙伴，配合开发一种针对于电子装备的可连续收受接管观点。ACROBAT 项目旨于于磷酸铁锂电池年夜范围进入市场以前，制订出收受接管这些电池的规划。该项目的方针是收受接管跨越 90% 的要害质料。Fraunhofer ILT与 Accurec Recycling 等互助伙伴一路，致力在开发于生态及经济上均可连续的立异分散及加工要领。亚琛的激光专家们正于开发一种于线表征要领，以切确评估活性质料的质量。

依附其自身的激光引诱击穿光谱（LIBS）工艺，Fraunhofer ILT可以或许切确辨认及分散繁杂的质料身分。研究职员但愿将这项技能运用在废旧电池的收受接管，以进一步提高钴及钽等金属的收受接管率。于这里，也能够集成AI来阐发激光丈量获得的年夜量数据，并及时优化收受接管历程。这类由AI撑持的监测，可以或许动态调解收受接管参数，从而削减废物并提高收受接管原质料的质量。

结论与瞻望

电池出产是电动汽车转型的焦点，是以也是交融了效率、可连续性及卓着技能的立异核心。出产链中所出现的技能及成长结果注解，开始进的激光工艺怎样为可连续且具备竞争力的电池行业摊平门路：从原质料制备、电极出产到电芯组装及收受接管使用。与此同时，AI撑持的阐发及节制体系，为工艺节制创始了一个新的维度，提高了出产质量及可连续性，并进一步降低了出产成本。

将来，AI撑持的节制回路可能实现自立出产，使出产历程可以或许及时顺应不停变化的前提。此外，激光驱动的 X 射线源及于线表征技能，为质量包管及质料阐发斥地了新的可能性。

图5：使用激光及AI实现经济、高效且靠得住的可连续电池出产。（图片来历：Fraunhofer ILT）

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