粉尘颗粒的形貌、尺寸和成分分析

金属粉尘呈球状，无尖角，由金属熔融状态时自身的表面张力作用下形成；石墨粉尘与来料状态基本一致，图2-18 所示的是切割铜箔收集的粉尘。图2-19所示的是切割涂覆材料收集的粉尘。

图2-18　切割铜箔收集的粉尘

粉尘颗粒尺寸：假设光斑范围内的金属箔材融合成一个熔珠，其尺寸按4/3πR3=1/2πr2h计算；铜熔珠R≈8μm；而实测金属熔珠尺寸绝大多数小于10μm；石墨粉尘尺寸与来料状态基本一致。

通过粉尘显微镜测试，粉尘中包含金黄色的Cu、黑色的CuO、暗红色的Cu2O 和不规则形状的石墨（见图2-20），铜箔受激光辐射发生以下反应：

图2-19　切割涂覆材料收集的粉尘

图2-20　切割收集的粉尘

铝箔箔材切割端面光谱测试如图2-21所示，铜箔箔材切割端面光谱测试如图2-22所示。

铜箔切割边AES测试如图2-23所示。

铜箔氧化层成分为CuO 和Cu2O 混合物，锂电材料成分测试如表2-2所示。

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图2-21　铝箔箔材切割端面电镜扫描和能谱分析

图2-22　铜箔箔材切割端面电镜扫描和能谱分析

图2-23　铜箔切割边AES测试

表2-2　锂电材料成分测试

CuO 在电池中有以下两种反应。

CuO 与锂离子的反应：

ΔGf为135.27 kJ/mol，即此反应不能自发进行。

CuO 和HF的反应：

ΔGf分别为-50.27 kJ/mol和-108.97 kJ/mol；电解液若含有HF，Cu就会自发析出；Cu2+含量较多，容量下降和自发放电风险将增大；减少粉尘产生的关键是减小切缝宽度；缩小聚焦光斑尺寸、适当降低功率、提高脉冲频率有利于减小切割宽度。激光束能够在待加工材料表面聚焦形成尺寸很小的光斑，高能量密度的激光束照射在电池极片表面，其焦点处可以达到较高的功率密度，此时激光作用于电池极片的热量超过被反射、扩散或传导的能量，电池极片表面在瞬间被加热到熔化或汽化状态，从而生成窄宽度的切口与较小范围的热影响区。激光束沿设定好的切割路径移动时，能够将电池极片切割成所需的几何形状。