激光模切质量的核心杠杆：一文读懂“脉宽”

大家好！我是不言，这是我的第193篇原创文章。

激光的脉宽是激光模切工艺中的核心参数之一，对切割质量、效率和热影响有决定性影响。

一、激光脉宽的定义

脉宽，即脉冲宽度，指的是单个激光脉冲持续的时间。在锂电池极耳模切常用的脉冲光纤激光器中，脉宽通常在纳秒级，例如20纳秒、100纳秒或更短的皮秒级。

物理本质它直接决定了激光能量作用于材料表面的时间长短。

关键公式脉宽与峰值功率、单脉冲能量紧密相关。

单脉冲能量 = 峰值功率 × 脉宽在平均功率一定的情况下，脉宽越短，峰值功率越高，能量释放越集中、越剧烈。

二、脉宽对激光模切的四大核心影响

脉宽通过控制热量如何以及多快地注入材料，影响整个切割过程和结果。

1. 决定热影响区大小——最直接的影响

长脉宽: 能量作用时间长，热量有充足时间从电子传递到晶格并向四周扩散，导致热影响区大、材料氧化/退火严重。

示例100 ns脉宽激光切正极铝箔，HAZ约60μm；切负极铜箔，HAZ可达200μm。

短脉宽: 能量在极短时间内注入，热量来不及扩散即完成材料去除，热影响区显著减小。

例如20 ns MOPA激光切铝箔HAZ约20μm；10 ps皮秒激光切铝箔HAZ仅约10μm，切铜箔甚至可实现无熔融重凝层。

2. 主导材料去除机制——影响“熔珠”和“重铸层”

长脉宽 (>100ns): 更像“重锤”。能量输入相对温和，材料容易经历 “熔化→气化” 过程。熔化产生的液态金属易飞溅形成熔珠，或挂在边缘冷却成重铸层。这两者是导致电池内短路的致命缺陷。

短脉宽 (<10ns): 更像“快刀”。高峰值功率使材料表面瞬间气化（升华），极大限度减少了熔化环节，从而显著抑制熔珠和重铸层的产生。这是高质量切割的关键。

3. 决定切割效率与质量的平衡点

长脉宽单脉冲能量大，材料去除能力强，适合快速切断或处理较厚部位（如极耳根部），但以牺牲质量为代价。

短脉宽单脉冲去除能力弱，为达到同样切割深度，需要更高的频率或更慢的速度，但对质量的提升是质的飞跃。

选择策略需在 “切断能力”、“生产效率”和“切割质量” 之间寻找最佳平衡。

4. 对不同材料的适应性差异

对反射率高、导热快的负极铜箔尤为关键铜箔对1064nm红外激光吸收率低（~5%），且导热极快。长脉宽激光能量易被反射和散失，迫使使用更高功率，导致严重热损伤。必须使用短脉宽来提升峰值功率，实现高效吸收与“冷”切割。

对正极铝箔相对宽泛铝箔吸收率稍高，对脉宽敏感性低于铜箔，但仍遵循“脉宽越短，质量越好”的规律。

三、工程实践中的脉宽选择策略

脉宽选择需结合具体材料和应用

主流工业选择目前性价比和性能的综合最优解是短脉宽（<100ns，尤其是20-50ns）的MOPA光纤激光器。

追求极致质量对于高端车规级电芯，或解决铜箔切割难题，会选用皮秒甚至飞秒激光器，实现近“冷加工”，几乎消除HAZ。

分级切割策略在同一个极耳切割程序中，可采用不同脉宽组合。

短脉宽用于成型切割极耳主体和保护涂层区域，保证质量。适当长脉宽用于快速清除残留的极耳根部，保证切断效率。

四、脉宽与其它工艺参数的协同优化

切忌孤立调整脉宽。脉宽必须与功率（P）、频率（f）、扫描速度（v） 联动优化。

经典高质量组合为了最大限度地减少热损伤，倾向于采用 “高频 + 短脉宽 + 高扫描速度” 的组合（。核心思想是用极高的峰值功率（短脉宽带来）瞬间气化材料，不给它熔化的时间；同时用高频率和高速度保证切割的连续性和高效率。

五、总结

脉宽是激光模切工艺中控制热输入、决定切割机制和最终质量的核心杠杆。 在锂电池极片模切中，缩短脉宽是提高切割质量、减少热影响区、抑制熔珠和重铸层的关键途径。实际应用中，需根据材料特性（尤其是正负极差异）、质量要求与成本效益，在由功率、频率、速度构成的“工艺窗口”中，为脉宽选择最佳值。

以上内容均为本人日常工作，交流，阅读文献所得，由于本人能力有限，文中阐述观点难免会有疏漏，欢迎业内同仁积极交流，共同进步！

原文标题:激光模切质量的核心杠杆一文读懂“脉宽”