激光模切工位中風刀阻斷除塵數值模擬

楊鐵牛，胡金洲，杜華娜，林浩良

（五邑大學智能制造學部，廣東江門529020）

鋰離子電池作為二次能源廣泛應用于電動汽車、移動設備和能源存儲等領域[1]，然而鋰離子電池性能極大受到制造工藝的影響。在電池極耳快速切割成形工藝中由于傳統的機械切割容易產生掉粉、變形等現象，嚴重影響鋰離子電池質量[2]。目前提出利用激光切割技術來代替傳統制造工藝，激光切割是以激光的巨大能量（功率密度）直接聚焦在被切零件的表面，產生足夠使被切割材料熔化甚至汽化的溫度，從而達到分離切割材料目的[3]。由于激光切割極片效率高、精度高、不受極耳形狀及尺寸的限制[4]，為鋰離子電池中極耳加工開辟了新的途徑，越來越多人使用激光切割的方式取代了傳統機械切割。但在激光切割的同時也會產大量噴射粉塵顆粒，若使用這種粘附有飛濺顆粒的極片組裝的鋰離子電池，電池隔膜相對容易被刺穿、在使用過程中易造成短路、發熱，甚至會導致電解液泄露，嚴重時會造成電池爆炸，對使用者和電子產品造成不可逆的傷害[5]。

為防止噴射粉塵顆粒帶來的危害，行業采取的措施主要是設置風刀利用射流風幕阻斷除塵，風刀通過輸入高壓氣流在其漸縮內腔內壓縮加速流動，最后在風刀縮-擴噴嘴口進一步加速至超音速，使得風刀出口氣流為一面薄薄的強勁射流風幕[6]。射流風幕在激光聚焦點區內形成一道“強力的阻斷屏障”，相當于一個透明邊界層，既不妨礙激光光束又能用來阻斷粉塵向外界擴散逃逸。……