锂电激光专题研究：电池技术+制造工艺进步，激光应用持续提升

1. 激光焊接：工艺壁垒较高，大圆柱等新电池技术拉动焊接量上行

2. 激光焊接：工艺壁垒较高，大圆柱等新电池技术拉动焊接量上行

2.1 原理：保障电池安全性，焊接质量取决于激光器能量控制与过程 工艺参数

激光焊接具有熔深深、速度快、变形小等诸多优点，可大幅提升动力电池的安 全性。根据联赢激光招股说明书，激光焊接作为一种现代焊接技术，具有熔深深、 速度快、变形小、对焊接环境要求不高、功率密度大、不受磁场的影响、不局限于 导电材料、不需要真空的工作条件并且焊接过程中不产生 X 射线等优势，被广泛应 用于高端精密制造领域，尤其是新能源汽车及动力电池行业。动力电池焊接部位 多、难度大、精度要求高，动力电池厂商对电池生产设备的自动化、安全性、精密 性、加工效率的要求也高。激光焊接技术独特的优势可大幅提升电池的安全性、可 靠性、一致性，降低成本，延长使用寿命，成为了动力电池厂商最优的选择。性、 可靠性、一致性，降低成本，延长使用寿命，成为了动力电池厂商最优的选择。

决定激光焊接质量的主要核心要素为激光器能量控制及焊接工艺技术。 ①激光器能量控制：根据联赢激光招股说明书，由于被焊接的材料对不同波 长激光的吸收率不同（可以从 5%到 50%不等），激光器选择不同，焊接效果完全不 同。为了对焊件输出统一、稳定的焊接激光束，就需要激光输出功率具有良好的一 致性或者能够精确控制激光输出功率，功率过低会导致焊接熔融不足而影响焊接质 量，功率过高或上下波动会导致飞溅、气孔等不良效果。因此，激光器能量的控制 就成为激光焊接最为关键的技术之一。

②焊接工艺技术：根据联赢激光招股说明书，激光与物质的作用过程较为复 杂，激光焊接效果与激光波长、功率密度大小、焊接时间、焊接头角度、焦点距 离、焊件对激光的吸收率及清洁程度、焊件的厚度及导热性能、保护气体类型及流 量等数十种因素有关。因此，激光焊接工艺技术也是影响焊接质量关键的因素之 一，需要激光焊接工艺技术人员不断摸索总结，长时间实验积累才能够获得良好的 焊接效果。

按照工作原理焊接可分为五种类型，根据不同的应用要求选取不同的焊接方 式，以达到最佳效果。根据联赢激光招股说明书，根据工作原理的不同，适配不同 的加工场景，激光焊接可分为热传导焊、深熔焊、复合焊接、激光钎焊和激光传导 焊接五种。根据不同的客户、不同的加工应用场景，选取合适的焊接方式，以达到 最佳的焊接效果。

2.2 应用现状：电芯制造、PACK 焊接价值量约 1000-3000 万/GWh

在动力电池的生产中使用激光焊接的环节在电芯制造环节与电池 PACK 环节。 根据联赢激光官 信息，在动力电池的生产中，使用激光焊接的环节主要包括： ①中道工艺：极耳的焊接（包括预焊接）、极带的点焊接、电芯入壳的预焊、外 壳顶盖密封焊接、注液口密封焊接等；②后道工艺：包括电池 PACK 模组时的连接 片焊接，以及模组后的盖板上的防爆阀焊接等。

前激光焊价值量约为 1000-3000 万元/GWh。根据联赢激光招股说明书，激光焊 接设备在动力电池厂商投入中约占比 5-15%，根据高工锂电官 信息，按照动力电 池单 GWh 设备投资额约为 2 亿元测算，目前动力电池激光焊接设备单 GWh 投入在 1000 万元至 3000 万元。

2.3 需求：全球“缺芯”下半导体厂扩大资本开支，设备景气度持续上 行

4680 大圆柱对激光工艺要求更高，且相比方形电池、小圆柱电池焊接量有望 上行。 1）4680 电池对激光工艺求要求更高，极耳形态不受控制是工艺难点。根据华 经产业研究院官 信息，4680 电池采用全极耳工艺，打破了传统电池一正一负两个 极耳的模式，其工艺难点在于极耳形态不受控，易发生短路，制造时两段封闭，电 解液渗入阻碍大，并且多极耳很难折叠整齐，对激光工艺要求更高。 2）4680 大圆柱电池激光焊接相比方形电池、小圆柱电池分别在焊接工序、所 需焊接设备上有所增加。根据华经产业研究院官 信息，1）相比方形电池，大圆 柱的全极耳所需的面焊，其激光焊接工序从 5 道增加至 7 道；2）从小圆柱电池看， 单 GWh 相较于 18650 和 21700 电池产线增加 5 台焊接设备。结合上述情况，我们 认为，4680 大圆柱的激光焊接需求相比方形电池、小圆柱电池有望增长。

其他焊接环节技术：解决异种金属焊接问题，比如电池 PACK 中汇流排焊接有 望替代为激光焊接，我们判断，随着激光焊接工艺不断上行，激光焊接渗透率有望 上行。 以方形电池后道模组/PACK 中汇流排焊接存在的 Al/Cu 异质金属焊接为例： ①Al、Cu 对光吸收率低，且容易产生高脆性金属化合物是 Al/Cu 难点：根据 《汽车电池模组件 Al/Cu 异种金属激光焊接技术新进展》，由于 Al 和 Cu 的材料物理 性能迥异，Al/Cu 异种金属激光焊接具有若干挑战性的限制。一个主要是在 1um 的 激光波长下 Al 的吸收率低，而 Cu 的吸收率更低；另一个挑战来自 Al-Cu 合金的冶 金性能，即高脆性的金属化合物可能导致裂纹的形成。可能形成Cu含量为50%-80% 的金属间化合物相。

汇流排焊接目前激光焊接仍无法解决脆性化合物问题，但激光焊接为大概率方 向。根据联赢激光官 ，由于铜和铝之间采用激光焊接后易形成脆性化合物，无法 满足使用要求，通常采用超声波焊接外，铜和铜、铝和铝一般均采用激光焊接。同 时，由于铜和铝传热均很快，且对激光反射率高，连接片厚度相对较大，因此需要 采用较高功率的激光器才能够实现焊接。通过九种不同参数及方法的调整实验，其 中 7 种有不同增益，我们认为，随着未来激光工艺的不断进步，汇流排 Al/Cu 激光 焊接存在问题有望得到解决，激光焊接为大概率方向。

3. 激光切割：极片激光切割替代加速，高倍率电池推动极耳/极片切割量提升

3.1 优势：较模切具精确度更高、运营成本较低等优势，助力电池生 产提效降本

3.2 极耳切割：激光切割为主流技术，放卷速度与张力控制是竞争要 点

3.3 极片切割：传统模切效率成产线提效瓶颈，MOPA 技术兼具成本与 性能优势

圆盘分切和模切品质量不稳定；激光能量和切割移动速度是两个主要的工艺参 数。根据动力电池 信息，极片切割有圆盘分切和模切、激光切割三种方式，圆盘 分切和模切都存在刀具磨损问题，这容易引起工艺不稳定，导致极片裁切品质差， 引起电池性能下降；激光能量和切割移动速度是两个主要的工艺参数，对切割质量 影响巨大。当激光功率太低或者移动速度太快时，极片不能完全切开，而当功率太 高或移动速度太低时，激光对材料作用区域变大，切缝尺寸更大。

MOPA 是一种激光调制技术，兼具高峰值功率和高光束质量的最优方式，杰普 特获宁德时代定点。根据高工锂电官 信息，目前杰普特特殊定制的极片切割脉冲 光纤激光器，产线切割效率可达 120m/min，切割毛刺小于 7μm，热影响区小于 50μm，也是市场唯一一款真正做到无毛刺无热影响的激光器，变频、变功率响应 时间最快＜10μs，可有效减少拐角衔接处参数变化带来的质量问题。根据杰普特 《关于收到供应商定点通知的公告》，2022 年 3 月 22 日，杰普特公告收到宁德时代 定点通知，提供 MOPA 脉冲光纤激光器，应用于动力电池电芯制造的极片切割工 序。根据英诺激光招股说明书，MOPA 技术是将具有高光束质量的种子信 光和泵 浦光，通过一定的方式耦合进双包层光纤进行放大，从而实现对种子光源的高功率 放大；激光器的 MOPA 结构是解决超快激光兼具高峰值功率和高光束质量的最优方 式。

皮秒是长期最优选择，MOPA 是目前最具性价比选择。根据《锂离子动力电池 极片的激光切割分析》，除了脉宽外，重复频率、光束模式、激光波长也对切割质 量有影响。因此窄脉宽、高重复频率的皮秒激光器是切割铝箔和铜箔最理想的激光 器。但由于皮秒技术未完全成熟，价格还很高，难以工业推广。而脉宽相对“窄”的 MOPA 激光器价格低廉，切割的正极片也完全满足工业要求，是切割正极片性价比 最高的激光器，随着其脉宽的减少和频率的增加，其应用前景会越来越好。

3.4 隔膜切割：隔膜激光切割仍在布局阶段，热影响控制是难点

隔膜切割目前以刀具切割为主，目前已有两项激光切割技术专利。根据专利之 星检索系统信息：①专利一：根据《一种隔膜激光切割机》专利内容，隔膜的切 割通常以钢材质隔膜切刀进行切割。采用隔膜切刀切割，结构稳定性较差，切刀需 要定期更换，隔膜切口处的效果不好，容易起毛刺或卷翘，结构复杂，不便调试和 维护。通过激光切割可解决以上问题；②专利二：根据《锂电池隔膜生产用激光 切割设备》专利内容，通过激光切割组件切割由翻转辊交替切换两个隔膜卷曲组件 卷绕的隔膜，实现了自动化均匀切割隔膜的功能，避免了切割过程中的脱粉、挑 丝、碎膜以及切不断的现象，便于在批量生产线中实用。

热影响控制仍是难点，紫外激光存在替代传统模切可能。根据存能电气官 信 息，锂离子电池隔膜 PP 膜与 PE 膜两者的熔点不同，PE 隔膜在 130℃左右，PP 隔膜 在 160℃左右。根据英诺激光招股说明书，在薄膜非金属材料加工等领域，高能量 的紫外光子直接破坏非金属材料表面的分子键，使分子脱离物体，这种方式不会产 生高热量反应，因此通常被称为“冷加工”，紫外激光机在微加工领域具有不可替代 的优势。我们判断，在目前仍是模切为主的隔膜切割环节，由于隔膜较低的熔点导 致激光切割热影响控制仍是难点，紫外激光以“冷加工”的优势存在替代传统模切可 能。

3.5 叠片工艺技术：有望带来激光切割需求增加

方形叠片工艺中激光极耳、极片切割需求有望增加。根据格普瑞电池官 信 息，方形叠片法由于各个正负极片之间互相隔绝，所以每个极片都要安装一个极 耳，然后分别焊接在一起，形成最终的正负极，但卷绕法为了减少工序，只会隔几 层才安装一个极耳，总数通常只有前者的一半。基于以上情况，我们判断，叠片工 艺相比卷绕工艺，极耳数量增加一倍，叠片工艺下极耳切割需求量预计上行，同时 叠片工艺需要多次裁切正负极片（热复合技术工艺），极片切割需求也会有所增 加。

4. 其他应用：激光清洗、激光打标

4.1 激光清洗：避免清洗损伤等问题，提升电池制造工艺水平

极片涂覆前激光清洗可以有效避免原湿式乙醇清洗造成的损伤；电池焊接前激 光清洗采用脉冲激光使基底受热震动膨胀令污染物克服表面吸附力脱离基底达到去 污的作用；电池组装过程中激光清洗可对绝缘板、端板进行激光清洗，清洁电芯表 面脏污，粗化电芯表面，提高贴胶或涂胶的附着力。根据 C114 通信 官 信息： 极片涂覆前：锂电池的正负极片是在金属薄带上涂覆锂电池正负极材料而成， 金属薄带在涂覆电极材料时，需要对金属薄带进行清洗，金属薄带一般为铝薄或铜 薄，原来的湿式乙醇清洗，容易对锂电池其他部件造成损伤。激光干式清洗机能够 有效解决以上问题。

电池焊接前：根据 C114 通信 官 信息，采用脉冲激光直接辐射去污，使其 表面温度升高而发生热膨胀，热膨胀使污染物或者基底振动，从而使污染物克服表 面吸附力脱离基底表面从而达到去除物体表面污渍的目的。这种方式可以有效地去 除电芯极柱端面的污物、粉尘等，为电池焊接提前做准备，以减少焊接的不良品。 电池组装过程中：根据 C114 通信 官 信息，为了防止锂电池发生安全事 故，一般需要对锂电池电芯进行外贴胶处理，以起到绝缘的作用，防止短路的发生 以及保护线路、防止刮伤。对绝缘板、端板进行激光清洗，清洁电芯表面脏污，粗 化电芯表面，提高贴胶或涂胶的附着力，且清洗后不会产生有害污染物，属于环保 的绿色清洗方法，这在全球高度关注环保的情况下越发显出它的重要性。

4.2 激光激光打标：为动力电池提供更高效安全的信息追踪可能

传统打标技术缺点明显。根据奇铭激光科技官 信息，传统的打标技术有几 种，分别是喷墨打标、钢针雕刻打标、贴纸标识等，但这些方式都有对应的工艺缺 陷，例如喷墨打标需要耗材，喷后墨水没干进行其他工序会有掉色可能等；钢针雕 刻速度较慢加工效率低等，由此应运而生的新型技术便是激光打标技术。

安全性上均有不同程度提升。根据楚天中谷联创官 信息，为更好的把控产品 品质，追溯锂电池的全程生产信息，包括原料信息、生产过程和工艺、产品批次、 生产厂家及日期等，需要将关键信息存储在二维码内并在电池上进行标识。传统的 油墨喷打码技术存在易摩擦，长时间容易缺失信息等问题，而激光打标具有永久性 强、防伪性高、精度高、耐磨性强、安全可靠等特点，可以为产品品质追踪提供最 佳的解决方案。

5.重点公司分析

5.1 激光激光打标：为动力电池提供更高效安全的信息追踪可能

先导智能是全道整线方案供应商，具备海内外客户激光设备切入的先发优势。 根据先导智能 2021 年年 信息，公司致力于成为全球领先的智能制造整体解决方 案服务商，打造世界级创新型企业。提供涵盖方壳电池、圆柱电池、软包电池、固 态电池等各类电池类型在内的锂电池智造整线解决方案。公司是国内装备企业中最 早进行国际化布局的公司之一，目前已在美国、德国、瑞典、日韩等地设立分/子 公司。目前公司所产设备已远销欧洲、美国和日韩等地，将进一步规划全球化研发 中心和生产制造基地，不断加强海外市场的开拓工作。我们认为，公司是全道整线 方案供应商，具备海内外客户激光设备切入的先发优势。 公司在多行业拥有多种激光技术能力及锂电激光设备储备。根据先导智能 2021 年年 信息，激光精密加工装备已应用于消费电子、显示面板、半导体、汽 车、锂电、光伏等行业，提供激光精细微加工、相关联行业的测量和自动化智能车 间解决方案。包括激光切割、激光焊接、激光打标、激光蚀刻、激光开孔等智能装 备和整线服务。拥有激光极耳成型机及激光模切分切一体机设备储备。

5.2 海目星：极耳切绝对龙头，装配焊接段、极片切割有望突破

在技术储备上，海目星致力于提高极耳切与装配线效率，同时延伸至叠片技 术，极片切割激光研究等，随着产品性能增强与类型增多，未来有望获取更多的订 单红利。

1）现有产品：公司致力提升极耳激光切与动力电池装配效率。根据公司 2020 年年 内容：①公司动力电池集群式智能装配关键技术研发项目已进入产业化实 施阶段，拟将整线产能从 20PPM 提升至 50PPM 以上。②公司超高速极耳激光切进入产业化实施阶段，拟达到目标为开发出 超高速激光切割技术，激光切割速度达到 120m/min。 2）产品拓展：公司向叠片、激光极片切割等工艺探索、拓展，有望获取更多 订单红利。根据公司 2020 年年 内容：①公司极片高速激光切裁叠关键技术研究 项目的目标是将激光切割、裁切、叠片以及热复合技术进行整合，目前已进入产业化实施阶段。如海目星切叠一体机的终极目标速度为 500-600 片/分钟，占地面 积要接近现有的卷绕工艺，综合成本优于现有工艺；②公司锂电池电芯极片 200 米 高速切割技术研发项目正在开发，可使激光制片速度达到 200m/min，制造成本降 低约 30%，目前行业技术水平最高可达 120m/min。我们认为，随着公司产品系列 的不断拓展，未来在锂电制造关键工艺中涉及的设备种类有望增加，获取更多订单 红利。

海目星积累大量优质客户，极片激光切割设备成熟后有望快速切入。根据公司 《2021 年年度 告》，在动力电池领域，公司作为国内重要的动力电池设备供应 商，自成立以来就定位于服务下游各应用场景的龙头企业，专注于优势产品的推 广，并不断巩固产品领先性。经过不懈努力，公司客户包括宁德时代、特斯拉、中 创新航、蜂巢能源、力神、长城汽车、瑞浦能源、亿纬锂能、欣旺达等国内、国际 主流动力电池企业保持着良好的合作关系，在动力电池设备行业积累了丰富的经 验。我们认为，公司积累了大量国内外优质客户，在极片激光切割设备成熟后有望 快速切入。

5.3 联赢激光：专注动力电池焊接领域，拥有强激光焊接技术壁垒

5.4 联赢激光：专注动力电池焊接领域，拥有强激光焊接技术壁垒

赢合科技聚焦核心锂电中道设备，已获得国内外一线客户的认可。根据公司 2021 年年度 告，公司锂电池自动化装备广泛应用于锂电池生产的前中段主要工 序。通过持续研发和创新，公司的涂布机、辊压机、分切机、制片机、卷绕机、叠 片机、组装线等系列核心设备的技术性能行业领先，已获得国内外一线客户的认 可。在 2021 年度，公司收获了来自宁德时代、比亚迪、蜂巢能源、亿纬锂能、欣 旺达、珠海冠宇、LG 能源、ACC、宝马等国内外一线客户的锂电设备订单。

赢合科技拥有激光模切机等产品储备，推出一出六激光模切一体机。根据公司 2021 年年度 告，激光模切机等产品的效率和性能均达到行业领先水平，并在此基 础上成功推出了涂布辊压分条一体机、激光模切卷绕一体机、激光模切叠片一体机 等产品。公司在 2021 年推出的一出六激光模切分切一体机设备，可适应 150mm800mm 极片宽度，稳定运行线速度达 80m/min，激光切割毛刺和极片分切毛刺均得 到较大改善，远优于同行一出二或一出四设备，设备集成化程度高，减少了工序的 流转，间接提高了客户材料的利用率。

5.5 利元亨：拥有激光模切机等产品储备，已获得国内外一线客户认 可

利元亨重视激光技术的研发，不断增加激光技术的应用场景。根据利元亨 《2021 年年度 告》，公司是国内锂电池制造装备行业领先企业之一，已与新能源 科技、宁德时代、比亚迪、蜂巢能源、欣旺达等知名厂商建立了长期稳定的合作关 系，并积极布局海外业务，获得包括北美、德国和韩国等国外一线客户的锂电设备 订单。且持续研发激光控制、激光焊接、激光切割、激光清洗技术，增加激光技术 应用场景，而且“锂电池激光焊接关键技术研究及产业化应用”经广东省机械工程学 会鉴定为“国际先进水平”。

利元亨重视激光技术的研发，不断增加激光技术的应用场景。根据利元亨 《2021 年年度 告》，公司是国内锂电池制造装备行业领先企业之一，已与新能源 科技、宁德时代、比亚迪、蜂巢能源、欣旺达等知名厂商建立了长期稳定的合作关 系，并积极布局海外业务，获得包括北美、德国和韩国等国外一线客户的锂电设备 订单。且持续研发激光控制、激光焊接、激光切割、激光清洗技术，增加激光技术 应用场景，而且“锂电池激光焊接关键技术研究及产业化应用”经广东省机械工程学 会鉴定为“国际先进水平” 利元亨在激光切割中拥有激光模切分条一体机、激光极耳分切一体机等产品储 备。根据公司官 ，公司拥有激光模切分条一体机、激光极耳分切一体机等激光产 品储备，激光极耳分切一体机已达到 120m/min 生产速度，切割毛刺最大 7um。激 光模切分条一体机已达到 12000mm 超宽兼容，±1.5mm 精度，热影响区小于 70um，纵向毛刺小于 15um。

在激光焊接中拥有圆柱电池焊接机，刀片电池焊接机等激光焊接设备储备。根 据公司官 信息，刀片电池焊接机使用公司自主研发的 POS 激光焊接技术，以及三 维激光数控运动控制技术，结合可调节环形光斑模式激光器输出光斑，最大有效焊 接速度可达 300mm/s。帮助锂电池企业提升产品性能和降低成本。圆柱电池焊接机 可实现圆柱电池顶盖封口焊接、电池极耳焊接、圆柱电池侧缝焊接等焊接工艺环 节。

5.6 杰普特：MOPA 激光器领域国产龙头，已实现极片无毛刺切割效 果

杰普特是中国首家商业化批量生产 MOPA 脉冲光纤激光器的厂商。根据公司 《2021 年年度 告》，经过十余年的科研积累和业务发展，公司搭建了国际化的研 发营销平台，积累了丰富的专利技术、研发经验和客户资源，赢得了一定的市场占 有率和品牌知名度，成为中国首家商业化批量生产 MOPA 脉冲光纤激光器的厂商。 MOPA 激光器优势明显，公司产品已适用于电芯制造极片。根据高工锂电官 信息，公司 MOPA 脉冲光纤激光器产品具有脉宽可调、频率范围广、响应速度快、 首脉冲可用、全温度范围内输出功率波动小、体积小、噪声低等特点。产品脉冲频 率和脉冲宽度独立可控，通过两项激光参数调整搭配，可实现恒定的高峰值功率输 出。在动力电池领域，杰普特通过配套赢合科技、大族激光、联赢激光、光大激光 等知名激光装备制造商，已成功进入到动力电池头部企业供应链中。2021 年荣获在 国家级专精特新“小巨人”企业称 ，紧跟客户需求，为新能源领域研发出适用于动力电池电芯制造的极片切割的 MOPA 脉冲激光器。根据公司《关于收到供应商定点 通知的公告》，2022 年 3 月 22 日，公司被选定为宁德时代的供应商，为宁德时代 提供 MOPA 脉冲光纤激光器，应用于动力电池电芯制造的极片切割工序。