电极材料的切割质量是影响锂离子电池使用性能和安全性能的重要因素。激光切割技术可避免圆滚刀分切和模具切割中由于刀具磨损导致的电极切割质量缺陷,然而,长脉冲激光切割的热影响会导致电极切缝边缘产生分层和明显的热影响区(HAZ)。超快激光因其超短脉冲宽度的特点,能够有效减小加工过程中的热效应,有望提高电极材料的激光切割质量。基于超快激光切割试验系统,本文对超快激光切割负极材料的切割机制、切割效率和切割质量开展研究。观察石墨层、铜箔和负极复合材料的切缝形貌,分析超快激光切割负极的机制。通过SEM观察到,超快激光切割负极材料几乎没有材料熔化现象,负极上表面出现了重新沉积的颗粒状材料,这表明负极材料的超快激光切割机制以气化切割为主。切割过程中,铜箔切割机制是快速热气化、热熔化和相爆炸的共同作用,被激光束直接辐照的石墨层在激光能量的作用下被气化切除,而负极材料的复合结构导致未被激光直接辐照的石墨层吸收了来自铜箔传导的激光能量后发生气化。此外,等离子体辐射的能量也使正面的石墨层发生了气化和脱落。通过材料去除量和最大切断速度表征负极材料超快激光切割效率,探究了激光功率和脉宽等参数对切割效率的影响规律。结果表明,一方面,超快激光切割负极极片的材料去除量随激光功率上升和脉宽减小而增大,随加工次数和扫描速度增大而减小。铜箔的材料去除量远小于石墨层,铜箔主导切割过程,从而负极去除量是激光功率的分段函数。另一方面,最大切断速度随激光功率上升和脉宽减小而增大,通过其变化规律,可预测达到特定切割速度所需的最小激光功率或特定功率下能达到的最大切割速度,为激光设备与工艺参数的选择提供参考。研究超快激光负极切割质量,确定切割质量特征及其测量方式,分析缺陷形成原因,探究切割质量影响因素,得出最优切割工艺参数。本文以分层宽度和HAZ尺寸表征负极切割质量,根据Raman光谱分析结果与实际加工条件,确定本文中HAZ边界即为深色石墨区域的边界。热量积累和传递是导致分层和HAZ的主要原因,同时,等离子光谱分析表明切割过程中产生了高温等离子体,等离子体辐射的能量也可能是分层和HAZ产生的原因之一。对于单道扫描切割,负极切割质量随激光功率和脉冲宽度减小而提升,随切割速度增大而提高。在最优工艺下切割负极获得了良好的切割质量,正面的分层宽度和HAZ分别为22—28μm和51—70μm。此外,通过超快激光多道扫描切割,可大大减小甚至完全消除负极的分层现象,降低HAZ尺寸,这对于负极切割质量而言是极大的提升。