鋰電新聞
Lithium Battery News
鋰離子電池極片裁切技術(shù)介紹
來(lái)源:鋰離子電池
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作者:友創(chuàng)偉業(yè)
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發(fā)布時(shí)間: 2021-04-20
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鋰離子電池極片經(jīng)過(guò)漿料涂敷，干燥和輥壓之后，形成集流體及兩面涂層的三層復(fù)合結(jié)構(gòu)。然后根據(jù)電池設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和規(guī)格，我們要再對(duì)極片進(jìn)行裁切。一般地，對(duì)卷繞電池，極片根據(jù)設(shè)計(jì)寬度進(jìn)行分條；疊片電池，極片相應(yīng)裁切成片；目前，鋰離子電池極片裁切工藝重要采用以下三種：（1）圓盤(pán)剪分切，（2）模具沖切，（3）激光切割。
極片裁切過(guò)程中，極片裁切邊緣的質(zhì)量對(duì)電池性能和品質(zhì)具有重要的影響，具體包括：（1）毛刺和雜質(zhì)，會(huì)造成電池內(nèi)短路，引起自放電甚至熱失控；（2）尺寸精度差，無(wú)法保證負(fù)極完全包裹正極，或者隔膜完全隔離正負(fù)極極片，引起電池安全問(wèn)題；（3）材料熱損傷、涂層脫落等，造成材料失去活性，無(wú)法發(fā)揮用途；（4）切邊不平整度，引起極片充放電過(guò)程的不均勻性。因此，極片裁切工藝要防止這些問(wèn)題出現(xiàn)，提高工藝品質(zhì)。
1、圓盤(pán)剪分切
圓盤(pán)分切重要有上、下圓盤(pán)刀，裝在分切機(jī)的刀軸上，利用滾剪原理來(lái)分切厚度為0.01~0.1mm成卷的正負(fù)極極片。有關(guān)圓盤(pán)分切技術(shù)的基本原理，極片分切質(zhì)量影響因素，工藝缺陷以及切刀失效模式。
2、模具沖切
鋰離子電池極片的模切工藝又分為兩種：（1）木板刀模沖切，鋒利的刀刃安裝在木板上，一定壓力用途下將刀刃切開(kāi)極片。這種工藝模具簡(jiǎn)單，成本低，但是沖切品質(zhì)不易控制，目前逐步被淘汰。（2）五金模具沖切，利用沖頭和下刀模極小的間隙對(duì)極片進(jìn)行裁切。涂層顆粒通過(guò)粘結(jié)劑連接在一起，在沖切工藝過(guò)程中，在應(yīng)力用途下涂層顆粒之間剝離，金屬箔材發(fā)生塑形應(yīng)變，達(dá)到斷裂強(qiáng)度之后出現(xiàn)裂紋，裂紋擴(kuò)展分離。金屬材料沖切件的斷面分為４個(gè)部分：塌角、剪切帶、斷裂帶和毛刺。斷面的剪切帶越寬，塌角及毛刺高度越小，沖切件的斷面質(zhì)量也就越高。
3、激光切割
圓盤(pán)分切和模切都存在刀具磨損問(wèn)題，這容易引起工藝不穩(wěn)定，導(dǎo)致極片裁切品質(zhì)差，引起電池性能下降。激光切割具有生產(chǎn)效率高，工藝穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，已經(jīng)在工業(yè)上應(yīng)用于鋰離子電池極片的裁切，其基本原理是利用高功率密度激光束照射被切割的電池極片，使極片很快被加熱至很高的溫度，迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)而形成孔洞，隨著光束在極片上的移動(dòng)，孔洞持續(xù)形成寬度很窄的切縫，完成對(duì)極片的切割。
由于鋰離子電池極片是雙面涂層+中間集流體金屬層的結(jié)構(gòu)，而且涂層與金屬箔材之間性質(zhì)差異大，對(duì)激光用途的響應(yīng)也不相同。激光用途在負(fù)極石墨層或正極活物質(zhì)層時(shí)，由于它們具有很高的激光吸收率，導(dǎo)熱系數(shù)也很低，因此，涂層要相對(duì)較低的熔化和汽化激光能量，而金屬集流體對(duì)激光具有反射用途，并且熱傳導(dǎo)快，因此金屬層的熔化和汽化激光能量升高。當(dāng)激光用途在石墨層時(shí)，由于材料的特性，石墨重要發(fā)生汽化，當(dāng)激光侵入到金屬銅箔時(shí)，銅箔開(kāi)始發(fā)生熔化，形成熔池。工藝參數(shù)不合適時(shí)，可能出現(xiàn)問(wèn)題：（1）切邊涂層脫落，露出金屬箔材；（2）切邊周?chē)霈F(xiàn)大量切屑異物。這些都會(huì)導(dǎo)致電池出現(xiàn)性能下降、安全性品質(zhì)問(wèn)題。因此，當(dāng)采用激光切割時(shí)，要根據(jù)活物質(zhì)材料和金屬箔材的特性，優(yōu)化合適的工藝參數(shù)，才能既完全切割極片，又形成良好的切邊質(zhì)量，不出現(xiàn)金屬切屑雜質(zhì)殘留。
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