鋰電新聞
Lithium Battery News
鋰離子電池極片裁切技術介紹
來源:鋰離子電池
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作者:友創偉業
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發布時間: 2021-04-20
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鋰離子電池極片經過漿料涂敷，干燥和輥壓之后，形成集流體及兩面涂層的三層復合結構。然后根據電池設計結構和規格，我們要再對極片進行裁切。一般地，對卷繞電池，極片根據設計寬度進行分條；疊片電池，極片相應裁切成片；目前，鋰離子電池極片裁切工藝重要采用以下三種：（1）圓盤剪分切，（2）模具沖切，（3）激光切割。
極片裁切過程中，極片裁切邊緣的質量對電池性能和品質具有重要的影響，具體包括：（1）毛刺和雜質，會造成電池內短路，引起自放電甚至熱失控；（2）尺寸精度差，無法保證負極完全包裹正極，或者隔膜完全隔離正負極極片，引起電池安全問題；（3）材料熱損傷、涂層脫落等，造成材料失去活性，無法發揮用途；（4）切邊不平整度，引起極片充放電過程的不均勻性。因此，極片裁切工藝要防止這些問題出現，提高工藝品質。
1、圓盤剪分切
圓盤分切重要有上、下圓盤刀，裝在分切機的刀軸上，利用滾剪原理來分切厚度為0.01~0.1mm成卷的正負極極片。有關圓盤分切技術的基本原理，極片分切質量影響因素，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極片。這種工藝模具簡單，成本低，但是沖切品質不易控制，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極片進行裁切。涂層顆粒通過粘結劑連接在一起，在沖切工藝過程中，在應力用途下涂層顆粒之間剝離，金屬箔材發生塑形應變，達到斷裂強度之后出現裂紋，裂紋擴展分離。金屬材料沖切件的斷面分為４個部分：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，沖切件的斷面質量也就越高。
3、激光切割
圓盤分切和模切都存在刀具磨損問題，這容易引起工藝不穩定，導致極片裁切品質差，引起電池性能下降。激光切割具有生產效率高，工藝穩定性好的特點，已經在工業上應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、燒蝕或達到燃點而形成孔洞，隨著光束在極片上的移動，孔洞持續形成寬度很窄的切縫，完成對極片的切割。
由于鋰離子電池極片是雙面涂層+中間集流體金屬層的結構，而且涂層與金屬箔材之間性質差異大，對激光用途的響應也不相同。激光用途在負極石墨層或正極活物質層時，由于它們具有很高的激光吸收率，導熱系數也很低，因此，涂層要相對較低的熔化和汽化激光能量，而金屬集流體對激光具有反射用途，并且熱傳導快，因此金屬層的熔化和汽化激光能量升高。當激光用途在石墨層時，由于材料的特性，石墨重要發生汽化，當激光侵入到金屬銅箔時，銅箔開始發生熔化，形成熔池。工藝參數不合適時，可能出現問題：（1）切邊涂層脫落，露出金屬箔材；（2）切邊周圍出現大量切屑異物。這些都會導致電池出現性能下降、安全性品質問題。因此，當采用激光切割時，要根據活物質材料和金屬箔材的特性，優化合適的工藝參數，才能既完全切割極片，又形成良好的切邊質量，不出現金屬切屑雜質殘留。
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