2020千层浪app官网下载

2021-06-08

鋰離子電池極片裁切技術簡介

分享到:

鋰離子電池極片裁切技術簡介

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,我們需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,如圖1所示。目前,鋰離子電池極片裁切工藝主要采用以下三種:(1)圓盤剪分切,(2)模具沖切,(3)激光切割。


鋰離子電池極片裁切技術簡介(圖1) 圖1 鋰離子電池正負極極片示意圖

 

極片裁切(qie)過程中,極片裁切(qie)邊緣的(de)質量對電池(chi)性能和品(pin)質具(ju)有重要的(de)影(ying)響,具(ju)體包括:(1)毛刺和雜質,會造(zao)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(ji)(ji)(ji)完(wan)全(quan)(quan)包裹正極(ji)(ji)(ji),或(huo)者隔(ge)膜完(wan)全(quan)(quan)隔(ge)離正負極(ji)(ji)(ji)極(ji)(ji)(ji)片,引起電池安全(quan)(quan)問題;(3)材料熱損(sun)傷(shang)、涂層脫(tuo)落等,造成材料失去活性,無法發揮作用;(4)切(qie)邊不平整度,引起極片(pian)充放電過(guo)程(cheng)的不均勻性。因此(ci),極片(pian)裁切(qie)工(gong)藝需要避免這些問題(ti)出現(xian),提高工(gong)藝品質。

 

1、圓(yuan)盤剪(jian)分切

 

圓(yuan)(yuan)盤(pan)(pan)分(fen)(fen)切主(zhu)要有(you)上(shang)、下圓(yuan)(yuan)盤(pan)(pan)刀,裝在分(fen)(fen)切機的(de)刀軸上(shang),利用滾(gun)剪原理(li)來(lai)分(fen)(fen)切厚度(du)為0.01~0.1 mm成卷的(de)正負極極片。關(guan)于圓(yuan)(yuan)盤(pan)(pan)分(fen)(fen)切技(ji)術的(de)基本(ben)原理(li),極片分(fen)(fen)切質量影響(xiang)因素,工藝(yi)缺陷以及切刀失效模(mo)式,之(zhi)前已經整理(li),點(dian)擊鏈接閱讀(du):

 

鋰(li)電池極片(pian)圓(yuan)盤分切工藝基(ji)礎

 

2、模具(ju)沖切

 

鋰(li)離(li)子電池(chi)極片的(de)模切(qie)工(gong)藝又分為兩種:(1)木(mu)板(ban)刀模(mo)沖(chong)(chong)切,鋒利的刀刃(ren)安裝在木(mu)板(ban)上,一定(ding)壓(ya)力作用下將刀刃(ren)切開極片。這(zhe)種工藝模(mo)具(ju)簡單(dan),成(cheng)本(ben)低,但是沖(chong)(chong)切品(pin)質不易控(kong)制,目前逐步被(bei)淘汰。(2)五金模(mo)具沖切,利用沖頭和(he)下刀模(mo)極小的間隙(xi)對極片進行裁(cai)切,如圖2所示(shi)。涂層(ceng)(ceng)顆粒通過(guo)(guo)粘(zhan)結(jie)劑連接在一起,在沖(chong)切工藝過(guo)(guo)程(cheng)中,在應力作(zuo)用(yong)下涂層(ceng)(ceng)顆粒之間剝離(li),金屬箔材(cai)發生塑形應變,達到斷(duan)裂(lie)(lie)強度(du)之后產生裂(lie)(lie)紋(wen),裂(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)展分離(li),金屬箔材(cai)斷(duan)裂(lie)(lie)分離(li)過(guo)(guo)程(cheng)如圖3所示(shi)。金屬材(cai)料沖切件的(de)斷面(mian)分(fen)為4個(ge)部分(fen):塌(ta)角、剪切帶(dai)、斷裂帶(dai)和毛(mao)刺(ci)。斷面(mian)的(de)剪切帶(dai)越寬(kuan),塌(ta)角及毛(mao)刺(ci)高(gao)度越小,沖切件的(de)斷面(mian)質量也就越高(gao)。

 


鋰離子電池極片裁切技術簡介(圖2)

沖切原理示意圖


鋰離子電池極片裁切技術簡介(圖3)

圖(tu)3 金屬箔材沖(chong)切斷裂過(guo)程

 

沖(chong)切(qie)工藝(yi)中上沖(chong)頭(tou)和下模之(zhi)間的沖(chong)切(qie)間隙,可以用(yong)如下公式(1)表示:

  

鋰離子電池極片裁切技術簡介(圖4)     (1)


其中,CL為沖(chong)切間隙(xi),Dd是上(shang)下模頭(tou)的(de)尺寸,t是板材厚度,如圖(tu)2所示。而考慮到(dao)模具的磨損時,有(you)效(xiao)沖(chong)切(qie)間(jian)隙Cle定(ding)義為公式(2):


鋰離子電池極片裁切技術簡介(圖5) (2)


其中,模具磨損過程簡化為圖4a所示,模(mo)具磨損量用ab表示,當發(fa)生磨損時,隨著ab值變化,當模具(ju)發生磨損時(shi),有效(xiao)沖切(qie)間隙Cle也會(hui)相應增加(jia),如圖4b所示,有效間隙(xi)滿足(zu)式(2)關(guan)系(xi)。沖(chong)切(qie)(qie)間(jian)隙和模具(ju)刃(ren)口的(de)磨損情(qing)況對(dui)沖(chong)切(qie)(qie)過(guo)程有重要影(ying)響,隨著模具(ju)的(de)磨損,沖(chong)切(qie)(qie)間(jian)隙增(zeng)(zeng)加,模具(ju)刃(ren)口圓角(jiao)增(zeng)(zeng)大,沖(chong)切(qie)(qie)件的(de)斷面質量(liang)也會(hui)發(fa)生改(gai)變。


鋰離子電池極片裁切技術簡介(圖6)

圖(tu)模具磨(mo)損(sun)與有效(xiao)沖(chong)切間隙

(a)模具磨損示意圖,(b)有限沖切間隙隨著磨損量增加曲線關系

 

3、激光(guang)切(qie)割

 

圓(yuan)盤分切(qie)(qie)和模(mo)切(qie)(qie)都存在(zai)(zai)刀具磨損(sun)問題,這容易引起工(gong)(gong)藝(yi)不穩定,導(dao)致極(ji)片(pian)(pian)(pian)裁(cai)切(qie)(qie)品(pin)質差,引起電池性能下降。激光(guang)切(qie)(qie)割(ge)具有生產效率高,工(gong)(gong)藝(yi)穩定性好的(de)特點(dian),已經在(zai)(zai)工(gong)(gong)業上應用于鋰離(li)子電池極(ji)片(pian)(pian)(pian)的(de)裁(cai)切(qie)(qie),其(qi)基本(ben)原理(li)是利用高功率密度(du)激光(guang)束(shu)照射(she)被切(qie)(qie)割(ge)的(de)電池極(ji)片(pian)(pian)(pian),使極(ji)片(pian)(pian)(pian)很(hen)快被加熱至很(hen)高的(de)溫度(du),迅速熔化、汽化、燒蝕或達到(dao)燃(ran)點(dian)而形成孔(kong)洞(dong),隨著光(guang)束(shu)在(zai)(zai)極(ji)片(pian)(pian)(pian)上的(de)移動,孔(kong)洞(dong)連續(xu)形成寬度(du)很(hen)窄的(de)切(qie)(qie)縫,完成對極(ji)片(pian)(pian)(pian)的(de)切(qie)(qie)割(ge)。

 

其中,激光能量和切割移動(dong)速度是兩(liang)個(ge)主要的工藝參(can)數(shu),對切割質量影響巨(ju)大。圖5是不同的(de)激光切割工藝條件下(xia)單面(mian)涂層負(fu)極(ji)極(ji)片的(de)切邊(bian)形(xing)貌(mao),圖6是不同的激光切(qie)(qie)割(ge)工藝條件下單面涂層正極極片的切(qie)(qie)邊形貌。當激光功率太低或者(zhe)移動速(su)度(du)太快時,極片不能完全切(qie)(qie)開(kai),而當功率太高或移動速(su)度(du)太低時,激光對(dui)材(cai)料作用區域(yu)變(bian)大,切(qie)(qie)縫尺寸更大。

 

鋰離子電池極片裁切技術簡介(圖7)

圖(tu)不同(tong)的激光切割工藝條件下單(dan)面涂層(ceng)負(fu)極極片的切邊形貌


鋰離子電池極片裁切技術簡介(圖8)

6  不同的(de)(de)激光切割(ge)工(gong)藝條件下單面涂層(ceng)正(zheng)極極片的(de)(de)切邊形貌

 

由于鋰離子(zi)電池極(ji)片是雙面涂(tu)層+中(zhong)間集流體金(jin)屬層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)結構,而且涂層(ceng)(ceng)(ceng)與金(jin)屬箔材(cai)之間性質差異大,對激(ji)(ji)光作用的(de)(de)響應也不(bu)相同。激(ji)(ji)光作用在負(fu)極石墨(mo)層(ceng)(ceng)(ceng)或正極活物質層(ceng)(ceng)(ceng)時,由于它們具有很高的(de)(de)激(ji)(ji)光吸收率,導熱(re)系數也很低(di),因此,涂層(ceng)(ceng)(ceng)需要(yao)相對較低(di)的(de)(de)熔化(hua)和汽(qi)化(hua)激(ji)(ji)光能量,而金(jin)屬集流體對激(ji)(ji)光具有反射作用,并且熱(re)傳導快,因此金(jin)屬層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)熔化(hua)和汽(qi)化(hua)激(ji)(ji)光能量升高。圖7是單面涂層的負(fu)極(ji)(ji)在(zai)激光作用(yong)下(xia)極(ji)(ji)片厚度方(fang)向(xiang)的銅成(cheng)分和溫度分布,當激光作用(yong)在(zai)石(shi)墨層時,由于材料的特性,石(shi)墨主要發(fa)生汽化(hua),當激光侵(qin)入到金屬銅箔(bo)時,銅箔(bo)開始發(fa)生熔化(hua),形成(cheng)熔池。工(gong)藝參(can)數不(bu)合適時,可能(neng)出現問(wen)題:(1)切邊涂層脫落,露(lu)出金屬箔材,如圖8左圖所示;(2)切邊周圍出現(xian)大(da)量(liang)切屑異(yi)物。這些都會導致電池(chi)出現(xian)性能下(xia)降、安全性品(pin)質問題,如(ru)圖8右圖所示。因此,當采(cai)用激光(guang)切(qie)割(ge)時,需要根據活物(wu)質(zhi)材料(liao)和金屬箔材的(de)特性,優(you)化合適(shi)的(de)工(gong)藝參數,才能既完全(quan)切(qie)割(ge)極片,又形成良好的(de)切(qie)邊質(zhi)量,不產生金屬切(qie)屑(xie)雜質(zhi)殘留。


鋰離子電池極片裁切技術簡介(圖9)

7  單面涂(tu)層的負極(ji)在(zai)激光作用下極(ji)片(pian)厚度(du)方向(xiang)的銅成(cheng)分(fen)和溫度(du)分(fen)布

 

鋰離子電池極片裁切技術簡介(圖10)

圖8 切(qie)邊問題:露金屬箔和切(qie)屑異(yi)物(wu)


上一篇:黃金,助力奧運,助力人類健康
下一篇:鋰電池極片擠壓涂布厚邊現象及解決措施

服務熱線

咨詢電話: 0755-28909182 13824381687

官(guan)方微信