四、分切
(一)什么是分切?
分切也叫分条,圆盘分切刀主要有上、下圆盘刀,装在分切机的刀轴上,利用滚剪原理来分切厚度为0.01~0.1mm成卷的铝箔、铜箔、正负极极片等。
分条后的极片不能出现褶皱、脱粉,要求分条尺寸精度高等,同时极片边缘的毛刺小,否则在毛刺上会产生枝晶刺破隔膜,造成电池内部的短路。
(二)分切的目的是什么?
涂布、辊压后完成的极片很宽,所以要将极片分切成多条。
(三) 极片分切与其他普通金属板材分切有什么不同?
与金属板材分切加工比较,锂电池极片圆盘剪的裁切方式具有完全不同的特点:
1. 极片分切时,上下圆盘刀具有后角,类似于剪刀刀刃,刃口宽度特别小。上下圆盘刀不存在水平间隙(图中所示参数c相当于负值),而是上下刀相互接触并存在侧向压力。
2. 板料分切时上下基本上都有橡胶托辊,平衡上下刀在剪切时产生的剪力和剪切力矩,避免板料的大幅变形。而极片分切没有上下托辊。
3. 极片涂层是由颗粒组成的复合材料,几乎没有塑性变形能力,当上下圆盘刀产生的内应力大于涂层颗粒之间的结合力,涂层产生裂缝并拓展分离。
(四)分切有哪些关键点?
1. 材料物理力学性能的影响
一般说,材料的塑性好,剪切时裂纹会出现得较迟,材料被剪切的深度较大,所得断面光亮带所占的比例就大;而塑性差的材料,在同样的参数条件下,则容易发生断裂,断面的撕裂带所占的比例就会偏大,光亮带自然也较小。
2. 上下成对刀具侧向压力的影响
在极片的分切中,刀具侧向压力是影响分切质量的关键因素之一。剪切时,断裂面上下裂纹是否重合、剪切力的应力应变状态都与侧向压力的大小关系密切。侧向压力太小时,极片分切可能出现分切断面不齐整、掉料等缺陷,而压力太大,刀具更容易磨损,寿命更短。
3. 上下成对刀具的重叠量(上图中参数δ)的影响
重叠量的设置主要与极片的厚度有关,合理的重叠量有利于刀具的咬合,其影响包括剪切质量的优劣、毛剌的大小和刀具刃口磨损快慢等问题。
4. 咬入角(上图中参数α)的影响
圆盘分切中,咬入角是指剪切段和被剪板材中心线的夹角。咬入角增加,剪切力所产生的水平分力也会增大。如果水平分力大于极片的进料张力,板材要么打滑,要么在圆刀前拱起来而无法剪切。而咬入角减小,刀片的直径就要增大,分条机的尺寸相应的也要增大。因此如何平衡咬入角、刀片直径、板料厚度以及重叠量,必须参考实际工况而定。
5.缺陷
极片分切中存在的主要缺陷包括以下几种:
1)毛刺
毛刺,特别是金属毛刺对锂电池的危害巨大,尺寸较大的金属毛刺直接刺穿隔膜,导致正负极之间短路。而极片分切工艺是锂离子电池制造工艺中毛刺产生的主要过程。上图所示即为极片分切产生的金属毛刺的典型形貌,极片在分切时,由于张力控制不稳定导致二次切削形成箔材毛刺,尺寸达到100μm以上。为了避免这种情况出现,调刀时根据极片的性质和厚度,找到最合适的侧向压力和刀具重叠量是最关键的。另外,通过还可以切刀倒角,收放卷张力来改善极片边缘品质。
2)波浪边
极片分切时,由于切刀重叠量和压力不合适,会形成波浪边和切口涂层脱落,出现波浪边时,极片分切和卷绕时会出现边缘纠偏抖动,从而引起工艺精度,另外对电池最终的厚度和形貌也会出现不良影响。
(五)分切机(分条机)
分切所需要的设备是分切机(分条机),制作分切机(分条机)的企业有:科恒股份、赢合科技、新嘉拓、先导智能等。
科恒股份分条机: