锂电池极片切割方法及特点介绍

2023-11-01      804 次浏览

锂离子电池切割过程中,极片裁切边缘的质量对电池性能和品质具有重要的影响,具体包括:(1)毛刺和杂质,会造成电池内短路,引起自放电甚至热失控;(2)尺寸精度差,无法保证负极完全包裹正极,或者隔膜完全隔离正负极极片,引起电池安全问题;(3)材料热损伤、涂层脱落等,造成材料失去活性,无法发挥用途;(4)切边不平整度,引起极片充放电过程的不均匀性。因此,锂离子电池极片切割工艺要防止这些问题出现,提高工艺品质。


1、圆盘剪分切


圆盘分切重要有上、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成卷的正负极极片。


2、模具冲切


锂离子电池极片的模切工艺又分为两种:(1)木板刀模冲切,锋利的刀刃安装在木板上,一定压力用途下将刀刃切开极片。这种工艺模具简单,成本低,但是冲切品质不易控制,目前逐步被淘汰。(2)五金模具冲切,利用冲头和下刀模极小的间隙对极片进行裁切。涂层颗粒通过粘结剂连接在一起,在冲切工艺过程中,在应力用途下涂层颗粒之间剥离,金属箔材发生塑形应变,达到断裂强度之后出现裂纹,裂纹扩展分离。金属材料冲切件的断面分为4个部分:塌角、剪切带、断裂带和毛刺。断面的剪切带越宽,塌角及毛刺高度越小,冲切件的断面质量也就越高。


3、锂离子电池极片的激光切割


圆盘分切和模切都存在刀具磨损问题,这容易引起工艺不稳定,导致极片裁切品质差,引起电池性能下降。激光切割具有生产效率高,工艺稳定性好的特点,已经在工业上应用于锂离子电池极片的裁切,其基本原理是利用高功率密度激光束照射被切割的电池极片,使极片很快被加热至很高的温度,迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点而形成孔洞,随着光束在极片上的移动,孔洞持续形成宽度很窄的切缝,完成对极片的切割。


其中,激光能量和切割移动速度是两个重要的工艺参数,对切割质量影响巨大。当激光功率太低或者移动速度太快时,极片不能完全切开,而当功率太高或移动速度太低时,激光对材料用途区域变大,切缝尺寸更大。


由于锂离子电池极片是双面涂层中间集流体金属层的结构,而且涂层与金属箔材之间性质差异大,对激光用途的响应也不相同。激光用途在负极石墨层或正极活物质层时,由于它们具有很高的激光吸收率,导热系数也很低,因此,涂层要相对较低的熔化和汽化激光能量,而金属集流体对激光具有反射用途,并且热传导快,因此金属层的熔化和汽化激光能量升高。



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