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工序毛刺分析锂電池分切

  (1)極片分切時,上下圓盤刀具有後角,類似與剪刀刀刃,刃口寬度特別小。上下圓盤刀不存在水平間隙,而是上下刀相互接觸並存在側向壓力。

  (2)板料分切時上下基本上都有橡膠托輥,平衡上下刀在剪切時産生的剪力和剪切力矩,避免板料的大幅變形。而極片分切沒有上下托輥。

  (3)極片塗層是由顆粒組成的複合材料,幾乎沒有塑性變形能力,析锂電池分切當上下圓盤刀産生的內應力大于塗層顆粒之間的結合力,塗層産生裂縫並拓展分離。

  影響毛刺的大小、斷面形貌特征及極片尺寸精度等質量的因素有很多,根據現有的理論,可以總結爲:極片的物理力學性能、極片厚度、上下成對刀具的側向壓力、上下成對刀具的重疊量、刃口磨損狀態、咬入角、

  (1)材料物理力學性能的影響。一般說,材料的塑性好,剪切時裂紋會出現得較遲,滾剪刀片材料被剪切的深度較大,所得斷面光亮帶所占的比例***大;而塑性差的材料,在同樣的參數條件下,則容易發生斷裂,斷面的撕裂帶所占的比例***會偏大,光亮帶自然也較小。

  (2)上下成對刀具側向壓力的影響。在極片的分切中,刀具側向壓力是影響分切質量的關鍵因素之一。剪切時,斷裂面上下裂紋是否重合、剪切力的應力應變狀態都與側向壓力的大小關系密切。側向壓力太小時,極片分切可能出現分切斷面不齊整、掉料等缺陷,而壓力太大,刀具更容易磨損,壽命更短。

  (3)上下成對刀具的重疊量的影響。重疊量的設置主要與極片的厚度有關,合理的重疊量有利于刀具的咬合,其影響包括剪切質量的優劣、毛剌的大小和刀具刃口磨損快慢等問題。

  (4)咬入角的影響。圓盤分切中,咬入角是指剪切段和被剪板材中心線的夾角。工序毛刺分咬入角增加,剪切力所産生的水平分力也會增大。如果水平分力大于極片的進料張力,板材要麽打滑,要麽在圓刀前拱起來而無法剪切。而咬入角減小,刀片的直徑***要增大,分條機的尺寸相應的也要增大。因此如何平衡咬入角、刀片直徑、板料厚度以及重疊量,必須參考實際工況而定。

  在極片分切工藝中,刀具的側向壓力和重疊量是圓盤切刀部的主要調整參數,需要根據極片的性質和厚度詳細調整。以往的設備制造和工藝中,調刀往往缺少***數值參數,而是憑借經驗根據極片批次進行相應的調節。隨著設備技術的進步,調刀技術也不斷進步,並且數值化。目前出現極片分切機刀具側向壓力氣缸自動調節裝置,極片分切時通過設定氣缸壓力來調節刀具側向壓力而控制分切質量。

  極片分切斷面典型形貌圖,斷裂面塗層主要顆粒之間相互剝離斷裂,而集流體發生塑性切斷和撕裂。當極片塗層壓實密度增大,顆粒之間的結合力增強時,極片塗層部分顆粒也出現被切斷的情況。極片分切中存在的主要缺陷包括以下幾種:

  毛刺,特別是金屬毛刺對锂電池的危害巨大,尺寸較大的金屬毛刺直接刺穿隔膜,導致正負極之間短路。而極片分切工藝是锂離子電池制造工藝中毛刺産生的主要過程。圖3所示即爲極片分切産生的金屬毛刺的典型形貌,極片在分切時形成了集流體毛刺,尺寸達到100μm以上。通過切刀倒角、刀具側向壓力以及收放卷張力的調節來控制毛刺的數量和尺寸。

  爲了避免這種情況出現,調刀時根據極片的性質和厚度,找到***合適的側向壓力和刀具重疊量是***關鍵的。另外,通過還可以切刀倒角,收放卷張力來改善極片邊緣品質。

  極片分切時存在的掉料和波浪邊缺陷,波浪邊。出現波浪邊時,極片分切和卷繞時會出現邊緣糾偏抖動,從而引起工藝精度,另外對電池***終的厚度和形貌也會出現不良影響。

  極片出現掉粉會影響電池性能,正極掉粉時,電池容量減小,而負極掉粉時出現負極無法包裹住正極的情形,容易造成析锂。

  極片分切機是按電池規格,對經過輥壓的電池極片進行分切,要求分切極片尺寸精度高等。卷繞電池設計時,隔膜要包裹住負極避免正負極極片之間直接接觸形成短路,負極要包裹住正極避免充電時正極的锂離子沒有負極活物質接納出現析锂,一般地,負極和隔膜、負極和正極的尺寸差爲2-3mm,而且隨著比能量要求提高,這個尺寸差還不斷減小。因此,極片尺寸精度要求越來越高,否則電池會出現嚴重的品質問題。

  在極片分切過程中,分切圓盤刀片的質量直接影響到極片分切的性能。分切機需要長期運行,因此***需要分切刀片擁有較好的機械性能,如硬度、制造工藝和耐磨性等都很重要。圓盤切刀連續運行中都存在***的壽命,在分切工藝中需要對切刀進行壽命管理,一般地,極片圓盤分切刀的主要失效方式爲刀具磨損,具體包括:

  極片分切圓盤刀存在側向壓力,上下刀具在刀刃口側面相互重疊,連續分切過程中,刃口局部承受的應力大且集中,由于頻繁的擠壓、剪切、摩擦和循環交變的機械載荷作用,在刃口區易出現疲

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