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2020-06-08

锂离子电池极片裁切手艺简介

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锂离子电池极片裁切手艺简介

锂离子电池极片颠末浆料涂敷,枯燥和辊压以后,构成集流体及两面涂层的三层复合布局。而后按照电池设想布局和规格,咱们须要再对极片停止裁切。普通地,对卷绕电池,极片按照设想宽度停止分条;叠片电池,极片呼应裁切成片,如图1所示。今朝,锂离子电池极片裁切工艺首要接纳以下三种:(1)圆盘剪分切,(2)模具冲切,(3)激光切割。


锂离子电池极片裁切手艺简介(图1) 图1 锂离子电池正负极极片表现图

 

极片裁切进程中,极片裁切边缘的品德对电池机能和品德具备首要的影响,详细包含:(1)毛刺和杂质,会构成电池内短路,引发自放电乃至热失控;(2)尺寸精度差,没法保障负极完整包裹正极,或隔阂完整断绝正负极极片,引发电池宁静题目;(3)材料热毁伤、涂层零落等,构成材料落空活性,没法阐扬感化;(4)切边不平坦度,引发极片充放电进程的不平均性。是以,极片裁切工艺须要防止这些题目呈现,进步工艺品德。

 

1、圆盘剪分切

 

圆盘分切首要有上、下圆盘刀,装在分切机的刀轴上,操纵滚剪道理来分切厚度为0.01~0.1 mm成卷的正负极极片。对于圆盘分切手艺的根基道理,极片分切品德影响身分,工艺缺点和切刀生效形式,之前已清算,点击链接浏览:

 

锂电池极片圆盘分切工艺根本

 

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,尖锐的刀刃装置在木板上,必然压力感化下将刀刃切开极片。这类工艺模具简略,本钱低,可是冲切品德不易节制,今朝慢慢被裁减。(2)五金模具冲切,操纵冲头和下刀模极小的空隙对极片停止裁切,如图2所示。涂层颗粒经由进程粘结剂毗连在一路,在冲切工艺进程中,在应力感化下涂层颗粒之间剥离,金属箔材发生塑形应变,到达断裂强度以后发生裂纹,裂纹扩大分手,金属箔材断裂分手进程如图3所示。金属材料冲切件的断面分为4个局部: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,冲切件的断面品德也就越高。

 


锂离子电池极片裁切手艺简介(图2)

冲切道理表现图


锂离子电池极片裁切手艺简介(图3)

图3 金属箔材冲堵截裂进程

 

冲切工艺中上冲头和下模之间的冲切空隙,能够用以下公式(1)表现:

  

锂离子电池极片裁切手艺简介(图4)     (1)


此中,CL为冲切空隙,Dd是高低模头的尺寸,t是板材厚度,如图2所示。而斟酌到模具的磨损时,有用冲切空隙Cle界说为公式(2):


锂离子电池极片裁切手艺简介(图5) (2)


此中,模具磨损进程简化为图4a所示,模具磨损量用ab表现,当发生磨损时,跟着ab值变更,当模具发生磨损时,有用冲切空隙Cle也会呼应增添,如图4b所示,有用空隙知足式(2)干系。冲切空隙和模具刃口的磨损环境对冲切进程有首要影响,跟着模具的磨损,冲切空隙增添,模具刃口圆角增大,冲切件的断面品德也会发生转变。


锂离子电池极片裁切手艺简介(图6)

模具磨损与有用冲切空隙

(a)模具磨损表现图,(b)无限冲切空隙跟着磨损量增添曲线干系

 

3、激光切割

 

圆盘分切和模切都存在刀具磨损题目,这轻易引发工艺不不变,致使极片裁切品德差,引发电池机能降落。激光切割具备出产效力高,工艺不变性好的特色,已在产业上操纵于锂离子电池极片的裁切,其根基道理是操纵高功率密度激光束照耀被切割的电池极片,使极片很快被加热至很高的温度,敏捷融化、汽化、烧蚀或到达燃点而构成孔洞,跟着光束在极片上的挪动,孔洞持续构成宽度很窄的切缝,实现对极片的切割。

 

此中,激光能量和切割挪动速率是两个首要的工艺参数,对切割品德影响庞大。图5是差别的激光切割工艺前提下单面涂层负极极片的切边描摹,图6是差别的激光切割工艺前提下单面涂层正极极片的切边描摹。当激光功率太低或挪动速率太快时,极片不能完整切开,而当功率太高或挪动速率太低时,激光对材料感化地区变大,切缝尺寸更大。

 

锂离子电池极片裁切手艺简介(图7)

差别的激光切割工艺前提下单面涂层负极极片的切边描摹


锂离子电池极片裁切手艺简介(图8)

6  差别的激光切割工艺前提下单面涂层正极极片的切边描摹

 

因为锂离子电池极片是双面涂层+中间集流体金属层的布局,并且涂层与金属箔材之间性子差别大,对激光感化的呼应也不不异。激光感化在负极石墨层或正极活物资层时,因为它们具备很高的激光接收率,导热系数也很低,是以,涂层须要绝对较低的融化和汽化激光能量,而金属集流体对激光具备反射感化,并且热传导快,是以金属层的融化和汽化激光能量降低。图7是单面涂层的负极在激光感化下极片厚度标的目的的铜成份和温度散布,当激光感化在石墨层时,因为材料的特征,石墨首要发生汽化,当激光侵入到金属铜箔时,铜箔起头发生融化,构成熔池。工艺参数分歧当令,能够呈现题目:(1)切边涂层零落,显露金属箔材,如图8左图所示;(2)切边四周呈现大批切屑异物。这些城市致使电池呈现机能降落、宁静性品德题目,如图8右图所示。是以,当接纳激光切割时,须要按照活物资材料和金属箔材的特征,优化适合的工艺参数,能力既完整切割极片,又构成杰出的切边品德,不发生金属切屑杂质残留。


锂离子电池极片裁切手艺简介(图9)

7  单面涂层的负极在激光感化下极片厚度标的目的的铜成份和温度散布

 

锂离子电池极片裁切手艺简介(图10)

图8 切边题目:露金属箔和切屑异物

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