锂電池極片切割方法及特點有哪些？

TIME: 2020-10-25 锂電池百科

锂離子電池極片經過漿料塗敷，幹燥和輥壓之後，形成集流體及兩面塗層的三層複合結構。然後根據電池設計結構和規格，我們需要再對極片進行切割。一般地，對卷繞電池，極片根據設計寬度進行分條；疊片電池，極片相應切割成片。目前，锂電池極片切割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。

锂電池切割過程中，極片裁切邊緣的質量對電池性能和品質具有重要的影響，具體包括：（1）毛刺和雜質，會造成電池內短路，引起自放電甚至熱失控；（2）尺寸精度差，無法保證負極完全包裹正極，或者隔膜完全隔離正負極極片，引起電池安全問題；（3）材料熱損傷、塗層脫落等，造成材料失去活性，無法發揮作用；（4）切邊不平整度，引起極片充放電過程的不均勻性。因此，锂電池極片切割工藝需要避免這些問題出現，提高工藝品質。

1、圓盤剪分切

圆盘分切主要有上、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0.01~0.1 mm成卷的正负极极片。

2、模具沖切

锂電池極片的模切工藝又分爲兩種：（1）木板刀模沖切，鋒利的刀刃安裝在木板上，一定壓力作用下將刀刃切開極片。這種工藝模具簡單，成本低，但是沖切品質不易控制，目前逐步被淘汰。（2）五金模具沖切，利用沖頭和下刀模極小的間隙對極片進行裁切。塗層顆粒通過粘結劑連接在一起，在沖切工藝過程中，在應力作用下塗層顆粒之間剝離，金屬箔材發生塑形應變，達到斷裂強度之後産生裂紋，裂紋擴展分離。金屬材料沖切件的斷面分爲４個部分：塌角、剪切帶、斷裂帶和毛刺。斷面的剪切帶越寬，塌角及毛刺高度越小，沖切件的斷面質量也就越高。

3、锂電池極片的激光切割

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離子電池极片的裁切，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，孔洞连续形成宽度很窄的切缝，完成对极片的切割。

其中，激光能量和切割移動速度是兩個主要的工藝參數，對切割質量影響巨大。當激光功率太低或者移動速度太快時，極片不能完全切開，而當功率太高或移動速度太低時，激光對材料作用區域變大，切縫尺寸更大。

由于锂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，对激光作用的响应也不相同。激光作用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，涂层需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作用，并且热传导快，因此金属层的熔化和汽化激光能量升高。

锂電池極片切割工藝參數不合適時，可能出現問題：（1）切邊塗層脫落，露出金屬箔材；（2）切邊周圍出現大量切屑異物。這些都會導致電池出現性能下降、安全性品質問題。因此，當采用激光切割時，需要根據活物質材料和金屬箔材的特性，優化合適的工藝參數，才能既完全切割極片，又形成良好的切邊質量，不産生金屬切屑雜質殘留。

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