鋰電池極片切割方法及特點(diǎn)有哪些?
鋰離子電池極片經(jīng)過漿料涂敷,干燥和輥壓之后,形成集流體及兩面涂層的三層復(fù)合結(jié)構(gòu)。然后根據(jù)電池設(shè)計結(jié)構(gòu)和規(guī)格,我們需要再對極片進(jìn)行切割。一般地,對卷繞電池,極片根據(jù)設(shè)計寬度進(jìn)行分條;疊片電池,極片相應(yīng)切割成片。目前,鋰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。
鋰電池切割過程中,極片裁切邊緣的質(zhì)量對電池性能和品質(zhì)具有重要的影響,具體包括:(1)毛刺和雜質(zhì),會造成電池內(nèi)短路,引起自放電甚至熱失控;(2)尺寸精度差,無法保證負(fù)極完全包裹正極,或者隔膜完全隔離正負(fù)極極片,引起電池安全問題;(3)材料熱損傷、涂層脫落等,造成材料失去活性,無法發(fā)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,鋰電池極片切割工藝需要避免這些問題出現(xiàn),提高工藝品質(zhì)。
1、圓盤剪分切
圓盤分切主要有上、下圓盤刀,裝在分切機(jī)的刀軸上,利用滾剪原理來分切厚度為0.01~0.1 mm成卷的正負(fù)極極片。
2、模具沖切
鋰電池極片的模切工藝又分為兩種:(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(zhì)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(jìn)行裁切。涂層顆粒通過粘結(jié)劑連接在一起,在沖切工藝過程中,在應(yīng)力作用下涂層顆粒之間剝離,金屬箔材發(fā)生塑形應(yīng)變,達(dá)到斷裂強(qiáng)度之后產(chǎn)生裂紋,裂紋擴(kuò)展分離。金屬材料沖切件的斷面分為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(zhì)量也就越高。
3、鋰電池極片的激光切割
圓盤分切和模切都存在刀具磨損問題,這容易引起工藝不穩(wěn)定,導(dǎo)致極片裁切品質(zhì)差,引起電池性能下降。激光切割具有生產(chǎn)效率高,工藝穩(wěn)定性好的特點(diǎn),已經(jīng)在工業(yè)上應(yīng)用于鋰離子電池極片的裁切,其基本原理是利用高功率密度激光束照射被切割的電池極片,使極片很快被加熱至很高的溫度,迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)而形成孔洞,隨著光束在極片上的移動,孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫,完成對極片的切割。
其中,激光能量和切割移動速度是兩個主要的工藝參數(shù),對切割質(zhì)量影響巨大。當(dāng)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(dāng)功率太高或移動速度太低時,激光對材料作用區(qū)域變大,切縫尺寸更大。
由于鋰電池極片是雙面涂層 中間集流體金屬層的結(jié)構(gòu),而且涂層與金屬箔材之間性質(zhì)差異大,對激光作用的響應(yīng)也不相同。激光作用在負(fù)極石墨層或正極活物質(zhì)層時,由于它們具有很高的激光吸收率,導(dǎo)熱系數(shù)也很低,因此,涂層需要相對較低的熔化和汽化激光能量,而金屬集流體對激光具有反射作用,并且熱傳導(dǎo)快,因此金屬層的熔化和汽化激光能量升高。
鋰電池極片切割工藝參數(shù)不合適時,可能出現(xiàn)問題:(1)切邊涂層脫落,露出金屬箔材;(2)切邊周圍出現(xiàn)大量切屑異物。這些都會導(dǎo)致電池出現(xiàn)性能下降、安全性品質(zhì)問題。因此,當(dāng)采用激光切割時,需要根據(jù)活物質(zhì)材料和金屬箔材的特性,優(yōu)化合適的工藝參數(shù),才能既完全切割極片,又形成良好的切邊質(zhì)量,不產(chǎn)生金屬切屑雜質(zhì)殘留。