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锂电池极片圆盘分切工艺基础 极片制作是制造锂离子动力电池的基础工艺，对设备的精度、智能化水平、生产性能的可靠性等规定非常高[1]。极片分切机是按电池规格，对通过辊压的电池极片进行分条的装备，重要技术规定是分条后的极片不能出现褶皱、脱粉，规定分条尺寸精度高等，同时极片边沿的毛刺小，否则在毛刺上会产生枝晶刺破隔阂，造成电池内部的短路[2]。圆盘分切刀重要有上、下圆盘刀，装在分切机的刀轴上，运用滚剪原理来分切厚度为 0.01~0.1mm 成卷的铝箔、铜箔、正负极极片等。这里对锂电池极片圆盘分切工艺基础知识整顿，分享并与大家共同窗习。 1、极片圆盘分切原理 参考金属板材圆盘分切过程，先介绍极片圆盘分切的基本原理。如图 1 所示，这是一对普通圆盘切刀对板材进行分切加工时的示意图。首先，当板材与上下刀片的 AB 点接触时，板料就会受到上下刀面的压力而产生弹性变形，并且由于力矩的存在，使板材产生弯曲，在间隙附近的材料内部产生以剪应力为主的应力。随着刀刃点 A、B 旋转到 C、D 位置时，内应力状态满足塑性条件时，产生塑性变形。随着剪切作用过程的继续进行，板材受到的剪切力越来越大，进入到 剪切屈服状态，剪切变形区开始产生宏观的滑移变形，上下圆刀剪切刃开始切入材料，这时刃口附件的材料产生塑性变形(图 1 进料方向观察)，剪切塑性滑移形成，断面光亮。随着刀盘的继续转动材料的塑性变形程度加剧，材料会出现加工硬化，其应力状态也会发生变化，因此造成材料的内部出现微观裂纹，随着变形的继续进行，这些微裂纹汇成主裂纹，转变为裂纹扩展而分离，断面形成撕裂区。 图 1 圆盘分切加工过程示意图 与金属板材分切加工比较，锂电池极片圆盘剪的裁切方式含有完全不同的特点： 极片分切时，上下圆盘刀含有后角，类似与剪刀刀刃，刃口宽度特别小。上下圆盘刀不存在水平间隙（图 1中所示参数 c 相称于负值），而是上下刀互相接触并存在侧 向压力。 板料分切时上下基本上都有橡胶托辊，平衡上下刀在剪切时产生的剪力和剪切力矩，避免板料的大幅变形。而极片分切没有上下托辊。 极片涂层是由颗粒构成的复合材料，几乎没有塑性变形能力，当上下圆盘刀产生的内应力不不大于涂层颗粒之间的结合力，涂层产生裂缝并拓展分离。 2、极片分切质量影响因素 影响毛刺的大小、断面形貌特性及极片尺寸精度等质量的因素有诸多，根据现有的理论，能够总结为：极片的物理力学性能、极片厚度、上下成对刀具的侧向压力（图 1 中参数 c）、上下成对刀具的重叠量（图 1 中参数δ）、刃口磨损状态、咬入角（图 1 中参数α）、圆盘刀精度等。 材料物理力学性能的影响。普通说，材料的塑性好，剪切时裂纹会出现得较迟，材料被剪切的深度较大，所得断面光亮带所占的比例就大；而塑性差的材料，在同样的参数条件下，则容易发生断裂，断面的撕裂带所占的比例就会偏大，光亮带自然也较小。 上下成对刀具侧向压力（图 1 中参数 c 相称于负 值）的影响。在极片的分切中，刀具侧向压力是影响分切质量的核心因素之一。剪切时，断裂面上下裂纹与否重叠、剪切力的应力应变状态都与侧向压力的大小关系亲密。侧向压力太小时，极片分切可能出现分切断面不齐整、掉料等缺点，而压力太大，刀具更容易磨损，寿命更短。 上下成对刀具的重叠量（图 1 中参数δ）的影响。重叠量的设立重要与极片的厚度有关，合理的重叠量有助于刀具的咬合，其影响涉及剪切质量的优劣、毛剌的大小和刀具刃口磨损快慢等问题。 咬入角（图 1 中参数α）的影响。圆盘分切中，咬入角是指剪切段和被剪板材中心线的夹角。咬入角增加，剪切力所产生的水平分力也会增大。如果水平分力不不大于极片的进料张力，板材要么打滑，要么在圆刀前拱起来而无法剪切。而咬入角减小，刀片的直径就要增大，分条机的尺寸对应的也要增大。因此如何平衡咬入角、刀片直径、板料厚度以及重叠量，必须参考实际工况而定。 在极片分切工艺中，刀具的侧向压力和重叠量是圆盘切刀部的重要调节参数，需要根据极片的性质和厚度具体调节。以往的设备制造和工艺中，调刀往往缺少精确数值参数，而是凭借经验根据极片批次进行对应的调节。随着设备技术的进步，调刀技术也不停进步，并且数值化。现在出现极片分 切机刀具侧向压力气缸自动调节装置，极片分切时通过设定气缸压力来调节刀具侧向压力而控制分切质量。 3、极片分切的重要缺点 图 2 为极片分切断面典型形貌图，断裂面涂层重要颗粒之间互相剥离断裂，而集流体发生塑性切断和撕裂。当极片涂层压实密度增大，颗粒之间的结合力增强时，极片涂层部分颗粒也出现被切断的状况。极片分切中存在的重要缺点涉及下列几个： 图 2 极片分切断面典型形貌 毛刺 毛刺，特别是金属毛刺对锂电池的危害巨大，尺寸较大的金属毛刺直接刺穿隔阂，造成正负极之间短路。而极片分切工艺是锂离子电池制造工艺中毛刺产生的重要过程。图