锂電池模切如何避免极片毛刺粉尘?

锂電網訊:锂離子電池電芯安全一直是業內人士關注的重點,而這也是動力電池長期發展的關鍵,隨著動力電池這幾年的飛速發展,該問題的重要性日益凸顯。

事实上,電芯的安全隐患主要表现为热失控,影响的因素有很多,比如電芯的材料体系、结构设计、制造工艺、生产控制、终端使用方法等等。目前各大企业主要通过机器人替代人工,来减少安全隐患,同时对各工序机器精度和智能化上的要求也越来越高。其中在模切和叠片工艺中,产生的毛刺和粉尘容易造成電池短路,因此控制极片毛刺粉尘显得尤为重要。


1極片毛刺粉塵産生的原因

極片毛刺是指極片沖切所産生的斷面基材拉伸,彎曲。行業內對極片毛刺的普遍標准是Vh≤15μm(以集流體表面爲基准計算);Vk≤15μm(以極片邊緣爲基准計算)。

極片粉塵是指極片沖切所産生的塗層顆粒或基材碎屑。行業內暫時還沒有對粉塵顆粒的大小形成標准,只是對極片掉粉後漏箔的區域大小有做要求,L≤4mm(連續出現);H≤0.2mm(開裂或漏箔)。

在模切和疊片工序中控制沖切時的毛刺大小,減少沖切時産生的粉塵,以及在極片轉運過程中避免毛刺的産生,已成爲這兩個工序目前面臨的最主要的難題,而要解決這些難題,先要了解毛刺和粉塵産生的原因。

極片毛刺粉塵産生的主要原因有三點:1、沖切方式;2、沖切模具的結構;3沖切模具的材料及加工精度。


?、沖切方式

行業中在極片沖切工序,最常用的方式有以下幾種:

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?、沖切模具沖切極片時毛刺産生的原理:

利用沖頭和下刀極小的間隙對極片進行裁切,間隙的大小是影響毛刺的最大因素:

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?、沖切模具沖切極片時粉塵産生的原理:

上下刀的間隙、壓料板和沖頭的間隙、壓料板壓力的大小及壓料板表面的平面度是影響掉粉的幾大因素。要保證模具各零件的間隙,首先,要選擇好模具材料,其次,要保證加工精度。

a:上下刀的間隙:間隙小時,由于擠壓作用加劇,對極片的沖裁力增大,對表面塗層擠壓增強,塗層開裂、從基材上剝離、脫落。壓料板托料時還會造成斷面和沖頭的二次摩擦。

b:壓料板和沖頭的間隙:間隙過大時,無法壓住斷口邊的塗層,裁斷時造成的塗層擠壓無法壓住。間隙過小時,有摩擦沖頭的風險。

c:壓料板壓力的大小:塗層被擠壓時,壓料板壓力大于擠壓張力,可有效減少塗層開裂、從基材上剝離、脫落等問題。

d:壓料板平面度:如果平面度不好,對斷面的壓實效果不均勻,會出現不連續的塗層開裂等問題。


?、沖切模具的材料及精度:

a:沖壓模具工作時要承受沖擊、振動、摩擦、高壓和拉伸、彎扭等負荷,工作條件複雜,易發生磨損、疲勞、斷裂、變形等現象。因此,對模具工作零件材料的要求比普通零件高,常用材料:

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b:模具精度可分爲加工精度和裝配精度,常用的精加工設備有油割、坐標磨等,加工精度可做到0.001mm,可達到刀口間隙0.002mm的精度要求,裝配精度需要靠定位銷及裝配經驗實現,需要經驗及技能較高的裝配人員。


?、極片流轉過程中的碰撞及摩擦:

現階段采用的設備連線方式爲模切機+極片料盒輸送+疊片機。

缺點:極片沖切完進入料盒,經過輸送進入疊片機,疊片機從料盒中取片,過程中無法避免極片和料盒的碰撞和摩擦,造成極片的掉粉和集流體的變形,是極片不良的潛在風險。


2毛刺粉塵解決方案

了解了毛刺和粉塵産生的原因,解決方案可從以下幾點入手:1、優化現有模具結構;2、改善模具材料;3、提高模具制造和裝配精度;4、改進模切疊片設備工藝;


?、對現有模具的優化

沖切模具結構的穩定性,直接決定了毛刺和掉粉能不能做到可控,現在行業中最常用的結構有以下幾種:

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▲卷繞用極片模切模具

由于卷繞式模切機工藝的特殊性,常用的導柱模具無法將導柱均布,只能制作成沖頭懸臂式,導致上模沖壓點和重心無法重合,模具整體穩定性較差,靠刀模具從根本上解決了上述問題,且成本相對還較低,會是將來重點選用的模具。

沖切模具結構的穩定性,直接決定了毛刺和掉粉能不能做到可控,現在行業中最常用的結構有以下幾種:

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▲疊片用極片模切模具

低速模具也是采用沖頭懸臂式的結構,主要在實驗線上使用,高速模具導柱分布均勻,結構穩定,是産線上主流的模具。


?、模切疊片一體機是終極解決方案

模切疊片一體機在極片沖切完之後可直接進入疊片平台,避免極片和料盒的碰撞和摩擦,徹底解決極片不良的潛在風險。

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