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锂电池模切如何避免极片毛刺粉尘?

来源:高工锂电 | 作者:admin | 分类:技术 | 时间:2018-09-11 | 浏览:3798
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锂电网讯:锂离子电池的电芯安全一直是业内人士关注的重点,而这也是动力电池长期发展的关键,随着动力电池这几年的飞速发展,该问题的重要性日益凸显。

事实上,电芯的安全隐患主要表现为热失控,影响的因素有很多,比如电芯的材料体系、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电池短路,因此控制极片毛刺粉尘显得尤为重要。


1极片毛刺粉尘产生的原因

极片毛刺是指极片冲切所产生的断面基材拉伸,弯曲。行业内对极片毛刺的普遍标准是Vh≤15μm(以集流体表面为基准计算);Vk≤15μm(以极片边缘为基准计算)。

极片粉尘是指极片冲切所产生的涂层颗粒或基材碎屑。行业内暂时还没有对粉尘颗粒的大小形成标准,只是对极片掉粉后漏箔的区域大小有做要求,L≤4mm(连续出现);H≤0.2mm(开裂或漏箔)。

在模切和叠片工序中控制冲切时的毛刺大小,减少冲切时产生的粉尘,以及在极片转运过程中避免毛刺的产生,已成为这两个工序目前面临的最主要的难题,而要解决这些难题,先要了解毛刺和粉尘产生的原因。

极片毛刺粉尘产生的主要原因有三点:1、冲切方式;2、冲切模具的结构;3冲切模具的材料及加工精度。


❶、冲切方式

行业中在极片冲切工序,最常用的方式有以下几种:

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❷、冲切模具冲切极片时毛刺产生的原理:

利用冲头和下刀极小的间隙对极片进行裁切,间隙的大小是影响毛刺的最大因素:

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❸、冲切模具冲切极片时粉尘产生的原理:

上下刀的间隙、压料板和冲头的间隙、压料板压力的大小及压料板表面的平面度是影响掉粉的几大因素。要保证模具各零件的间隙,首先,要选择好模具材料,其次,要保证加工精度。

a:上下刀的间隙:间隙小时,由于挤压作用加剧,对极片的冲裁力增大,对表面涂层挤压增强,涂层开裂、从基材上剥离、脱落。压料板托料时还会造成断面和冲头的二次摩擦。

b:压料板和冲头的间隙:间隙过大时,无法压住断口边的涂层,裁断时造成的涂层挤压无法压住。间隙过小时,有摩擦冲头的风险。

c:压料板压力的大小:涂层被挤压时,压料板压力大于挤压张力,可有效减少涂层开裂、从基材上剥离、脱落等问题。

d:压料板平面度:如果平面度不好,对断面的压实效果不均匀,会出现不连续的涂层开裂等问题。


❹、冲切模具的材料及精度:

a:冲压模具工作时要承受冲击、振动、摩擦、高压和拉伸、弯扭等负荷,工作条件复杂,易发生磨损、疲劳、断裂、变形等现象。因此,对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:模具精度可分为加工精度和装配精度,常用的精加工设备有油割、坐标磨等,加工精度可做到0.001mm,可达到刀口间隙0.002mm的精度要求,装配精度需要靠定位销及装配经验实现,需要经验及技能较高的装配人员。


❺、极片流转过程中的碰撞及摩擦:

现阶段采用的设备连线方式为模切机+极片料盒输送+叠片机。

缺点:极片冲切完进入料盒,经过输送进入叠片机,叠片机从料盒中取片,过程中无法避免极片和料盒的碰撞和摩擦,造成极片的掉粉和集流体的变形,是极片不良的潜在风险。


2毛刺粉尘解决方案

了解了毛刺和粉尘产生的原因,解决方案可从以下几点入手:1、优化现有模具结构;2、改善模具材料;3、提高模具制造和装配精度;4、改进模切叠片设备工艺;


❶、对现有模具的优化

冲切模具结构的稳定性,直接决定了毛刺和掉粉能不能做到可控,现在行业中最常用的结构有以下几种:

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▲卷绕用极片模切模具

由于卷绕式模切机工艺的特殊性,常用的导柱模具无法将导柱均布,只能制作成冲头悬臂式,导致上模冲压点和重心无法重合,模具整体稳定性较差,靠刀模具从根本上解决了上述问题,且成本相对还较低,会是将来重点选用的模具。

冲切模具结构的稳定性,直接决定了毛刺和掉粉能不能做到可控,现在行业中最常用的结构有以下几种:

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▲叠片用极片模切模具

低速模具也是采用冲头悬臂式的结构,主要在实验线上使用,高速模具导柱分布均匀,结构稳定,是产线上主流的模具。


❷、模切叠片一体机是终极解决方案

模切叠片一体机在极片冲切完之后可直接进入叠片平台,避免极片和料盒的碰撞和摩擦,彻底解决极片不良的潜在风险。

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