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,導致極片裁切品質差,引起電池性能下降。激光切割具有生產效率高,工藝穩(wěn)定性好的特點,已經在工業(yè)上應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、燒蝕或達到燃點而形成孔洞,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。
由于鋰離子電池極片是雙面涂層+中間集流體金屬層的結構,而且涂層與金屬箔材之間性質差異大,對激光作用的響應也不相同。激光作用在負極石墨層或正極活物質層時,由于它們具有很高的激光吸收率,導熱系數(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,并且熱傳導快,因此金屬層的熔化和汽化激光能量升高。圖7是單面涂層的負極在激光作用下極片厚度方向的銅成分和溫度分布,當激光作用在石墨層時,由于材料的特性,石墨主要發(fā)生汽化,當激光侵入到金屬銅箔時,銅箔開始發(fā)生熔化,形成熔池。
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。這些都會導致電池出現(xiàn)性能下降、安全性品質問題,如圖8右圖所示。因此,當采用激光切割時,需要根據(jù)活物質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量,不產生金屬切屑雜質殘留。
激光能量和切割移動速度是兩個主要的工藝參數(shù),對切割質量影響巨大。不同的激光切割工藝條件下單面涂層負極極片的切邊形貌,不同的激光切割工藝條件下單面涂層正極極片的切邊形貌。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(qū)域變大,切縫尺寸更大。
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