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锂电池-工艺-材料配方对极片分切质量的影响

锂电池极片分切是极片加工过程中的常见工序:

极片断面毛刺的是分切质量的关键评价指标

一般而言,诸多因素会对分切质量产生影响,例如极片自身的物理力学性能、极片厚度,上下成对刀具所施加的侧向压力、刀具的重叠量,刃口的磨损状况,咬入角的大小,以及圆盘刀的精度等。而本文着重针对极片理化性质对分切质量造成的影响展开深入分析。

谈及极片理化性能的影响,通常情况下,若材料塑性佳,在剪切作业时,裂纹出现的时间会相对滞后,材料被剪切的深度更深,最终得到的断面中光亮带所占比例较大;相反,若材料塑性欠佳,在相同参数条件下,材料更易发生断裂,断面的撕裂带所占比例偏大,光亮带占比自然较小。

案例分析:

问题:LFP 极片在生产过程中遭遇如下难题:分切端面产生大量金属屑,不仅极片基体出现变形,涂料区域同样有金属屑分布,具体情形如下图所示。

分切原理

分切结构如下所示:

可推测以下原因:

  • 上刀与下刀之间的夹角设计,在切削过程中易留存产生的碎屑。在后续运转时,这些碎屑会被刮移至膜片上。
  • LiFeO₄体系的极片相比其他体系,具有更好的韧性。这使得极片在剪切时会受到横向拉力,导致铝箔容易产生碎屑。这些碎屑随后被上刀带至下方,并刮落到膜片上。
  • 剪切过程中,上刀与下刀贴合紧密,致使切削产生的碎屑无法及时排出,滞留在下刀表面。在后续设备运转时,这些碎屑便会转移到膜片上。(如下图所示)

基于上述推测,进行如下分析:

原因一#

若此原因分析成立,那么在更换新刀后的第一圈,从刀具开始咬合到完全咬合之前的这段距离(即前咬合位到后咬合位之前,长度为 8.5mm 处),应不会产生金属屑。然而,实际检测结果显示,在距离起始位置 5mm 处便已出现金属屑,所以该原因不成立。

原因二#

此原因认为是材料物性导致的问题。要验证这一点,需使用不同材料的极片进行试切。

原因三#

此原因表明刀模需要作为重点改进对象。

试验一#

采用不同材料体系(LCO、LFP、NCM)进行验证,其中 LFP 体系的端面出现了金属屑 。

LCO体系:端面无金属屑,但表面非常粗糙

NCM体系:端面有金属屑,但金属屑不像LFP是连续的长条,呈碎末状。

小结:

通过上述简易试验可知,在使用同一刀模的情况下,材料体系对极片的分切质量有着极为显著的影响。

这表明,当针对不同体系以及不同厚度的极片开展分切加工操作时,必须选用与之适配的、具有针对性的分切参数 ,才能保障分切质量。