鋰離子電池作為現(xiàn)代電子設(shè)備中不可或缺的能源存儲(chǔ)單元，其性能的優(yōu)劣直接影響到設(shè)備的可靠性和安全性。極片的分切工藝是制造過(guò)程中一個(gè)關(guān)鍵步驟，它決定了電池的物理特性和電池的整體性能。在這一過(guò)程中，美能光子灣超景深顯微鏡的應(yīng)用，以其亞微米級(jí)的測(cè)量能力和對(duì)各種精密器件及材料表面的高清成像，為鋰離子電池極片分切工藝的缺陷檢測(cè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，進(jìn)一步確保了電池的質(zhì)量和性能。

在鋰離子電池生產(chǎn)中，需要對(duì)正極極片、負(fù)極極片、極耳和隔膜等材料分切，這些材料的性質(zhì)如下表所示：

極片輥壓后的典型性質(zhì)

#Part.01

刀盤(pán)水平間隙和垂直間隙

切面形貌是判斷剪切效果的重要依據(jù)，一般光滑剪切面的寬度是板材壁厚的1/3~1/2，光滑剪切面和無(wú)光撕裂面邊界平直、邊緣毛刺較小時(shí)，表明剪切效果較好。分切時(shí)刀盤(pán)的水平間隙和垂直間隙(如下圖所示)直接影響切面形貌，另外切面形貌也是判斷水平間隙和垂直間隙合理性的依據(jù)。

配刀間隙示意圖

水平間隙

水平間隙大小取決于被剪金屬板材的強(qiáng)度與厚度，一般隨著被剪板材厚度與強(qiáng)度的增加，水平間隙應(yīng)適當(dāng)增加。材料較軟時(shí)，水平間隙可取材料厚度的5%~10%，材料較硬時(shí)，可取10%~20%。下表給出了水平間隙的參考值。

在剪切過(guò)程中，水平間隙對(duì)剪切變形和受力影響見(jiàn)下圖所示。

板材在上、下刀盤(pán)剪切力的作用下產(chǎn)生變形，上下剪切力與板材表面平行方向的分力，作用于剪刃間板材兩端且方向相反，稱(chēng)為拉應(yīng)力；而垂直于表面方向的力，稱(chēng)為壓應(yīng)力，主要起剪切作用。

剪切力產(chǎn)生的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的大小主要與水平間隙有關(guān)，水平間隙越大，拉應(yīng)力越大，壓應(yīng)力越小。

垂直間隙

垂直間隙是指在垂直方向上刀盤(pán)的最大重疊量，上下刀盤(pán)重疊時(shí)取正值，反之取負(fù)值。

當(dāng)垂直間隙過(guò)小時(shí)，上下剪刃處裂紋不能重合，會(huì)出現(xiàn)局部彎曲或切不開(kāi)現(xiàn)象。

垂直間隙適合時(shí)，光滑剪切面和無(wú)光撕裂面的寬度分布合理，形成的毛刺較小。

垂直間隙過(guò)大時(shí)，會(huì)使光滑剪切面增大，無(wú)光撕裂面減小甚至消失，邊緣出現(xiàn)變形(翹邊或荷葉邊)、毛刺增大等缺陷。

下表給出了不同板材厚度對(duì)應(yīng)的垂直間隙參考值。

由表可見(jiàn)，隨著板材度增加，垂直間隙先增加后減小，在板材厚度為1.5mm時(shí)垂直間隙最大，為0.55。

剪刃的垂直間隙還與帶材塑韌性有關(guān)。一般塑性較好的材料需要增大垂直間隙，增大剪切區(qū)面積，減小撕裂區(qū)面積，以增加斷面平整度。

#Part.02

剪切速率

剪切是金屬塑性變形、裂紋萌生到擴(kuò)展斷裂的過(guò)程，需要在一定時(shí)間內(nèi)完成。當(dāng)剪切速率大于塑性變形和斷裂速率時(shí)，就會(huì)引起脆性增強(qiáng)、變形抗力增大。

剪切速率的提高，對(duì)于塑性材料可促使切面脆性斷裂，增大無(wú)光撕裂面，減小光滑剪切面，改善剪切面品質(zhì)；而對(duì)于脆性材料不會(huì)改變剪切斷面形態(tài)。但剪切速率過(guò)快，會(huì)使剪切力過(guò)大，刀具溫升增大，磨損加劇，剪切穩(wěn)定性下降。

圓盤(pán)剪常用剪切速率

極片的集流體通常為塑韌性較好的鋁和銅，不易得到整齊的切面，較快的剪切速率可以使極片趨向于脆性斷裂，更容易獲得整齊的切面，減小毛刺。一般圓盤(pán)剪切機(jī)的剪切速率可達(dá)到500m/min。

#Application

美能光子灣超景深顯微鏡

在鋰電分切工藝缺陷檢測(cè)的應(yīng)用

隨著鋰離子電池的電池容量不斷提升，對(duì)電池的安全性能要求也不斷提高，隔膜變得越來(lái)越薄，電芯厚度占?xì)んw厚度的比例也越來(lái)越大，金屬殼體對(duì)電芯壓力增加，毛刺和粉塵刺破隔膜帶來(lái)短路和自放電的風(fēng)險(xiǎn)就越來(lái)越大。因此對(duì)極片毛刺和粉塵的控制需要越加嚴(yán)格。

鋰離子電池極片邊緣毛刺

美能光子灣超景深顯微鏡在鋰離子電池行業(yè)中的應(yīng)用

#ME-UD6300

美能光子灣超景深顯微鏡

美能光子灣超景深顯微鏡是一款用于對(duì)各種精密器件及材料表面進(jìn)行亞微米級(jí)測(cè)量的檢測(cè)儀器。與傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡不同，該設(shè)備擁有更大的景深、更廣的視野、更高的放大倍率、更全的觀(guān)測(cè)角度，足以應(yīng)對(duì)各種極具挑戰(zhàn)的觀(guān)測(cè)場(chǎng)景。

• 超清數(shù)字成像器件，3840*2160 800W像素超高速實(shí)時(shí)傳輸

• 多種HDR技術(shù)結(jié)合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)亮區(qū)暗區(qū)真實(shí)呈現(xiàn)

• 先進(jìn)的遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保證真彩與銳利、低畸變圖像質(zhì)量

綜上所述，鋰離子電池極片分切工藝是電池制造中一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)刀盤(pán)水平間隙和垂直間隙的精確控制，以及對(duì)剪切速率的合理調(diào)整，可以顯著提升電池極片的剪切質(zhì)量，減少毛刺和粉塵的產(chǎn)生，從而提高電池的安全性能和使用壽命。美能光子灣超景深顯微鏡為極片分切工藝提供了精確的檢測(cè)手段，幫助提升電池的整體質(zhì)量和安全性。