分切又稱分條，指對涂布完成的較大幅寬的膜片進行縱向分切，將其一分為多，并收卷成一定寬度規(guī)格的上、下單卷的過程。切刀主要有上、下圓盤刀，裝在分切機的刀軸上，利用滾剪原理來分切厚度為0.01~0.1mm成卷的鋁箔、銅箔、正負極極片等分切產品主要受到切刀質量、切刀角度以及膜片張力的影響。分條后的極片不能出現褶皺、脫粉，要求分條尺寸精度高等，同時極片邊緣的毛刺小，否則在毛刺上會產生枝晶刺破隔膜，造成電池內部的短路。
01 分切設備的指標
分切設備也稱分條機或縱切機，指在恒定張力的情況下將鋰離子電池極片、聚合物電池極片、鎳氫電池極片及有色金屬板材或卷材分切至所需要的尺寸規(guī)格，并保證一定工藝要求的生產設備。電池極片分切的尺寸精度高，同時極片邊緣毛刺小，否則會產生枝晶刺穿隔膜，造成電池內部短路，其性能指標主要有分切精度、分切裝機精度、刀模調整范圍等。
(1)分切精度
分切后極片縱向毛刺≤7μm，橫向毛刺≤12μm，極片切口處無分層、褶皺現象，幾何尺寸線性公差滿足電池工藝要求，主要指刀軸及分切刀片的尺寸公差及圓跳動、同軸度。
(2)分切裝機精度
分切設備裝配調試完成后空載檢測的導輥和刀模精度，主要指導輥表面粗糙度Ra=0.4，導輥圓柱度≤0.03mm，導輥安裝后全跳動≤0.05mm和刀模組件裝配后的跳動≤10μm。
(3)刀模調整范圍
分切設備上下刀片之間在分切材料部位可調整距離的變化范圍。
02 分切設備的組成及關鍵結構
2.1 分切設備的組成
分切設備主要由放卷裝置、放卷張力控制、放卷糾偏控制、接帶、CCD外觀缺失檢測系統(tǒng)、分切、分切后寬度檢測系統(tǒng)、除塵、收卷張力檢測、貼標裝置、收卷裝置及電氣系統(tǒng)等構成。
標準配置全自動鋰電分切設備為機架立式安裝，采用上下雙滑差軸同向中心收卷方式，收卷、放卷的夾緊及刀模、壓輥的動作全為氣動控制，操作簡便快捷。單電機變頻驅動，同步帶傳動，運行平穩(wěn)可靠，噪聲小;磁粉離合器制動器控制放卷，這樣張力控制精度高、響應快、可調范圍廣，分切設備組成如圖1所示。
圖1 標準機型分切設備結構示意圖
1—后墻板;2—前墻板;3—底座;4—電柜;5—放卷裝置;6—糾偏裝置;7—接帶平臺;8—刀模;9—刷粉裝置;10—收卷壓輪裝置;11—收卷滑差軸裝置
①機體。采用優(yōu)質碳素結構鋼焊接制作，用于支撐分切設備的機架和電柜，前后墻板用連接梁連接后，立式固定在底座上。
②放卷裝置。放卷采用氣脹軸方式，通過在放卷氣脹軸端連接一個磁粉制動器，給放卷軸一個與牽引方向相反并且可以控制的阻力從而實現放卷張力。
③糾偏裝置。采用單感應探頭尋邊糾偏，選用高精度糾偏系統(tǒng)，糾偏精度±0.1mm，糾偏行程≥120mm。傳感器位置調節(jié)機構采用螺桿調節(jié)，并且配數顯刻度尺以及手柄式鎖緊機構。
④接帶平臺。接帶平臺縫隙寬度1mm，深度>10mm，氣動壓桿壓緊極片，接帶平臺增加5.0mm黑色賽鋼，增加刻度標尺，基準0刻度與刀?；鶞矢籼讓挾葘止みM行材料接合，需保證極片正常走帶時距接帶平臺和壓條距離為10mm，增加防呆措施，開機時如果壓桿處于下壓狀態(tài)，須有報警并提示的功能，解除報警才可開機。
⑤刀模。上刀與下刀間隙方便固定，刀模采用單軸傳動。兩主軸材料40Cr，底板和支座S136鋼，表面淬火硬度HRC50以上，刀模整體外觀無銹漬，刀模入口調節(jié)輥刻度指示要求，入料輥的直徑?50mm，最下點與下刀片最高點在同一水平位置時，刻度指示為零，上調為正，下調為負，刀模調節(jié)輥刻度尺按±5mm制作，調節(jié)輥材料為鋁合金，表面茶色陽極硬化處理，硬度不小于HRB300，兩端支座采用螺桿結構，上下可調，刻度指示為零，分路輥相對零位調節(jié)采用正負角度表示，調節(jié)范圍±3°。
⑥刷粉裝置。采用可拆卸式毛刷輥，使用夾式安裝，軸孔固定，拔銷傳動，拆裝簡單;毛刷刷毛采用軟質尼龍毛，防止硬度過大而損傷極片;毛刷輥為盤繞式植毛，植毛密度大，保證除塵效果;毛刷轉動方向為逆極片走帶方向，以增強除塵效果;毛刷除塵裝置工作時左右兩毛刷相互嵌入，以保證刷毛有效接觸極片并施加一定的壓力，且有足夠的彈力，確保極片除塵的有效性。兩毛刷相互嵌入深度為2～3mm(通過調整除塵盒邊緣密封材料厚度控制)，兩毛刷中心距需要用刻度(標識)進行表示，毛刷可上下移動50mm，利于穿帶，有10mm位置精確調節(jié)有利于除塵效果調節(jié)。毛刷轉速為0～300r/min可調。
⑦收卷壓輪裝置。上下收卷軸各一套壓輪機構，壓輪表面鍍鉻或噴陶瓷處理，避免極片分切后出現翻邊現象。
⑧收卷滑差軸裝置。上下兩根收卷滑差軸，利于差速軸收卷，配隔層板，可進行張力×條數的量化設置，并根據不同分切寬度自動調整張力基數，能自行設定張力基數，持續(xù)保證張力恒定、穩(wěn)定，連續(xù)分切不會造成斷帶。
2.2 分切設備的關鍵結構
分切設備關鍵機構主要有收放卷的恒張力控制機構、滑差軸機構和糾偏機構等。
1)恒張力控制結構
①恒張力控制原理。對于分切極片收放卷過程中，放卷卷徑減小，收卷卷徑增大，卷徑的變化在電機恒轉速控制條件下張力會不斷變化，可能導致張力過小材料褶皺或者張力過大拉斷。為避免這種問題，材料在收放過程中恒張力是必要的，恒張力控制的實質是在張力不變的情況下，調整電機的輸出轉矩隨卷徑變化而變化。電機轉矩控制通過變頻器和三相異步電機實現，臺達V系列變頻器提供了三路模擬量輸進端口：AUI、AVI、ACI。這三路模擬量輸進端口能夠定義為多種功能，一路作為轉矩給定，另外一路作為速度限制。0～10V對應變頻器輸出0至電機額定轉矩，這樣通過調整0～10V的電壓就能夠完成恒張力的控制。
②張力與轉矩的計算。由圖2動力學分析得：
圖2 張力與轉矩的計算
FD/2=Ti
式中 F——張力;D——卷徑;T——電機轉矩;i——減速比。
電機額定轉矩表達式為：
T=9550P/n
式中 T——電機的額定轉矩，N·m;P——電機的額定功率，kW;n——電機的額定轉速，r/min。
③電機同步轉速計算。由于已知變頻器工作在低頻時，分切機交流異步電機的特性不好，激活轉矩低而且分線性，因此在收卷的整個過程中要盡量避免收卷電機工作在2Hz以下。因此收卷電機有個速度的限制。對于4級電機，其同步轉速計算如下：
n=60f/p=60×2/2=60r/min
式中 f——電源頻率，Hz;n——收卷電機轉速，r/min;p——電機磁極對數。
④限速運行。系統(tǒng)采用張力控制時，分切機要對速度進行限制，否則會出現飛車，因此要限速運行。極片運行速度V的表達式為：
V=πDn/i
式中 D——收卷的最大卷徑，m;n——轉速，r/min;i——傳動比。
⑤自動張力控制器。自動張力控制器，主要由張力檢測器、高精度A/D和D/A轉換器、高性能單片機等組成。該自動恒張力控制器是根據張力檢測器測量到卷料的張力與設定的目標張力相比較后，經單片機PID運算自動調整D/A輸出從而改變磁粉離合，制動器的勵磁電流或伺服電機的轉矩實現卷料的恒張力，可廣泛用于各種需對張力進行精密測控的場合，具有使用靈活和適用范圍廣等特點。可以自動與手動自由切換，工作人員在使用過程中可根據實際需要進行自動或者手動的切換。
⑥收卷錐度張力。極片分切收放卷通常采用恒定張力卷取的控制方式，即放卷機在對極片開始纏繞、卷取進行以及結束卷取整個過程始終采用恒定張力運轉;但由于卷取時一般都會在收卷裝置安裝套筒，而套筒對材料的卷取會有比較明顯的反作用力，如果采用恒定張力卷取，則很容易造成極片纏繞中心突出現象，甚至損壞設備。如采取錐度張力控制方案，則可很大程度地解決上述問題，如圖3所示錐度張力曲線呈現為1個尖頂錐狀，能夠在卷心形成較大張力，而隨著材料卷直徑變大，使外層張力逐漸減小，卷取時通過張力的控制對材料卷子進行“內緊外松”的卷取從而滿足材料卷取的工藝要求。
圖3 錐度張力示意圖
張力錐度公式：
F=F0×[1-K(1-D0/D)]
其中 F——實際輸出張力，N;F0——設定張力，N;K——張力錐度系數;D0——最小卷徑，m;D——當前卷徑，m。
2)糾偏控制結構
①“跑偏”現象。極片在收放卷時，由于極片涂布不均勻、極片縱向張力不均勻、極片邊緣不整齊、輸送輥與輥之間安裝不平行、輸送輥錐面極片與輥面摩擦力過大等原因，導致極片在輸送過程中出現“跑偏”現象，為避免跑偏現象，在分切機收放卷裝置上安裝糾偏裝置。
②糾偏方法。按糾偏設備安裝位置不同，可以分為雙邊糾偏和單邊糾偏兩種。
雙邊糾偏：特別對邊緣不整齊、有錯層或塔形的極片，或者在放卷過程中極片不易對準機組中心線等放卷機多選用雙邊糾偏。雙邊糾偏一般有兩種形式。一種方式是雙檢測光頭系統(tǒng)，即對中系統(tǒng)，簡稱CPC(center position control)，如圖4所示。兩組檢測光頭，對稱于機組中心線設置，通過一根正反扣螺桿由一臺步進電機帶動做反向運動，即同步向內或向外運動。當極片開始穿帶進入機組后，光頭向內移動，當其中只有一個光頭檢測到帶邊時，說明極片已偏向了此方向，同時發(fā)出信號，移動放卷機帶動極片移動，直到兩邊光頭都檢測到極片兩邊輸出相等時，光頭停止移動，放卷機停止移動，極片已處于中心位置。這種方式的優(yōu)點是放卷操作時不需要考慮帶卷寬度系統(tǒng)可以做到自動對中心。另一種方式是通過檢測極片的邊部位置進行控制，使送入機組的極片邊部位置固定，簡稱為EPC(edge position control)。光頭架裝在機組傳動側。首先根據來料的寬度，預先設置好檢測光頭的位置。當放卷極片送入機組后，檢測光頭根據被極片遮蓋情況(全蓋、全亮、半蓋的程度)發(fā)出信號，移動放卷機使極片一邊邊部始終處在光頭半遮蓋位置。這種方式的優(yōu)點是單光頭，光頭裝置相對簡單一些，但是在操作前必須根據不同的帶寬，預先調節(jié)好光頭的原始位置。
圖4 雙邊糾偏系統(tǒng)
1—電控柜;2—位置控制檢測器;3—C形架;4—發(fā)送光源;5—放卷機;6—中心位置檢測器;7—移動液壓缸;8—液壓站/伺服閥;9—極片
單邊糾偏：對于邊緣比較整齊的極片多采用單邊糾偏。邊部平齊的極片在運輸和處理過程中不容易受到損傷，為了達到卷齊都是采用一組光頭檢測邊部。檢測光頭的設置位置可以在放卷機上伸出一個臂來安裝光頭，光頭隨收卷機一起移動(圖5);也可以在機組出口偏導輥附近單獨地設置一個光頭座。一組絲桿通過一個步進電機帶動光頭，或者移動整個光頭支座，在移動座上帶有位置傳感器。這兩種方式的工作過程如下：當極片送到卷筒軸上并咬住頭之后，檢測光頭送進，直到檢測到帶卷邊部遮住一半光源為止，同時自動投入閉環(huán)控制系統(tǒng)。當帶邊位置發(fā)生變化時，檢測光頭繼續(xù)跟隨，并隨時將偏移值輸入控制系統(tǒng)，使放卷機糾偏移動油缸也同方向移動相同距離，最后達到收卷齊的目的。
圖5 單邊糾偏裝置
1—液壓站/伺服閥;2—電控柜;3—位置控制檢測器;4—極片;5—偏導輥;6—發(fā)送光源;7—收卷機;8—中心位置檢測器;9—移動液壓缸
3)滑差軸分切結構
滑差軸是利用軸上各個滑差環(huán)打滑的原理，使軸上多個卷筒料始終保持張力平衡，完成收放卷工作?；钶S的主要用途是在收卷流程中對材料的拉力調整，通過在卷軸運行時保持所有料卷適當的張力，在電池極片應用方面，滑差軸收卷大大提高了良品率，降低了生產成本，是鋰電池分切機(分條機)上的重要零部件。
①工作原理。中心氣壓滑差軸是張力調節(jié)式滑差軸，滑差環(huán)獨立打滑。滑差軸以精密空芯通氣主軸為核心，利用壓縮空氣推動腔體內的活塞，使軸芯通過摩擦件與滑差環(huán)之間產生摩擦轉矩，進一步帶動斜契底座上的斜脹片向外徑方向擴張，擠壓收卷筒，傳遞收卷筒的扭矩，從而達到恒張力卷取。
②主體結構。滑差軸結構特殊，由多個滑差環(huán)組成，工作時，滑差環(huán)受控以一定的滑轉力矩值(扭矩)打滑，滑動量正好補償產生的速度差，從而精確地控制每一卷材料的張力，得以恒張力卷取，保證了卷取質量?？蓱糜谟蓸O低到最高張力的范圍，適用于高速、材料厚度誤差大、多段張力控制、張力控制精度高、端面收卷整齊的要求。最適合雙軸中心卷取式分切機使用。
③代表產品。日本東伸滑差軸、西村滑差軸。其控制精度高，成本相對較高?；钶S的主要單元是氣脹單元(由腔體、斜契底座、活塞、氣封、軸承和彈簧及脹片組成)，每組單元長度40mm，18組單元可任意位置互換和獨立更換，從而提高了使用壽命和檢修的方便性。
④材質工藝。產品本體由調質模具鋼或鋁合金硬質氧化制作，橡膠脹片用耐高溫耐磨聚氨酯材料硫化制作，具體依據最大張力要求而定?？筛鶕笾贫ú煌叽绲幕钶S，包括主軸、氣脹單元、脹片、彈簧、十字聯軸器等零部件。
⑤使用說明。滑差軸有效提高了分切機的速度、收卷精度、自動化程度，準備時間減少，操作更人性化。應用滑差軸收卷更是大大提高正品率，降低生產成本。我們的滑差軸可以保證最高料卷質量，通過在卷軸運行時保持所有料卷適當的張力。
2.3 極片分切與其他普通金屬板材分切有什么不同?
與金屬板材分切加工比較，鋰電池極片圓盤剪的裁切方式具有完全不同的特點：
1. 極片分切時，上下圓盤刀具有后角，類似于剪刀刀刃，刃口寬度特別小。上下圓盤刀不存在水平間隙(圖中所示參數c相當于負值)，而是上下刀相互接觸并存在側向壓力。
2. 板料分切時上下基本上都有橡膠托輥，平衡上下刀在剪切時產生的剪力和剪切力矩，避免板料的大幅變形。而極片分切沒有上下托輥。
3. 極片涂層是由顆粒組成的復合材料，幾乎沒有塑性變形能力，當上下圓盤刀產生的內應力大于涂層顆粒之間的結合力，涂層產生裂縫并拓展分離。
2.4 分切有哪些關鍵點?
1. 材料物理力學性能的影響
一般說，材料的塑性好，剪切時裂紋會出現得較遲，材料被剪切的深度較大，所得斷面光亮帶所占的比例就大;而塑性差的材料，在同樣的參數條件下，則容易發(fā)生斷裂，斷面的撕裂帶所占的比例就會偏大，光亮帶自然也較小。
2. 上下成對刀具側向壓力的影響
在極片的分切中，刀具側向壓力是影響分切質量的關鍵因素之一。剪切時，斷裂面上下裂紋是否重合、剪切力的應力應變狀態(tài)都與側向壓力的大小關系密切。側向壓力太小時，極片分切可能出現分切斷面不齊整、掉料等缺陷，而壓力太大，刀具更容易磨損，壽命更短。
3. 上下成對刀具的重疊量(上圖中參數δ)的影響
重疊量的設置主要與極片的厚度有關，合理的重疊量有利于刀具的咬合，其影響包括剪切質量的優(yōu)劣、毛剌的大小和刀具刃口磨損快慢等問題。
4. 咬入角(上圖中參數α)的影響
圓盤分切中，咬入角是指剪切段和被剪板材中心線的夾角。咬入角增加，剪切力所產生的水平分力也會增大。如果水平分力大于極片的進料張力，板材要么打滑，要么在圓刀前拱起來而無法剪切。而咬入角減小，刀片的直徑就要增大，分條機的尺寸相應的也要增大。因此如何平衡咬入角、刀片直徑、板料厚度以及重疊量，必須參考實際工況而定。
2.5 缺陷
極片分切中存在的主要缺陷包括以下幾種：
1)毛刺
毛刺，特別是金屬毛刺對鋰電池的危害巨大，尺寸較大的金屬毛刺直接刺穿隔膜，導致正負極之間短路。而極片分切工藝是鋰離子電池制造工藝中毛刺產生的主要過程。上圖所示即為極片分切產生的金屬毛刺的典型形貌，極片在分切時，由于張力控制不穩(wěn)定導致二次切削形成箔材毛刺，尺寸達到100μm以上。為了避免這種情況出現，調刀時根據極片的性質和厚度，找到最合適的側向壓力和刀具重疊量是最關鍵的。另外，通過還可以切刀倒角，收放卷張力來改善極片邊緣品質。
2)波浪邊
極片分切時，由于切刀重疊量和壓力不合適，會形成波浪邊和切口涂層脫落，出現波浪邊時，極片分切和卷繞時會出現邊緣糾偏抖動，從而引起工藝精度，另外對電池最終的厚度和形貌也會出現不良影響。
03 分切設備的選擇與應用案例
(1)設備選擇
分切機選用考慮分切精度、分切裝機精度和刀模調整范圍等。
(2)應用案例
以朝陽機械制造有限公司分切機
ZY750-C600-C50為例，其為極片來料寬度≤750mm，收放卷直徑為?600mm，最窄分切寬度30mm，帶CCD檢測系統(tǒng)設備運行速度50m/min的C型全自動鋰電分切設備。CCD檢測系統(tǒng)用于檢測極片的破損、褶皺等問題。
04 分切設備使用與維護
(1)分切機的使用
以某公司65型分切機為例，介紹分切機的使用。圖6為系統(tǒng)主界面，單擊“進入系統(tǒng)”進入該系統(tǒng)，其操作按鈕界面如圖7所示，各功能按鈕說明如下。
圖6 分切機控制系統(tǒng)主界面
圖7 操作按鈕界面
計米測量：設備自動運行狀態(tài)下生產的長度，此長度可清零。
生產總長度：設備自動運行狀態(tài)下累計長度，不可清零。
設定線速度：用戶通過HMI(或速度調節(jié)器)設定的當前運行速度。
實際線速度：設備當前運行的實時速度顯示。
速度+：每按1次當前速度增加1m/min(增加值可設定)。
速度-：每按1次當前速度減小1m/min(減小值可設定)。
放卷張力：設備通過放卷張力傳感器檢測的放卷實時張力。
收卷直徑：設備的實時收卷直徑。
上收卷張力：設備上層收卷的實時張力。
下收卷張力：設備下層收卷的實時張力。
參數畫面：進入參數畫面，設置牽引速度、放卷張力和收卷張力值、牽引力矩等參數。
切刀畫面：進入切刀畫面，設置切刀使用長度，各長度值清零，確定是否啟用該切刀等。
手動：進入手動調試操作畫面，手動控制放卷、收卷、毛刷和刀模的啟停等。
自動：選擇自動模式。
啟動：全線啟動(自動模式下有效)。
停止：全線停止(自動模式下有效)。
高速：以高速運行設備。
低速：以低速運行設備。
(2)分切機的安裝調試
分切機操作分為張力調節(jié)、EPC糾偏調節(jié)和收卷電氣比例閥調試三個環(huán)節(jié)，其中電氣比例閥調試較為關鍵，其操作步驟如下。
①按接線要求接通24V電源。
②給比例閥通壓縮空氣，進氣壓范圍在0.5～0.65MPa。
③按“解鎖(UNLOCK)”或“上鎖(LOCK)”大于3s，指示燈閃爍。
④間斷按SET鍵，分別顯示GL.9/F01/F02(F01=下限，F02=上限)。
⑤當F01與數字閃爍顯示時，按下降或上升鍵，數字下降或上升，一般F01=0.15～0.25。
⑥當F02與數字閃爍顯示時，按下降或上升鍵，數字下降或上升，一般F02=0.45～0.50。
⑦調試完成后按SET鍵。
(3)分切機的操作注意事項和維護
①操作人員必須先培訓再上崗，必須熟知分切機的使用方法、設備的性能及一般的維修方法。非本工種人員不得隨意操作。
②做好開機前的勞動防護，備好操作的一些輔助工具和材料(調刀工具，作業(yè)要求的紙箱、紙管、裁紙刀、膠帶等)并放在機臺的合適位置。
③確保設備在安全狀態(tài)下，打開電氣開關，檢查電路是否缺相以及氣路是否暢通，試運行機器，查看電氣、氣動和機械設備是否運行正常。
④檢查機械的防護設施是否完善。操作過程中要防止壓傷、劃傷或帶進轉動的齒輪、鏈條和滾筒等。
⑤調刀：根據作業(yè)要求調整準確的刀距，注意刀口的方向。必要時要把底刀取下重新排刀，刀有豁口或不鋒利要及時修理更換。
⑥查看靜電消除設施及機臺地線的連接，保證操作時材料靜電得到消除。把機臺下鋪好廢紙，防止灰塵吸附。
⑦上料時注意安全。把材料推到合適位置進行充氣，注意材料的轉動方向，不可上反。
⑧穿帶和對邊：把材料按設備設定的方向從放卷穿到收卷，并調整糾偏位置進行對邊，切邊時要保證成品兩邊都有膠水，上料時要注意糾偏行程。要上到糾偏行程的中間，運行時要注意糾偏一邊，超過行程時出現切不到邊要立即處理。
⑨在收卷軸上穿上作業(yè)要求的紙管，對齊材料。需要貼雙面膠的必須貼好雙面膠，調整好合適的收卷張力和放卷張力，進行切邊收卷。
⑩在收卷過程中要嚴格檢驗產品質量，不可把次品或廢品和其他臟物或邊條卷進產品，同時嚴格控制長度。
?停機后要關掉電源和氣源，并對機器進行必要的清洗維護，過渡輥盡量不要用刀刮，設備上的膠水要用溶劑擦拭干凈。
?作業(yè)中遇到問題，停機處理，無法停機處理的一定要減速謹慎處理。
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