CN114700616A - 一种极片的激光错位模切方法、极片及电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种极片的激光错位模切方法、极片及电池，包括：（1）提供待模切极片和激光模切分切一体机，所述激光模切分切一体机包括若干激光模切装置；（2）待模切极片表面具有并排间隔设置的若干幅涂布区，相邻两个涂布区之间为留白区，涂布区两侧分别为第一侧和第二侧，涂布区的第一侧和第二侧分别向相邻留白区内引出若干第一极耳预留区和若干第二极耳预留区，第一极耳预留区和第二极耳预留区在同一留白区内错位设置；（3）采用若干激光模切装置同时对待模切极片进行模切形成位于极片两侧的极耳。本发明降低了模切后的废料量，省去了对极片的预分切工序，实现了对多幅涂布区的同时模切分切，提高了极片的生产效率。

Description

一种极片的激光错位模切方法、极片及电池
技术领域
本发明属于极耳模切技术领域，涉及一种极片的激光错位模切方法、极片及电池。
背景技术
锂离子电池重量轻、安全性能好等优点，故在蓝牙耳机、手机、笔记本电脑、平板电脑、摄像机等移动电子设备以及便携式移动电源等领域的应用已处在垄断地位。同时，锂离子电池也已经在电动摩托车、电动汽车等领域批量应用。
多极耳技术的开发大幅度的提升了锂离子电池的能量密度，锂离子电池极片经过浆料涂敷、干燥和辊压之后，形成集流体及两面涂层的三层复合结构。目前，在极片浆料涂敷时，会在满料区的长边边缘预留集流体边缘空箔区作为箔材极耳，箔材极耳通过模切成型。在卷绕工序后，多层箔材极耳和金属带极耳焊接，经过各种工序后制成成品电芯。目前，锂离子电池极片极耳的模切工艺主要采用以下两种:（1）模具冲切；（2）激光模切。
五金模具冲切，利用冲头和下刀模极小的间隙对极片进行裁切，涂层颗粒通过粘结剂连接在一起，在冲切工艺过程中，在应力作用下涂层颗粒之间剥离，金属箔材发生塑形应变，达到断裂强度之后产生裂纹，裂纹扩展分离。金属材料冲切件的断面分为4个部分：塌角、剪切带、断裂带和毛刺。断面的剪切带越宽，塌角及毛刺高度越小，冲切件的断面质量也就越高。
五金模具冲切存在刀具磨损问题，容易引起工艺不稳定的问题，导致极片裁切品质差，进而导致电池性能下降。激光模切具有生产效率高，工艺稳定性好的特点，已经在工业上应用于锂离子电池极片的裁切，其基本原理是利用高功率密度激光束照射被切割的电池极片，使极片被快速加热至较高的温度，迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点而形成孔洞，随着光束在极片上的移动，孔洞连续形成宽度很窄的切缝，完成对极片的切割。
CN113851604A公开了一种多极耳电芯的制备方法、多极耳电芯及其多极耳电池，有如下步骤：S1、涂布活性浆料：用斑马涂布的方式将活性浆料均匀涂布于极片表面并辊压，制成第一极片；S2、极片分切：第一极片分切得到第二极片；S3、极耳模切：第二极片边缘剪切形成多个第一极耳；S4、极耳清洗：对第一极耳的敷料区进行清洗；S5、极耳点胶：对第一极耳进行点胶处理；S6、将第二极片与隔膜卷绕和/或叠片后得到多极耳电芯。
CN110137434A公开了一种制备锂电池极片的方法，以及通过该方法制备得到的锂电池极片。其中，该制备锂电池极片的方法包括：分别配制第一混合浆料和第二混合浆料，第二混合浆料中粘结剂的含量高于第一混合浆料中粘结剂的含量；将集流体沿宽度方向依次划分为极耳区、第二涂膜区、第一涂膜区、第二涂膜区和极耳区，利用第一混合浆料在第一涂膜区的至少部分表面形成第一涂膜，利用第二混合浆料在第二涂膜区的至少部分表面形成第二涂膜；对至少部分极耳区和至少部分第二涂膜区进行模切，以便形成极耳，得到锂电池极片。
在锂电池动力电池极耳的生产过程中需要对其进行模切工作，一般的模切装置的工作效率较低，同时不能很好的对动力极耳进行固定，导致无法对其进行精准的模切工作，降低了动力极耳产品的良品率，不能满足人们的生产需求。因此，亟需一种动力极耳自动模切装置来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种极片的激光错位模切方法、极片及电池，本发明利用了相邻两幅涂布区中间的留白区，在留白区内形成错位设置的第一极耳预留区和第二极耳预留区，降低了模切后的废料量，资源利用率高，省去了对极片的预分切工序，实现了对多幅涂布区的同时模切分切，提高了极片的生产效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种极片的激光错位模切方法，所述激光错位模切方法包括：
（1）提供待模切极片和激光模切分切一体机，所述激光模切分切一体机包括若干激光模切装置；
（2）待模切极片表面具有并排间隔设置的若干幅涂布区，相邻两个所述涂布区之间为留白区，所述涂布区两侧分别为第一侧和第二侧，所述涂布区的第一侧和第二侧分别向相邻留白区内引出若干第一极耳预留区和若干第二极耳预留区，所述第一极耳预留区和所述第二极耳预留区在同一留白区内错位设置；
（3）采用若干所述激光模切装置同时对待模切极片进行模切形成位于极片两侧的极耳，其中，所述激光模切装置分为若干第一激光模切装置和若干第二激光模切装置，所述第一激光模切装置和所述第二激光模切装置成组设置，所述第一激光模切装置沿第一侧边缘和第一极耳预留区边缘进行切割形成位于极片第一侧的若干第一极耳，与此同时，所述第二激光模切装置沿第二侧边缘和第二极耳预留区边缘进行切割形成位于极片第二侧的若干第二极耳；所述第一激光模切装置的起始模切点与所述第二激光模切装置的起始模切点错开。
在本发明提供的激光错位模切方法中利用了相邻两幅涂布区中间的留白区，在留白区内形成错位设置的第一极耳预留区和第二极耳预留区，沿第一极耳预留区和第二极耳预留区的边缘模切后形成极耳，通过极耳预留区的错位设置，充分利用了留白区的空间，在满足极耳尺寸的基础上，进一步减少了留白区的面积，降低了模切后的废料量，资源利用率高。由于留白区的面积减少，在对待模切极片进行辊压时不易褶皱断带，产品合格率得以提高，所减少箔材宽度为（n-1）×h，其中n为涂布幅数，h为极耳高度。
本发明提供的模切方法在极耳模切成形的同时对箔材也同时进行了分切，省去了对极片的预分切工序，从而提高了极片的生产效率，减小了出现毛刺的可能性，降低了分切设备的投入及维护费用。此外，本发明在最外侧的两幅涂布区的外侧同样设置有留白区以及位于留白区上的极耳预留区，在对中间部分的极耳预留区进行模切的同时，对最外侧的极耳预留区同样进行模切形成极耳，从而最外侧的涂布区也会形成两条极耳；但现有的模切分切工艺则需要将最外侧的留白区进行预分切并弃掉，由此造成了材料的浪费。
另外，本发明提供的模切方法通过设置错位的第一激光模切装置和第二激光模切装置实现了对多幅涂布区的同时模切分切，形成多条极耳。在模切时，对同一幅涂布区需要提供两组激光镜头，每组激光镜头对应模切涂布区的一侧边缘，两组镜头错位排列，保证模切极耳时的一致性。可选地，为了确保不同激光镜头移动过程的一致性，每组模切镜头用丝杆导轨定位，通过丝杆调节模切镜头之间的距离，使其模切尺寸与极片相符。
需要说明的是，本发明对第一极耳预留区和第二极耳预留区的形状不作具体要求和特殊限定，由于第一极耳预留区和第二极耳预留区经模切后分别形成了第一极耳和第二极耳，换言之，本发明对第一极耳和第二极耳的形状同样不作具体要求和特殊限定，示例性地，可以是正方形、长方形、梯形或其他任意的多边形。应用于实际生产时，本领域技术人员需要根据极片产品的实际需求确定具体形状，并通过设置模切过程中的激光模切装置的工作参数来获得所需的极耳形状。进一步地，如果极耳形状选择具有角的多边形，可以在尖角处设置弧形倒角或直边倒角（将尖角沿直线切去），降低极耳外边缘的尖锐度，避免在装配电池时，极耳的尖角刺破隔离膜，导致电池内短路。当选择弧形倒角时，弧形倒角的半径可选为10~20mm，当选择直边倒角时，其直边长度可选为10~20mm，与极耳两侧边的夹角为30~50°。当然，可以理解的是，以上对极耳形状、尺寸及结构方面的描述不构成对本发明的进一步限定。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤（2）中，在同一幅涂布区中，位于同侧的相邻两个所述第一极耳预留区之间的距离L1为1~500mm，位于同侧的相邻两个所述第二极耳预留区之间的距离L2为1~500mm，例如可以是1mm、10mm、50mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、450mm或500mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
需要说明的是，本发明限定的L1和L2的尺寸与电芯尺寸相关，L1和L2可以相同也可以不同，但为了保证左右极片的尺寸一致性，优选L1=L2。
在同一留白区内，所述第一极耳预留区与相邻的两个第二极耳预留区之间的距离不同，所述第一极耳预留区与相邻的其中一个第二极耳预留区之间的距离H1为5~500mm，所述第一极耳预留区与相邻的另一个第二极耳预留区之间的距离H2为5~500mm，例如可以是5mm、10mm、50mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、450mm或500mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
各所述第一极耳预留区位于同一直线，各所述第二极耳预留区位于同一直线。
需要说明的是，本发明限定的H1和H2的尺寸与两组激光镜头之间的距离有关。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤（3）中，所述第一激光模切装置和所述第二激光模切装置分别位于同一幅涂布区的第一侧和第二侧。
所述第一激光模切装置的起始模切点位于所述第一侧与所述第一极耳预留区的交点处，所述第二激光模切装置的起始模切点位于所述第二侧与所述第二极耳预留区的交点处。
各所述第一激光模切装置的起始模切点位于同一直线，各所述第二激光模切装置的起始模切点位于同一直线。
在对同一幅涂布区进行模切时，第一激光模切装置与第二激光模切装置之间相隔一个第一极耳预留区和一个第二极耳预留区。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤（3）中，所述激光模切装置模切形成极耳的同时，沿涂布区长度方向的中线进行分切，将所述涂布区一分为二形成两条极片。
需要说明的是，传统模切分切过程中，一般先采用刀具对多幅极片在极耳留白区域进行预分切形成单幅极片，然后再对单幅极片进行激光模切和分切形成两个单条极片；而本发明通过多幅激光模切分切一体机可以实现多幅极片的极耳和涂布区的同时模切分切形成多个单条极片，简化了操作工序，缩短了切割时间，降低了模切分切设备的投入及维护费用。
作为本发明一种优选的技术方案，所述涂布区与留白区之间还具有缓冲区，所述缓冲区内涂覆有陶瓷浆料。
作为本发明一种优选的技术方案，所述激光模切装置的激光功率为5~5000W，例如可以是5W、100W、500W、1000W、1500W、2000W、2500W、3000W、3500W、4000W、4500W或5000W，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
所述激光模切装置的移动速度为50~1500m/min，例如可以是50m/min、100m/min、200m/min、300m/min、400m/min、500m/min、600m/min、700m/min、800m/min、900m/min、1000m/min、1100m/min、1200m/min、1300m/min、1400m/min或1500m/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明采用激光进行模切，一方面实现了对箔材的分切并形成极耳，另一方面，在模切形成极耳的过程中，还可以对极耳或极片外边缘同时进行加热处理，使得边缘处的毛刺熔化，降低了隔膜被刺破的风险。此外，由于激光的能量较高，可以在极短的时间内将箔材熔化，从而减少由于直接切料导致的掉料问题，大大改善了粉尘危害，使后续组装的成品电芯性能得到极大改善，极大的提高了电芯安全性。
由于电池极片包括箔材（集流体）和涂覆于其表面的活性层（正极极片中的活性层为正极活性层，负极极片中的活性层为负极活性层），活性层与箔材之间的性质差异较大，因此对激光作用的响应也不相同。激光作用于活性层时，由于活性层具有较高的激光吸收率和较低的导热系数，因此，活性层需要相对较低的熔化和汽化激光能量，而箔材对激光具有反射作用，且导热较快，因此箔材则需要相对较高的熔化和汽化激光能量。由于激光会同时作用于活性层和箔材，因此，对激光能量和切割移动速度需要进行严格控制，否则会极大地影响模切质量，导致切边处的活性层脱落，出现大量切屑异物，露出金属箔材。此外，更重要的是，由于本发明提供的模切方法需要全部激光模切装置同时移动，虽然在位置上已经进行了调整，相近的激光模切装置错开，防止互相干涉，但随着各激光模切装置的移动，仍无法避免在移动过程中出现干涉，为此，本发明特别限定了激光模切装置的激光功率为5~5000W，移动速度为50~1500m/min，当激光功率过低或移动速度过快时，极片无法被完全切开，同时，也会造成临近的激光模切装置相互干涉；当功率过高或移动速度过慢时，激光对材料的作用区域变大，切缝尺寸更大，导致切边处的活性层脱落，出现大量切屑异物。本发明通过优化合适的激光模切工艺参数，既保证了完全切割极片，同时还能形成良好的切边质量，不会产生金属切屑杂质残留。
作为本发明一种优选的技术方案，所述待模切极片采用如下方法制备得到：
提供箔材，在箔材表面划分出涂布区、留白区、第一极耳预留区和第二极耳预留区，涂布区内涂覆电池浆料，依次经烘干和辊压后得到所述待模切极片。
需要说明的是，本发明提供的模切方法中，箔材的材料以及电池浆料的具体种类、组分及含量不作具体要求和特殊限定，可以将现有技术中已公开或新技术中未公开的箔材和电池浆料用于本发明中。示例性地，箔材可以选用铝箔、铜箔、镍箔或铁箔等。电极浆料中的正极材料可选用钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、镍锰酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂等，电极浆料中的负极材料可选用人造石墨、天然石墨、硅碳材料或硅氧碳材料等。
作为本发明一种优选的技术方案，所述留白区的宽度为5~100mm，例如可以是5mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm或100mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
所述极耳的宽度与所述留白区的宽度之比为0.8~1，例如可以是0.8、0.82、0.84、0.86、0.88、0.9、0.92、0.94、0.96、0.98或1，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
所述箔材的宽度为50~2000mm，例如可以是50mm、100mm、500mm、1000mm、1500mm或2000mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
所述涂布区的宽度为40~1000mm，例如可以是40mm、100mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm或1000mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
为了进一步降低本发明中留白区的面积，避免辊压时出现褶皱现象，本发明对极片的各项尺寸进行了特别限定，一方面，限定了极耳的宽度与留白区的宽度之比为0.8~1，要求留白区的宽度略大于极耳的宽度，留白区切出极耳后废料少，同时，由于极耳的边缘与留白区边缘之间留有空隙，防止激光模切装置切到涂布区，便于模切的顺利进行。
当然，可以理解的是，除了上述说明的极耳的宽度与留白区的宽度之比为本发明的特别限定之外，留白区的宽度、箔材的宽度以及涂布区的宽度均与电芯型号及设计相关。
目前，多极耳结构电芯在制程上存在较大限制，主要是因为箔材的厚度较薄，在箔材表面涂覆活性物质浆料后还需要辊压，涂布区的箔材和留白区的箔材在辊压时因延展性不同，易出现褶皱，极片处的褶皱会造成电芯表面不平整，应力集中处可能造成隔膜破损，引起电芯微短路甚至短路，极耳处的褶皱则会增加电池的电阻，使得电池在充放电过程中发热快，循环寿命衰减加快。因此，为了防止极片和极耳在辊压时出现褶皱，本发明从两方面做出了改进：
（1）在满足极耳尺寸的基础上严格控制了留白区的宽度，在涂布过程中留白越多，辊压后出现的褶皱越明显，随着留白区的面积增加（主要是宽度增加），辊压后出现的褶皱越严重。本发明在不影响极片有效涂布区面积的基础上，通过限定留白区的宽度为5~100mm，在满足极片正常生产的同时，尽可能减小极片留白区的面积，减少了辊压过程中褶皱的产生，提高了极片良品率；
（2）本发明在涂布区和留白区之间设置了缓冲区，在缓冲区的表面涂覆了陶瓷浆料，通过陶瓷浆料衔接了涂布区和留白区之间的延展性，在辊压时能够保证涂布区、缓冲区和留白区之间形成平稳过渡的延展性梯度，防止辊压时由于出现的延展性断层导致的起皱现象。
第二方面，本发明提供了一种极片，所述极片采用第一方面所述的极片的激光错位模切方法模切得到。
第三方面，本发明提供了一种电池，所述电池包括外壳和位于外壳内的电芯，所述电芯由极片卷绕或叠层后制备得到，所述极片为第一方面所述的极片。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）在本发明提供的激光错位模切方法中利用了相邻两幅涂布区中间的留白区，在留白区内形成错位设置的第一极耳预留区和第二极耳预留区，沿第一极耳预留区和第二极耳预留区的边缘模切后形成极耳，通过极耳预留区的错位设置，充分利用了留白区的空间，在满足极耳尺寸的基础上，进一步减少了留白区的面积，降低了模切后的废料量，资源利用率高。由于留白区的面积减少，在对待模切极片进行辊压时不易褶皱断带，产品合格率得以提高，所减少箔材宽度为（n-1）×h，其中n为涂布幅数，h为极耳高度；
（2）本发明提供的模切方法在极耳模切成形的同时对箔材也同时进行了分切，省去了对极片的预分切工序，从而提高了极片的生产效率，减小了出现毛刺的可能性，降低了分切设备的投入及维护费用。此外，本发明在最外侧的两幅涂布区的外侧同样设置有留白区以及位于留白区上的极耳预留区，在对中间部分的极耳预留区进行模切的同时，对最外侧的极耳预留区同样进行模切形成极耳，从而最外侧的涂布区也会形成两条极耳；但现有的模切分切工艺则需要将最外侧的留白区进行预分切并弃掉，由此造成了材料的浪费；
（3）本发明提供的模切方法通过设置错位的第一激光模切装置和第二激光模切装置实现了对多幅涂布区的同时模切分切，形成多条极耳。在模切时，对同一幅涂布区需要提供两组激光镜头，每组激光镜头对应模切涂布区的一侧边缘，两组镜头错位排列，保证模切极耳时的一致性。可选地，为了确保不同激光镜头移动过程的一致性，每组模切镜头用丝杆导轨定位，通过丝杆调节模切镜头之间的距离，使其模切尺寸与极片相符。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式提供的待模切极片的模切示意图；
图2为本发明一个具体实施方式提供的本发明模切方法的工艺流程图；
图3为本发明一个具体实施方式提供的传统模切方法的工艺流程图；
图4为本发明实施例1提供的待模切极片的模切示意图；
图5为本发明对比例1提供的待模切极片的模切示意图；
图6为本发明实施例2提供的待模切极片的模切示意图；
图7为本发明对比例2提供的待模切极片的模切示意图；
图8为本发明实施例3提供的待模切极片的模切示意图；
图9为本发明对比例3提供的待模切极片的模切示意图；
图10为本发明实施例4提供的待模切极片的模切示意图；
图11为本发明对比例4提供的待模切极片的模切示意图；
其中，1-留白区；2-涂布区；3-第一极耳预留区；4-第二极耳预留区；5-第一侧；6-第二侧；7-第一激光模切装置的起始模切点；8-第二激光模切装置的起始模切点；9-缓冲区。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种极片的激光错位模切方法，如图2所示，所述激光错位模切方法包括：
（1）提供待模切极片和激光模切分切一体机，所述激光模切分切一体机包括若干激光模切装置；
（2）如图1所示，待模切极片表面具有并排间隔设置的若干幅涂布区2，相邻两个所述涂布区2之间为留白区1，所述涂布区2两侧分别为第一侧5和第二侧6，所述涂布区2的第一侧5和第二侧6分别向相邻留白区1内引出若干第一极耳预留区3和若干第二极耳预留区4，所述第一极耳预留区3和所述第二极耳预留区4在同一留白区1内错位设置；
（3）采用若干所述激光模切装置同时对待模切极片进行模切形成位于极片两侧的极耳，其中，所述激光模切装置分为若干第一激光模切装置和若干第二激光模切装置，所述第一激光模切装置和所述第二激光模切装置成组设置，所述第一激光模切装置沿第一侧5边缘和第一极耳预留区3边缘进行切割形成位于极片第一侧5的若干第一极耳，与此同时，所述第二激光模切装置沿第二侧6边缘和第二极耳预留区4边缘进行切割形成位于极片第二侧6的若干第二极耳；所述第一激光模切装置的起始模切点7与所述第二激光模切装置的起始模切点8错开。
在本发明提供的激光错位模切方法中利用了相邻两幅涂布区2中间的留白区1，在留白区1内形成错位设置的第一极耳预留区3和第二极耳预留区4，沿第一极耳预留区3和第二极耳预留区4的边缘模切后形成极耳，通过极耳预留区的错位设置，充分利用了留白区1的空间，在满足极耳尺寸的基础上，进一步减少了留白区1的面积，降低了模切后的废料量，资源利用率高。由于留白区1的面积减少，在对待模切极片进行辊压时不易褶皱断带，产品合格率得以提高，所减少箔材宽度为（n-1）×h，其中n为涂布幅数，h为极耳高度。
传统的模切方法如图3所示，在模切前还需要进行预分切，即沿涂布区2长度方向的中线进行分切，随后再对分切后的极片模切出极耳位置。而本发明提供的模切方法在极耳模切成形的同时对箔材也同时进行了分切，省去了对极片的预分切工序，从而提高了极片的生产效率，减小了出现毛刺的可能性，降低了分切设备的投入及维护费用。此外，本发明在最外侧的两幅涂布区的外侧同样设置有留白区以及位于留白区上的极耳预留区，在对中间部分的极耳预留区进行模切的同时，对最外侧的极耳预留区同样进行模切形成极耳，从而最外侧的涂布区也会形成两条极耳；但现有的模切分切工艺则需要将最外侧的留白区进行预分切并弃掉，由此造成了材料的浪费。
另外，本发明提供的模切方法通过设置错位的第一激光模切装置和第二激光模切装置实现了对多幅涂布区2的同时模切，形成多条极耳。在模切时，对同一幅涂布区2需要提供两组激光镜头，每组激光镜头对应模切涂布区2的一侧边缘，两组镜头错位排列，保证模切极耳时的一致性。可选地，为了确保不同激光镜头移动过程的一致性，每组模切镜头用丝杆导轨定位，通过丝杆调节模切镜头之间的距离，使其模切尺寸与极片相符。
需要说明的是，本发明对第一极耳预留区3和第二极耳预留区4的形状不作具体要求和特殊限定，由于第一极耳预留区3和第二极耳预留区4经模切后分别形成了第一极耳和第二极耳，换言之，本发明对第一极耳和第二极耳的形状同样不作具体要求和特殊限定，示例性地，可以是正方形、长方形、梯形或其他任意的多边形。应用于实际生产时，本领域技术人员需要根据极片产品的实际需求确定具体形状，并通过设置模切过程中的激光模切装置的工作参数来获得所需的极耳形状。进一步地，如果极耳形状选择具有角的多边形，可以在尖角处设置弧形倒角或直边倒角（将尖角沿直线切去），降低极耳外边缘的尖锐度，避免在装配电池时，极耳的尖角刺破隔离膜，导致电池内短路。当选择弧形倒角时，弧形倒角的半径可选为10~20mm，当选择直边倒角时，其直边长度可选为10~20mm，与极耳两侧边的夹角为30~50°。当然，可以理解的是，以上对极耳形状、尺寸及结构方面的描述不构成对本发明的进一步限定。
进一步地，步骤（2）中，在同一幅涂布区2中，位于同侧的相邻两个所述第一极耳预留区3之间的距离L1为1~500mm，位于同侧的相邻两个所述第二极耳预留区4之间的距离L2为1~500mm。
需要说明的是，本发明限定的L1和L2的尺寸与电芯尺寸相关，L1和L2可以相同也可以不同，但为了保证左右极片的尺寸一致性，优选L1=L2。
在同一留白区1内，所述第一极耳预留区3与相邻的两个第二极耳预留区4之间的距离不同，所述第一极耳预留区3与相邻的其中一个第二极耳预留区4之间的距离H1为5~500mm，所述第一极耳预留区3与相邻的另一个第二极耳预留区4之间的距离H2为5~500mm。
需要说明的是，本发明限定的H1和H2的尺寸与两组激光镜头之间的距离有关。
各所述第一极耳预留区3位于同一直线，各所述第二极耳预留区4位于同一直线。
进一步地，步骤（3）中，所述第一激光模切装置和所述第二激光模切装置分别位于同一幅涂布区2的第一侧5和第二侧6。
其中，所述第一激光模切装置的起始模切点7位于所述第一侧5与所述第一极耳预留区3的交点处，所述第二激光模切装置的起始模切点8位于所述第二侧6与所述第二极耳预留区4的交点处。
各所述第一激光模切装置的起始模切点7位于同一直线，各所述第二激光模切装置的起始模切点8位于同一直线。
在对同一幅涂布区2进行模切时，第一激光模切装置与第二激光模切装置之间相隔一个第一极耳预留区3和一个第二极耳预留区4。
进一步地，步骤（3）中，所述激光模切装置模切形成极耳的同时，采用刀具沿涂布区2长度方向的中线进行分切，将所述涂布区2一分为二形成两条极片。
需要说明的是，传统模切分切过程中，一般先采用刀具对多幅极片在极耳留白区域进行预分切形成单幅极片，然后再对单幅极片进行激光模切和分切形成两个单条极片；而本发明通过多幅激光模切分切一体机可以实现多幅极片的极耳和涂布区的同时模切分切形成多个单条极片，简化了操作工序，缩短了切割时间，降低了模切分切设备的投入及维护费用。
进一步地，所述涂布区2与留白区1之间还具有缓冲区9，所述缓冲区9内涂覆有陶瓷浆料。
进一步地，所述激光模切装置的激光功率为5~5000W。
所述激光模切装置的移动速度为50~1500m/min。
本发明采用激光进行模切，一方面实现了对箔材的分切并形成极耳，另一方面，在模切形成极耳的过程中，还可以对极耳或极片外边缘同时进行加热处理，使得边缘处的毛刺熔化，降低了隔膜被刺破的风险。此外，由于激光的能量较高，可以在极短的时间内将箔材熔化，从而减少由于直接切料导致的掉料问题，大大改善了粉尘危害，使后续组装的成品电芯性能得到极大改善，极大的提高了电芯安全性。
由于电池极片包括箔材（集流体）和涂覆于其表面的活性层（正极极片中的活性层为正极活性层，负极极片中的活性层为负极活性层），活性层与箔材之间的性质差异较大，因此对激光作用的响应也不相同。激光作用于活性层时，由于活性层具有较高的激光吸收率和较低的导热系数，因此，活性层需要相对较低的熔化和汽化激光能量，而箔材对激光具有反射作用，且导热较快，因此箔材则需要相对较高的熔化和汽化激光能量。由于激光会同时作用于活性层和箔材，因此，对激光能量和切割移动速度需要进行严格控制，否则会极大地影响模切质量，导致切边处的活性层脱落，出现大量切屑异物，露出金属箔材。此外，更重要的是，由于本发明提供的模切方法需要全部激光模切装置同时移动，虽然在位置上已经进行了调整，相近的激光模切装置错开，防止互相干涉，但随着各激光模切装置的移动，仍无法避免在移动过程中出现干涉，为此，本发明特别限定了激光模切装置的激光功率为5~5000W，移动速度为50~1500m/min，当激光功率过低或移动速度过快时，极片无法被完全切开，同时，也会造成临近的激光模切装置相互干涉；当功率过高或移动速度过慢时，激光对材料的作用区域变大，切缝尺寸更大，导致切边处的活性层脱落，出现大量切屑异物。本发明通过优化合适的激光模切工艺参数，既保证了完全切割极片，同时还能形成良好的切边质量，不回产生金属切屑杂质残留。
进一步地，所述待模切极片采用如下方法制备得到：
提供箔材，在箔材表面划分出涂布区2、留白区1、第一极耳预留区3和第二极耳预留区4，涂布区2内涂覆电池浆料，依次经烘干和辊压后得到所述待模切极片。
需要说明的是，本发明提供的模切方法中，箔材的材料以及电池浆料的具体种类、组分及含量不作具体要求和特殊限定，可以将现有技术中已公开或新技术中未公开的箔材和电池浆料用于本发明中。示例性地，箔材可以选用铝箔、铜箔、镍箔或铁箔等。电极浆料中的正极材料可选用钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂、镍锰酸锂、镍钴酸锂、镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂等，电极浆料中的负极材料可选用人造石墨、天然石墨、硅碳材料或硅氧碳材料等。
进一步地，所述留白区1的宽度为5~100mm。
所述极耳的宽度与所述留白区1的宽度之比为0.8~1。
所述箔材的宽度为50~2000mm。
所述涂布区2的宽度为40~1000mm。
为了进一步降低本发明中留白区1的面积，避免辊压时出现褶皱现象，本发明对极片的各项尺寸进行了特别限定，一方面，限定了极耳的宽度与留白区1的宽度之比为0.8~1，要求留白区1的宽度略大于极耳的宽度，留白区1切出极耳后废料少，同时，由于极耳的边缘与留白区1边缘之间留有空隙，防止激光模切装置切到涂布区2，便于模切的顺利进行。
当然，可以理解的是，除了上述说明的极耳的宽度与留白区1的宽度之比为本发明的特别限定之外，留白区1的宽度、箔材的宽度以及涂布区2的宽度均与电芯型号及设计相关。
目前多极耳结构电芯在制程上存在较大限制，主要是因为箔材的厚度较薄，在箔材表面涂覆活性物质浆料后还需要辊压，涂布区2的箔材和留白区1的箔材在辊压时因延展性不同，易出现褶皱，极片处的褶皱会造成电芯表面不平整，应力集中处可能造成隔膜破损，引起电芯微短路甚至短路，极耳处的褶皱则会增加电池的电阻，使得电池在充放电过程中发热快，循环寿命衰减加快。因此，为了防止极片和极耳在辊压时出现褶皱，本发明从两方面做出了改进：
（1）在满足极耳尺寸的基础上严格控制了留白区1的宽度，在涂布过程中留白越多，辊压后出现的褶皱越明显，随着留白区1的面积增加（主要是宽度增加），辊压后出现的褶皱越严重。本发明在不影响极片有效涂布区2面积的基础上，通过限定留白区1的宽度为5~100mm，在满足极片正常生产的同时，尽可能减小极片留白区1的面积，减少了辊压过程中褶皱的产生，提高了极片良品率；
（2）本发明在涂布区2和留白区1之间设置了缓冲区9，在缓冲区9的表面涂覆了陶瓷浆料，通过陶瓷浆料衔接了涂布区2和留白区1之间的延展性，在辊压时能够保证涂布区2、缓冲区9和留白区1之间形成平稳过渡的延展性梯度，防止辊压时由于出现的延展性断层导致的起皱现象。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种极片，所述极片采用上述的极片的激光错位模切方法模切得到。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种电池，所述电池包括外壳和位于外壳内的电芯，所述电芯由极片卷绕或叠层后制备得到。
实施例1
本实施例提供了一种极片的激光错位模切方法，具体模切过程如上述具体实施方式所述，其中，如图4所示（为了简化附图，图4中未示出缓冲区9），箔材宽度为575mm，箔材表面具有2幅并排间隔设置的涂布区2，箔材边缘的留白区1宽度为15mm，2幅涂布区2之间的留白区1宽度为15mm，涂布区2宽度为265mm，第一极耳和第二极耳的高度均为14mm，在涂布区2涂覆电池浆料，依次经过烘燥、辊压和错峰模切后，得到4条适用于电池150mm高度的多极耳极片。
对比例1
本对比例提供了一种传统的激光模切方法，与实施例1中的操作步骤相同，但留白区1内的极耳预留区并非错开设置，而是相对设置（如图5所示）。
制作同尺寸的电池所需要的极片参数如表1所示：
表1
涂布规格 箔材宽度/mm 边缘留白/mm 幅间留白/mm 模切极耳高度/mm 涂布宽度/mm 碾压断带频次/米/次 箔材浪费宽度/mm 预分切刀具
实施例1 2幅 575 15 15 14 265 2500 45 无
对比例1 2幅 590 15 30 14 265 2000 50 1
从表1数据可以看出：
（1）与传统的模切方式（对比例1）相比，采用本发明提供的错位模切方法（实施例1）制作相同尺寸的电池，所需要的原材料箔材宽度由590mm降低为575mm，箔材利用率由89.8%（265×2/590）提高至92.2%（265×2/575）；
（2）碾压断带频次由2000m断带1次提高到2500m断带1次，降低了不良率；
（3）本发明提供的错位模切方法无需使用额外的预分切刀具，杜绝了因分切导致的毛刺问题。
实施例2
本实施例提供了一种极片的激光错位模切方法，具体模切过程如上述具体实施方式所述，其中，如图6所示（为了简化附图，图6中未示出缓冲区9），箔材宽度为635mm，箔材表面具有4幅并排间隔设置的涂布区2，箔材边缘的留白区1宽度为15mm，2幅涂布区2之间的留白区1宽度为15mm，涂布区2宽度为140mm，第一极耳和第二极耳的高度均为14mm，在涂布区2涂覆电池浆料，依次经过烘燥、辊压和错峰模切后，得到8条适用于电池80mm高度的多极耳极片。
对比例2
本对比例提供了一种传统的激光模切方法，与实施例1中的操作步骤相同，但留白区1内的极耳预留区并非错开设置，而是相对设置（如图7所示）。
制作同尺寸的电池所需要的极片参数如表2所示：
表2
涂布规格 箔材宽度/mm 边缘留白/mm 幅间留白/mm 模切极耳高度/mm 涂布宽度/mm 碾压断带频次/米/次 箔材浪费宽度/mm 预分切刀具
实施例2 4幅 635 15 15 14 140 2300 75 无
对比例2 4幅 680 15 30 14 140 1700 120 3
从表2数据可以看出：
（1）与传统的模切方式（对比例2）相比，采用本发明提供的错位模切方法（实施例2）制作相同尺寸的电池，所需要的原材料箔材宽度由680mm降低为635mm，箔材利用率由82.4%（140×4/680）提高到88.2%（140×4/635）；
（2）碾压断带频次由1700m断带1次提高到2300m断带1次，降低了不良率；
（3）本发明提供的错位模切方法无需使用额外的预分切刀具，杜绝了因分切导致的毛刺问题。
实施例3
本实施例提供了一种极片的激光错位模切方法，具体模切过程如上述具体实施方式所述，其中，如图8所示（为了简化附图，图8中未示出缓冲区9），箔材宽度为620mm，箔材表面具有6幅并排间隔设置的涂布区2，箔材边缘的留白区1宽度为20mm，2幅涂布区2之间的留白区1宽度为20mm，涂布区2宽度为80mm，第一极耳和第二极耳的高度均为18mm，在涂布区2涂覆电池浆料，依次经过烘燥、辊压和错峰模切后，得到12条适用于电池50mm高度的多极耳极片。
对比例3
本对比例提供了一种传统的激光模切方法，与实施例1中的操作步骤相同，但留白区1内的极耳预留区并非错开设置，而是相对设置（如图9所示）。
制作同尺寸的电池所需要的极片参数如表3所示：
表3
涂布规格 箔材宽度/mm 边缘留白/mm 幅间留白/mm 模切极耳高度/mm 涂布宽度/mm 碾压断带频次/米/次 箔材浪费宽度/mm 预分切刀具
实施例3 6幅 620 20 20 18 80 2300 140 无
对比例3 6幅 720 20 40 18 80 1600 260 5
从表3数据可以看出：
（1）与传统的模切方式（对比例3）相比，采用本发明提供的错位模切方法（实施例3）制作相同尺寸的电池，所需要的原材料箔材宽度由720mm降低为620mm，箔材利用率由66.7%（80×6/720）提高到77.4%（80×6/620）；
（2）碾压断带频次由1600m断带1次提高到2300m断带1次，降低了不良率；
（3）本发明提供的错位模切方法无需使用额外的预分切刀具，杜绝了因分切导致的毛刺问题。
实施例4
本实施例提供了一种极片的激光错位模切方法，具体模切过程如上述具体实施方式所述，其中，如图10所示（为了简化附图，图10中未示出缓冲区9），箔材宽度为1220mm，箔材表面具有12幅并排间隔设置的涂布区2，箔材边缘的留白区1宽度为20mm，2幅涂布区2之间的留白区1宽度为20mm，涂布区2宽度为80mm，第一极耳和第二极耳的高度均为18mm，在涂布区2涂覆电池浆料，依次经过烘燥、辊压和错峰模切后，得到24条适用于电池50mm高度的多极耳极片。
对比例4
本对比例提供了一种传统的激光模切方法，与实施例1中的操作步骤相同，但留白区1内的极耳预留区并非错开设置，而是相对设置（如图11所示）。
制作同尺寸的电池所需要的极片参数如表4所示：
表4
涂布规格 箔材宽度/mm 边缘留白/mm 幅间留白/mm 模切极耳高度/mm 涂布宽度/mm 碾压断带频次/米/次 箔材浪费宽度/mm 预分切刀具
实施例4 12幅 1220 20 20 18 80 2000 260 无
对比例4 12幅 1440 20 40 18 80 1500 480 11
从表4数据可以看出：
（1）与传统的模切方式（对比例4）相比，采用本发明提供的错位模切方法（实施例4）制作相同尺寸的电池，所需要的原材料箔材宽度由1440mm降低为1220mm，箔材利用率由66.7%（80×12/1440）提高到78.7%（80×12/1220）；
（2）碾压断带频次由1500m断带1次提高到2000m断带1次，降低了不良率；
（3）本发明提供的错位模切方法无需使用额外的预分切刀具，杜绝了因分切导致的毛刺问题。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种极片的激光错位模切方法，其特征在于，所述激光错位模切方法包括：
（1）提供待模切极片和激光模切分切一体机，所述激光模切分切一体机包括若干激光模切装置；
（2）待模切极片表面具有并排间隔设置的若干幅涂布区，相邻两个所述涂布区之间为留白区，所述涂布区两侧分别为第一侧和第二侧，所述涂布区的第一侧和第二侧分别向相邻留白区内引出若干第一极耳预留区和若干第二极耳预留区，所述第一极耳预留区和所述第二极耳预留区在同一留白区内错位设置；
（3）采用若干所述激光模切装置同时对待模切极片进行模切形成位于极片两侧的极耳，其中，所述激光模切装置分为若干第一激光模切装置和若干第二激光模切装置，所述第一激光模切装置和所述第二激光模切装置成组设置，所述第一激光模切装置沿第一侧边缘和第一极耳预留区边缘进行切割形成位于极片第一侧的若干第一极耳，与此同时，所述第二激光模切装置沿第二侧边缘和第二极耳预留区边缘进行切割形成位于极片第二侧的若干第二极耳；所述第一激光模切装置的起始模切点与所述第二激光模切装置的起始模切点错开。
2.根据权利要求1所述的极片的激光错位模切方法，其特征在于，步骤（2）中，在同一幅涂布区中，位于同侧的相邻两个所述第一极耳预留区之间的距离L1为1~500mm，位于同侧的相邻两个所述第二极耳预留区之间的距离L2为1~500mm；
在同一留白区内，所述第一极耳预留区与相邻的两个第二极耳预留区之间的距离不同，所述第一极耳预留区与相邻的其中一个第二极耳预留区之间的距离H1为5~500mm，所述第一极耳预留区与相邻的另一个第二极耳预留区之间的距离H2为5~500mm；
各所述第一极耳预留区位于同一直线，各所述第二极耳预留区位于同一直线。
3.根据权利要求1所述的极片的激光错位模切方法，其特征在于，步骤（3）中，所述第一激光模切装置和所述第二激光模切装置分别位于同一幅涂布区的第一侧和第二侧；
所述第一激光模切装置的起始模切点位于所述第一侧与所述第一极耳预留区的交点处，所述第二激光模切装置的起始模切点位于所述第二侧与所述第二极耳预留区的交点处；
各所述第一激光模切装置的起始模切点位于同一直线，各所述第二激光模切装置的起始模切点位于同一直线；
在对同一幅涂布区进行模切时，第一激光模切装置与第二激光模切装置之间相隔一个第一极耳预留区和一个第二极耳预留区。
4.根据权利要求1所述的极片的激光错位模切方法，其特征在于，步骤（3）中，所述激光模切装置模切形成极耳的同时，沿涂布区长度方向的中线进行分切，将所述涂布区一分为二形成两条极片。
5.根据权利要求1所述的极片的激光错位模切方法，其特征在于，所述涂布区与留白区之间还具有缓冲区，所述缓冲区内涂覆有陶瓷浆料。
6.根据权利要求1所述的极片的激光错位模切方法，其特征在于，所述激光模切装置的激光功率为5~5000W；
所述激光模切装置的移动速度为50~1500m/min。
7.根据权利要求1所述的极片的激光错位模切方法，其特征在于，所述待模切极片采用如下方法制备得到：
提供箔材，在箔材表面划分出涂布区、留白区、第一极耳预留区和第二极耳预留区，涂布区内涂覆电池浆料，依次经烘干和辊压后得到所述待模切极片。
8.根据权利要求7所述的极片的激光错位模切方法，其特征在于，所述留白区的宽度为5~100mm；
所述极耳的宽度与所述留白区的宽度之比为0.8~1；
所述箔材的宽度为50~2000mm；
所述涂布区的宽度为40~1000mm。
9.一种极片，其特征在于，所述极片采用权利要求1-8任一项所述的极片的激光错位模切方法模切得到。
10.一种电池，其特征在于，所述电池包括外壳和位于外壳内的电芯，所述电芯由极片卷绕或叠层后制备得到，所述极片为权利要求9所述的极片。
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