CN114888454A - 一种电池极片的切割方法 - Google Patents

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曹州权
王雪晴
李国锐
刘明
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Abstract

本申请公开了一种电池极片的切割方法，涉及激光切割技术领域。该切割方法包括确定待切割电池极片的切割部位；按照预设切割路径，采用激光发生器将切割部位切断；设定激光发生器的清洗参数，根据清洗参数清洗掉切断的电池极片的表面和断面处的残渣。或确定待切割电池极片的切割部位；设定激光发生器的清洗参数，在切割部位清洗一凹槽；根据凹槽的尺寸参数设定切割路径，采用激光发生器将切割部位沿切割路径切断，以使激光发生器切割时沿切割路径产生的残渣位于凹槽内。本申请提供的切割方法在切割电池极片后，使电池极片表面和断面处无毛刺，避免了毛刺刺穿隔离膜造成电池内短路和发热，甚至导致整个电池系统失效的安全隐患。

Description

一种电池极片的切割方法
技术领域
本申请涉及激光切割技术领域，尤其涉及一种电池极片的切割方法。
背景技术
随着动力电池向大尺寸、大容量方向发展，叠片电池凭借着其低内阻、高放电率、高能量密度、适用范围广泛、安全性能更稳定等诸多优势，正逐渐取代卷绕电池。叠片工艺主要是将正负材料切割成相同尺寸的矩形片，再将它们分别堆放在隔膜上分离两极，压合形成小电芯单体后，将小电芯单体堆放并联组成大电芯，再通过最后包裹包装。电池极片切割为叠片电池生产中的重要步骤之一，传统方式主要采用圆滚刀分切及模具切割等机械切割方法，另一种采用激光对锂电池极片进行切割。
然而，在极片裁切过程中，极片裁切边缘的质量对电池性能和品质具有重要的影响，一方面，切割过程产生的毛刺和杂质会造成电池内短路，引起自放电甚至热失控，以及极片端面由于重熔会出现挂渣等现象，影响了锂离子电池的质量，另一方面，切边不平整，尺寸精度差，将无法保证负极完全包裹正极，或者隔膜完全隔离正负极极片，这会引起电池安全问题。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的是为了克服现有技术中的不足，本申请提供了一种电池极片的切割方法，以解决现有技术中切割过程产生的毛刺、杂质以及正极极片切割表面和端面存在的重熔挂渣的技术问题。
本申请提供了：
一种电池极片的切割方法，包括：
确定待切割电池极片的切割部位；
按照预设切割路径，采用激光发生器将所述切割部位切断；
设定所述激光发生器的清洗参数，根据所述清洗参数清洗掉切断的电池极片的表面和断面处的残渣。
另外，根据本申请的电池极片的切割方法，还可具有如下附加的技术特征：
在本申请的一些实施方式中，所述设定所述激光发生器的清洗参数包括：
获取切断的电池极片的表面和断面处的残渣的尺寸参数；
根据获取的所述尺寸参数设定所述激光发生器的清洗参数。
在本申请的一些实施方式中，所述激光发生器切割所述切割部位的切割参数和所述清洗参数分别包括所述激光发生器发出的激光束的激光功率、所述激光发生器的脉宽、所述激光发生器的频率、加工次数以及振镜控制所述激光发生器发出的激光束的移动速度。
在本申请的一些实施方式中，所述激光发生器发出的激光束的激光功率范围为200W至2000W；所述激光发生器的脉宽范围为0.6ns至500ns；所述激光发生器的频率范围为1KHz至4000KHz；所述加工次数的范围为1次至20次；振镜控制所述激光发生器发出的激光束的移动速度范围为5000mm/s至50000mm/s。
在本申请的一些实施方式中，所述激光发生器的脉宽范围为1ns至500ns。
进一步地，所述激光发生器切割所述切割部位的切割参数与所述清洗参数不同。
在本申请的一些实施方式中，当所述激光发生器切割时，所述激光发生器采用连续模式；和/或，当所述激光发生器清洗时，所述激光发生器采用脉冲模式。
在本申请的一些实施方式中，所述激光发生器为红外激光器或近红外激光器，且所述红外激光器或近红外激光器发射的激光束的波长范围为900nm至1080nm。
进步地，所述红外激光器或近红外激光器发射的激光束的波长为1064nm。
本申请提供了一种电池极片的切割方法，包括：
确定待切割电池极片的切割部位；
设定激光发生器的清洗参数，在所述切割部位清洗一凹槽；
根据所述凹槽的尺寸参数设定切割路径，采用所述激光发生器将所述切割部位沿所述切割路径切断，以使所述激光发生器切割时沿所述切割路径产生的残渣位于所述凹槽内。
在本申请的一些实施方式中，所述凹槽的深度不大于所述待切割电池极片的铝箔表面涂敷材料层的厚度。
在本申请的一些实施方式中，所述凹槽的宽度为W，满足100μm≤W≤200μm。
相对于现有技术，本申请的有益效果是：本申请提出一种电池极片的切割方法，通过确定待切割电池极片的切割部位，按照预设切割路径，采用激光发生器将所述切割部位切断，然后设定所述激光发生器的清洗参数，根据所述清洗参数清洗掉切断的电池极片的表面和断面处的残渣。使用该切割方法切割电池极片后，使电池极片表面和断面处无毛刺，避免了毛刺刺穿隔离膜造成电池内短路和发热，甚至导致整个电池系统失效的安全隐患。
另外，还可以通过确定待切割电池极片的切割部位，然后设定激光发生器的清洗参数，在所述切割部位清洗一凹槽，根据所述凹槽的尺寸参数设定切割路径，采用所述激光发生器将所述切割部位沿所述切割路径切断，以使所述激光发生器切割时沿所述切割路径产生的残渣位于所述凹槽内。这样一来，使用该切割方法切割电池极片后，切割产生的残渣位于凹槽内，使电池极片切割表面和断面无凸出毛刺。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本申请一个实施例中电池极片的切割方法的流程示意图；
图2示出了本申请步骤S300中的一种实施方式流程示意图；
图3示出了本申请一个实施例中电池极片的切割方法的切割时的状态示意图；
图4示出了图1中所示的电池极片的切割方法的切割后的电池极片的结构示意图；
图5示出了图1中所示的电池极片的切割方法的清洗后的电池极片的结构示意图；
图6示出了本申请另一个实施例中电池极片的切割方法的流程示意图；
图7示出了图6中所示的电池极片的切割方法的清洗后的电池极片的结构示意图；
图8示出了图6中所示的电池极片的切割方法的切割后的电池极片的结构示意图。
主要元件符号说明：
100-电池极片；101-铝箔；102-涂敷材料层；103-凹槽；110-切割路径；120-残渣；200-激光束。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
相关技术中，对于锂电池正极极片，正极极片呈“三明治”结构，结合图4所示，由正极材料涂敷在铝箔101表面构成，也就是说在铝箔101的两个相对表面均涂有涂敷材料层102，一般涂敷材料层102为三元材料或磷酸铁锂，正极涂敷材料层102的厚度一般为60-110μm。
然而目前对于使用激光加工电池极片而言，一种方式为采用光纤纳秒激光器直接进行极片的裁切，此时极片端面由于重熔会出现挂渣等现象，影响了锂离子电池的质量。另一种方式采用大功率固体皮秒激光器进行极片切割，固体激光器不稳定需定期维护，且大功率激光器成本极高，不适合大规模生产。
为了解决上述技术问题，本申请的实施例提供了一种电池极片的切割方法，实现了正极极片切割表面和断面均无凸出毛刺，实现了锂电池正极极片的高质量切割。
实施例一
如图1和图3所示，本申请的实施例提供了一种电池极片的切割方法，主要使用激光发生器发射的激光束200对电池极片100的切割加工，包括如下步骤：
S100，确定待切割电池极片的切割部位。
具体地，根据对电池极片100的需求参数，也就是根据想要的电池极片100的大小，确定电池极片100的切割部位，在切割部位进行制定切割线。
S200，按照预设切割路径110，采用激光发生器将所述切割部位切断。
结合图4所示，通过使用激光发生器输出激光束200经高速振镜和聚焦场镜后作用于电池极片100待切割部位，并沿着制定好的切割路径110轨迹进行电池极片100切割。其中，振镜的扫描速度为5m/s-50m/s。
S300，设定所述激光发生器的清洗参数，根据所述清洗参数清洗掉切断的电池极片100的表面和断面处的残渣120。
结合图5所示，具体地，根据切割断面残留的材料重熔后的挂渣(残渣120)，设定清洗参数，使激光聚焦在切断后的电池断面和表面，进而清洗掉切割后在电池极片100断面和表面上产生的熔渣，其通过控制激光清洗参数可以保证加工质量。
进一步地，所述激光发生器对切割后的电池极片的表面和断面的清洗范围10μm至200μm。以保证切割后的电池极片的表面和断面无毛刺。
本申请的实施例提供的电池极片的切割方法，通过确定待切割电池极片的切割部位，按照预设切割路径110，采用激光发生器将所述切割部位切断，然后设定所述激光发生器的清洗参数，根据所述清洗参数清洗掉切断的电池极片100的表面和断面处的残渣120。使用该切割方法切割电池极片100后，使电池极片100表面和断面处无毛刺，避免了毛刺刺穿隔离膜造成电池内短路和发热，甚至导致整个电池系统失效的安全隐患。
需要说明的是，本实施例中，在清洗时，所述激光发生器的单脉冲能量范围为0.5mJ至5mJ，保证清洗效果。
如图2所示，在本申请的一些实施方式中，在步骤S300中，所述设定所述激光发生器的清洗参数包括步骤：
S301，获取切断的电池极片100的表面和断面处的残渣120的尺寸参数。通过对切割断面残留的材料重熔后的挂渣(残渣120)的大小以及面积进行记录确定。
S302，根据获取的所述切断的电池极片100的表面和断面处的残渣120的尺寸参数设定清洗参数。
具体地，根据切割断面残留的材料重熔后的挂渣(残渣120)的大小以及面积设定激光发生器的激光束200发射的参数。
在本实施例中，可选地，所述激光发生器切割所述切割部位的切割参数和所述清洗参数分别包括所述激光发生器发出的激光束的激光功率、所述激光发生器的脉宽、所述激光发生器的频率、加工次数以及振镜控制所述激光发生器发出的激光束的移动速度。
具体地，所述激光发生器发出的激光束的激光功率范围为200W至2000W；所述激光发生器的脉宽范围为0.6ns至500ns；所述激光发生器的频率范围为1KHz至4000KHz；所述加工次数的范围为1次至20次；振镜控制所述激光发生器发出的激光束的移动速度范围为5000mm/s至50000mm/s。以保证激光发生器发射的激光束200在清洗过程中的质量，避免在切割后的电池极片100表面和断面处留有残渣120。
优选地，所述激光发生器的脉宽范围为1ns至500ns。
在本申请的一些实施方式中，可选地，当所述激光发生器切割时，所述激光发生器采用连续模式，采用连续模式效率更高，这样提高了激光发生器的切割效率。另外，当所述激光发生器清洗时，所述激光发生器采用脉冲模式，此时，激光发生器的脉宽可以选择较大脉宽，如大于等于350ns的脉宽，其清洗效果更优，从而提高清洗效果。当然，在其他实施例中，所述激光发生器切割和清洗时，才可以采取其他模式。
需要说明的是，在本实施例中，激光发生器切割时发射的激光束200的切割参数和激光发生器清洗时发射的激光束200的清洗参数不同，这样的设计目的在于，能够使激光发生器在切割时快速高效切断，清洗的目的在于清洗切割后产生的熔渣，提高加工表面和断面的质量。
具体地，使用的激光发生器以纳秒脉冲光纤激光器为例，其工艺参数如下：
Figure BDA0003662013080000091
以目前500W的红外激光发生器实际应用参数为例：
Figure BDA0003662013080000092
Figure BDA0003662013080000101
应当理解的是，此处的切割参数一和切割参数二的主要区别在于使用脉宽的不同，切割参数一使用的是连续模式，加工效率更高。
需要说明的是，单边清洗范围中的单边指的是图4中切断后的电池极片100的一侧的断面清洗。
在本申请的一些实施方式中，可选地，所述激光发生器为红外激光器或近红外激光器，且所述红外激光器或近红外激光器发射的激光束的波长范围为900nm至1080nm。本实施例中，所述红外激光器或近红外激光器发射的激光束的波长优选为1064nm。
实施例二
如图6至图8所示，本申请的实施例二提供了一种电池极片100的切割方法，该切割方法不同于实施例一的所述切割方法，包括如下步骤：
S100a，确定待切割电池极片的切割部位。
具体地，根据对电池极片100的需求参数，也就是根据想要的电池极片100的大小，确定电池极片100的切割部位，在切割部位进行制定切割线。
S200a，设定激光发生器的清洗参数，在所述切割部位清洗一凹槽103，使凹槽103能够满足容纳电池极片100切割后残渣120。
S300a，根据所述凹槽103的尺寸参数设定切割路径110，采用所述激光发生器将所述切割部位沿所述切割路径110切断，以使所述激光发生器切割时沿所述切割路径110产生的残渣120位于所述凹槽103内。
具体地，根据凹槽103的深度和宽度，设定清洗参数，使激光束200在切断后的电池断面和表面上产生的熔渣能够位于该凹槽103内，使电池极片100切割表面和断面无凸出毛刺。
需要说明的是，激光束200的切割参数可以参考实施例一中的所述切割参数。
以目前500W的红外激光器实际应用参数为例：
Figure BDA0003662013080000111
此时，清洗的凹槽的宽度为150μm
在本申请的一些实施方式中，可选地，所述凹槽103的深度不大于所述待切割电池极片的铝箔101表面涂敷材料层102的厚度。
在本实施方式中，当通过激光发生器在电池极片100上清洗出凹槽103时，使凹槽103的开设深度小于或等于铝箔101表面涂敷材料层102的厚度，避免损坏到铝箔101。
可选地，所述凹槽103的宽度为W，满足100μm≤W≤200μm
进一步地，所述激光发生器可以为MOPA脉冲光纤激光器(Master OscillatorPower-Amplifier)或绿光激光器。当然，在不同的实施方式中，激光发生器还可以选择其他类型的激光器。
需要说明的是，对于上述任一实施例中，如使用的激光发生器红外激光器为例，所述红外激光器或近红外激光器发射的激光束的波长优选为1064nm。其工艺参数如下：
Figure BDA0003662013080000121
综上所述，本申请提出一种电池极片100的切割方法，通过确定待切割电池极片100的切割部位，按照预设切割路径110，采用激光发生器将所述切割部位切断，然后设定所述激光发生器的清洗参数，根据所述清洗参数清洗掉切断的电池极片100的表面和断面处的残渣120。使用该切割方法切割电池极片100后，使电池极片100表面和断面处无毛刺，避免了毛刺刺穿隔离膜造成电池内短路和发热，甚至导致整个电池系统失效的安全隐患。
另外，还可以通过确定待切割电池极片的切割部位，然后设定激光发生器的清洗参数，在所述切割部位清洗一凹槽103，根据所述凹槽103的尺寸参数设定切割路径110，采用所述激光发生器将所述切割部位沿所述切割路径110切断，以使所述激光发生器切割时沿所述切割路径110产生的残渣120位于所述凹槽103内。这样一来，使用该切割方法切割电池极片100后，切割产生的残渣120位于凹槽103内，使电池极片100切割表面和断面无凸出毛刺。
本申请的实施例提供的电池极片的切割方法率先实现了纳秒激光器切割锂电池正极极片无毛刺，相比传统的正极极片切割方式及现有的激光切割方式具有无耗材、无污染、无接触应力、成本低、寿命长等特点。本申请的电池极片的切割方法为消除极片切割方式中出现的毛刺、掉粉等引起的电池过热、短路、爆炸等安全隐患提供了经济且有效的支持。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电池极片的切割方法，其特征在于，包括：
确定待切割电池极片的切割部位；
按照预设切割路径，采用激光发生器将所述切割部位切断；
设定所述激光发生器的清洗参数，根据所述清洗参数清洗掉切断的电池极片的表面和断面处的残渣。
2.根据权利要求1所述的电池极片的切割方法，其特征在于，所述设定所述激光发生器的清洗参数包括：
获取切断的电池极片的表面和断面处的残渣的尺寸参数；
根据获取的所述尺寸参数设定所述激光发生器的清洗参数。
3.根据权利要求1所述的电池极片的切割方法，其特征在于，所述激光发生器切割所述切割部位的切割参数和所述清洗参数分别包括所述激光发生器发出的激光束的激光功率、所述激光发生器的脉宽、所述激光发生器的频率、加工次数以及振镜控制所述激光发生器发出的激光束的移动速度。
4.根据权利要求3所述的电池极片的切割方法，其特征在于，所述激光发生器发出的激光束的激光功率范围为200W至2000W；所述激光发生器的脉宽范围为0.6ns至500ns；所述激光发生器的频率范围为1KHz至4000KHz；所述加工次数的范围为1次至20次；振镜控制所述激光发生器发出的激光束的移动速度范围为5000mm/s至50000mm/s。
5.根据权利要求4所述的电池极片的切割方法，其特征在于，所述激光发生器的脉宽范围为1ns至500ns。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池极片的切割方法，其特征在于，当所述激光发生器切割时，所述激光发生器采用连续模式；和/或，当所述激光发生器清洗时，所述激光发生器采用脉冲模式。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的电池极片的切割方法，其特征在于，所述激光发生器为红外激光器或近红外激光器，且所述红外激光器或近红外激光器发射的激光束的波长范围为900nm至1080nm。
8.一种电池极片的切割方法，其特征在于，包括：
确定待切割电池极片的切割部位；
设定激光发生器的清洗参数，在所述切割部位清洗一凹槽；
根据所述凹槽的尺寸参数设定切割路径，采用所述激光发生器将所述切割部位沿所述切割路径切断，以使所述激光发生器切割时沿所述切割路径产生的残渣位于所述凹槽内。
9.根据权利要求8所述的电池极片的切割方法，其特征在于，所述凹槽的深度不大于所述待切割电池极片的铝箔表面涂敷材料层的厚度。
10.根据权利要求8所述的电池极片的切割方法，其特征在于，所述凹槽的宽度为W，满足100μm≤W≤200μm。
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