鋰離子電池極片經(jīng)過(guò)漿料涂敷，干燥和輥壓之后，形成集流體及兩面涂層的三層復合結構。然后根據電池設計結構和規格，我們需要再對極片進(jìn)行裁切。一般地，對卷繞電池，極片根據設計寬度進(jìn)行分條；疊片電池，極片相應裁切成片，如圖1所示。目前，鋰離子電池極片裁切工藝主要采用以下三種：（1）圓盤(pán)剪分切，（2）模具沖切，（3）激光切割。
圖1 鋰離子電池正負極極片示意圖
極片裁切過(guò)程中，極片裁切邊緣的質(zhì)量對電池性能和品質(zhì)具有重要的影響，具體包括：（1）毛刺和雜質(zhì)，會(huì )造成電池內短路，引起自放電甚至熱失控；（2）尺寸精度差，無(wú)法保證負極完全包裹正極，或者隔膜完全隔離正負極極片，引起電池安全問(wèn)題；（3）材料熱損傷、涂層脫落等，造成材料失去活性，無(wú)法發(fā)揮作用；（4）切邊不平整度，引起極片充放電過(guò)程的不均勻性。因此，極片裁切工藝需要避免這些問(wèn)題出現，提高工藝品質(zhì)。
1、圓盤(pán)剪分切
圓盤(pán)分切主要有上、下圓盤(pán)刀，裝在分切機的刀軸上，利用滾剪原理來(lái)分切厚度為0.01~0.1 mm成卷的正負極極片。關(guān)于圓盤(pán)分切技術(shù)的基本原理，極片分切質(zhì)量影響因素，工藝缺陷以及切刀失效模式，之前已經(jīng)整理，點(diǎn)擊鏈接閱讀：
鋰電池極片圓盤(pán)分切工藝基礎
2、模具沖切
鋰離子電池極片的模切工藝又分為兩種：（1）木板刀模沖切，鋒利的刀刃安裝在木板上，一定壓力作用下將刀刃切開(kāi)極片。這種工藝模具簡(jiǎn)單，成本低，但是沖切品質(zhì)不易控制，目前逐步被淘汰。（2）五金模具沖切，利用沖頭和下刀模極小的間隙對極片進(jìn)行裁切，如圖2所示。涂層顆粒通過(guò)粘結劑連接在一起，在沖切工藝過(guò)程中，在應力作用下涂層顆粒之間剝離，金屬箔材發(fā)生塑形應變，達到斷裂強度之后產(chǎn)生裂紋，裂紋擴展分離，金屬箔材斷裂分離過(guò)程如圖3所示。金屬材料沖切件的斷面分為４個(gè)部分：塌角、剪切帶、斷裂帶和毛刺。斷面的剪切帶越寬，塌角及毛刺高度越小，沖切件的斷面質(zhì)量也就越高。
圖2 沖切原理示意圖
圖3 金屬箔材沖切斷裂過(guò)程
沖切工藝中上沖頭和下模之間的沖切間隙，可以用如下公式（1）表示：
（1）
其中，CL為沖切間隙，D和d是上下模頭的尺寸，t是板材厚度，如圖2所示。而考慮到模具的磨損時(shí)，有效沖切間隙Cle定義為公式（2）：
（2）
其中，模具磨損過(guò)程簡(jiǎn)化為圖4a所示，模具磨損量用a和b表示，當發(fā)生磨損時(shí)，隨著(zhù)a、b值變化，當模具發(fā)生磨損時(shí)，有效沖切間隙Cle也會(huì )相應增加，如圖4b所示，有效間隙滿(mǎn)足式（2）關(guān)系。沖切間隙和模具刃口的磨損情況對沖切過(guò)程有重要影響，隨著(zhù)模具的磨損，沖切間隙增加，模具刃口圓角增大，沖切件的斷面質(zhì)量也會(huì )發(fā)生改變。
圖4 模具磨損與有效沖切間隙
（a）模具磨損示意圖，（b）有限沖切間隙隨著(zhù)磨損量增加曲線(xiàn)關(guān)系
3、激光切割
圓盤(pán)分切和模切都存在刀具磨損問(wèn)題，這容易引起工藝不穩定，導致極片裁切品質(zhì)差，引起電池性能下降。激光切割具有生產(chǎn)效率高，工藝穩定性好的特點(diǎn)，已經(jīng)在工業(yè)上應用于鋰離子電池極片的裁切，其基本原理是利用高功率密度激光束照射被切割的電池極片，使極片很快被加熱至很高的溫度，迅速熔化、汽化、燒蝕或達到燃點(diǎn)而形成孔洞，隨著(zhù)光束在極片上的移動(dòng)，孔洞連續形成寬度很窄的切縫，完成對極片的切割。
其中，激光能量和切割移動(dòng)速度是兩個(gè)主要的工藝參數，對切割質(zhì)量影響巨大。圖5是不同的激光切割工藝條件下單面涂層負極極片的切邊形貌，圖6是不同的激光切割工藝條件下單面涂層正極極片的切邊形貌。當激光功率太低或者移動(dòng)速度太快時(shí)，極片不能完全切開(kāi)，而當功率太高或移動(dòng)速度太低時(shí)，激光對材料作用區域變大，切縫尺寸更大。
圖5 不同的激光切割工藝條件下單面涂層負極極片的切邊形貌
圖6 不同的激光切割工藝條件下單面涂層正極極片的切邊形貌
由于鋰離子電池極片是雙面涂層+中間集流體金屬層的結構，而且涂層與金屬箔材之間性質(zhì)差異大，對激光作用的響應也不相同。激光作用在負極石墨層或正極活物質(zhì)層時(shí)，由于它們具有很高的激光吸收率，導熱系數也很低，因此，涂層需要相對較低的熔化和汽化激光能量，而金屬集流體對激光具有反射作用，并且熱傳導快，因此金屬層的熔化和汽化激光能量升高。圖7是單面涂層的負極在激光作用下極片厚度方向的銅成分和溫度分布，當激光作用在石墨層時(shí)，由于材料的特性，石墨主要發(fā)生汽化，當激光侵入到金屬銅箔時(shí)，銅箔開(kāi)始發(fā)生熔化，形成熔池。工藝參數不合適時(shí)，可能出現問(wèn)題：（1）切邊涂層脫落，露出金屬箔材，如圖8左圖所示；（2）切邊周?chē)霈F大量切屑異物。這些都會(huì )導致電池出現性能下降、安全性品質(zhì)問(wèn)題，如圖8右圖所示。因此，當采用激光切割時(shí)，需要根據活物質(zhì)材料和金屬箔材的特性，優(yōu)化合適的工藝參數，才能既完全切割極片，又形成良好的切邊質(zhì)量，不產(chǎn)生金屬切屑雜質(zhì)殘留。
圖7 單面涂層的負極在激光作用下極片厚度方向的銅成分和溫度分布
圖8 切邊問(wèn)題：露金屬箔和切屑異物
