锂电十大关键设备之五：分切设备
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聚焦锂电新材料
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分切又称分条，指对涂布完成的较大幅宽的膜片进行纵向分切，将其一分为多，并收卷成一定宽度规格的上、下单卷的过程。分切产品主要受到切刀质量、切刀角度以及膜片张力的影响。
分切设备也称分条机或纵切机，指在恒定张力的情况下将锂离子电池极片、聚合物电池极片、镍氢电池极片及有色金属板材或卷材分切至所需要的尺寸规格，并保证一定工艺要求的生产设备。电池极片分切的尺寸精度高，同时极片边缘毛刺小，否则会产生枝晶刺穿隔膜，造成电池内部短路，其性能指标主要有
分切精度、分切装机精度、刀模调整范围
等。
分切后极片纵向毛刺≤7μm，横向毛刺≤12μm，极片切口处无分层、褶皱现象，几何尺寸线性公差满足电池工艺要求，主要指刀轴及分切刀片的尺寸公差及圆跳动、同轴度。
分切设备装配调试完成后空载检测的导辊和刀模精度，主要指导辊表面粗糙度Ra＝0.4，导辊圆柱度≤0.03mm，导辊安装后全跳动≤0.05mm和刀模组件装配后的跳动≤10μm。
分切设备上下刀片之间在分切材料部位可调整距离的变化范围。
分切设备主要由放卷装置、放卷张力控制、放卷纠偏控制、接带、CCD外观缺失检测系统、分切、分切后宽度检测系统、除尘、收卷张力检测、贴标装置、收卷装置及电气系统等构成。
标准配置全自动锂电分切设备为机架立式安装，采用上下双滑差轴同向中心收卷方式，收卷、放卷的夹紧及刀模、压辊的动作全为气动控制，操作简便快捷。单电机变频驱动，同步带传动，运行平稳可靠，噪声小；磁粉离合器制动器控制放卷，这样张力控制精度高、响应快、可调范围广，分切设备组成如图1所示。
1—后墙板；2—前墙板；3—底座；4—电柜；5—放卷装置；6—纠偏装置；7—接带平台；8—刀模；9—刷粉装置；10—收卷压轮装置；11—收卷滑差轴装置
①
机体
。采用优质碳素结构钢焊接制作，用于支撑分切设备的机架和电柜，前后墙板用连接梁连接后，立式固定在底座上。
②
放卷装置
。放卷采用气胀轴方式，通过在放卷气胀轴端连接一个磁粉制动器，给放卷轴一个与牵引方向相反并且可以控制的阻力从而实现放卷张力。
③
纠偏装置
。采用单感应探头寻边纠偏，选用高精度纠偏系统，纠偏精度±0.1mm，纠偏行程≥120mm。传感器位置调节机构采用螺杆调节，并且配数显刻度尺以及手柄式锁紧机构。
④
接带平台
。接带平台缝隙宽度1mm，深度＞10mm，气动压杆压紧极片，接带平台增加5.0mm黑色赛钢，增加刻度标尺，基准0刻度与刀模基准隔套宽度对应，手工进行材料接合，需保证极片正常走带时距接带平台和压条距离为10mm，增加防呆措施，开机时如果压杆处于下压状态，须有报警并提示的功能，解除报警才可开机。
⑤
刀模
。上刀与下刀间隙方便固定，刀模采用单轴传动。两主轴材料40Cr，底板和支座S136钢，表面淬火硬度HRC50以上，刀模整体外观无锈渍，刀模入口调节辊刻度指示要求，入料辊的直径ϕ50mm，最下点与下刀片最高点在同一水平位置时，刻度指示为零，上调为正，下调为负，刀模调节辊刻度尺按±5mm制作，调节辊材料为铝合金，表面茶色阳极硬化处理，硬度不小于HRB300，两端支座采用螺杆结构，上下可调，刻度指示为零，分路辊相对零位调节采用正负角度表示，调节范围±3°。
⑥
刷粉装置
。采用可拆卸式毛刷辊，使用夹式安装，轴孔固定，拔销传动，拆装简单；毛刷刷毛采用软质尼龙毛，防止硬度过大而损伤极片；毛刷辊为盘绕式植毛，植毛密度大，保证除尘效果；毛刷转动方向为逆极片走带方向，以增强除尘效果；毛刷除尘装置工作时左右两毛刷相互嵌入，以保证刷毛有效接触极片并施加一定的压力，且有足够的弹力，确保极片除尘的有效性。两毛刷相互嵌入深度为2～3mm（通过调整除尘盒边缘密封材料厚度控制），两毛刷中心距需要用刻度（标识）进行表示，毛刷可上下移动50mm，利于穿带，有10mm位置精确调节有利于除尘效果调节。毛刷转速为0～300r/min可调。
⑦
收卷压轮装置
。上下收卷轴各一套压轮机构，压轮表面镀铬或喷陶瓷处理，避免极片分切后出现翻边现象。
⑧
收卷滑差轴装置
。上下两根收卷滑差轴，利于差速轴收卷，配隔层板，可进行张力×条数的量化设置，并根据不同分切宽度自动调整张力基数，能自行设定张力基数，持续保证张力恒定、稳定，连续分切不会造成断带。
分切设备关键机构主要有收放卷的恒张力控制机构、滑差轴机构和纠偏机构等。
①
恒张力控制原理
。对于分切极片收放卷过程中，放卷卷径减小，收卷卷径增大，卷径的变化在电机恒转速控制条件下张力会不断变化，可能导致张力过小材料褶皱或者张力过大拉断。为避免这种问题，材料在收放过程中恒张力是必要的，
恒张力控制的实质是在张力不变的情况下，调整电机的输出转矩随卷径变化而变化
。电机转矩控制通过变频器和三相异步电机实现，台达V系列变频器提供了三路模拟量输进端口：AUI、AVI、ACI。这三路模拟量输进端口能够定义为多种功能，一路作为转矩给定，另外一路作为速度限制。0～10V对应变频器输出0至电机额定转矩，这样通过调整0～10V的电压就能够完成恒张力的控制。
式中 F——张力；D——卷径；T——电机转矩；i——减速比。
式中 T——电机的额定转矩，N·m；P——电机的额定功率，kW；n——电机的额定转速，r/min。
③
电机同步转速计算
。由于已知变频器工作在低频时，分切机交流异步电机的特性不好，激活转矩低而且分线性，因此在收卷的整个过程中要尽量避免收卷电机工作在2Hz以下。因此收卷电机有个速度的限制。对于4级电机，其同步转速计算如下：
式中 f——电源频率，Hz；n——收卷电机转速，r/min；p——电机磁极对数。
④限速运行。系统采用张力控制时，分切机要对速度进行限制，否则会出现飞车，因此要限速运行。极片运行速度V的表达式为：
式中 D——收卷的最大卷径，m；n——转速，r/min；i——传动比。
⑤
自动张力控制器
。自动张力控制器，主要由张力检测器、高精度A/D和D/A转换器、高性能单片机等组成。该自动恒张力控制器是根据张力检测器测量到卷料的张力与设定的目标张力相比较后，经单片机PID运算自动调整D/A输出从而改变磁粉离合，制动器的励磁电流或伺服电机的转矩实现卷料的恒张力，可广泛用于各种需对张力进行精密测控的场合，具有使用灵活和适用范围广等特点。可以自动与手动自由切换，工作人员在使用过程中可根据实际需要进行自动或者手动的切换。
⑥
收卷锥度张力
。极片分切收放卷通常采用恒定张力卷取的控制方式，即放卷机在对极片开始缠绕、卷取进行以及结束卷取整个过程始终采用恒定张力运转；但由于卷取时一般都会在收卷装置安装套筒，而套筒对材料的卷取会有比较明显的反作用力，如果采用恒定张力卷取，则很容易造成极片缠绕中心突出现象，甚至损坏设备。如采取锥度张力控制方案，则可很大程度地解决上述问题，如图3所示锥度张力曲线呈现为1个尖顶锥状，能够在卷心形成较大张力，而随着材料卷直径变大，使外层张力逐渐减小，卷取时通过张力的控制对材料卷子进行“内紧外松”的卷取从而满足材料卷取的工艺要求。
其中 F——实际输出张力，N；F0——设定张力，N；K——张力锥度系数；D0——最小卷径，m；D——当前卷径，m。
①
“跑偏”现象
。极片在收放卷时，由于极片涂布不均匀、极片纵向张力不均匀、极片边缘不整齐、输送辊与辊之间安装不平行、输送辊锥面极片与辊面摩擦力过大等原因，导致极片在输送过程中出现“跑偏”现象，为避免跑偏现象，在分切机收放卷装置上安装纠偏装置。
②
纠偏方法
。按纠偏设备安装位置不同，可以分为双边纠偏和单边纠偏两种。
双边纠偏
：特别对边缘不整齐、有错层或塔形的极片，或者在放卷过程中极片不易对准机组中心线等放卷机多选用双边纠偏。双边纠偏一般有两种形式。一种方式是双检测光头系统，即对中系统，简称CPC(center position control)，如图4所示。两组检测光头，对称于机组中心线设置，通过一根正反扣螺杆由一台步进电机带动做反向运动，即同步向内或向外运动。当极片开始穿带进入机组后，光头向内移动，当其中只有一个光头检测到带边时，说明极片已偏向了此方向，同时发出信号，移动放卷机带动极片移动，直到两边光头都检测到极片两边输出相等时，光头停止移动，放卷机停止移动，极片已处于中心位置。
这种方式的优点是放卷操作时不需要考虑带卷宽度系统可以做到自动对中心。另一种方式是通过检测极片的边部位置进行控制，使送入机组的极片边部位置固定，简称为EPC(edge position control)。光头架装在机组传动侧。首先根据来料的宽度，预先设置好检测光头的位置。当放卷极片送入机组后，检测光头根据被极片遮盖情况（全盖、全亮、半盖的程度）发出信号，移动放卷机使极片一边边部始终处在光头半遮盖位置。这种方式的优点是单光头，光头装置相对简单一些，但是在操作前必须根据不同的带宽，预先调节好光头的原始位置。
1—电控柜；2—位置控制检测器；3—C形架；4—发送光源；5—放卷机；6—中心位置检测器；7—移动液压缸；8—液压站／伺服阀；9—极片
单边纠偏
：对于边缘比较整齐的极片多采用单边纠偏。边部平齐的极片在运输和处理过程中不容易受到损伤，为了达到卷齐都是采用一组光头检测边部。检测光头的设置位置可以在放卷机上伸出一个臂来安装光头，光头随收卷机一起移动（图5）；也可以在机组出口偏导辊附近单独地设置一个光头座。一组丝杆通过一个步进电机带动光头，或者移动整个光头支座，在移动座上带有位置传感器。这两种方式的工作过程如下：当极片送到卷筒轴上并咬住头之后，检测光头送进，直到检测到带卷边部遮住一半光源为止，同时自动投入闭环控制系统。当带边位置发生变化时，检测光头继续跟随，并随时将偏移值输入控制系统，使放卷机纠偏移动油缸也同方向移动相同距离，最后达到收卷齐的目的。
1—液压站／伺服阀；2—电控柜；3—位置控制检测器；4—极片；5—偏导辊；6—发送光源；7—收卷机；8—中心位置检测器；9—移动液压缸
滑差轴是利用轴上各个滑差环打滑的原理，使轴上多个卷筒料始终保持张力平衡，完成收放卷工作。滑差轴的主要用途是在收卷流程中对材料的拉力调整，通过在卷轴运行时保持所有料卷适当的张力，在电池极片应用方面，滑差轴收卷大大提高了良品率，降低了生产成本，是锂电池分切机（分条机）上的重要零部件。
①
工作原理
。中心气压滑差轴是张力调节式滑差轴，滑差环独立打滑。滑差轴以精密空芯通气主轴为核心，利用压缩空气推动腔体内的活塞，使轴芯通过摩擦件与滑差环之间产生摩擦转矩，进一步带动斜契底座上的斜胀片向外径方向扩张，挤压收卷筒，传递收卷筒的扭矩，从而达到恒张力卷取。
②
主体结构
。滑差轴结构特殊，由多个滑差环组成，工作时，滑差环受控以一定的滑转力矩值（扭矩）打滑，滑动量正好补偿产生的速度差，从而精确地控制每一卷材料的张力，得以恒张力卷取，保证了卷取质量。可应用于由极低到最高张力的范围，适用于高速、材料厚度误差大、多段张力控制、张力控制精度高、端面收卷整齐的要求。最适合双轴中心卷取式分切机使用。
③
代表产品
。日本东伸滑差轴、西村滑差轴。其控制精度高，成本相对较高。滑差轴的主要单元是气胀单元（由腔体、斜契底座、活塞、气封、轴承和弹簧及胀片组成），每组单元长度40mm，18组单元可任意位置互换和独立更换，从而提高了使用寿命和检修的方便性。
④
材质工艺
。产品本体由调质模具钢或铝合金硬质氧化制作，橡胶胀片用耐高温耐磨聚氨酯材料硫化制作，具体依据最大张力要求而定。可根据要求制定不同尺寸的滑差轴，包括主轴、气胀单元、胀片、弹簧、十字联轴器等零部件。
⑤
使用说明
。滑差轴有效提高了分切机的速度、收卷精度、自动化程度，准备时间减少，操作更人性化。应用滑差轴收卷更是大大提高正品率，降低生产成本。我们的滑差轴可以保证最高料卷质量，通过在卷轴运行时保持所有料卷适当的张力。
分切机选用考虑分切精度、分切装机精度和刀模调整范围等。
ZY750-C600-C50为例，其为极片来料宽度≤750mm，收放卷直径为ϕ600mm，最窄分切宽度30mm，带CCD检测系统设备运行速度50m/min的C型全自动锂电分切设备。CCD检测系统用于检测极片的破损、褶皱等问题。
以某公司65型分切机为例，介绍分切机的使用。图6为系统主界面，单击“进入系统”进入该系统，其操作按钮界面如图7所示，各功能按钮说明如下。
计米测量：设备自动运行状态下生产的长度，此长度可清零。
生产总长度：设备自动运行状态下累计长度，不可清零。
设定线速度：用户通过HMI（或速度调节器）设定的当前运行速度。
速度+：每按1次当前速度增加1m/min（增加值可设定）。
速度-：每按1次当前速度减小1m/min（减小值可设定）。
放卷张力：设备通过放卷张力传感器检测的放卷实时张力。
参数画面：进入参数画面，设置牵引速度、放卷张力和收卷张力值、牵引力矩等参数。
切刀画面：进入切刀画面，设置切刀使用长度，各长度值清零，确定是否启用该切刀等。
手动：进入手动调试操作画面，手动控制放卷、收卷、毛刷和刀模的启停等。
分切机操作分为张力调节、EPC纠偏调节和收卷电气比例阀调试三个环节，其中电气比例阀调试较为关键，其操作步骤如下。
②给比例阀通压缩空气，进气压范围在0.5～0.65MPa。
③按“解锁(UNLOCK)”或“上锁(LOCK)”大于3s，指示灯闪烁。
④间断按SET键，分别显示GL.9/F01/F02（F01=下限，F02=上限）。
⑤当F01与数字闪烁显示时，按下降或上升键，数字下降或上升，一般F01=0.15～0.25。
⑥当F02与数字闪烁显示时，按下降或上升键，数字下降或上升，一般F02=0.45～0.50。
①操作人员必须先培训再上岗，必须熟知分切机的使用方法、设备的性能及一般的维修方法。非本工种人员不得随意操作。
②做好开机前的劳动防护，备好操作的一些辅助工具和材料（调刀工具，作业要求的纸箱、纸管、裁纸刀、胶带等）并放在机台的合适位置。
③确保设备在安全状态下，打开电气开关，检查电路是否缺相以及气路是否畅通，试运行机器，查看电气、气动和机械设备是否运行正常。
④检查机械的防护设施是否完善。操作过程中要防止压伤、划伤或带进转动的齿轮、链条和滚筒等。
⑤调刀：根据作业要求调整准确的刀距，注意刀口的方向。必要时要把底刀取下重新排刀，刀有豁口或不锋利要及时修理更换。
⑥查看静电消除设施及机台地线的连接，保证操作时材料静电得到消除。把机台下铺好废纸，防止灰尘吸附。
⑦上料时注意安全。把材料推到合适位置进行充气，注意材料的转动方向，不可上反。
⑧穿带和对边：把材料按设备设定的方向从放卷穿到收卷，并调整纠偏位置进行对边，切边时要保证成品两边都有胶水，上料时要注意纠偏行程。要上到纠偏行程的中间，运行时要注意纠偏一边，超过行程时出现切不到边要立即处理。
⑨在收卷轴上穿上作业要求的纸管，对齐材料。需要贴双面胶的必须贴好双面胶，调整好合适的收卷张力和放卷张力，进行切边收卷。
⑩在收卷过程中要严格检验产品质量，不可把次品或废品和其他脏物或边条卷进产品，同时严格控制长度。
⑪停机后要关掉电源和气源，并对机器进行必要的清洗维护，过渡辊尽量不要用刀刮，设备上的胶水要用溶剂擦拭干净。
⑫作业中遇到问题，停机处理，无法停机处理的一定要减速谨慎处理。
各有关单位：
大力发展新能源产业，是落实我国碳减排目标、构建双循环发展格局的有力支撑。近年来随着全球新能源开发利用规模不断扩大，应用成本快速下降，以风电、光伏、电动汽车和氢能为代表的新能源产业已成为世界能源版图中最为热门的竞争领域。2022年新能源产业逆势而上，新能源车迎来爆发式增长，新能源乘用车累计批发销量为649.8万辆，同比增长96.3%。在新能源汽车的强劲需求的带动下，动力电池产业迎来了快速发展，成为近年来增长最快的产业赛道之一，正极、负极和隔膜、电解液等新能源材料领域同样进入高速扩产期。
为促进锂电行业新能源材料产业的交流与合作，搭建企业之间交流对接平台，朴烯晶拟定于在宁德召开“2023全国锂电材料行业峰会暨首届宁德论坛”，诚邀新能源汽车、动力电池、正极、负极、电解液、隔膜等新能源材料上下游产业链的国内外技术顶尖教授、资深领袖、行业精英、实战专家、龙头企业与终端工厂技术专家齐聚上海，共同探讨新能源材料的现状、进展、未来以及合作机会，促进上下游产业资源衔接与合作共赢。
（一）会议名称：2023全国锂电材料行业峰会暨首届宁德论坛
（二）会议主题：新材料 新技术 新发展 新方向
（三）会议时间：2023年8月21 - 8月22
（四）会议地点：福建宁德
（五）主办单位：朴烯晶新能源材料（上海）有限公司
（六）承办单位：上海聚朴新材料科技有限公司
（七）会议议程：全体大会及参观宁德时代
（八）宣传平台：
1. 技术交流：为我国从事新能源产业科学研究、开发和产业化的专家、学者、政府有关的管理部门和领导、企业家及其它相关人员搭建一个交流平台，交流和共享研究的最新成果，达到互相促进、共同提高的目标。
2. 产业对接：新能源汽车、动力电池、储能电池、正极材料、负极材料、电解液材料、隔膜材料、新能源电池封装材料、设备等专项对接。
3. 参会代表：新能源汽车生产企业、动力电池企业、正极材料、负极材料、电解液材料、隔膜材料、新能源电池封装材料等新能源材料企业、国内外技术顶尖教授、加工设备厂商等。
1、面向全球的中国锂电产业链机会与挑战
2、新能源汽车、锂电池行业相关国家政策解读
3、新势力主机厂对动力电池的需求
4、锂电池及隔膜行业情况与发展趋势探讨
5、锂电行业发展变局中的隔膜材料趋势与展望
6、高容量电芯正负极材料的研究与进展
7、磷酸铁锂材料迭代与产业化应用
8、富锂锰基正极材料的可控制备与性能研究
9、新能源汽车电池负极材料的技术发展与成本趋势
10、负极石墨化现状及工艺升级突破方向——降本增效
11、添加剂在锂电电解液中的应用
12、动力锂电池隔膜工艺技术与专用料开发情况探讨
13、特种膜技术助力新能源材料产业节能降耗
14、锂电池隔膜生产线维修保养与节能技术交流
15、锂电池隔膜最新涂覆技术探讨
16、粘合剂产品在高性能锂电池（组）中 的应用
17、新能源电池封装材料创新及应用
18、锂电池软包装用铝塑封装膜市场与工艺技术探讨
……
议题持续更新中
2588元/人（含参会费、资料费、会议期间用餐费，不包含酒店及差旅费）
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户名：上海聚朴新材料科技有限公司
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纳税人识别号：91310104MA1FR77Y1Q
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开户行：交通银行股份有限公司上海漕河泾支行
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银行帐号：310066632018800043686
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大会报名及酒店预订请联系：
江女士：18917389576
王女士：18916907923
微信：wenlong113818 / longpu-66（微信）
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