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。分切產(chǎn)品主要受到切刀質(zhì)量、切刀角度以及膜片張力的影響。

1、分切設(shè)備的指標(biāo)

分切設(shè)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(chǎn)設(shè)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(chǎn)生枝晶刺穿隔膜，造成電池內(nèi)部短路，其性能指標(biāo)主要有 分切精度、分切裝機精度、刀模調(diào)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(xiàn)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(shè)備裝配調(diào)試完成后空載檢測的導(dǎo)輥和刀模精度，主要指導(dǎo)輥表面粗糙度Ra＝0.4，導(dǎo)輥圓柱度≤0.03mm，導(dǎo)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(diào)整范圍

分切設(shè)備上下刀片之間在分切材料部位可調(diào)整距離的變化范圍。

2、分切設(shè)備的組成及關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

2.1 分切設(shè)備的組成

分切設(shè)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(biāo)裝置、收卷裝置及電氣系統(tǒng)等構(gòu)成。

標(biāo)準(zhǔn)配置全自動鋰電分切設(shè)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(qū)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(yīng)快、可調(diào)范圍廣，分切設(shè)備組成如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)機型分切設(shè)備結(jié)構(gòu)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(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼焊接制作，用于支撐分切設(shè)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(xiàn)放卷張力。

③ 糾偏裝置 。采用單感應(yīng)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(diào)節(jié)機構(gòu)采用螺桿調(diào)節(jié)，并且配數(shù)顯刻度尺以及手柄式鎖緊機構(gòu)。

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(biāo)尺，基準(zhǔn)0刻度與刀模基準(zhǔn)隔套寬度對應(yīng)，手工進行材料接合，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(diào)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(diào)為正，下調(diào)為負，刀模調(diào)節(jié)輥刻度尺按±5mm制作，調(diào)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(jié)構(gòu)，上下可調(diào)，刻度指示為零，分路輥相對零位調(diào)節(jié)采用正負角度表示，調(diào)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(zhì)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(zhuǎn)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(diào)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(biāo)識）進行表示，毛刷可上下移動50mm，利于穿帶，有10mm位置精確調(diào)節(jié)有利于除塵效果調(diào)節(jié)。毛刷轉(zhuǎn)速為0～300r/min可調(diào)。

⑦ 收卷壓輪裝置 。上下收卷軸各一套壓輪機構(gòu)，壓輪表面鍍鉻或噴陶瓷處理，避免極片分切后出現(xiàn)翻邊現(xiàn)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(shù)的量化設(shè)置，并根據(jù)不同分切寬度自動調(diào)整張力基數(shù)，能自行設(shè)定張力基數(shù)，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(shè)備的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)

分切設(shè)備關(guān)鍵機構(gòu)主要有收放卷的恒張力控制機構(gòu)、滑差軸機構(gòu)和糾偏機構(gòu)等。

1）恒張力控制結(jié)構(gòu)

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(zhuǎn)速控制條件下張力會不斷變化，可能導(dǎo)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(zhì)是在張力不變的情況下，調(diào)整電機的輸出轉(zhuǎn)矩隨卷徑變化而變化 。電機轉(zhuǎn)矩控制通過變頻器和三相異步電機實現(xiàn)，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(zhuǎn)矩給定，另外一路作為速度限制。0～10V對應(yīng)變頻器輸出0至電機額定轉(zhuǎn)矩，這樣通過調(diào)整0～10V的電壓就能夠完成恒張力的控制。

② 張力與轉(zhuǎn)矩的計算 。由圖2動力學(xué)分析得：

圖2 張力與轉(zhuǎn)矩的計算

FD/2=Ti

式中 F——張力；D——卷徑；T——電機轉(zhuǎn)矩；i——減速比。

電機額定轉(zhuǎn)矩表達式為：

T=9550P/n

式中 T——電機的額定轉(zhuǎn)矩，N·m；P——電機的額定功率，kW；n——電機的額定轉(zhuǎn)速，r/min。

③ 電機同步轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速，r/min；p——電機磁極對數(shù)。

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(xiàn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器、高性能單片機等組成。該自動恒張力控制器是根據(jù)張力檢測器測量到卷料的張力與設(shè)定的目標(biāo)張力相比較后，經(jīng)單片機PID運算自動調(diào)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(zhuǎn)矩實現(xiàn)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?？梢宰詣优c手動自由切換，工作人員在使用過程中可根據(jù)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(jié)束卷取整個過程始終采用恒定張力運轉(zhuǎn)；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(xiàn)象，甚至損壞設(shè)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(xiàn)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(nèi)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(shè)定張力，N；K——張力錐度系數(shù)；D0——最小卷徑，m；D——當(dāng)前卷徑，m。

2）糾偏控制結(jié)構(gòu)

① “跑偏”現(xiàn)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(dǎo)致極片在輸送過程中出現(xiàn)“跑偏”現(xiàn)象，為避免跑偏現(xiàn)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(shè)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(zhǔn)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(shè)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(nèi)或向外運動。當(dāng)極片開始穿帶進入機組后，光頭向內(nèi)移動，當(dāng)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(cè)。首先根據(jù)來料的寬度，預(yù)先設(shè)置好檢測光頭的位置。當(dāng)放卷極片送入機組后，檢測光頭根據(jù)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(jù)不同的帶寬，預(yù)先調(diào)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(shè)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(dǎo)輥附近單獨地設(shè)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(dāng)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(dāng)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(dǎo)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(jié)構(gòu)

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(diào)整，通過在卷軸運行時保持所有料卷適當(dāng)?shù)膹埩?，在電池極片應(yīng)用方面，滑差軸收卷大大提高了良品率，降低了生產(chǎn)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(diào)節(jié)式滑差軸，滑差環(huán)獨立打滑?；钶S以精密空芯通氣主軸為核心，利用壓縮空氣推動腔體內(nèi)的活塞，使軸芯通過摩擦件與滑差環(huán)之間產(chǎn)生摩擦轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu) 。滑差軸結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)力矩值（扭矩）打滑，滑動量正好補償產(chǎn)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(zhì)量?？蓱?yīng)用于由極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(chǎn)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(zhì)工藝 。產(chǎn)品本體由調(diào)質(zhì)模具鋼或鋁合金硬質(zhì)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(jù)最大張力要求而定?？筛鶕?jù)要求制定不同尺寸的滑差軸，包括主軸、氣脹單元、脹片、彈簧、十字聯(lián)軸器等零部件。

⑤ 使用說明 ?；钶S有效提高了分切機的速度、收卷精度、自動化程度，準(zhǔn)備時間減少，操作更人性化。應(yīng)用滑差軸收卷更是大大提高正品率，降低生產(chǎn)成本。我們的滑差軸可以保證最高料卷質(zhì)量，通過在卷軸運行時保持所有料卷適當(dāng)?shù)膹埩Α?/p>

3、分切設(shè)備的選擇與應(yīng)用案例

(1) 設(shè)備選擇

分切機選用考慮分切精度、分切裝機精度和刀模調(diào)整范圍等。

(2) 應(yīng)用案例

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(shè)備運行速度50m/min的C型全自動鋰電分切設(shè)備。CCD檢測系統(tǒng)用于檢測極片的破損、褶皺等問題。

4、分切設(shè)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7 操作按鈕界面

計米測量：設(shè)備自動運行狀態(tài)下生產(chǎn)的長度，此長度可清零。

生產(chǎn)總長度：設(shè)備自動運行狀態(tài)下累計長度，不可清零。

設(shè)定線速度：用戶通過HMI（或速度調(diào)節(jié)器）設(shè)定的當(dāng)前運行速度。

實際線速度：設(shè)備當(dāng)前運行的實時速度顯示。

速度+：每按1次當(dāng)前速度增加1m/min（增加值可設(shè)定）。

速度-：每按1次當(dāng)前速度減小1m/min（減小值可設(shè)定）。

放卷張力：設(shè)備通過放卷張力傳感器檢測的放卷實時張力。

收卷直徑：設(shè)備的實時收卷直徑。

上收卷張力：設(shè)備上層收卷的實時張力。

下收卷張力：設(shè)備下層收卷的實時張力。

參數(shù)畫面：進入?yún)?shù)畫面，設(shè)置牽引速度、放卷張力和收卷張力值、牽引力矩等參數(shù)。

切刀畫面：進入切刀畫面，設(shè)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(diào)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(shè)備。

低速：以低速運行設(shè)備。

(2) 分切機的安裝調(diào)試

分切機操作分為張力調(diào)節(jié)、EPC糾偏調(diào)節(jié)和收卷電氣比例閥調(diào)試三個環(huán)節(jié)，其中電氣比例閥調(diào)試較為關(guān)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，F(xiàn)02=上限）。

⑤當(dāng)F01與數(shù)字閃爍顯示時，按下降或上升鍵，數(shù)字下降或上升，一般F01=0.15～0.25。

⑥當(dāng)F02與數(shù)字閃爍顯示時，按下降或上升鍵，數(shù)字下降或上升，一般F02=0.45～0.50。

⑦調(diào)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(xùn)再上崗，必須熟知分切機的使用方法、設(shè)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(diào)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(shè)備在安全狀態(tài)下，打開電氣開關(guān)，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(shè)備是否運行正常。

④檢查機械的防護設(shè)施是否完善。操作過程中要防止壓傷、劃傷或帶進轉(zhuǎn)動的齒輪、鏈條和滾筒等。

⑤調(diào)刀：根據(jù)作業(yè)要求調(diào)整準(zhǔn)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(shè)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(zhuǎn)動方向，不可上反。

⑧穿帶和對邊：把材料按設(shè)備設(shè)定的方向從放卷穿到收卷，并調(diào)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(xiàn)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(diào)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(chǎn)品質(zhì)量，不可把次品或廢品和其他臟物或邊條卷進產(chǎn)品，同時嚴格控制長度。

?停機后要關(guān)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(shè)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。