分切，又称分切复卷，是指将大宽度的涂布薄膜纵向切割成多条，再卷成一定宽度规格的上下单卷的过程。分切刀片主要由上下圆盘刀片组成，安装在分切机的刀轴上，利用滚动剪切原理分切厚度为0.01-0.1mm的铝箔、铜箔、正负极片等产品。分切刀片的质量、刀片的角度和薄膜的张力是影响分切过程的主要因素。分切后，电极片不应有皱纹或粉末脱落。分切尺寸要求高精度，电极片边缘的毛刺应最小。否则，枝晶可能会因毛刺而穿透隔膜，从而导致电池内部短路。
01 分切设备指标
分切装置，也称为分切机或纵切机，是指将锂离子电池电极、聚合物电池电极片、镍氢电池电极片以及彩色金属片或卷材切割成所需尺寸规格，同时保持恒定张力并满足某些工艺要求的生产设备。电池电极的分切需要较高的尺寸精度，电极的边缘应具有最小的毛刺。否则，枝晶可能会穿透隔膜，导致电池内部短路。分切装置的性能指标主要包括分切精度、分切设备精度以及刀片和模具调整的范围。
- 纵 剪准确性
分切后，电极的纵向毛刺应为 ≤7μm，横向毛刺应为 ≤12μm。电极的切割边缘不应有分层或皱纹。几何尺寸应满足电池制造过程的线性公差要求。这主要是指刀轴和分切刀片的尺寸公差和跳动，以及它们的同轴度。
- 分切和安装精度
分切设备组装调试后空载试验时托辊和刀片模块的精度主要参照以下标准：
惰辊表面粗糙度：Ra ≤ 0.4。
惰辊圆柱度：≤ 0.03mm。
安装后托辊总跳动：≤ 0.05mm。
叶片模块组件的跳动：≤ 10μm。
- 刀片调整范围
切割材料段分切设备上下刀片之间可调距离的范围。
02 分切机的组成及关键结构
2.1 分切机的组成
分切设备主要由放卷装置、放卷张力控制、放卷边对齐控制、卷筒纸纠偏、CCD外观缺陷检测系统、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、电气系统等组成。
全自动锂电池分切设备的标准配置是垂直安装在框架上。它对上下辊采用双滑差速轴，具有相同的方向中心卷绕方式。收卷和放卷的夹紧，以及刀片模块和压辊的动作，都是气动控制的，使操作简单快捷。它由变频驱动和同步带传动的单电机驱动，确保运行平稳可靠，噪音低。放卷由磁粉离合器制动器控制，张力控制精度高，响应速度快，可调范围广。分切设备的组成如下所示。
1 – 后墙板;2 – 前墙板;3 – 底座;4 – 电气柜;5 – 放卷装置;6 – 边缘对齐装置;7 – 卷筒纸导向平台;8 – 分切刀片;9 – 粉末刷涂装置;10 – 收卷压力辊装置;11 – 收卷滑差轴装置
- –机体：采用优质碳素结构钢制成，用于支撑分切设备的框架和电气柜。前后墙板通过连接梁连接，垂直固定在底座上。
- –放卷装置：使用空气膨胀轴方式进行放卷。通过在放卷空气膨胀轴的末端连接磁粉制动器，施加与牵引方向相反的可控阻力，以实现放卷张力。
- –边缘对齐装置：采用单感应探头边缘检测进行边缘对准。采用高精度边缘对边系统，对准精度为 ±0.1mm，对中行程为 ≥120mm。传感器位置调整机构使用螺钉进行调整，并配备数字显示刻度和手柄式锁定机构。
- 皮带进料平台：皮带进料平台的间隙宽度为 1mm，深度大于 10mm。气动压力杆压紧接触板。皮带进料平台增加了一块 5.0 毫米的黑色钢板，以及一把刻度尺。刻度上的参考点“0”对应于切割模具参考点之间的间隙套筒的宽度。材料连接过程是手动完成的。当接触板正确送入皮带时，必须保证皮带进料平台与压杆之间的距离为 10mm。实施了额外的安全措施。如果启动机器时压杆处于向下位置，则必须启动警报和提示功能，并且必须清除警报才能启动机器。
- –纵 剪死：上刀片和下刀片之间的间隙固定方便。切割模具采用单轴驱动。两个主轴采用40Cr材料，底板和支架采用S136钢。表面硬化，硬度为 HRC50 或以上。切割模具的整体外观应无锈渍。需要在切割模具入口的调节辊上显示刻度。进料辊直径为 φ50mm。当滚子的最低点与下刀片的最高点位于相同的水平位置时，刻度指示为零。向上调整表示为正，向下调整表示为负。切割模具调整辊上的刻度应在 ±5mm 范围内制作。调节辊采用铝合金材质，表面经棕色阳极氧化处理，硬度不小于HRB300。两端支撑采用螺丝结构，可上下调节。刻度指示为零。分流辊相对于零位的调整由正角和负角表示，调整范围为 ±3°。
- – 粉末刷洗装置：该设备使用带有夹式安装的可拆卸刷辊。轴孔固定，通过拉销机构实现驱动，便于组装和拆卸。刷辊的刷毛由柔软的尼龙刷毛制成，以防止因硬度过高而损坏接触板。刷辊采用卷绕式刷毛放置，确保高刷毛密度，有效去除灰尘。毛刷与接触板运动方向相反旋转，以增强除尘效果。在运行过程中，除尘装置的左右刷相互嵌入，确保刷毛与接触板有效接触，在施加一定压力的同时保持足够的弹性，保证除尘效果。两个刷子相互嵌入的深度为 2 至 3 毫米（通过调整除尘箱边缘密封材料的厚度来控制）。两个画笔之间的中心距离需要用刻度表示。毛刷可上下调节50mm，方便穿线，10mm处有精确调节位置，有利于调节除尘效果。刷子转速可在 0 至 300r/min 之间调节。
- – 收卷压辊装置：有一组带有压辊机构的上下收卷轴。压力辊的表面镀铬或经过陶瓷涂层处理，以防止分切后边缘翻转。
- – 收卷滑差速轴装置：有两个上下收卷滑差速轴，便于以差速收卷。它配备了中间层板，并允许将张力乘以条带数量进行定量设置。它根据不同的分切宽度自动调整张力底座，并可自行设置张力底座，确保张力恒定稳定，防止连续分切时皮带断裂。
2.2 分切机的关键结构
分切设备的关键部件包括用于放卷和复卷的恒张力控制机构、滑差轴机构和边缘对齐机构。
- 恒张力控制结构
（1）恒张力控制原理。恒定张力控制原理对于分切操作中的放卷和复卷过程至关重要。随着放卷直径的减小和复卷直径的增加，由于恒定的电机速度控制，张力将不断变化。如果张力过低或过高，这种张力变化会分别导致材料起皱或破损。为避免这些问题，有必要在放卷和收卷过程中保持恒定的张力。
恒张力控制的本质是在保持张力不变的情况下，随着直径的变化调整电机的输出扭矩。电机扭矩控制是通过变频器和三相异步电动机实现的。Delta V 系列变频器提供三个模拟输入端口：AUI、AVI 和 ACI。这些端口可以针对各种功能进行定义，其中一个用作扭矩参考，另一个用作速度限制。
0-10V 的电压范围对应于电机额定扭矩的 0 输出范围。通过在 0-10V 范围内调节电压，可实现恒张力控制。
- 张力和扭矩的计算。从下图中的动力学分析来看：
FD/2=钛
在方程中，F 表示张力，D 表示直径，T 表示电机扭矩，i 表示齿轮减速比。
电机额定转矩的表达式为：
吨 = 9550P/n
在方程中，T 表示电机的额定转矩，单位为牛顿米 （N·m），
P 表示电机的额定功率，单位为千瓦 （kW），n 表示电机的额定转速，单位为每分钟转数 （r/min）。
（3） 电机同步转速的计算：
电机同步转速的计算如下：
n = 60f/p = 60 × 2/2 = 60 r/min
在公式中，f 表示以赫兹 （Hz） 为单位的电源频率，n 表示以每分钟转数 （r/min） 为单位的收卷电机的速度，p 表示电机极对数。
（4）速度 操作。在系统中使用张力控制时，必须限制分切机的速度以防止失控。复卷的运行速度 V 的表达式如下：
V = πDn/i
在等式中，V 表示分切机的运行速度，单位为米/分钟 （m/min），D 表示收卷的最大直径，单位为米 （m），n 表示速度，单位为每分钟转数 （r/min），并且
（5）一个自动张力控制器.自动张力控制器主要由张力传感器、高精度 A/D 和 D/A 转换器、高性能微控制器和其他组件组成。该自动恒定张力控制器的工作原理是将张力传感器测得的卷材张力与目标张力设定值进行比较。然后，它利用微控制器执行的 PID 计算来自动调整 D/A 输出，从而改变磁粉离合器/制动器的激励电流或伺服电机的扭矩。这确保了卷筒材料中的恒定张力。自动张力控制器可广泛应用于需要精确测量和控制张力的各种应用。它提供操作灵活性，应用范围广泛。它允许在自动和手动模式之间无缝切换，使操作员能够根据其特定要求在这些模式之间切换。
（6）收卷锥度张力.在偏光膜的分切和复卷过程中，常见的控制方法是采用恒张力收卷。这意味着放卷机在整个过程中保持恒定的张力，包括收卷开始、连续收卷和收卷结束。然而，当将材料缠绕到芯或心轴上时，芯会产生明显的反作用力。如果采用恒张力收卷，很容易造成薄膜在卷筒中心突出的现象，甚至可能损坏设备。为了解决这个问题，可以采用锥形张力控制方案。这种方法极大地缓解了上述问题。如下图所示，锥形张力曲线类似于顶部尖的圆锥体。它在卷的中心产生更高的张力，并随着材料卷直径的增加逐渐降低向外层的张力。通过控制张力，可以实现材料“内紧外松”的缠绕，满足材料缠绕的工艺要求。
张力锥度公式表示如下：
F = F0 × [1 – K（1 – D0/D）]
在等式中，F 表示以牛顿 （N） 为单位的实际输出张力，F0 表示以牛顿 （N） 为单位的设定张力，K 表示张力锥度系数，D0 表示以米 （m） 为单位的最小直径，D 表示以米 （m） 为单位的当前直径。
2）一个韧带矫正
（1）“偏差”现象。在偏光膜的分切和复卷过程中，涂布不均匀、纵向张力不均匀、薄膜边缘不规则、输送辊之间错位以及锥形膜与辊面之间的过度摩擦等各种因素都会导致薄膜在运输过程中出现“跑偏”。为了防止这种偏差现象，在分切和复卷设备上安装了边缘对齐校正装置。
（2）修正方法。根据校正设备的安装位置，可分为双边校正和单边校正两种。
Dual-edge 校正 特别是对于边缘不平、错位或塔形的偏光薄膜，或在放卷过程中难以将薄膜与机器中心线对齐时，放卷机上通常使用双边校正装置。通常有两种形式的双边校正。
一种方法是双检测头系统，也称为中心位置控制 （CPC），如下图所示。两组检测头沿机器中心线对称定位。它们由步进电机通过双向丝杠驱动，允许同步向内或向外移动。当胶片进入机器时，检测头向内移动。如果只有一个头检测到薄膜的边缘，则表明薄膜已向该方向偏离，并发送信号移动放卷机并调整薄膜的位置，直到两个检测头都检测到薄膜的边缘并输出相等的信号。此时，检测头和放卷机停止移动，薄膜处于中心位置。这种方法的优点是它在放卷过程中自动将薄膜居中，而无需考虑材料的宽度。
另一种方法是边缘位置控制 （EPC），它通过检测薄膜边缘来控制边缘的位置。检测头架安装在机器的传输侧。检测头的位置是根据进料的宽度预先设定的。当放卷薄膜进入机器时，检测头根据薄膜的覆盖程度（完全覆盖、完全曝光或部分覆盖）发送信号。放卷机移动以确保胶片边缘的一侧保持在被检测头部分覆盖的位置。这种方法的优点是只需要一个检测头，使设备相对简单。但是，在操作前需要根据材料的不同宽度提前调整检测头的原始位置。
1—控制柜;2—位置控制检测器;3—C形框架;4—发射光源;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—偏光膜
单边校正： 对于边缘相对均匀的偏光膜，通常使用单边校正。边缘光滑的薄膜在运输和处理过程中不易损坏。为了实现均匀卷绕，使用一组检测头来检测薄膜的边缘。位置控制检测器可以安装在从放卷机伸出的手臂上，并与收卷机一起移动。或者，可以在机器的出口偏转辊附近安装一个单独的头部支架。由步进电机驱动的一组导螺杆移动检测头或整个检测头支架，其中包括一个位置传感器。这两种方法的工作过程如下：当薄膜装入收卷芯并夹紧时，检测头向内移动，直到检测到薄膜边缘部分覆盖光源。同时，闭环控制系统自动接合。当薄膜边缘的位置发生变化时，检测头继续跟随并将偏移值输入到控制系统中。这使得放卷机的边缘校正液压缸沿相同的方向和相同的距离移动，最终实现均匀的收卷结果。
1—液压站/伺服阀;2—控制柜;3—位置控制检测器;4—偏光膜;5—偏转辊;6—发射光源;7—复卷机;8—中心位置检测器;9—移动液压缸
- 滑轴分切结构
（1）工作原理。滑轴是基于轴上各种滑环的滑动原理，以保持轴上多卷材料之间的张力平衡，便于分切和复卷的过程。滑轴的主要目的是在复卷过程中调整材料的张力。通过在轴运行过程中保持所有辊子上的适当张力，滑轴大大提高了产量并降低了生产成本，尤其是在电池极化膜的应用中。是锂电池分切机（分切机）的重要组成部分。
（2）主体结构。滑轴具有由多个滑环组成的特殊结构。在运行过程中，控制滑环以一定的扭矩值滑动，精确补偿产生的速度差。这样可以精确控制每卷材料的张力，确保恒定的张力收卷并保证收卷质量。它可以在从非常低到高水平的广泛张力范围内应用。滑轴适用于需要高速、大材料厚度变化、多级张力控制、高精度张力控制和整齐端面卷绕的应用。它特别适合用于双轴中心卷绕分切机。
（3）代表性产品。日本的 Tōshin 滑轴和 Nishimura 滑轴以其高控制精度而闻名，尽管它们的成本相对较高。滑轴的主机是气动膨胀装置，它由腔室、斜底板、活塞、气封、轴承、弹簧和膨胀板组成。每个单元的长度为 40mm，18 个单元可以在任何位置独立互换和更换，从而提高使用寿命和易于维护。
（4）材料技术。产品主体采用调质模钢或铝合金，带硬质阳极氧化涂层。橡胶膨胀板由耐高温耐磨的聚氨酯材料制成，并根据最大张力要求进行相应的硫化。可根据具体要求定制不同尺寸的滑轴，包括主轴、气动膨胀装置、膨胀板、弹簧和万向节等部件。
（5）使用说明。滑轴显著提高了速度、复卷精度、自动化水平，减少了设置时间，并提高了分切机的用户友好性。滑轴在复卷中的应用大大提高了优质产品的产量并降低了生产成本。我们的滑轴通过在运行过程中保持所有卷的适当张力来确保最高质量的材料卷。
2.3 电极片分切和其他普通金属板分切有什么区别？
与金属片材的切割工艺相比，锂电池电极盘的切割方法具有完全不同的特点：
在电极盘切割过程中，上下圆刀片具有负前角，类似于剪刀的刀片，边缘宽度非常小。上下圆叶片之间没有水平间隙（图中的参数 c 相当于负值），而是上下叶片相互接触并施加侧向压力。
在板材切割中，上方和下方都有橡胶支撑辊，用于平衡切割过程中产生的剪切力和剪切扭矩，从而避免板材的显着变形。但是，在电极盘切割中，没有上下支撑辊。
电极盘上的涂层是由颗粒组成的复合材料，塑性变形能力很小。当上下圆叶片产生的内应力超过涂层颗粒之间的内聚力时，涂层中会形成裂纹并扩展，从而导致分离。
2.4 分切的关键点有哪些？
1. 材料物理机械性能的影响
一般来说，具有良好塑性的材料往往会延迟剪切过程中裂纹的出现，从而导致材料被剪切的深度更大，亮剪切区的比例更大。另一方面，塑性差的材料在相同参数条件下更容易发生断裂，导致断裂表面撕裂区比例较高，自然而然地较小的亮剪切区。
- 上下对刀具侧压的影响
在电极盘的切割过程中，工具施加的侧向压力是影响切割质量的关键因素之一。剪切过程中，裂缝面上下裂缝的排列方式和剪切力的应力-应变状态与侧向压力的大小密切相关。如果侧向压力过低，则在切割电极盘时可能会出现切割表面不平整和材料损失等缺陷。相反，如果压力过高，工具更容易磨损，从而导致使用寿命缩短。
- 上下配对工具重叠量的影响（上图中参数 δ）
重叠量的设定主要与电极盘的厚度有关。合理的重叠量有利于刀具啮合，并会影响切削质量、毛刺大小和刀具边缘磨损率。
- 咬合角度的影响（上图中参数 α）
在圆盘切割中，咬合角是指切割段与被切割板材中心线之间的角度。随着咬合角度的增加，切削力的水平分量也会增加。如果水平力超过电极盘的进给张力，片材可能会在圆形刀片前滑动或拱起，从而无法进行切割。另一方面，减小咬合角需要增加刀片的直径，这反过来又需要更大的分切机尺寸。因此，必须根据实际工况确定咬合角、叶片直径、片材厚度和重叠量的平衡。
2.5 缺陷
电极片分切的主要缺陷包括：
- 毛刺
毛刺，尤其是金属毛刺，对锂电池构成重大风险。较大的金属毛刺可以直接穿透隔膜，导致正负极之间短路。电极片的分切过程是锂离子电池制造中产生毛刺的主要来源。上图显示了电极盘切割过程中产生的金属毛刺的典型形态。由于分切过程中的张力控制不稳定，会发生二次分切，导致尺寸超过 100μm 的铝箔毛刺。为避免这种情况，在工具调整过程中，根据电极盘的特性和厚度找到最合适的侧向压力和工具重叠至关重要。此外，对刀片进行倒角和调整线圈张力有助于提高电极盘的边缘质量。
2.波浪边
在电极盘的分切过程中，不正确的工具重叠和压力会导致切割处出现波浪形边缘和涂层分层。当出现波纹边缘时，在电极盘的分切和卷绕过程中可能会出现边缘偏差和振动，从而导致过程精度降低。此外，它还会对电池的最终厚度和外观产生负面影响。
03 分切机的选型及应用案例
（1） 设备选型：
分切机的选择应考虑切割精度、分切设备精度和刀片调整范围等因素。
（2） 应用案例：
以朝阳机械制造有限公司的ZY750-C600-C50分切机为例，它是最大进料宽度750mm，收放卷直径φ600mm，最小分切宽度30mm，运行速度50m/min的C型全自动锂电池分切设备。该设备配备了 CCD 检测系统，可检测电极盘上的损坏和皱纹等问题。
04 分切机的使用和维护
（1） 分切机的用途：
以某公司的 65 型分切机为例，描述了分切机的用途。下图显示了系统的主界面。通过单击“进入系统”，您可以访问该系统。操作按钮界面如下图所示，各功能按钮的说明如下。
长度测量：在自动操作模式下产生的长度可以重置为零。
总生产长度：自动操作模式下的累计长度，不能重置为零。
设置线速：用户通过 HMI（或速度控制器）设置的当前运行速度。
实际线路速度：机器当前运行的实时速度。
速度增加 （+）：按下此按钮可将当前速度增加 1m/min（可以设置增量值）。
速度降低 （-）：按下此按钮可将当前速度降低 1m/min（可设置递减值）。
Unwind Tension（放卷张力）：放卷张力传感器检测到的实时张力。
Rewind Diameter（倒带直径）：倒带素材的实时直径。
Upper Rewind Tension（上倒带张力）：上倒带的实时张力。
Lower Rewind Tension（下倒带张力）：下倒带的实时张力。
参数界面：进入参数界面，设置牵引速度、放卷张力、收卷张力、牵引扭矩等参数。
刀具屏幕：访问刀具屏幕以设置刀具使用长度、重置各种长度值以及确定是否启用刀具。
手动：进入手动调试操作画面，手动控制放卷、倒带、刷涂、刀片停止/启动等功能。
自动：选择自动模式。
Start：开始整行（在自动模式下有效）。
Stop：停止整条线路（在自动模式下有效）。
高速：高速运行机器。
低速：以低速运行机器。
（2） 分切机的安装与调试：
分切机的操作包括三个步骤：张力调整、EPC 对中校正调整和收卷电动比例阀的调试。电动比例阀的调试是一个关键步骤，程序如下：
- 根据接线要求连接 24V 电源。
- 向比例阀供应 0.5-0.65MPa 范围内的压缩空气。
- 按住“解锁”或“锁定”按钮 3 秒以上，直到指示灯闪烁。
- 间歇性按下 SET 按钮显示 GL.9/F01/F02（F01 = 下限，F02 = 上限）。
- 当 F01 显示闪烁的数字时，按减少或增加按钮可减少或增加数字。通常，F01 = 0.15-0.25。
- 当 F02 显示闪烁的数字时，按减少或增加按钮可减少或增加数字。通常，F02 = 0.45-0.50。
- 完成调试过程后，按下 SET 按钮。
（3） 操作分切机的注意事项及维护：
1）操作人员在开始工作前必须接受培训，熟悉分切机的操作、设备性能、一般维护方法。未接受过此工作培训的人员不应操作机器。
2）启动机器前采取必要的劳动保护措施。准备辅助工具和材料（如调刀工具、所需纸箱、纸管、切割刀、胶带等）并放置在机器上的适当位置。
3）确保设备处于安全状态。打开电气开关，检查电路中是否有任何缺失的相位，并确保空气回路畅通无阻。试运行机器，检查电气、气动和机械设备是否正常工作。
4）检查机械安全装置是否到位。在操作过程中，防止挤压、划伤或卡在旋转的齿轮、链条和滚轮中。
5）调整刀位：根据工作要求准确调整刀距，注意刀片的方向。如有必要，取下底刀并重新排列。如果刀片损坏或不锋利，请修理或更换刀片。
6）检查除静电装置与机器接地线的连接，确保在运行过程中消除静电。将废纸放在机器下方，以防止灰尘积聚。
7）进料时注意安全。将物料推至适当的充气位置，并注意物料的旋转方向。不要反向加载材料。
8）穿料和边对齐：根据设备设定的方向将材料从放卷到收卷穿线，调整边位，确保成品两侧都有胶粘剂。进料时注意边缘对齐。它应该在对齐笔划的中间对齐。如果材料在超过笔触时无法切割到边缘，请立即采取措施解决问题。
9）将所需的纸管放在复卷轴上，对准材料。如果需要双面胶带，请确保正确使用双面胶带。调整适当的收卷和放卷张力，并进行切边和收卷。
10）在复卷过程中，仔细检查产品质量。避免卷入有缺陷或废弃的产品、污垢或边缘饰条。严格控制长度。
11）停机后，请关闭电源和气源，并对机器进行必要的清洁和维护。避免使用刀刮擦转印辊。用溶剂清洁设备上的所有胶粘剂。
12）如果在运行过程中出现任何问题，请停机进行故障排除。如果无法停止机器，请谨慎处理这种情况，并在必要时降低速度。
