آلة لف بطارية الليثيوم: المبادئ والعمليات الرئيسية وإرشادات مراقبة الجودة

في عملية تصنيع بطاريات الليثيوم أيون، عادة ما تكون هناك عدة طرق لتقسيم العملية. ويمكن تقسيم العملية إلى ثلاث عمليات رئيسية: تصنيع الأقطاب الكهربائية، وعملية التجميع، واختبار الخلايا (كما هو موضح في الشكل أدناه)، كما أن هناك شركات تقسمها إلى عمليات ما قبل اللف وما بعد اللف، ونقطة الترسيم هذه هي عملية اللف. نظرًا لوظيفة التكامل القوية، يمكن أن تجعل مظهر البطارية قولبة أولية، وبالتالي فإن عملية اللف في تصنيع بطاريات الليثيوم أيون كدور محوري، هي المفتاح، وغالبًا ما يشار إلى عملية اللف التي ينتجها اللب المدلفن باسم العارية خلية البطارية (جيلي رول، يشار إليها باسم JR).

عملية تصنيع بطارية ليثيوم أيون
في عملية تصنيع بطارية ليثيوم أيون، يتم توضيح عملية اللف الأساسية على النحو التالي. تتمثل العملية المحددة في لف قطعة القطب الموجب وقطعة القطب السالب وفيلم العزل معًا من خلال آلية إبرة آلة اللف، ويتم عزل قطع القطب الموجبة والسالبة المجاورة بواسطة فيلم العزل من أجل منع حدوث ماس كهربائي. بعد الانتهاء من اللف، يتم تثبيت اللب بورق لاصق لمنع اللب من الانهيار، ثم يتدفق إلى العملية التالية. في هذه العملية، المفتاح هو التأكد من عدم وجود اتصال مادي بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة، وأن لوحة القطب السالب يمكن أن تغطي لوحة القطب الموجب بالكامل في كلا الاتجاهين الأفقي والرأسي.

رسم تخطيطي لعملية اللف
في عملية لف القلب، بشكل عام، يقوم دبوسان ملفوفان بتثبيت طبقتين من الحجاب الحاجز لللف المسبق، ثم يقومان بتغذية قطعة القطب الموجبة أو السالبة بدورها، ويتم تثبيت قطعة القطب بين طبقتين من الحجاب الحاجز لللف. في الاتجاه الطولي للنواة، يتجاوز الحجاب الحاجز الحجاب الحاجز السلبي، ويتجاوز الحجاب الحاجز السلبي الحجاب الحاجز الموجب، وذلك لتجنب ماس كهربائى الاتصال بين الحجاب الحاجز الموجب والسالب.

رسم تخطيطي لحجاب حاجز إبرة متعرج

الرسم الفيزيائي لآلة اللف الأوتوماتيكية

آلة اللف هي المعدات الرئيسية لتحقيق عملية اللف الأساسية. وبالرجوع إلى الرسم البياني أعلاه، فإن مكوناته ووظائفه الرئيسية هي كما يلي:

1. نظام إمداد قطعة القطب: قم بنقل قطع القطب الموجبة والسالبة على طول سكة التوجيه إلى طبقتين من الحجاب الحاجز بين الجانب AA والجانب BB على التوالي لضمان الإمداد المستقر لقطع القطب.
2. نظام تفكيك الحجاب الحاجز: يتضمن أغشية علوية وسفلية لتحقيق الإمداد التلقائي والمستمر للأغشية إلى إبرة اللف.
3. نظام التحكم في التوتر: للتحكم في التوتر المستمر للحجاب الحاجز أثناء عملية اللف.
4. نظام اللف واللصق: للصق وتثبيت النوى بعد اللف.
5. نظام ناقل التفريغ: يقوم بتفكيك النوى من الإبر تلقائيًا وإسقاطها على الحزام الناقل الأوتوماتيكي.
6. مفتاح القدم: عندما لا تكون هناك حالة غير طبيعية، قم بالضغط على مفتاح القدم للتحكم في التشغيل العادي لللف.
7. واجهة التفاعل بين الإنسان والحاسوب: مع إعداد المعلمة، والتصحيح اليدوي، ومطالبات الإنذار ووظائف أخرى.

من التحليل أعلاه لعملية اللف، يمكن ملاحظة أن لف القلب الكهربائي يحتوي على رابطين لا مفر منهما: دفع الإبرة وسحب الإبرة.
عملية دفع الإبرة: تمتد لفتا الإبر تحت تأثير دفع أسطوانة الإبرة، من خلال جانبي الحجاب الحاجز، ولفتان من الإبر التي تم تشكيلها من خلال مزيج من أسطوانة الإبرة التي تم إدخالها في الكم، ولفات الإبر بالقرب من مشبك الحجاب الحاجز، في نفس الوقت، تندمج لفتا الإبر لتشكل شكلًا متماثلًا بشكل أساسي، مثل قلب اللف الأساسي.

رسم تخطيطي لعملية دفع الإبرة

عملية ضخ الإبرة: بعد اكتمال اللف الأساسي، يتم سحب الإبرتين تحت تأثير أسطوانة ضخ الإبرة، ويتم سحب أسطوانة الإبرة من الكم، وتغلق الكرة الموجودة في جهاز الإبرة الإبرة تحت تأثير الزنبرك، ويتم لف الإبرتين في اتجاهين متعاكسين، ويتم تقليل حجم الطرف الحر للإبرة لتكوين فجوة معينة بين الإبرة والسطح الداخلي للنواة، ومع تراجع الإبرة بالنسبة إلى الكم الحافظ، تتقلص الإبر و يمكن فصل النواة بسلاسة.

رسم تخطيطي لعملية استخراج الإبرة

تشير "الإبرة" في عملية دفع وسحب الإبرة أعلاه إلى الإبرة، والتي، باعتبارها المكون الأساسي لآلة اللف، لها تأثير كبير على سرعة اللف وجودة اللب. في الوقت الحاضر، تستخدم معظم آلات اللف إبرًا مستديرة وبيضاوية ومسطحة على شكل ماسي. بالنسبة للإبر المستديرة والبيضاوية، نظرًا لوجود قوس معين، سيؤدي إلى تشوه الأذن القطبية للنواة، في عملية الضغط الأساسية اللاحقة، ولكن من السهل أيضًا التسبب في التجاعيد الداخلية وتشوه النواة. أما بالنسبة للإبر المسطحة ذات الشكل الماسي، فنظرًا لاختلاف الحجم الكبير بين المحاور الطويلة والقصيرة، فإن شد قطعة العمود والحجاب الحاجز يختلف بشكل كبير، مما يتطلب من محرك الدفع أن يدور بسرعات مختلفة، مما يجعل التحكم في العملية صعبًا، وعادة ما تكون سرعة اللف منخفضة.

رسم تخطيطي لإبر اللف المشتركة

خذ على سبيل المثال الإبرة المسطحة ذات الشكل الماسي الأكثر تعقيدًا وشائعة، أثناء عملية لفها وتدويرها، يتم دائمًا لف قطع القطب الموجب والسالب والحجاب الحاجز حول نقاط الزاوية الستة B وC وD وE وF. وG كنقطة الدعم.

رسم تخطيطي لدوران إبرة متعرجة مسطحة على شكل الماس

لذلك، يمكن تقسيم عملية اللف إلى لف قطعي مع نصف القطر OB، OC، OD، OE، OF، OG، وتحتاج فقط إلى تحليل التغير في سرعة الخط في النطاقات الزاويّة السبعة بين θ0، θ1، θ2، θ3، θ4، θ5، θ6، و θ7، من أجل الوصف الكمي الكامل لعملية الدوران الدوري لإبرة اللف.

رسم تخطيطي لزوايا مختلفة لدوران الإبرة

وبناء على العلاقة المثلثية، يمكن اشتقاق العلاقة المقابلة.

من المعادلة المذكورة أعلاه، من السهل أن نرى أنه عندما يتم لف إبرة اللف بسرعة زاوية ثابتة، فإن السرعة الخطية لللف والزاوية المتكونة بين نقطة دعم الإبرة وقطع القطب الموجب والسالب والحجاب الحاجز تكون في علاقة وظيفية مجزأة. يتم محاكاة علاقة الصورة بين الاثنين بواسطة Matlab على النحو التالي:

التغيرات في سرعة اللف في زوايا مختلفة

من الواضح بشكل بديهي أن نسبة السرعة الخطية القصوى إلى السرعة الخطية الدنيا في عملية لف الإبرة المسطحة ذات الشكل الماسي في الشكل يمكن أن تكون أكثر من 10 مرات. مثل هذا التغيير الهائل في سرعة الخط سيؤدي إلى تقلبات كبيرة في توتر الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة والحجاب الحاجز، وهو السبب الرئيسي للتقلبات في توتر الملف. قد يؤدي تقلب التوتر المفرط إلى تمدد الحجاب الحاجز أثناء عملية اللف، وانكماش الحجاب الحاجز بعد اللف، وتباعد الطبقات الصغيرة في الزوايا داخل القلب بعد الضغط على القلب. في عملية الشحن، يؤدي تمدد قطعة القطب إلى عدم تركيز الضغط في اتجاه عرض النواة، مما يؤدي إلى لحظة انحناء، مما يؤدي إلى تشويه قطعة القطب، وتظهر بطارية الليثيوم المجهزة في النهاية "S" "تشوه.

صورة مقطعية ومخطط تفكيك للنواة المشوهة "S".

في الوقت الحاضر، من أجل حل مشكلة الجودة الأساسية الرديئة (التشوه بشكل أساسي) الناتجة عن شكل إبرة اللف، عادة ما يتم استخدام طريقتين: لف التوتر المتغير واللف المتغير السرعة.

1. ملف التوتر المتغير: خذ البطارية الأسطوانية كمثال، في ظل السرعة الزاوية الثابتة، تزداد السرعة الخطية مع عدد طبقات الملف، مما يؤدي إلى ارتفاع التوتر. لف التوتر المتغير، أي من خلال نظام التحكم في التوتر، بحيث يتم تطبيق التوتر على قطعة القطب أو الحجاب الحاجز مع زيادة عدد طبقات اللف والتخفيض الخطي، بحيث في حالة سرعة الدوران الثابتة، ولكن لا يزال من الممكن اجعل عملية اللف بأكملها للتوتر قدر الإمكان للحفاظ على ثباتها. أدى عدد كبير من تجارب لف التوتر المتغير إلى الاستنتاجات التالية:
أ. كلما كان شد اللف أصغر، كان تأثير التحسين على تشوه القلب أفضل.
ب. أثناء اللف بسرعة ثابتة، مع زيادة قطر القلب، يتناقص التوتر خطيًا مع انخفاض خطر التشوه مقارنةً باللف بالشد المستمر.
2. لف متغير السرعة: خذ خلية مربعة كمثال، وعادة ما يتم استخدام إبرة لف مسطحة على شكل الماس. عندما يتم لف الإبرة بسرعة زاوية ثابتة، تتقلب السرعة الخطية بشكل كبير، مما يؤدي إلى اختلافات كبيرة في تباعد الطبقات عند زوايا القلب. في هذا الوقت، تتغير الحاجة إلى السرعة الخطية بالخصم العكسي لقانون تغيير سرعة الدوران، أي لف سرعة الدوران مع تغيير الزاوية وتغييرها، من أجل تحقيق عملية اللف لتقلبات السرعة الخطية صغيرة قدر الإمكان، وذلك لضمان تقلبات التوتر في نطاق قيمة السعة الصغيرة.

باختصار، قد يؤثر شكل إبرة اللف على تسطيح الأذن القطبية (العائد الأساسي والأداء الكهربائي)، وسرعة اللف (الإنتاجية)، وتوحيد الضغط الداخلي الأساسي (مشاكل تشوه المظهر) وما إلى ذلك. بالنسبة للبطاريات الأسطوانية، عادة ما تستخدم الإبر المستديرة؛ بالنسبة للبطاريات المربعة، عادةً ما يتم استخدام الإبر المعينية البيضاوية أو المسطحة (في بعض الحالات، يمكن أيضًا استخدام الإبر الدائرية لتدوير القلب وتسطيحه لتشكيل قلب مربع). بالإضافة إلى ذلك، تظهر كمية كبيرة من البيانات التجريبية أن جودة النوى لها تأثير مهم على الأداء الكهروكيميائي وأداء السلامة للبطارية النهائية.

وبناء على ذلك، قمنا بفرز بعض المخاوف والاحتياطات الرئيسية في عملية لف بطاريات الليثيوم، على أمل تجنب العمليات غير السليمة في عملية اللف قدر الإمكان، وذلك لتصنيع بطاريات الليثيوم التي تلبي متطلبات الجودة.

من أجل رؤية العيوب الأساسية، يمكن غمر القلب في راتنجات الإيبوكسي الغراء AB للمعالجة، ومن ثم يمكن قطع المقطع العرضي وصقله باستخدام ورق الصنفرة. ومن الأفضل مراقبة العينات المعدة تحت المجهر أو المجهر الإلكتروني الماسح، وذلك للحصول على خريطة الخلل الداخلي للنواة.

خريطة الخلل الداخلي للنواة
(أ) يوضح الشكل نواة مؤهلة بدون عيوب داخلية واضحة.
(ب) في الشكل، من الواضح أن قطعة القطب ملتوية ومشوهة، والتي قد تكون مرتبطة بشد اللف، والتوتر كبير جدًا بحيث لا يسبب تجعيد قطعة القطب، وهذا النوع من العيوب سيؤدي إلى تدهور واجهة البطارية والليثيوم هطول الأمطار، الأمر الذي سيؤدي إلى تدهور أداء البطارية.
(ج) توجد مادة غريبة بين القطب والحجاب الحاجز في الشكل. قد يؤدي هذا العيب إلى تفريغ ذاتي خطير بل ويسبب مشاكل تتعلق بالسلامة، ولكن يمكن عادةً اكتشافه في اختبار Hi-pot.
(د) يحتوي القطب الموجود في الشكل على نمط عيب سلبي وإيجابي، مما قد يؤدي إلى انخفاض السعة أو هطول الأمطار بالليثيوم.
(هـ) يحتوي القطب الموجود في الشكل على غبار مختلط بالداخل، مما قد يؤدي إلى زيادة التفريغ الذاتي للبطارية.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا وصف العيوب الموجودة داخل القلب من خلال اختبارات غير مدمرة، مثل اختبارات الأشعة السينية والتصوير المقطعي شائعة الاستخدام. فيما يلي مقدمة موجزة لبعض عيوب العملية الأساسية الشائعة:

1. تغطية سيئة لقطعة القطب: قطعة القطب السالب المحلية غير مغطاة بالكامل بقطعة قطب موجبة، مما قد يؤدي إلى تشوه البطارية وهطول الليثيوم، مما يؤدي إلى مخاطر محتملة على السلامة.

2. تشوه قطعة العمود: يتم تشويه قطعة العمود عن طريق البثق، مما قد يؤدي إلى حدوث ماس كهربائي داخلي ويجلب مشاكل خطيرة تتعلق بالسلامة.

ومن الجدير بالذكر أنه في عام 2017، حدثت حالة انفجار الهاتف الخليوي سامسونج نوت 7 المثيرة، نتيجة التحقيق بسبب الضغط على القطب السالب داخل البطارية لإحداث ماس كهربائي داخلي، مما تسبب في انفجار البطارية، تسبب الحادث في سامسونج للإلكترونيات خسارة أكثر من 6 مليار دولار.

3. المادة الغريبة المعدنية: المادة الغريبة المعدنية هي أداء قاتل بطارية الليثيوم أيون، وقد تأتي من المعجون أو المعدات أو البيئة. قد تتسبب الجزيئات الكبيرة من المادة الغريبة المعدنية بشكل مباشر في حدوث ماس كهربائي مادي، وعندما يتم خلط المادة الغريبة المعدنية في القطب الموجب، فإنها ستتأكسد ثم تترسب على سطح القطب السالب، مما يخترق الحجاب الحاجز، ويسبب في النهاية حدوث خلل داخلي. ماس كهربائي في البطارية، مما يشكل خطرًا كبيرًا على السلامة. المواد المعدنية الغريبة الشائعة هي Fe و Cu و Zn و Sn وما إلى ذلك.

يتم استخدام آلة لف بطارية الليثيوم في لف خلايا بطارية الليثيوم، وهي نوع من المعدات لتجميع صفائح القطب الموجب، وصفائح القطب السالب، والحجاب الحاجز في حزمة أساسية (JR: JellyRoll) عن طريق الدوران المستمر. بدأت معدات تصنيع اللف المحلية في عام 2006، من اللف المربع شبه الأوتوماتيكي، واللف المربع شبه الأوتوماتيكي، وإنتاج الأفلام الآلي، ثم تطورت إلى الأتمتة المدمجة، وآلة لف الأفلام، وآلة لف القطع بالليزر، وآلة اللف المستمر الأنود، واللف المستمر للحجاب الحاجز الآلة، وما إلى ذلك.

هنا، نوصي بشكل خاص بآلة القطع والدفع المسطحة بالليزر Yixinfeng. تجمع هذه الآلة بين تكنولوجيا القطع بالليزر المتقدمة، وعملية اللف الفعالة ووظيفة الدفع الدقيقة، والتي يمكن أن تحسن بشكل كبير من كفاءة الإنتاج وجودة بطارية الليثيوم. لديها المزايا الهامة التالية:


1. قطع القالب بدقة عالية: تأكد من الحجم الدقيق لقطعة القطب والحجاب الحاجز، وتقليل هدر المواد وتحسين اتساق البطارية.
2. اللف المستقر: آلية اللف ونظام التحكم الأمثل يضمنان الهيكل الأساسي المحكم والمستقر، ويقلل من المقاومة الداخلية ويحسن أداء البطارية.
3. التسوية عالية الكفاءة: تصميم التسوية الفريد يجعل سطح النوى مسطحًا، ويقلل من الضغط الداخلي غير المتساوي، ويطيل عمر البطارية.
4. التحكم الذكي: مُجهز بواجهة التفاعل المتقدمة بين الإنسان والحاسوب، فهو يحقق إعدادًا دقيقًا للمعلمات ومراقبة في الوقت الحقيقي، وسهولة التشغيل والصيانة.
5. نطاق واسع من التوافق: يمكنها أيضًا عمل 18، 21، 32، 46، 50، 60 لجميع نماذج خلايا البطارية، لتلبية احتياجات الإنتاج المتنوعة الخاصة بك.

الليثيوم - معدات بطارية أيون
اختر آلة القطع واللف والدفع بالليزر Yixinfeng لتحقيق جودة وكفاءة أعلى لإنتاج بطارية الليثيوم الخاصة بك!