Машина за навиване на литиева батерия: принципи, ключови процеси и насоки за контрол на качеството

В процеса на производство на литиево-йонни батерии обикновено има няколко начина за разделяне на процеса. Процесът може да бъде разделен на три основни процеса: производство на електроди, процес на сглобяване и тестване на клетки (както е показано на фигурата по-долу), а има и компании, които го разделят на процеси преди навиване и след навиване и тази демаркационна точка е процесът на навиване. Поради силната си интеграционна функция, може да направи външния вид на батерията първоначално формоване, така че процесът на навиване в производството на литиево-йонни батерии като основна роля е ключът, процесът на навиване, произведен от валцованата сърцевина, често се нарича голо батерия клетка (Jelly-Roll, наричана JR).

Процес на производство на литиево-йонна батерия
В процеса на производство на литиево-йонна батерия процесът на навиване на сърцевината е илюстриран по следния начин. Специфичната операция е положителният полюс, отрицателният полюс и изолационното фолио да се навият заедно през игления механизъм на машината за навиване, а съседните положителни и отрицателни полюсни накрайници се изолират от изолационния филм, за да се предотврати късо съединение. След като намотката приключи, сърцевината се фиксира със затваряща лепилна хартия, за да се предотврати разпадането на сърцевината и след това преминава към следващия процес. В този процес ключът е да се гарантира, че няма физически контакт между положителните и отрицателните електроди и че листът с отрицателен електрод може напълно да покрие листа с положителен електрод както в хоризонтална, така и във вертикална посока.

Принципна диаграма на процеса на навиване
В процеса на навиване на сърцевината обикновено два щифта за навиване захващат два слоя диафрагма за предварително навиване и след това захранват последователно положителния или отрицателния полюс, а полюсът се затяга между двата слоя диафрагма за навиване. В надлъжната посока на сърцевината диафрагмата надвишава отрицателната диафрагма, а отрицателната диафрагма надвишава положителната диафрагма, така че да се избегне контактното късо съединение между положителната и отрицателната диафрагма.

Принципна диаграма на диафрагмата за затягане на иглата за навиване

Физически чертеж на автоматична машина за навиване

Машината за навиване е ключовото оборудване за реализиране на процеса на навиване на сърцевината. Позовавайки се на горната диаграма, нейните основни компоненти и функции са както следва:

1. Система за захранване на полюсни накрайници: пренесете положителните и отрицателните полюсни накрайници по протежение на водещата релса към двата слоя на диафрагмата съответно между страната AA и страната BB, за да осигурите стабилно захранване на полюсните накрайници.
2. Система за развиване на диафрагмата: Тя включва горна и долна диафрагми за реализиране на автоматично и непрекъснато подаване на диафрагми към иглата за навиване.
3. Система за контрол на напрежението: за контрол на постоянното напрежение на диафрагмата по време на процеса на навиване.
4. Система за навиване и залепване: за залепване и фиксиране на жилата след навиване.
5. Разтоварваща конвейерна система: Автоматично демонтирайте сърцевините от иглите и ги пуснете върху автоматичната конвейерна лента.
6. Крачен превключвател: Когато няма необичайни условия, натиснете крачния превключвател, за да контролирате нормалната работа на навиването.
7. Интерфейс за взаимодействие човек-компютър: с настройка на параметри, ръчно отстраняване на грешки, подкани за аларми и други функции.

От горния анализ на процеса на навиване може да се види, че намотката на електрическото ядро ​​съдържа две неизбежни връзки: натискане на иглата и издърпване на иглата.
Процес на натискане на иглата: двете ролки игли се простират под действието на натискане на цилиндъра на иглата, през двете страни на диафрагмата, двете ролки игли, образувани от комбинацията на цилиндъра на иглата, поставен в ръкава, ролките на иглите близо до затягане на диафрагмата, в същото време двете ролки игли се сливат, за да образуват основно симетрична форма, като сърцевината на намотката на сърцевината.

Схематична диаграма на процеса на избутване на игла

Процес на изпомпване на иглата: след завършване на навиването на сърцевината, двете игли се прибират под действието на цилиндъра за изпомпване на иглата, цилиндърът на иглата се изтегля от ръкава, топката в устройството на иглата затваря иглата под действието на пружината, и двете игли са навити в противоположни посоки и размерът на свободния край на иглата е намален, за да образува определена междина между иглата и вътрешната повърхност на сърцевината и с иглата, прибрана спрямо задържащата втулка, иглите и ядрото може да бъде плавно отделено.

Схематична диаграма на процеса на екстракция на иглата

„Иглата“ в процеса на натискане и издърпване на иглата по-горе се отнася до иглата, която като основен компонент на машината за навиване оказва значително влияние върху скоростта на навиване и качеството на сърцевината. Понастоящем повечето машини за навиване използват кръгли, овални и плоски игли с форма на диамант. За кръгли и овални игли, поради наличието на определена дъга, ще доведе до деформация на полюсното ухо на сърцевината, в последващия процес на натискане на сърцевината, но също така лесно ще причини вътрешно набръчкване и деформация на сърцевината. Що се отнася до плоските игли с форма на диамант, поради голямата разлика в размера между дългата и късата ос, напрежението на полюсната част и диафрагмата варира значително, което изисква задвижващият мотор да се навива с променливи скорости, което прави процеса труден за контрол, и скоростта на навиване обикновено е ниска.

Схематична диаграма на обикновени игли за навиване

Вземете най-сложната и често срещана плоска игла с форма на диамант като пример, в процеса на нейното навиване и въртене, положителните и отрицателните полюсни части и диафрагмата винаги се увиват около шестте ъглови точки на B, C, D, E, F и G като опорна точка.

Принципна диаграма на въртене на плоска ромбовидна игла за навиване

Следователно процесът на навиване може да бъде разделен на сегментно навиване с OB, OC, OD, OE, OF, OG като радиус и трябва да се анализира само промяната на скоростта на линията в седемте ъглови диапазона между θ0, θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6 и θ7, за да се опише напълно количествено процеса на циклично въртене на иглата за навиване.

Принципна диаграма на различни ъгли на въртене на иглата

Въз основа на тригонометричната връзка може да се изведе съответната връзка.

От горното уравнение е лесно да се види, че когато иглата за навиване е навита с постоянна ъглова скорост, линейната скорост на навиване и ъгълът, образуван между опорната точка на иглата и положителните и отрицателните полюсни части и диафрагмата са в сегментирана функционална връзка. Връзката на изображението между двете се симулира от Matlab, както следва:

Промени в скоростта на навиване под различни ъгли

Интуитивно е очевидно, че съотношението на максималната линейна скорост към минималната линейна скорост в процеса на навиване на плоската игла с форма на диамант на фигурата може да бъде повече от 10 пъти. Такава огромна промяна в скоростта на линията ще доведе до големи колебания в напрежението на положителните и отрицателните електроди и диафрагмата, което е основната причина за колебанията в напрежението на намотката. Прекомерното колебание на напрежението може да доведе до разтягане на диафрагмата по време на процеса на навиване, свиване на диафрагмата след навиване и малко разстояние между слоевете в ъглите вътре в сърцевината след натискане на сърцевината. В процеса на зареждане разширяването на полюсната част причинява напрежението в посока на ширината на сърцевината да не е концентрирано, което води до момент на огъване, което води до изкривяване на полюсната част и подготвената литиева батерия в крайна сметка се появява "S "деформация.

CT изображение и диаграма на разглобяване на "S" деформирана сърцевина

Понастоящем, за да се реши проблемът с лошото качество на сърцевината (главно деформация), причинено от формата на иглата за навиване, обикновено се използват два метода: навиване с променливо напрежение и навиване с променлива скорост.

1. Намотка с променливо напрежение: Вземете цилиндрична батерия като пример, при постоянна ъглова скорост, линейната скорост се увеличава с броя на слоевете на навиване, което води до повишаване на напрежението. Намотка с променливо напрежение, тоест чрез системата за контрол на напрежението, така че напрежението, приложено към полюсната част или диафрагмата с увеличаване на броя на слоевете на намотката и линейно намаляване, така че в случай на постоянна скорост на въртене, но все пак може направете целия процес на навиване на напрежението, доколкото е възможно, за да поддържате постоянно. Голям брой експерименти с намотки с променливо напрежение са довели до следните заключения:
а. Колкото по-малко е напрежението на намотката, толкова по-добър е ефектът на подобрение върху деформацията на сърцевината.
b. По време на навиване с постоянна скорост, с увеличаване на диаметъра на сърцевината, напрежението намалява линейно с по-малък риск от деформация, отколкото при навиване с постоянно напрежение.
2. Навиване с променлива скорост: Вземете квадратна клетка като пример, обикновено се използва плоска игла за навиване с форма на диамант. Когато иглата се навива с постоянна ъглова скорост, линейната скорост се колебае значително, което води до големи разлики в разстоянието между слоевете в ъглите на сърцевината. По това време необходимостта от промени в линейната скорост обратното приспадане на закона за промяна на скоростта на въртене, тоест навиването на скоростта на въртене с промяната и промяната на ъгъла, за да се реализира процесът на навиване на колебанията на линейната скорост като малък колкото е възможно, така че да се гарантира, че напрежението варира в диапазона на малка амплитудна стойност.

Накратко, формата на иглата за навиване може да повлияе на плоскостта на ухото на полюса (добив на сърцевина и електрическа производителност), скорост на навиване (производителност), равномерност на вътрешното напрежение в сърцевината (проблеми с деформация на външния вид) и т.н. За цилиндрични батерии обикновено се използват кръгли игли; за квадратни батерии обикновено се използват елипсовидни или плоски ромбични игли (в някои случаи кръгли игли могат да се използват и за навиване и сплескване на сърцевината, за да се образува квадратна сърцевина). В допълнение, голямо количество експериментални данни показват, че качеството на сърцевините има важно влияние върху електрохимичните характеристики и ефективността на безопасността на крайната батерия.

Въз основа на това, ние подредихме някои ключови проблеми и предпазни мерки в процеса на навиване на литиеви батерии, с надеждата да избегнем неправилни операции в процеса на навиване, доколкото е възможно, така че да произвеждаме литиеви батерии, които отговарят на изискванията за качество.

За да се визуализират дефектите на сърцевината, сърцевината може да се потопи в лепилна епоксидна смола AB за втвърдяване и след това напречното сечение може да се изреже и полира с шкурка. Най-добре е подготвените проби да се наблюдават под микроскоп или сканиращ електронен микроскоп, за да се получи карта на вътрешния дефект на ядрото.

Карта на вътрешните дефекти на ядрото
(a) Фигурата показва квалифицирано ядро ​​без очевидни вътрешни дефекти.
(b) На фигурата полюсният накрайник очевидно е усукан и деформиран, което може да е свързано с напрежението на намотката, напрежението е твърде голямо, за да причини бръчки на полюсния накрайник и този вид дефекти ще накарат интерфейса на батерията да се влоши и литий валежи, които ще влошат работата на батерията.
(c) Между електрода и диафрагмата на фигурата има чуждо вещество. Този дефект може да доведе до сериозно саморазреждане и дори да причини проблеми с безопасността, но обикновено може да бъде открит при Hi-pot теста.
(d) Електродът на фигурата има отрицателен и положителен модел на дефекти, което може да доведе до нисък капацитет или утаяване на литий.
(e) Електродът на фигурата има смесен прах вътре, което може да доведе до увеличен саморазряд на батерията.

В допълнение, дефектите вътре в сърцевината могат също да бъдат характеризирани чрез безразрушителен тест, като например често използваното рентгеново и компютърно изследване. Следното е кратко въведение в някои често срещани дефекти на основните процеси:

1. Лошо покритие на полюсния елемент: локалният отрицателен полюс не е напълно покрит с положителен полюс, което може да доведе до деформация на батерията и утаяване на литий, което води до потенциални опасности за безопасността.

2. Деформация на полюсния накрайник: полюсният накрайник се деформира чрез екструдиране, което може да предизвика вътрешно късо съединение и да доведе до сериозни проблеми с безопасността.

Струва си да се спомене, че през 2017 г., сензационният случай на експлозия на мобилен телефон samsung note7, резултатът от разследването се дължи на това, че отрицателният електрод вътре в батерията е притиснат, за да причини вътрешно късо съединение, което води до експлозия на батерията, аварията е причинена от електрониката на samsung загуба от над 6 милиарда долара.

3. Метална чужда материя: металната чужда материя е действието на убиец на литиево-йонна батерия, може да идва от пастата, оборудването или околната среда. По-големи частици от метално чуждо вещество могат директно да причинят физическо късо съединение и когато метално чуждо вещество се смеси с положителния електрод, то ще се окисли и след това ще се отложи върху повърхността на отрицателния електрод, пробивайки диафрагмата и в крайна сметка причинявайки вътрешно късо съединение в батерията, което представлява сериозна опасност за безопасността. Обикновени метални чужди вещества са Fe, Cu, Zn, Sn и т.н.

Машината за навиване на литиеви батерии се използва за навиване на клетки от литиеви батерии, което е вид оборудване за сглобяване на лист положителен електрод, лист отрицателен електрод и диафрагма в сърцевинен пакет (JR: JellyRoll) чрез непрекъснато въртене. Домашното оборудване за производство на намотки стартира през 2006 г. от полуавтоматично кръгло, полуавтоматично квадратно навиване, автоматизирано производство на филми и след това се развива в комбинирана автоматизация, машина за навиване на филми, машина за лазерно щанцоване, машина за непрекъснато навиване на аноди, непрекъснато навиване на диафрагма машина и така нататък.

Тук специално препоръчваме Yixinfeng лазерна щанцова машина за навиване и избутване на плоска машина. Тази машина съчетава усъвършенствана технология за лазерно щанцоване, ефективен процес на навиване и прецизна функция за натискане, което може значително да подобри производствената ефективност и качеството на литиевата батерия. Той има следните значителни предимства:


1. Високопрецизно щанцоване: Осигурете точния размер на полюсната част и диафрагмата, намалете материалните отпадъци и подобрете консистенцията на батерията.
2. Стабилно навиване: Оптимизираният механизъм за навиване и система за управление осигуряват стегната и стабилна структура на сърцевината, намаляват вътрешното съпротивление и подобряват работата на батерията.
3. Високоефективно нивелиране: Уникалният нивелиращ дизайн прави повърхността на сърцевините плоска, намалява неравномерното вътрешно напрежение и удължава живота на батерията.
4. Интелигентно управление: Оборудван с усъвършенстван интерфейс за взаимодействие човек-компютър, той реализира точна настройка на параметрите и наблюдение в реално време, лесна работа и лесна поддръжка.
5. Широка гама от съвместимост: може също така да прави 18, 21, 32, 46, 50, 60 всички модели батерийни клетки, за да отговори на вашите разнообразни производствени нужди.

Оборудване с литиево-йонни батерии
Изберете машина за лазерно щанцоване, навиване и избутване Yixinfeng, за да донесете по-високо качество и ефективност за производството на вашата литиева батерия!