Mašina za namotavanje litijumskih baterija: principi, ključni procesi i smernice za kontrolu kvaliteta

U procesu proizvodnje litijum-jonskih baterija obično postoji nekoliko načina za podjelu procesa. Proces se može podijeliti u tri glavna procesa: proizvodnja elektroda, proces montaže i ispitivanje ćelija (kao što je prikazano na donjoj slici), a postoje i kompanije koje ga dijele na procese prije i poslije namotavanja, a ova tačka razgraničenja je proces namotavanja. Zbog svoje snažne integracijske funkcije, može učiniti izgled baterije početnim oblikovanjem, tako da je proces namotavanja u proizvodnji litij-ionskih baterija ključna uloga, a proces namotavanja koji proizvodi valjana jezgra često se naziva golim baterijska ćelija (Jelly-Roll, koja se naziva JR).

Proces proizvodnje litijum-jonskih baterija
U procesu proizvodnje litijum-jonskih baterija, proces namotavanja jezgra je ilustrovan kako slijedi. Specifična operacija je da se pozitivni polovi, negativni pol i izolacijski film zajedno kotrljaju kroz mehanizam igle mašine za namotavanje, a susjedni pozitivni i negativni polovi su izolirani izolacijskom folijom kako bi se spriječio kratki spoj. Nakon što je namotavanje završeno, jezgro se fiksira ljepljivim papirom za zatvaranje kako bi se spriječilo da se jezgro raspadne, a zatim teče na sljedeći proces. U ovom procesu, ključ je osigurati da nema fizičkog kontakta između pozitivne i negativne elektrode, te da sloj negativne elektrode može u potpunosti prekriti sloj pozitivne elektrode iu horizontalnom iu vertikalnom smjeru.

Šematski dijagram procesa namotavanja
U procesu namotavanja jezgre, obično dva klina za uvijanje stežu dva sloja dijafragme za prethodno namotavanje, a zatim napajaju pozitivni ili negativni pol, a stub se steže između dva sloja dijafragme za namotavanje. U uzdužnom smjeru jezgre, dijafragma premašuje negativnu dijafragmu, a negativna dijafragma premašuje pozitivnu dijafragmu, kako bi se izbjegao kontaktni kratki spoj između pozitivne i negativne dijafragme.

Šematski dijagram stezne dijafragme za namotavanje igle

Fizički crtež automatske mašine za namotavanje

Mašina za namotavanje je ključna oprema za realizaciju procesa namotavanja jezgra. Pozivajući se na gornji dijagram, njegove glavne komponente i funkcije su sljedeće:

1. Sistem napajanja stubova: prenesite pozitivne i negativne polove duž šine vodilice do dva sloja dijafragme između strane AA i strane BB, respektivno, kako biste osigurali stabilno snabdevanje stubova.
2. Sistem za odmotavanje dijafragme: Uključuje gornju i donju membranu za realizaciju automatskog i kontinuiranog dovoda dijafragme do igle za namotavanje.
3. Sistem kontrole napetosti: za kontrolu konstantne napetosti dijafragme tokom procesa namotavanja.
4. Sistem namotavanja i lepljenja: za lepljenje i fiksiranje jezgara nakon namotavanja.
5. Sistem transportne trake za istovar: Automatski demontirajte jezgra sa igala i spustite ih na automatsku transportnu traku.
6. Nožni prekidač: Kada nema abnormalnog stanja, zakoračite na nožni prekidač da kontrolišete normalan rad namotaja.
7. Interfejs čovjek-računar: sa podešavanjem parametara, ručnim otklanjanjem grešaka, alarmnim upitima i drugim funkcijama.

Iz gornje analize procesa namotavanja može se vidjeti da namotavanje električnog jezgra sadrži dvije nezaobilazne karike: guranje igle i povlačenje igle.
Proces guranja igle: dva svitka igala se protežu pod djelovanjem cilindra s iglom, kroz obje strane dijafragme, dva svitka igala formirana kombinacijom igličastog cilindra umetnutog u čahuru, svitak igala blizu stezanja dijafragme, u isto vreme, dva koluta igala se spajaju i formiraju u osnovi simetričan oblik, kao jezgro namotaja jezgra.

Šematski dijagram procesa guranja igle

Proces pumpanja igle: nakon završetka namotaja jezgre, dvije igle se povlače pod djelovanjem cilindra za pumpanje igle, igličasti cilindar se izvlači iz čahure, kuglica u uređaju s iglom zatvara iglu pod djelovanjem opruge, i dvije igle su namotane u suprotnim smjerovima, a veličina slobodnog kraja igle se smanjuje kako bi se formirao određeni razmak između igle i unutrašnje površine jezgra, a sa iglom uvučenom u odnosu na pričvrsni rukav, igle i jezgro se može glatko odvojiti.

Šematski dijagram procesa ekstrakcije igle

„Igla“ u procesu guranja i izvlačenja gornje igle odnosi se na iglu, koja kao jezgra mašine za namotavanje ima značajan uticaj na brzinu namotavanja i kvalitet jezgre. Trenutno većina mašina za namotavanje koristi okrugle, ovalne i ravne igle u obliku dijamanta. Za okrugle i ovalne igle, zbog postojanja određenog luka, dovešće do deformacije polnog uha jezgra, u naknadnom procesu presovanja jezgra, ali i lako izazvati unutrašnje naboranje i deformaciju jezgra. Što se tiče ravnih igala u obliku dijamanta, zbog velike razlike u veličini između duge i kratke osi, napetost stuba i dijafragme značajno varira, što zahtijeva da pogonski motor navija promjenjivom brzinom, što otežava kontrolu procesa, a brzina namotaja je obično niska.

Šematski dijagram uobičajenih igala za namotavanje

Uzmimo za primjer najkomplikovaniju i najobičniju ravnu iglu u obliku dijamanta, u procesu njenog namotavanja i rotacije, pozitivni i negativni polovi i dijafragma su uvijek omotani oko šest kutnih točaka B, C, D, E, F i G kao tačku podrške.

Šematski dijagram rotacije igle za namotavanje ravnog dijamanta

Stoga se proces namotavanja može podijeliti na segmentno namotavanje sa poluprečnikom OB, OC, OD, OE, OF, OG i samo treba analizirati promjenu brzine linije u sedam ugaonih raspona između θ0, θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6 i θ7, kako bi se u potpunosti kvantitativno opisao proces ciklične rotacije igle za namotavanje.

Šematski dijagram različitih uglova rotacije igle

Na osnovu trigonometrijskog odnosa može se izvesti odgovarajuća relacija.

Iz gornje jednadžbe je lako vidjeti da kada je igla za namotavanje namotana konstantnom ugaonom brzinom, linearna brzina namotaja i ugao formiran između tačke oslonca igle i pozitivnog i negativnog pola i dijafragme su u odnosu segmentirane funkcije. Matlab simulira odnos slike između njih na sljedeći način:

Promjene brzine namotaja pod različitim uglovima

Intuitivno je očigledno da omjer maksimalne linearne brzine prema minimalnoj linearnoj brzini u procesu namotavanja ravne igle u obliku dijamanta na slici može biti više od 10 puta. Ovako ogromna promjena brzine linije dovest će do velikih fluktuacija u napetosti pozitivnih i negativnih elektroda i dijafragme, što je glavni uzrok fluktuacija napetosti namotaja. Prevelika fluktuacija napetosti može dovesti do istezanja dijafragme tokom procesa namotavanja, skupljanja dijafragme nakon namotavanja i malog razmaka slojeva na uglovima unutar jezgra nakon pritiskanja jezgra. U procesu punjenja, širenje stupa uzrokuje da se napon u smjeru širine jezgre ne koncentriše, što rezultira momentom savijanja, što rezultira izobličenjem stupa, a pripremljena litijumska baterija na kraju se pojavljuje "S "deformacija.

CT slika i dijagram demontaže "S" deformisanog jezgra

Trenutno, kako bi se riješio problem loše kvalitete jezgre (uglavnom deformacija) uzrokovanog oblikom igle za namotavanje, obično se koriste dvije metode: namotaj promjenjive napetosti i namotaj promjenjive brzine.

1. Namotaj promjenjive napetosti: Uzmimo cilindričnu bateriju kao primjer, pod konstantnom ugaonom brzinom, linearna brzina raste sa brojem slojeva namotaja, što dovodi do porasta napetosti. Promjenjivi napon namotaja, odnosno kroz sistem kontrole zatezanja, tako da se napetost primijenjena na stub ili dijafragmu sa povećanjem broja slojeva namotaja i linearnom redukcijom, tako da u slučaju konstantne brzine rotacije, ali ipak može učinite cijeli proces namotaja napetosti što je više moguće kako biste održali konstantnu. Veliki broj eksperimenata s promjenjivim naponom namotaja doveo je do sljedećih zaključaka:
a. Što je manja napetost namotaja, to je bolji učinak poboljšanja na deformaciju jezgre.
b. Za vrijeme namotaja s konstantnom brzinom, kako se promjer jezgre povećava, napetost se linearno smanjuje uz manji rizik od deformacije nego kod namotaja sa konstantnom napetosti.
2. Namotavanje promjenjive brzine: Uzmite kvadratnu ćeliju kao primjer, obično se koristi ravna igla za namotavanje u obliku dijamanta. Kada je igla namotana konstantnom ugaonom brzinom, linearna brzina značajno fluktuira, što rezultira velikim razlikama u razmaku slojeva na uglovima jezgre. U ovom trenutku, potreba za linearnim promjenama brzine obrnutim odbitakom zakona promjene brzine rotacije, odnosno namotavanjem brzine rotacije sa promjenom i promjenom ugla, kako bi se proces namotavanja linearne fluktuacije brzine realizovao kao mali. koliko je to moguće, kako bi se osiguralo da napetost fluktuira u opsegu male amplitudske vrijednosti.

Ukratko, oblik igle za namotavanje može uticati na ravnost uha (iznos jezgre i električne performanse), brzinu namotavanja (produktivnost), ujednačenost unutrašnjeg naprezanja jezgre (problemi deformacije izgleda) i tako dalje. Za cilindrične baterije obično se koriste okrugle igle; za četvrtaste baterije se obično koriste eliptične ili ravne rombične igle (u nekim slučajevima, okrugle igle se također mogu koristiti za namotavanje i izravnavanje jezgra kako bi se formirala četvrtasta jezgra). Osim toga, velika količina eksperimentalnih podataka pokazuje da kvalitet jezgri ima važan utjecaj na elektrohemijske performanse i sigurnosne performanse finalne baterije.

Na osnovu toga, riješili smo neke ključne brige i mjere opreza u procesu namotavanja litijumskih baterija, u nadi da ćemo što više izbjeći nepravilne operacije u procesu namotavanja, kako bismo proizveli litijumske baterije koje zadovoljavaju zahtjeve kvaliteta.

Da bi se vizualizirali defekti jezgre, jezgro se može uroniti u AB ljepilo epoksidnu smolu radi očvršćavanja, a zatim se poprečni presjek može izrezati i polirati brusnim papirom. Najbolje je pripremljene uzorke posmatrati pod mikroskopom ili skenirajućim elektronskim mikroskopom, kako bi se dobilo mapiranje unutrašnjih defekata jezgre.

Mapa unutrašnjih defekata jezgra
(a) Slika prikazuje kvalifikovano jezgro bez očiglednih unutrašnjih defekata.
(b) Na slici, stub je očito uvrnut i deformiran, što može biti povezano s napetošću namotaja, napetost je prevelika da izazove nabore stupa, a ova vrsta defekta će uzrokovati pogoršanje sučelja baterije i litij padavina, koje će pogoršati performanse baterije.
(c) Postoji strana tvar između elektrode i dijafragme na slici. Ovaj kvar može dovesti do ozbiljnog samopražnjenja i čak uzrokovati sigurnosne probleme, ali se obično može otkriti u Hi-pot testu.
(d) Elektroda na slici ima negativan i pozitivan uzorak defekta, što može dovesti do niskog kapaciteta ili taloženja litijuma.
(e) Elektroda na slici ima pomiješanu prašinu, što može dovesti do povećanog samopražnjenja baterije.

Osim toga, defekti unutar jezgre također se mogu okarakterizirati ispitivanjem bez razaranja, kao što je uobičajeno rendgensko i CT ispitivanje. Slijedi kratak uvod u neke uobičajene greške u jezgru procesa:

1. Slaba pokrivenost polnog dijela: lokalni negativni polni dio nije u potpunosti prekriven pozitivnim polnim dijelom, što može dovesti do deformacije baterije i taloženja litijuma, što rezultira potencijalnim sigurnosnim opasnostima.

2. Deformacija stuba: stub se deformiše ekstruzijom, što može izazvati unutrašnji kratki spoj i donijeti ozbiljne sigurnosne probleme.

Vrijedi spomenuti da je 2017. godine, senzacionalan slučaj eksplozije mobilnog telefona samsung note7, rezultat istrage je zbog toga što je negativna elektroda unutar baterije stisnuta da izazove unutrašnji kratki spoj, što je uzrokovalo eksploziju baterije, nesreću je izazvala samsung elektronika gubitak veći od 6 milijardi dolara.

3. Metalna strana materija: metalna strana materija je učinak ubijača litijum-jonskih baterija, može doći iz paste, opreme ili okoline. Veće čestice metalnih stranih materija mogu direktno izazvati fizički kratki spoj, a kada se metalna strana materija umeša u pozitivnu elektrodu, ona će se oksidirati i potom taložiti na površinu negativne elektrode, probijajući dijafragmu i na kraju izazivajući unutrašnje kratki spoj u bateriji, što predstavlja ozbiljnu opasnost po sigurnost. Uobičajene strane materije metala su Fe, Cu, Zn, Sn i tako dalje.

Mašina za namotavanje litijumskih baterija koristi se za namotavanje ćelija litijumskih baterija, što je vrsta opreme za sklapanje lista pozitivne elektrode, ploče negativne elektrode i dijafragme u paket jezgra (JR: JellyRoll) kontinuiranom rotacijom. Oprema za proizvodnju domaćeg namotaja počela je 2006. godine, od poluautomatskog okruglog, poluautomatskog kvadratnog namotavanja, automatske proizvodnje filma, a zatim se razvila u kombinovanu automatizaciju, mašinu za namatanje filma, mašinu za lasersko rezanje namotaja, mašinu za kontinualno namotavanje anode, kontinuirano namotavanje dijafragme mašina, i tako dalje.

Ovdje posebno preporučujemo Yixinfeng lasersku mašinu za namotavanje i guranje. Ova mašina kombinuje naprednu tehnologiju laserskog rezanja, efikasan proces namotavanja i preciznu funkciju guranja, što može značajno poboljšati efikasnost proizvodnje i kvalitet litijumske baterije. Ima sljedeće značajne prednosti:


1. Visoko precizno sečenje: Osigurajte preciznu veličinu stuba i dijafragme, smanjite gubitak materijala i poboljšajte konzistentnost baterije.
2. Stabilno namotavanje: Optimizovani mehanizam za namotavanje i kontrolni sistem osigurava čvrstu i stabilnu strukturu jezgra, smanjuje unutrašnji otpor i poboljšava performanse baterije.
3. Visoko efikasno nivelisanje: Jedinstveni dizajn za nivelisanje čini površinu jezgara ravnom, smanjuje neravnomerno unutrašnje opterećenje i produžava život baterije.
4. Inteligentna kontrola: Opremljen naprednim interfejsom za interakciju između čoveka i računara, ostvaruje precizno podešavanje parametara i praćenje u realnom vremenu, jednostavan rad i lako održavanje.
5. Širok raspon kompatibilnosti: također može učiniti 18, 21, 32, 46, 50, 60 svih modela baterijskih ćelija, kako bi zadovoljio vaše različite proizvodne potrebe.

Oprema za litijum-jonske baterije
Odaberite Yixinfeng lasersku mašinu za sečenje, namotavanje i potiskivanje kako biste postigli viši kvalitet i efikasnost za proizvodnju litijumskih baterija!