Màquina de bobinatge de bateries de liti: principis, processos clau i directrius de control de qualitat

En el procés de fabricació de bateries d'ions de liti, normalment hi ha diverses maneres de dividir el procés. El procés es pot dividir en tres processos principals: fabricació d'elèctrodes, procés de muntatge i proves de cèl·lules (com es mostra a la figura següent), i també hi ha empreses que el divideixen en processos de pre-bobinat i post-bobinat, i aquest punt de demarcació és el procés de bobinat. A causa de la seva forta funció d'integració, pot fer que l'aspecte de la bateria sigui modelat inicialment, de manera que el procés de bobinat en la fabricació de bateries d'ió de liti com a paper fonamental és la clau, el procés de bobinat produït pel nucli enrotllat sovint es coneix com el nu. pila de la bateria (Jelly-Roll, anomenada JR).

Procés de fabricació de bateries d'ions de liti
En el procés de fabricació de bateries d'ió de liti, el procés de bobinat bàsic s'il·lustra de la següent manera. L'operació específica és enrotllar la peça de pol positiu, la peça de pol negatiu i la pel·lícula d'aïllament junts a través del mecanisme d'agulla de la màquina de bobinatge, i les peces de pol positiu i negatiu adjacents estan aïllades per la pel·lícula d'aïllament per evitar curtcircuits. Un cop acabat l'enrotllament, el nucli es fixa amb paper adhesiu de tancament per evitar que el nucli es desfà i després flueix al següent procés. En aquest procés, la clau és assegurar-se que no hi ha contacte físic entre els elèctrodes positius i negatius, i que el full d'elèctrode negatiu pugui cobrir completament el full d'elèctrode positiu tant en sentit horitzontal com vertical.

Diagrama esquemàtic del procés de bobinat
En el procés d'enrotllament del nucli, generalment dos passadors de rodet subjecten dues capes de diafragma per a la pre-enrotllament i, a continuació, alimenten la peça de pol positiva o negativa al seu torn, i la peça de pol s'enganxa entre les dues capes de diafragma per a la bobina. En la direcció longitudinal del nucli, el diafragma supera el diafragma negatiu i el diafragma negatiu supera el diafragma positiu, per evitar el curtcircuit de contacte entre els diafragmas positius i negatius.

Esquema del diafragma de subjecció de l'agulla de bobina

Dibuix físic de la màquina de bobinatge automàtic

La màquina de bobinatge és l'equip clau per realitzar el procés de bobinat bàsic. En referència al diagrama anterior, els seus components i funcions principals són els següents:

1. Sistema de subministrament de peces de pols: transporteu les peces de pols positives i negatives al llarg del rail guia a les dues capes de diafragma entre el costat AA i el costat BB respectivament per garantir el subministrament estable de peces de pols.
2. Sistema de desenrotllament de diafragma: Inclou diafragmes superior i inferior per realitzar el subministrament automàtic i continu de diafragmes a l'agulla de bobina.
3. Sistema de control de tensió: per controlar la tensió constant del diafragma durant el procés de bobinat.
4. Sistema de bobinat i encolat: per enganxar i fixar els nuclis després de l'enrotllament.
5. Sistema de transport de descàrrega: desmunteu automàticament els nuclis de les agulles i deixeu-los caure a la cinta transportadora automàtica.
6. Interruptor de peu: quan no hi ha cap condició anormal, premeu l'interruptor de peu per controlar el funcionament normal de l'enrotllament.
7. Interfície d'interacció home-ordinador: amb configuració de paràmetres, depuració manual, avisos d'alarma i altres funcions.

A partir de l'anàlisi anterior del procés de bobinat, es pot veure que l'enrotllament del nucli elèctric conté dos enllaços inevitables: empènyer l'agulla i estirar l'agulla.
Procés d'empenta de l'agulla: els dos rotlles d'agulles s'estenen sota l'acció de l'empenta del cilindre de l'agulla, a través dels dos costats del diafragma, els dos rotlles d'agulles formats per la combinació del cilindre d'agulla inserit a la màniga, els rotlles d'agulles a prop de subjectar el diafragma, alhora, els dos rotllos d'agulles es fusionen per formar una forma bàsicament simètrica, com el nucli de l'enrotllament del nucli.

Esquema del procés d'empenta de l'agulla

Procés de bombeig de l'agulla: un cop finalitzat el bobinat central, les dues agulles es retrauen sota l'acció del cilindre de bombeig de l'agulla, el cilindre de l'agulla es retira de la màniga, la bola del dispositiu d'agulla tanca l'agulla sota l'acció de la molla, i les dues agulles s'enrotllen en direccions oposades, i la mida de l'extrem lliure de l'agulla es redueix per formar un cert espai entre l'agulla i la superfície interior del nucli, i amb l'agulla retraïda en relació a la màniga de retenció, les agulles i el nucli es pot separar suaument.

Diagrama esquemàtic del procés d'extracció de l'agulla

L'"agulla" en el procés d'empènyer i treure l'agulla anterior es refereix a l'agulla, que, com a component bàsic de la màquina de bobinat, té un impacte significatiu en la velocitat de bobinatge i la qualitat del nucli. Actualment, la majoria de les màquines de bobinatge utilitzen agulles rodones, ovalades i planes amb forma de diamant. Per a les agulles rodones i ovals, a causa de la seva existència d'un cert arc, provocarà una deformació de l'orella del pol del nucli, en el procés posterior de premsat del nucli, però també fàcil de provocar arrugues internes i deformació del nucli. Pel que fa a les agulles planes en forma de diamant, a causa de la gran diferència de mida entre els eixos llarg i curt, la tensió de la peça polar i el diafragma varia significativament, requerint que el motor d'accionament enrotlli a velocitats variables, cosa que fa que el procés sigui difícil de controlar, i la velocitat de bobinatge sol ser baixa.

Diagrama esquemàtic de les agulles de bobinat comunes

Prengui com a exemple l'agulla plana amb forma de diamant més complicada i comuna, en el procés de la seva bobinada i rotació, les peces polones positives i negatives i el diafragma sempre s'emboliquen al voltant dels sis punts de cantonada de B, C, D, E, F. i G com a punt de suport.

Diagrama esquemàtic de la rotació de l'agulla de bobina plana en forma de diamant

Per tant, el procés de bobinatge es pot dividir en bobinatge segmental amb OB, OC, OD, OE, OF, OG com a radi, i només cal analitzar el canvi de la velocitat de la línia en els set rangs angulars entre θ0, θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6 i θ7, per tal de descriure completament quantitativament el procés de rotació cíclica de l'agulla de bobina.

Diagrama esquemàtic dels diferents angles de gir de l'agulla

A partir de la relació trigonomètrica, es pot derivar la relació corresponent.

A partir de l'equació anterior, és fàcil veure que quan l'agulla de bobinatge s'enrotlla a una velocitat angular constant, la velocitat lineal de l'enrotllament i l'angle format entre el punt de suport de l'agulla i les peces de pols positives i negatives i el diafragma són en una relació de funció segmentada. La relació d'imatge entre ambdues la simula Matlab de la següent manera:

Canvis de velocitat de bobinatge en diferents angles

És intuïtivament obvi que la relació entre la velocitat lineal màxima i la velocitat lineal mínima en el procés de bobinat de l'agulla plana en forma de diamant de la figura pot ser més de 10 vegades. Un canvi tan gran en la velocitat de la línia provocarà grans fluctuacions en la tensió dels elèctrodes positius i negatius i del diafragma, que és la principal causa de les fluctuacions de la tensió del bobinat. La fluctuació excessiva de la tensió pot provocar un estirament del diafragma durant el procés de bobinat, una contracció del diafragma després de l'enrotllament i un petit espai entre capes a les cantonades dins del nucli després de la pressió del nucli. En el procés de càrrega, l'expansió de la peça polar fa que l'estrès en la direcció de l'amplada del nucli no es concentri, donant lloc a un moment de flexió, donant lloc a una distorsió de la peça polar, i la bateria de liti preparada finalment apareix "S "deformació.

Imatge TC i diagrama de desmuntatge del nucli deformat "S".

Actualment, per resoldre el problema de la mala qualitat del nucli (principalment la deformació) causada per la forma de l'agulla de bobinat, s'utilitzen normalment dos mètodes: bobinatge de tensió variable i bobinatge de velocitat variable.

1. Enrotllament de tensió variable: prenem com a exemple la bateria cilíndrica, a velocitat angular constant, la velocitat lineal augmenta amb el nombre de capes de bobinat, la qual cosa comporta un augment de la tensió. Enrotllament de tensió variable, és a dir, a través del sistema de control de tensió, de manera que la tensió aplicada a la peça polar o al diafragma amb l'augment del nombre de capes de bobinatge i la reducció lineal, de manera que en el cas de velocitat de rotació constant, però encara es pot fer tot el procés de bobinat de la tensió en la mesura del possible per mantenir una constant. Un gran nombre d'experiments de bobinatge de tensió variable han portat a les conclusions següents:
a. Com més petita sigui la tensió del bobinat, millor serà l'efecte de millora sobre la deformació del nucli.
b. Durant l'enrotllament de velocitat constant, a mesura que augmenta el diàmetre del nucli, la tensió disminueix linealment amb un menor risc de deformació que amb l'enrotllament de tensió constant.
2. Enrotllament de velocitat variable: prenem com a exemple una cel·la quadrada, normalment s'utilitza una agulla de bobina plana amb forma de diamant. Quan l'agulla s'enrotlla a una velocitat angular constant, la velocitat lineal fluctua significativament, donant lloc a grans diferències en l'espaiat entre capes a les cantonades del nucli. En aquest moment, la necessitat de la velocitat lineal canvia la deducció inversa de la llei del canvi de la velocitat de rotació, és a dir, l'enrotllament de la velocitat de rotació amb el canvi i el canvi d'angle, per tal de realitzar el procés de bobinatge de les fluctuacions de la velocitat lineal tan petites. com sigui possible, per tal de garantir que les fluctuacions de tensió en el rang de valor d'amplitud petita.

En resum, la forma de l'agulla de bobinatge pot afectar la planitud de l'orella del pol (rendiment del nucli i rendiment elèctric), la velocitat de bobinatge (productivitat), la uniformitat de l'estrès intern del nucli (problemes de deformació de l'aparença), etc. Per a les bateries cilíndriques s'acostumen a utilitzar agulles rodones; per a piles quadrades s'acostumen a utilitzar agulles el·líptiques o planes ròmbiques (en alguns casos també es poden utilitzar agulles rodones per enrotllar i aplanar el nucli per formar un nucli quadrat). A més, una gran quantitat de dades experimentals mostren que la qualitat dels nuclis té un impacte important en el rendiment electroquímic i el rendiment de seguretat de la bateria final.

En base a això, hem resolt algunes preocupacions i precaucions clau en el procés de bobinat de bateries de liti, amb l'esperança d'evitar al màxim les operacions inadequades en el procés de bobinat, per tal de fabricar bateries de liti que compleixin els requisits de qualitat.

Per visualitzar els defectes del nucli, el nucli es pot submergir en resina epoxi de cola AB per curar-lo, i després la secció transversal es pot tallar i polir amb paper de vidre. El millor és observar les mostres preparades sota un microscopi o un microscopi electrònic d'escaneig, per tal d'obtenir el mapa de defectes interns del nucli.

Mapa de defectes interns del nucli
(a) La figura mostra un nucli qualificat sense defectes interns evidents.
(b) A la figura, la peça polar està òbviament retorçada i deformada, cosa que pot estar relacionada amb la tensió de l'enrotllament, la tensió és massa gran per provocar arrugues de la peça polar i aquest tipus de defectes farà que la interfície de la bateria es deteriori i el liti precipitació, que deteriorarà el rendiment de la bateria.
(c) Hi ha una substància estranya entre l'elèctrode i el diafragma de la figura. Aquest defecte pot provocar una autodescàrrega greu i fins i tot causar problemes de seguretat, però normalment es pot detectar a la prova Hi-pot.
(d) L'elèctrode de la figura té un patró de defecte negatiu i positiu, que pot provocar una baixa capacitat o una precipitació de liti.
(e) L'elèctrode de la figura té pols barrejada a l'interior, cosa que pot provocar una major autodescàrrega de la bateria.

A més, els defectes dins del nucli també es poden caracteritzar per proves no destructives, com ara les proves de raigs X i TC d'ús habitual. A continuació es presenta una breu introducció a alguns defectes bàsics comuns del procés:

1. Poca cobertura de la peça polar: la peça polar negativa local no està completament coberta amb una peça polar positiva, cosa que pot provocar una deformació de la bateria i la precipitació de liti, la qual cosa comporta riscos potencials per a la seguretat.

2. Deformació de la peça polar: la peça polar es deforma per extrusió, cosa que pot provocar un curtcircuit intern i comportar greus problemes de seguretat.

Val la pena esmentar que el 2017, el sensacional cas d'explosió del telèfon mòbil samsung note7, el resultat de la investigació es deu a que l'elèctrode negatiu dins de la bateria s'esprem per provocar un curtcircuit intern, provocant així que la bateria exploti, l'accident va causar l'electrònica de Samsung. pèrdues de més de 6.000 milions de dòlars.

3. Matèries estranyes metàl·liques: la matèria estranya metàl·lica és el rendiment de l'assassí de la bateria d'ions de liti, pot provenir de la pasta, l'equip o el medi ambient. Les partícules més grans de matèria estranya metàl·lica poden causar directament un curtcircuit físic, i quan es barregen matèria estranya metàl·lica a l'elèctrode positiu, s'oxidarà i després es dipositarà a la superfície de l'elèctrode negatiu, perforant el diafragma i, finalment, provocant un curtcircuit a la bateria, que suposa un greu perill per a la seguretat. Les matèries estranyes metàl·liques comunes són Fe, Cu, Zn, Sn, etc.

La màquina de bobinatge de bateries de liti s'utilitza per enrotllar cèl·lules de bateries de liti, que és una mena d'equip per muntar un full d'elèctrode positiu, un full d'elèctrode negatiu i un diafragma en un paquet central (JR: JellyRoll) per rotació contínua. L'equip de fabricació de bobinatge domèstic va començar l'any 2006, des de bobinatge semiautomàtic rodó, semiautomàtic quadrat, producció de pel·lícules automatitzada, i després es va convertir en automatització combinada, màquina de bobinat de pel·lícula, màquina de bobinatge de tall làser, màquina de bobinatge continu d'ànode, bobinatge continu de diafragma. màquina, etc.

Aquí, recomanem especialment la màquina plana de tall amb làser Yixinfeng i bobinatge. Aquesta màquina combina una tecnologia avançada de tall per làser, un procés de bobinat eficient i una funció d'empenta precisa, que pot millorar considerablement l'eficiència de producció i la qualitat de la bateria de liti. Té els següents avantatges significatius:


1. Troquelat d'alta precisió: Assegureu-vos la mida precisa de la peça polar i el diafragma, reduïu els residus de material i milloreu la consistència de la bateria.
2. Enrotllament estable: el mecanisme de bobinatge i el sistema de control optimitzats garanteixen una estructura central estreta i estable, redueix la resistència interna i millora el rendiment de la bateria.
3. Anivellació d'alta eficiència: el disseny d'anivellament únic fa que la superfície dels nuclis sigui plana, redueix l'estrès intern desigual i allarga la vida útil de la bateria.
4. Control intel·ligent: equipat amb una interfície avançada d'interacció home-ordinador, realitza una configuració precisa de paràmetres i un seguiment en temps real, un funcionament fàcil i un manteniment fàcil.
5. Àmplia gamma de compatibilitat: també pot fer 18, 21, 32, 46, 50, 60 tots els models de cèl·lules de bateries, per satisfer les seves diverses necessitats de producció.

Equip de bateries de ions de liti
Trieu la màquina de tall, bobinatge i empenta làser Yixinfeng per oferir una major qualitat i eficiència per a la vostra producció de bateries de liti!