Navíjecí stroj na lithiové baterie: Principy, klíčové procesy a pokyny pro kontrolu kvality

Ve výrobním procesu lithium-iontových baterií obvykle existuje několik způsobů, jak proces rozdělit. Proces lze rozdělit do tří hlavních procesů: výroba elektrod, proces montáže a testování článků (jak je znázorněno na obrázku níže) a existují také společnosti, které jej rozdělují na procesy předvíjení a následného navíjení, přičemž tento demarkační bod je proces navíjení. Díky své silné integrační funkci může způsobit, že vzhled baterie bude počáteční formování, takže proces navíjení při výrobě lithium-iontových baterií jako klíčová role je klíčový, proces navíjení produkovaný válcovaným jádrem je často označován jako holý bateriový článek (Jelly-Roll, označovaný jako JR).

Proces výroby lithium-iontových baterií
V procesu výroby lithium-iontových baterií je proces navíjení jádra znázorněn následovně. Specifickou operací je svinutí kladného pólového nástavce, záporného pólového nástavce a izolační fólie dohromady přes jehlový mechanismus navíjecího stroje a sousední kladné a záporné pólové nástavce jsou izolovány izolační fólií, aby se zabránilo zkratu. Po dokončení navíjení se jádro zafixuje uzavíracím lepicím papírem, aby se jádro nerozpadlo, a poté proudí do dalšího procesu. V tomto procesu je klíčové zajistit, aby nedocházelo k žádnému fyzickému kontaktu mezi kladnými a zápornými elektrodami a aby vrstva záporných elektrod mohla zcela zakrývat vrstvu kladných elektrod jak v horizontálním, tak ve vertikálním směru.

Schematické schéma procesu navíjení
V procesu navíjení jádra obvykle dva válečkové kolíky upnou dvě vrstvy membrány pro předběžné navíjení a potom postupně přivádějí kladný nebo záporný pólový nástavec a pólový nástavec je upnut mezi dvě vrstvy membrány pro navíjení. V podélném směru jádra membrána přesahuje zápornou membránu a záporná membrána přesahuje kladnou membránu, aby se zabránilo kontaktnímu zkratu mezi kladnou a zápornou membránou.

Schematické schéma upínací membrány navíjecí jehly

Fyzický výkres automatického navíjecího stroje

Navíjecí stroj je klíčovým zařízením pro realizaci procesu navíjení jádra. S odkazem na výše uvedený diagram jsou jeho hlavní součásti a funkce následující:

1. Systém přívodu pólových nástavců: dopravte kladný a záporný pólový nástavec podél vodicí kolejnice ke dvěma vrstvám membrány mezi stranou AA a stranou BB, aby byla zajištěna stabilní dodávka pólových nástavců.
2. Systém odvíjení membrány: Zahrnuje horní a spodní membránu pro realizaci automatického a nepřetržitého dodávání membrán do navíjecí jehly.
3. Systém řízení napětí: pro řízení konstantního napětí membrány během procesu navíjení.
4. Systém navíjení a lepení: pro lepení a fixaci jader po navinutí.
5. Systém vykládacího dopravníku: Automaticky vyjměte jádra z jehel a položte je na automatický dopravníkový pás.
6. Nožní spínač: Pokud nenastane žádný abnormální stav, sešlápněte nožní spínač, abyste mohli ovládat normální provoz navíjení.
7. Interaktivní rozhraní člověk-počítač: s nastavením parametrů, ručním laděním, výstrahami a dalšími funkcemi.

Z výše uvedené analýzy procesu navíjení je vidět, že vinutí elektrického jádra obsahuje dva nevyhnutelné články: zatlačení jehly a vytažení jehly.
Proces zatlačení jehly: dvě role jehel se působením zatlačení jehelního válce vysunou přes obě strany membrány, dvě role jehel vytvořené kombinací jehelního válce vloženého do pouzdra, role jehel blízko k sevření membrány, současně se obě role jehel spojí a vytvoří v podstatě symetrický tvar jako jádro vinutí jádra.

Schematické schéma procesu zatlačování jehly

Proces čerpání jehly: po dokončení navíjení jádra se dvě jehly zatahují působením jehelního čerpacího válce, jehelní válec je vytažen z pouzdra, kulička v jehlovém zařízení uzavře jehlu působením pružiny, a dvě jehly jsou stočeny v opačných směrech a velikost volného konce jehly je zmenšena, aby se vytvořila určitá mezera mezi jehlou a vnitřním povrchem jádra, a když je jehla zatažena vzhledem k přídržné objímce, jehly a jádro lze hladce oddělit.

Schematické schéma procesu extrakce jehly

"Jehla" v procesu tlačení a vytahování jehly výše označuje jehlu, která jako jádrová součást navíjecího stroje má významný vliv na rychlost navíjení a kvalitu jádra. V současnosti většina navíječek používá kulaté, oválné a ploché jehly kosočtvercového tvaru. U kulatých a oválných jehel v důsledku své existence určitého oblouku dojde k deformaci pólového ucha jádra, v následném procesu lisování jádra, ale také snadno dojde k vnitřnímu zvrásnění a deformaci jádra. Pokud jde o ploché jehly kosočtvercového tvaru, kvůli velkému rozdílu ve velikosti mezi dlouhou a krátkou osou se napětí pólového nástavce a membrány výrazně mění, což vyžaduje navíjení hnacího motoru proměnlivou rychlostí, což ztěžuje řízení procesu, a rychlost navíjení je obvykle nízká.

Schematické schéma běžných navíjecích jehel

Vezměte si jako příklad nejsložitější a nejběžnější plochou jehlu ve tvaru diamantu, v procesu jejího navíjení a rotace jsou kladné a záporné pólové nástavce a membrána vždy ovinuty kolem šesti rohových bodů B, C, D, E, F. a G jako opěrný bod.

Schematický diagram otáčení plochého kosočtvercového tvaru navíjecí jehly

Proces navíjení lze tedy rozdělit na segmentové navíjení s poloměrem OB, OC, OD, OE, OF, OG a stačí analyzovat změnu rychlosti linky v sedmi úhlových rozsazích mezi θ0, θ1, θ2, 93, 94, 95, 66 a 97, aby se zcela kvantitativně popsal proces cyklického otáčení navíjecí jehly.

Schematický diagram různých úhlů natočení jehly

Na základě goniometrického vztahu lze odvodit odpovídající vztah.

Z výše uvedené rovnice je snadné vidět, že když je navíjecí jehla navíjena konstantní úhlovou rychlostí, lineární rychlost vinutí a úhel vytvořený mezi opěrným bodem jehly a kladným a záporným pólovým nástavcem a membránou jsou ve vztahu segmentované funkce. Vztah obrazu mezi těmito dvěma simuluje Matlab takto:

Změny rychlosti navíjení v různých úhlech

Je intuitivně zřejmé, že poměr maximální lineární rychlosti k minimální lineární rychlosti v procesu navíjení ploché jehly ve tvaru diamantu na obrázku může být více než 10násobný. Taková obrovská změna rychlosti linky způsobí velké kolísání napětí kladných a záporných elektrod a membrány, což je hlavní příčinou kolísání napětí vinutí. Nadměrné kolísání napětí může vést k natažení membrány během procesu navíjení, smrštění membrány po navinutí a malé vzdálenosti vrstev v rozích uvnitř jádra po lisování jádra. V procesu nabíjení expanze pólového nástavce způsobí, že se napětí ve směru šířky jádra nesoustředí, výsledkem je ohybový moment, který má za následek deformaci pólového nástavce a připravená lithiová baterie se nakonec objeví „S "deformace.

CT snímek a schéma demontáže „S“ deformovaného jádra

V současnosti se pro řešení problému špatné kvality jádra (hlavně deformace) způsobené tvarem navíjecí jehly obvykle používají dva způsoby: navíjení s proměnným tahem a navíjení s proměnnou rychlostí.

1. Vinutí s proměnným napětím: Vezměme si jako příklad válcovou baterii, při konstantní úhlové rychlosti se lineární rychlost zvyšuje s počtem vrstev vinutí, což vede ke zvýšení napětí. Navíjení s proměnným napětím, to znamená prostřednictvím systému řízení napětí, takže napětí aplikované na pólový nástavec nebo membránu s nárůstem počtu vrstev vinutí a lineární redukcí, takže v případě konstantní rychlosti otáčení, ale stále může udělejte celý proces navíjení napětí tak daleko, jak je to možné, aby se udrželo konstantní. Velké množství experimentů vinutí s proměnným napětím vedlo k následujícím závěrům:
A. Čím menší je napětí vinutí, tím lepší je účinek zlepšení na deformaci jádra.
b. Při navíjení konstantní rychlostí, jak se průměr jádra zvětšuje, napětí lineárně klesá s nižším rizikem deformace než při navíjení konstantním napětím.
2. Navíjení s proměnnou rychlostí: Jako příklad vezměte čtvercový článek, obvykle se používá plochá navíjecí jehla ve tvaru diamantu. Když je jehla navíjena konstantní úhlovou rychlostí, lineární rychlost výrazně kolísá, což má za následek velké rozdíly v rozestupech vrstev v rozích jádra. V tomto okamžiku je potřeba lineárních změn rychlosti zpětného odpočtu zákona o změně rychlosti otáčení, to znamená navíjení rychlosti otáčení se změnou a změnou úhlu, aby byl proces navíjení lineárních kolísání rychlosti co nejmenší. jak je to možné, aby bylo zajištěno, že napětí kolísá v rozsahu malé hodnoty amplitudy.

Stručně řečeno, tvar navíjecí jehly může ovlivnit plochost ucha pólu (výtěžnost jádra a elektrický výkon), rychlost vinutí (produktivita), rovnoměrnost vnitřního napětí jádra (problémy s deformací vzhledu) a tak dále. U cylindrických baterií se obvykle používají kulaté jehly; pro čtvercové baterie se obvykle používají eliptické nebo ploché kosočtverečné jehly (v některých případech lze použít kulaté jehly také k navíjení a zploštění jádra na čtvercové jádro). Kromě toho velké množství experimentálních dat ukazuje, že kvalita jader má důležitý vliv na elektrochemický výkon a bezpečnostní výkon konečné baterie.

Na základě toho jsme vyřešili některé klíčové obavy a opatření v procesu navíjení lithiových baterií v naději, že se co nejvíce vyhneme nesprávným operacím při procesu navíjení, abychom vyrobili lithiové baterie, které splňují požadavky na kvalitu.

Za účelem vizualizace defektů jádra lze jádro ponořit do epoxidové pryskyřice lepidla AB pro vytvrzení a poté lze řez řezat a leštit brusným papírem. Nejlepší je pozorovat připravené vzorky pod mikroskopem nebo rastrovacím elektronovým mikroskopem, aby se získalo mapování vnitřních defektů jádra.

Mapa vnitřních defektů jádra
(a) Obrázek ukazuje kvalifikované jádro bez zjevných vnitřních vad.
(b) Na obrázku je pólový nástavec zjevně zkroucený a deformovaný, což může souviset s napětím vinutí, napětí je příliš velké na to, aby způsobilo pomačkání pólového nástavce, a tento druh defektů způsobí zhoršení rozhraní baterie a lithium srážek, které zhorší výkon baterie.
(c) Mezi elektrodou a membránou na obrázku je cizí látka. Tato závada může vést k vážnému samovybíjení a dokonce způsobit bezpečnostní problémy, ale obvykle ji lze zjistit při testu Hi-pot.
(d) Elektroda na obrázku má negativní a pozitivní vzor defektů, což může vést k nízké kapacitě nebo k precipitaci lithia.
(e) Elektroda na obrázku má uvnitř smíšený prach, což může vést ke zvýšenému samovybíjení baterie.

Kromě toho mohou být defekty uvnitř jádra také charakterizovány nedestruktivním testováním, jako je běžně používané rentgenové a CT testování. Následuje stručný úvod do některých běžných základních procesních vad:

1. Špatné pokrytí pólového nástavce: místní záporný pólový nástavec není zcela zakryt kladným pólovým nástavcem, což může vést k deformaci baterie a vysrážení lithia, což má za následek potenciální bezpečnostní rizika.

2. Deformace pólového nástavce: pólový nástavec je deformován vytlačováním, což může způsobit vnitřní zkrat a způsobit vážné bezpečnostní problémy.

Stojí za zmínku, že v roce 2017, senzační případ výbuchu mobilního telefonu Samsung Note7, výsledek vyšetřování je způsoben tím, že záporná elektroda uvnitř baterie je zmáčknuta, aby způsobila vnitřní zkrat, a tím způsobila explozi baterie, nehodu způsobila elektronika Samsung ztrátu více než 6 miliard dolarů.

3. Kovové cizorodé látky: kovové cizorodé látky představují výkon lithium-iontových baterií, mohou pocházet z pasty, zařízení nebo životního prostředí. Větší částice kovového cizího materiálu mohou přímo způsobit fyzický zkrat, a když je kovový cizí materiál přimíchán do kladné elektrody, bude oxidován a poté usazen na povrchu negativní elektrody, prorazí membránu a nakonec způsobí vnitřní vnitřní zkrat v baterii, což představuje vážné bezpečnostní riziko. Běžné kovové cizí látky jsou Fe, Cu, Zn, Sn a tak dále.

Stroj na navíjení lithiových baterií se používá k navíjení článků lithiové baterie, což je druh zařízení pro sestavení listu kladné elektrody, listu záporné elektrody a membrány do jádra (JR: JellyRoll) nepřetržitým otáčením. Zařízení na výrobu domácího navíjení začalo v roce 2006, od poloautomatického kulatého, poloautomatického čtvercového navíjení, automatizované výroby fólie a poté se vyvinulo do kombinované automatizace, stroje na navíjení fólie, laserového vysekávacího navíjecího stroje, anodového nepřetržitého navíjecího stroje, membránového nepřetržitého navíjení stroj, a tak dále.

Zde zvláště doporučujeme laserový vysekávací stroj Yixinfeng na navíjení a tlačení plochého stroje. Tento stroj kombinuje pokročilou technologii laserového vysekávání, efektivní proces navíjení a přesnou funkci tlačení, což může výrazně zlepšit efektivitu výroby a kvalitu lithiové baterie. Má následující významné výhody:


1. Vysoce přesné vysekávání: Zajistěte přesnou velikost pólového nástavce a membrány, omezte plýtvání materiálem a zlepšujte konzistenci baterie.
2. Stabilní navíjení: Optimalizovaný navíjecí mechanismus a řídicí systém zajišťuje těsnou a stabilní strukturu jádra, snižuje vnitřní odpor a zlepšuje výkon baterie.
3. Vysoce účinné vyrovnávání: Jedinečný design vyrovnávání činí povrch jader plochým, snižuje nerovnoměrné vnitřní pnutí a prodlužuje životnost baterie.
4. Inteligentní ovládání: Vybaveno pokročilým interakčním rozhraním člověk-počítač, realizuje přesné nastavení parametrů a monitorování v reálném čase, snadné ovládání a snadnou údržbu.
5. Široká škála kompatibility: dokáže také 18, 21, 32, 46, 50, 60 všech modelů bateriových článků, aby vyhovoval vašim různorodým výrobním potřebám.

Vybavení lithium-iontových baterií
Vyberte si laserový vysekávací, navíjecí a lisovací stroj Yixinfeng, který přinese vyšší kvalitu a efektivitu výroby lithiových baterií!