Lithium-batteriviklingsmaskine: principper, nøgleprocesser og retningslinjer for kvalitetskontrol

I fremstillingsprocessen af ​​lithium-ion-batterier er der normalt flere måder at opdele processen på. Processen kan opdeles i tre hovedprocesser: elektrodefremstilling, monteringsproces og celletestning (som vist i figuren nedenfor), og der er også virksomheder, der deler den op i for- og efterviklingsprocesser, og dette afgrænsningspunkt er viklingsprocessen. På grund af dens stærke integrationsfunktion kan batteriets udseende begynde at støbe, så viklingsprocessen i lithium-ion-batterifremstillingen som en central rolle er nøglen, viklingsprocessen produceret af den rullede kerne omtales ofte som den bare battericelle (Jelly-Roll, omtalt som JR).

Fremstillingsproces for lithium-ion-batterier
I fremstillingsprocessen for lithium-ion-batterier er kerneviklingsprocessen illustreret som følger. Den specifikke operation er at rulle det positive polstykke, det negative polstykke og isolationsfilmen sammen gennem viklingsmaskinens nålemekanisme, og de tilstødende positive og negative polstykker isoleres af isolationsfilmen for at forhindre kortslutning. Efter viklingen er færdig, fastgøres kernen med lukkende klæbepapir for at forhindre, at kernen falder fra hinanden, og flyder derefter til næste proces. I denne proces er nøglen at sikre, at der ikke er fysisk kontakt mellem de positive og negative elektroder, og at den negative elektrodeplade fuldstændigt kan dække den positive elektrodeplade i både vandret og lodret retning.

Skematisk diagram af viklingsprocessen
I kernens viklingsproces klemmer to rullestifter generelt to lag membran til forvikling og fremfører derefter det positive eller negative polstykke igen, og polstykket klemmes mellem de to lag af membranen til vikling. I kernens længderetning overstiger membranen den negative membran, og den negative membran overstiger den positive membran for at undgå kontaktkortslutningen mellem de positive og negative membraner.

Skematisk diagram af viklingsnålens klemmemembran

Fysisk tegning af automatisk viklemaskine

Viklemaskine er nøgleudstyret til at realisere kerneviklingsprocessen. Med henvisning til ovenstående diagram er dets hovedkomponenter og funktioner som følger:

1. Polstykkeforsyningssystem: Før de positive og negative polstykker langs styreskinnen til de to lag af membranen mellem henholdsvis AA-siden og BB-siden for at sikre en stabil tilførsel af polstykker.
2. Membranafviklingssystem: Det inkluderer øvre og nedre membraner for at realisere den automatiske og kontinuerlige tilførsel af membraner til viklingsnålen.
3. Spændingskontrolsystem: til at kontrollere den konstante spænding af membranen under viklingsprocessen.
4. Oprulning og limningssystem: til limning og fastgørelse af kernerne efter opvikling.
5. Aflæsningstransportørsystem: Afmonter automatisk kernerne fra nålene og slip dem på det automatiske transportbånd.
6. Fodkontakt: Når der ikke er nogen unormal tilstand, skal du træde på fodkontakten for at kontrollere den normale drift af viklingen.
7. Menneske-computer interaktion interface: med parameterindstilling, manuel fejlfinding, alarmmeddelelser og andre funktioner.

Fra ovenstående analyse af viklingsprocessen kan det ses, at viklingen af ​​den elektriske kerne indeholder to uundgåelige led: at skubbe nålen og trække nålen.
Skub nåleprocessen: de to ruller nåle strækker sig under påvirkning af skub nålecylinderen gennem begge sider af membranen, de to ruller nåle dannet af kombinationen af ​​nålecylinderen indsat i ærmet, rullerne med nåle tæt for at klemme membranen, samtidig smelter de to ruller af nåle sammen til en grundlæggende symmetrisk form, som kernen i kerneviklingen.

Skematisk diagram af nåleskubbeprocessen

Nålepumpeproces: efter at kerneviklingen er afsluttet, trækkes de to nåle tilbage under påvirkning af nålepumpecylinderen, nålecylinderen trækkes tilbage fra ærmet, kuglen i nåleanordningen lukker nålen under påvirkning af fjederen, og de to nåle er viklet i modsatte retninger, og størrelsen af ​​den frie ende af nålen reduceres for at danne et vist mellemrum mellem nålen og kernens indre overflade, og med nålen trukket tilbage i forhold til holdemuffen, nåle og kernen kan nemt adskilles.

Skematisk diagram af nåleudtrækningsprocessen

"Nålen" i færd med at skubbe og trække nålen ud ovenfor refererer til nålen, der som kernekomponenten i opviklingsmaskinen har en væsentlig indflydelse på opviklingshastigheden og kvaliteten af ​​kernen. På nuværende tidspunkt bruger de fleste af viklemaskinerne runde, ovale og flade diamantformede nåle. For runde og ovale nåle, på grund af dens eksistens af en vis bue, vil føre til deformation af kernens pole øre, i den efterfølgende proces med kernepresning, men også let at forårsage indre rynker og deformation af kernen. Hvad angår flade diamantformede nåle, på grund af den store størrelsesforskel mellem de lange og korte akser, varierer spændingen af ​​polstykket og membranen betydeligt, hvilket kræver, at drivmotoren vinder med variable hastigheder, hvilket gør processen vanskelig at kontrollere, og viklingshastigheden er normalt lav.

Skematisk diagram af almindelige viklingsnåle

Tag den mest komplicerede og almindelige flade diamantformede nål som et eksempel, i processen med dens vikling og rotation er de positive og negative polstykker og membranen altid viklet rundt om de seks hjørnepunkter af B, C, D, E, F og G som støttepunkt.

Skematisk diagram af flad diamantformet viklingsnåls rotation

Derfor kan viklingsprocessen opdeles i segmentvikling med OB, OC, OD, OE, OF, OG som radius og behøver kun at analysere ændringen af ​​linjehastigheden i de syv vinkelområder mellem θ0, θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6 og θ7 for fuldstændigt kvantitativt at beskrive viklingsnålens cykliske rotationsproces.

Skematisk diagram af forskellige vinkler for nålens rotation

Ud fra den trigonometriske sammenhæng kan den tilsvarende relation udledes.

Ud fra ovenstående ligning er det let at se, at når viklingsnålen er viklet med en konstant vinkelhastighed, er den lineære viklingshastighed og vinklen dannet mellem nålens støttepunkt og de positive og negative polstykker og membranen. i et segmenteret funktionsforhold. Billedforholdet mellem de to simuleres af Matlab som følger:

Ændringer af viklingshastighed ved forskellige vinkler

Det er intuitivt indlysende, at forholdet mellem den maksimale lineære hastighed og den minimale lineære hastighed i viklingsprocessen af ​​den flade diamantformede nål i figuren kan være mere end 10 gange. En sådan enorm ændring i linjehastighed vil medføre store udsving i spændingen af ​​de positive og negative elektroder og membranen, som er hovedårsagen til udsving i viklingsspændingen. For store spændingsudsving kan føre til membranstrækning under viklingsprocessen, membrankrympning efter vikling og lille lagafstand i hjørnerne inde i kernen efter kernepresning. I opladningsprocessen forårsager udvidelsen af ​​polstykket, at spændingen i retning af kernens bredde ikke er koncentreret, hvilket resulterer i et bøjningsmoment, hvilket resulterer i forvrængning af polstykket, og det forberedte lithiumbatteri fremstår til sidst "S "deformation.

CT-billede og demonteringsdiagram af den "S"-deformerede kerne

For at løse problemet med dårlig kernekvalitet (hovedsageligt deformation) forårsaget af formen af ​​viklingsnålen, anvendes der normalt to metoder: vikling med variabel spænding og vikling med variabel hastighed.

1. Variabel spændingsvikling: Tag cylindrisk batteri som et eksempel, under konstant vinkelhastighed stiger den lineære hastighed med antallet af viklingslag, hvilket fører til stigning i spændingen. Variabel spændingsvikling, det vil sige gennem spændingskontrolsystemet, således at spændingen påført polstykket eller membranen med stigningen i antallet af viklingslag og lineær reduktion, således at i tilfælde af konstant rotationshastighed, men stadig kan gøre hele viklingsprocessen af ​​spændingen så vidt muligt for at opretholde en konstant. Et stort antal eksperimenter med variabel spænding har ført til følgende konklusioner:
en. Jo mindre viklingsspændingen er, jo bedre er den forbedrede effekt på kernedeformationen.
b. Ved konstant hastighedsvikling, når kernediameteren øges, falder spændingen lineært med en lavere risiko for deformation end ved konstant spændingsvikling.
2. Oprulning med variabel hastighed: Tag kvadratisk celle som et eksempel, en flad diamantformet spolenål bruges normalt. Når nålen vikles med en konstant vinkelhastighed, svinger den lineære hastighed betydeligt, hvilket resulterer i store forskelle i lagafstanden i hjørnerne af kernen. På dette tidspunkt ændres behovet for lineære hastighedsændringer omvendt fradrag af loven om ændring af rotationshastighed, det vil sige viklingen af ​​rotationshastigheden med vinkelændringen og ændringen, for at realisere viklingsprocessen med lineære hastighedsudsving som små som muligt, for at sikre, at spændingen svinger i området af lille amplitudeværdi.

Kort sagt kan formen af ​​viklingsnålen påvirke polørets fladhed (kerneudbytte og elektrisk ydeevne), viklingshastighed (produktivitet), ensartethed af indre spænding i kernen (udseendedeformationsproblemer) og så videre. Til cylindriske batterier bruges normalt runde nåle; til firkantede batterier bruges sædvanligvis elliptiske eller flade rombiske nåle (i nogle tilfælde kan runde nåle også bruges til at vikle og fladlægge kernen til en firkantet kerne). Derudover viser en stor mængde eksperimentelle data, at kvaliteten af ​​kernerne har en vigtig indflydelse på den elektrokemiske ydeevne og sikkerhedsydelsen af ​​det endelige batteri.

Baseret på dette har vi sorteret nogle centrale bekymringer og forholdsregler i viklingsprocessen af ​​lithium batterier, i håbet om at undgå forkerte operationer i viklingsprocessen så meget som muligt, for at fremstille lithium batterier, der opfylder kvalitetskravene.

For at visualisere kernefejlene kan kernen nedsænkes i AB lim epoxyharpiks til hærdning, og derefter kan tværsnittet skæres og poleres med sandpapir. Det er bedst at observere de forberedte prøver under et mikroskop eller scanningselektronmikroskop for at opnå den interne defektkortlægning af kernen.

Internt defektkort over kernen
(a) Figuren viser en kvalificeret kerne uden åbenlyse indre defekter.
(b) På figuren er polstykket tydeligvis snoet og deformeret, hvilket kan være relateret til viklingsspændingen, spændingen er for stor til at få polstykket til at rynke, og denne form for defekter vil få batterigrænsefladen til at forringes og lithium nedbør, hvilket vil forringe batteriets ydeevne.
(c) Der er et fremmedstof mellem elektroden og membranen på figuren. Denne defekt kan føre til alvorlig selvafladning og endda forårsage sikkerhedsproblemer, men den kan normalt opdages i Hi-pot-testen.
(d) Elektroden på figuren har et negativt og positivt defektmønster, som kan føre til lav kapacitet eller lithiumudfældning.
(e) Elektroden på figuren har støv blandet indeni, hvilket kan føre til øget selvafladning af batteriet.

Derudover kan defekter inde i kernen også karakteriseres ved ikke-destruktiv testning, såsom den almindeligt anvendte røntgen- og CT-test. Det følgende er en kort introduktion til nogle almindelige kerneprocesfejl:

1. Dårlig dækning af polstykket: Lokalt negativt polstykke er ikke fuldt dækket med positivt polstykke, hvilket kan føre til batterideformation og lithiumudfældning, hvilket resulterer i potentielle sikkerhedsrisici.

2. Deformation af polstykket: Polstykket deformeres ved ekstrudering, hvilket kan udløse intern kortslutning og medføre alvorlige sikkerhedsproblemer.

Det er værd at nævne, at i 2017, den opsigtsvækkende samsung note7 mobiltelefon eksplosion sag, undersøgelsesresultatet skyldes, at den negative elektrode inde i batteriet er klemt for at forårsage en intern kortslutning, hvilket får batteriet til at eksplodere, ulykken forårsagede samsung electronics tab på mere end 6 milliarder dollars.

3. Metal fremmedlegemer: metal fremmedlegemer er ydeevnen af ​​lithium-ion batteri dræber, kan komme fra pastaen, udstyr eller miljøet. Større partikler af metalfremmede stoffer kan direkte forårsage en fysisk kortslutning, og når metalfremmede stoffer blandes ind i den positive elektrode, vil det blive oxideret og derefter aflejret på overfladen af ​​den negative elektrode, hvorved membranen gennembores og i sidste ende forårsager en intern kortslutning i batteriet, hvilket udgør en alvorlig sikkerhedsrisiko. Almindelige metalfremmede stoffer er Fe, Cu, Zn, Sn og så videre.

Lithium batteri viklingsmaskine bruges til vikling af lithium battericeller, som er en slags udstyr til at samle positiv elektrodeplade, negativ elektrodeplade og membran til en kernepakke (JR: JellyRoll) ved kontinuerlig rotation. Indenlandsk viklingsfremstillingsudstyr startede i 2006, fra semi-automatisk rund, semi-automatisk firkantet vikling, automatiseret filmproduktion, og udviklede sig derefter til kombineret automation, filmviklingsmaskine, laserudskærende viklingsmaskine, anode kontinuerlig viklingsmaskine, membrankontinuerlig vikling maskine og så videre.

Her anbefaler vi især Yixinfeng laserudskærende vikle- og skubbemaskine. Denne maskine kombinerer avanceret laserskæringsteknologi, effektiv viklingsproces og præcis skubbefunktion, som i høj grad kan forbedre produktionseffektiviteten og kvaliteten af ​​lithiumbatterier. Det har følgende væsentlige fordele:


1. Højpræcisionsudstansning: Sørg for den præcise størrelse af polstykket og membranen, reducer materialespild og forbedre batteriets konsistens.
2. Stabil vikling: Optimeret viklingsmekanisme og kontrolsystem sikrer en tæt og stabil kernestruktur, reducerer intern modstand og forbedrer batteriets ydeevne.
3. Højeffektiv nivellering: Unikt nivelleringsdesign gør overfladen af ​​kernerne flad, reducerer ujævn indre belastning og forlænger batteriets levetid.
4. Intelligent kontrol: Udstyret med avanceret menneske-computer interaktion interface, det realiserer nøjagtig parameterindstilling og realtidsovervågning, nem betjening og nem vedligeholdelse.
5. Bredt udvalg af kompatibilitet: det kan også klare 18, 21, 32, 46, 50, 60 alle modeller af battericeller, for at opfylde dine forskellige produktionsbehov.

Lithium - Ion batteriudstyr
Vælg Yixinfeng laserskærings-, vikle- og skubbemaskine for at bringe højere kvalitet og effektivitet til din lithiumbatteriproduktion!