ماشین سیم پیچ باتری لیتیومی: اصول، فرآیندهای کلیدی و دستورالعمل های کنترل کیفیت

در فرآیند تولید باتری‌های لیتیوم یونی، معمولاً روش‌های مختلفی برای تقسیم فرآیند وجود دارد. این فرآیند را می توان به سه فرآیند عمده تقسیم کرد: ساخت الکترود، فرآیند مونتاژ و آزمایش سلول (همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است) و همچنین شرکت هایی وجود دارند که آن را به فرآیندهای پیش سیم پیچی و پس از سیم پیچی تقسیم می کنند و این نقطه مرزی است. فرآیند سیم پیچ به دلیل عملکرد یکپارچه قوی آن، می تواند ظاهر باتری را قالب گیری اولیه کند، بنابراین فرآیند سیم پیچی در تولید باتری لیتیوم یونی به عنوان یک نقش محوری، کلیدی است، فرآیند سیم پیچ تولید شده توسط هسته نورد اغلب به عنوان لخت نامیده می شود. سلول باتری (Jelly-Roll، به نام JR).

فرآیند تولید باتری لیتیوم یون
در فرآیند تولید باتری لیتیوم یون، فرآیند سیم پیچی هسته به شرح زیر نشان داده شده است. عملیات خاص این است که قطعه قطب مثبت، قطعه قطب منفی و فیلم ایزوله را از طریق مکانیزم سوزن دستگاه سیم پیچ به هم بغلتانند و قطعات قطب مثبت و منفی مجاور را به منظور جلوگیری از اتصال کوتاه، توسط فیلم جداسازی جدا می کنند. پس از اتمام سیم پیچ، هسته با کاغذ چسب بسته کننده ثابت می شود تا از جدا شدن هسته جلوگیری شود و سپس به فرآیند بعدی جریان می یابد. در این فرآیند، نکته کلیدی این است که اطمینان حاصل شود که هیچ تماس فیزیکی بین الکترودهای مثبت و منفی وجود ندارد و ورق الکترود منفی می تواند ورق الکترود مثبت را در هر دو جهت افقی و عمودی به طور کامل بپوشاند.

نمودار شماتیک فرآیند سیم پیچ
در فرآیند سیم پیچی هسته، معمولاً دو پین رول دو لایه دیافراگم را برای پیش سیم پیچی می بندند و سپس قطعه قطب مثبت یا منفی را به نوبه خود تغذیه می کنند و قطعه قطب بین دو لایه دیافراگم برای سیم پیچی بسته می شود. در جهت طولی هسته، دیافراگم از دیافراگم منفی و دیافراگم منفی از دیافراگم مثبت فراتر می رود تا از اتصال کوتاه تماس بین دیافراگم مثبت و منفی جلوگیری شود.

نمودار شماتیک دیافراگم بستن سوزن سیم پیچ

نقشه کشی فیزیکی دستگاه سیم پیچ اتوماتیک

ماشین سیم پیچ تجهیزات کلیدی برای تحقق فرآیند سیم پیچ هسته است. با توجه به نمودار فوق، اجزاء و وظایف اصلی آن به شرح زیر است:

1. سیستم تامین قطعه قطب: قطعات قطب مثبت و منفی را در امتداد ریل راهنما به دو لایه دیافراگم بین سمت AA و سمت BB به ترتیب انتقال دهید تا از تامین پایدار قطعات قطب اطمینان حاصل کنید.
2. سیستم باز کردن دیافراگم: شامل دیافراگم های بالا و پایین برای تحقق تامین خودکار و مداوم دیافراگم ها به سوزن سیم پیچ می باشد.
3. سیستم کنترل کشش: برای کنترل کشش ثابت دیافراگم در طول فرآیند سیم پیچ.
4. سیستم سیم پیچ و چسباندن: برای چسباندن و تثبیت هسته ها پس از سیم پیچی.
5. تخلیه سیستم نوار نقاله: به طور خودکار هسته ها را از سوزن ها جدا کنید و آنها را روی تسمه نقاله اتوماتیک بیندازید.
6. سوئیچ پا: هنگامی که هیچ وضعیت غیر عادی وجود ندارد، برای کنترل عملکرد طبیعی سیم پیچ، روی کلید پا فشار دهید.
7. رابط تعامل انسان و رایانه: با تنظیم پارامتر، اشکال زدایی دستی، هشدارهای هشدار و سایر عملکردها.

از تجزیه و تحلیل فوق در مورد فرآیند سیم پیچ، می توان دریافت که سیم پیچ هسته الکتریکی شامل دو پیوند اجتناب ناپذیر است: فشار دادن سوزن و کشیدن سوزن.
فرآیند سوزن را فشار دهید: دو رول سوزن تحت عمل فشار دادن استوانه سوزن، از هر دو طرف دیافراگم امتداد می‌یابند، دو رول سوزن از ترکیب استوانه سوزن وارد شده در آستین، رول‌های سوزن تشکیل می‌شوند. نزدیک به گیره دیافراگم، در همان زمان، دو رول سوزن ادغام می شوند تا شکلی اساساً متقارن را به عنوان هسته سیم پیچ هسته تشکیل دهند.

نمودار شماتیک فرآیند هل دادن سوزن

فرآیند پمپاژ سوزن: پس از تکمیل سیم پیچ هسته، دو سوزن تحت عمل سیلندر پمپاژ سوزن جمع می شوند، استوانه سوزن از آستین خارج می شود، توپ در دستگاه سوزن سوزن را تحت عمل فنر می بندد. و دو سوزن در جهات مخالف هم پیچیده می شوند و اندازه انتهای آزاد سوزن کاهش می یابد تا شکاف خاصی بین سوزن و سطح داخلی هسته ایجاد شود و با جمع شدن سوزن نسبت به آستین نگهدارنده، سوزن ها و هسته را می توان به آرامی جدا کرد.

نمودار شماتیک فرآیند استخراج سوزن

"سوزن" در فرآیند هل دادن و بیرون کشیدن سوزن فوق به سوزن اطلاق می شود که به عنوان جزء اصلی دستگاه سیم پیچی، تأثیر بسزایی در سرعت سیم پیچ و کیفیت هسته دارد. در حال حاضر بیشتر ماشین های سیم پیچ از سوزن های الماسی شکل گرد، بیضی و تخت استفاده می کنند. برای سوزن های گرد و بیضی، به دلیل وجود یک قوس خاص، منجر به تغییر شکل گوش قطبی هسته، در فرآیند بعدی فشار دادن هسته می شود، اما همچنین به راحتی باعث ایجاد چین و چروک داخلی و تغییر شکل هسته می شود. در مورد سوزن های الماس شکل تخت، به دلیل تفاوت اندازه زیاد بین محورهای بلند و کوتاه، کشش قطعه قطب و دیافراگم به طور قابل توجهی تغییر می کند، که نیاز به باد موتور محرک با سرعت های متغیر دارد، که کنترل فرآیند را دشوار می کند. و سرعت سیم پیچ معمولا کم است.

نمودار شماتیک سوزن های سیم پیچ معمولی

به عنوان مثال پیچیده ترین و رایج ترین سوزن مسطح الماسی شکل را در نظر بگیرید، در فرآیند سیم پیچی و چرخش آن، قطعات قطب مثبت و منفی و دیافراگم همیشه به دور شش نقطه گوشه B، C، D، E، F پیچیده می شوند. و G به عنوان نقطه پشتیبانی.

نمودار شماتیک چرخش سوزن سیم پیچ الماسی شکل تخت

بنابراین، فرآیند سیم پیچی را می توان به سیم پیچی سگمنتال با شعاع OB، OC، OD، OE، OF، OG تقسیم کرد و فقط باید تغییر سرعت خط را در هفت محدوده زاویه ای بین θ0، θ1، θ2 تجزیه و تحلیل کرد. θ3، θ4، θ5، θ6 و θ7، به منظور توصیف کامل کمی فرآیند چرخش چرخه سوزن سیم پیچ.

نمودار شماتیک زوایای مختلف چرخش سوزن

بر اساس رابطه مثلثاتی می توان رابطه مربوطه را بدست آورد.

از معادله بالا به راحتی می توان دریافت که وقتی سوزن سیم پیچ با سرعت زاویه ای ثابت پیچیده می شود، سرعت خطی سیم پیچ و زاویه تشکیل شده بین نقطه تکیه گاه سوزن و قطعات قطب مثبت و منفی و دیافراگم برابر است. در یک رابطه تابع قطعه بندی شده رابطه تصویر بین این دو توسط Matlab به صورت زیر شبیه سازی شده است:

تغییرات سرعت سیم پیچ در زوایای مختلف

به طور شهودی واضح است که نسبت حداکثر سرعت خطی به حداقل سرعت خطی در فرآیند سیم پیچی سوزن الماسی شکل تخت در شکل می تواند بیش از 10 برابر باشد. چنین تغییر عظیمی در سرعت خط، نوسانات زیادی در کشش الکترودهای مثبت و منفی و دیافراگم ایجاد می کند که عامل اصلی نوسانات کشش سیم پیچ است. نوسانات کشش بیش از حد ممکن است منجر به کشش دیافراگم در طول فرآیند سیم پیچی، انقباض دیافراگم پس از سیم پیچی، و فاصله لایه های کوچک در گوشه های داخل هسته پس از فشار دادن هسته شود. در فرآیند شارژ، انبساط قطعه قطب باعث می شود که تنش در جهت عرض هسته متمرکز نشود و در نتیجه یک لنگر خمشی و در نتیجه اعوجاج قطعه قطب ایجاد شود و باتری لیتیومی آماده شده در نهایت "S" ظاهر شود. "تغییر شکل.

تصویر CT و نمودار جداسازی هسته تغییر شکل یافته "S".

در حال حاضر برای حل مشکل کیفیت ضعیف هسته (عمدتاً تغییر شکل) ناشی از شکل سوزن سیم پیچ، معمولاً از دو روش سیم پیچی کششی متغیر و سیم پیچی با سرعت متغیر استفاده می شود.

1. سیم پیچ کششی متغیر: باتری استوانه ای را به عنوان مثال در نظر بگیرید، تحت سرعت زاویه ای ثابت، سرعت خطی با تعداد لایه های سیم پیچ افزایش می یابد که منجر به افزایش کشش می شود. سیم پیچ کشش متغیر، یعنی از طریق سیستم کنترل کشش، به طوری که کشش اعمال شده به قطعه قطب یا دیافراگم با افزایش تعداد لایه های سیم پیچ و کاهش خطی، به طوری که در صورت سرعت چرخش ثابت، اما همچنان می تواند کل فرآیند سیم پیچ کشش را تا آنجا که ممکن است ثابت کنید. تعداد زیادی از آزمایش های سیم پیچ کششی متغیر به نتایج زیر منجر شده است:
الف هرچه کشش سیم پیچ کوچکتر باشد، اثر بهبود در تغییر شکل هسته بهتر است.
ب در طول سیم پیچی با سرعت ثابت، با افزایش قطر هسته، کشش به صورت خطی با خطر کمتر تغییر شکل نسبت به سیم پیچ کششی ثابت کاهش می یابد.
2. سیم پیچی با سرعت متغیر: به عنوان مثال سلول مربعی را در نظر بگیرید، معمولاً از سوزن سیم پیچی مسطح الماسی شکل استفاده می شود. هنگامی که سوزن با سرعت زاویه ای ثابت پیچیده می شود، سرعت خطی به طور قابل توجهی نوسان می کند و در نتیجه تفاوت زیادی در فاصله لایه ها در گوشه های هسته ایجاد می شود. در این زمان، نیاز به سرعت خطی، کسر معکوس قانون تغییر سرعت دورانی، یعنی سیم پیچی سرعت دورانی با تغییر و تغییر زاویه را تغییر می دهد تا فرآیند سیم پیچی نوسانات سرعت خطی را به صورت کوچک درک کنیم. تا حد امکان، به طوری که اطمینان حاصل شود که نوسانات کشش در محدوده مقدار دامنه کوچک است.

به طور خلاصه، شکل سوزن سیم پیچ ممکن است بر صافی گوش قطب (بازده هسته و عملکرد الکتریکی)، سرعت سیم پیچ (بازده)، یکنواختی تنش داخلی هسته (مشکلات تغییر شکل ظاهری) و غیره تأثیر بگذارد. برای باتری های استوانه ای، معمولا از سوزن های گرد استفاده می شود. برای باتری‌های مربعی، معمولاً از سوزن‌های لوزی شکل بیضی یا مسطح استفاده می‌شود (در برخی موارد می‌توان از سوزن‌های گرد نیز برای باد کردن و صاف کردن هسته برای تشکیل یک هسته مربع استفاده کرد). علاوه بر این، مقدار زیادی از داده های تجربی نشان می دهد که کیفیت هسته ها تأثیر مهمی بر عملکرد الکتروشیمیایی و عملکرد ایمنی باتری نهایی دارد.

بر این اساس، ما برخی از نگرانی‌ها و احتیاط‌های کلیدی را در فرآیند سیم پیچ باتری‌های لیتیومی مرتب کرده‌ایم، به این امید که تا حد امکان از عملیات نامناسب در فرآیند سیم‌پیچ جلوگیری کنیم تا باتری‌های لیتیومی را مطابق با الزامات کیفی تولید کنیم.

برای تجسم عیوب هسته، می توان هسته را در رزین اپوکسی چسب AB غوطه ور کرد تا عمل آوری شود و سپس سطح مقطع را با کاغذ سنباده برش داده و صیقل داد. بهتر است نمونه های آماده شده را در زیر میکروسکوپ یا میکروسکوپ الکترونی روبشی مشاهده کنید تا نگاشت عیب داخلی هسته به دست آید.

نقشه نقص داخلی هسته
(الف) شکل یک هسته واجد شرایط را بدون نقص داخلی آشکار نشان می دهد.
(ب) در شکل، قطعه قطب به وضوح پیچ خورده و تغییر شکل داده است، که ممکن است مربوط به کشش سیم پیچ باشد، کشش آنقدر زیاد است که باعث چروک شدن قطعه قطب شود، و این نوع عیوب باعث خراب شدن رابط باتری و لیتیوم می شود. بارش، که عملکرد باتری را بدتر می کند.
ج) ماده خارجی بین الکترود و دیافراگم در شکل وجود دارد. این نقص ممکن است منجر به تخلیه جدی خود شود و حتی مشکلات ایمنی ایجاد کند، اما معمولاً در تست Hi-pot قابل تشخیص است.
(د) الکترود در شکل دارای الگوی نقص منفی و مثبت است که ممکن است منجر به ظرفیت کم یا بارش لیتیوم شود.
(ه) الکترود در شکل دارای غبار مخلوط در داخل است که ممکن است منجر به افزایش خود تخلیه باتری شود.

علاوه بر این، عیوب داخل هسته را می‌توان با آزمایش‌های غیر مخرب، مانند آزمایش اشعه ایکس و CT که معمولاً استفاده می‌شود، مشخص کرد. در زیر به معرفی مختصری از برخی از نقص های رایج فرآیند اصلی می پردازیم:

1. پوشش ضعیف قطعه قطب: قطعه قطب منفی موضعی به طور کامل با قطعه قطب مثبت پوشانده نشده است، که ممکن است منجر به تغییر شکل باتری و بارش لیتیوم شود و در نتیجه خطرات ایمنی بالقوه را به همراه داشته باشد.

2. تغییر شکل قطعه قطب: قطعه قطب در اثر اکستروژن تغییر شکل می دهد، که ممکن است باعث اتصال کوتاه داخلی شود و مشکلات ایمنی جدی ایجاد کند.

شایان ذکر است در سال 2017 قاب انفجاری گوشی موبایل سامسونگ نوت 7 پر سر و صدا، نتیجه بررسی ها به دلیل فشرده شدن الکترود منفی داخل باتری بوده که باعث ایجاد اتصال کوتاه داخلی شده و در نتیجه باعث انفجار باتری می شود، تصادف باعث الکترونیک سامسونگ شده است. بیش از 6 میلیارد دلار ضرر کرده است.

3. مواد خارجی فلزی: مواد خارجی فلزی عملکرد قاتل باتری لیتیوم یون است، ممکن است از خمیر، تجهیزات یا محیط باشد. ذرات بزرگتر مواد خارجی فلزی ممکن است مستقیماً باعث اتصال کوتاه فیزیکی شوند و هنگامی که ماده خارجی فلزی در الکترود مثبت مخلوط می شود، اکسید شده و سپس روی سطح الکترود منفی رسوب می کند و دیافراگم را سوراخ می کند و در نهایت باعث ایجاد یک داخلی می شود. اتصال کوتاه در باتری، که خطر ایمنی جدی دارد. مواد خارجی فلزی رایج عبارتند از Fe، Cu، Zn، Sn و غیره.

دستگاه سیم پیچ باتری لیتیومی برای سیم پیچی سلول های باتری لیتیومی استفاده می شود که نوعی تجهیزات برای مونتاژ ورق الکترود مثبت، ورق الکترود منفی و دیافراگم در یک بسته هسته (JR: JellyRoll) با چرخش مداوم است. تجهیزات تولید سیم پیچ داخلی در سال 2006 شروع شد، از سیم پیچ نیمه اتوماتیک گرد، سیم پیچ مربعی نیمه اتوماتیک، تولید فیلم خودکار، و سپس به اتوماسیون ترکیبی، دستگاه سیم پیچ فیلم، دستگاه سیم پیچ لیزری، دستگاه سیم پیچ پیوسته آند، سیم پیچ پیوسته دیافراگم تبدیل شد. ماشین و غیره

در اینجا، ما به ویژه دستگاه سیم پیچ و فشار برش لیزری Yixinfeng را توصیه می کنیم. این دستگاه ترکیبی از فناوری پیشرفته برش لیزری، فرآیند سیم پیچ کارآمد و عملکرد فشار دادن دقیق است که می تواند راندمان تولید و کیفیت باتری لیتیومی را تا حد زیادی بهبود بخشد. دارای مزایای قابل توجه زیر است:


1. برش قالب با دقت بالا: اطمینان از اندازه دقیق قطعه قطب و دیافراگم، کاهش ضایعات مواد و بهبود قوام باتری.
2. سیم پیچ پایدار: مکانیزم سیم پیچ بهینه شده و سیستم کنترل ساختار هسته محکم و پایدار را تضمین می کند، مقاومت داخلی را کاهش می دهد و عملکرد باتری را بهبود می بخشد.
3. تراز کردن با راندمان بالا: طراحی تسطیح منحصربفرد باعث صاف شدن سطح هسته ها، کاهش تنش ناهموار داخلی و افزایش عمر باتری می شود.
4. کنترل هوشمند: مجهز به رابط تعامل انسان و کامپیوتر پیشرفته، تنظیمات دقیق پارامتر و نظارت در زمان واقعی، عملیات آسان و تعمیر و نگهداری آسان را متوجه می شود.
5. طیف گسترده ای از سازگاری: همچنین می تواند 18، 21، 32، 46، 50، 60 همه مدل های سلول باتری را انجام دهد تا نیازهای تولید متنوع شما را برآورده کند.

تجهیزات باتری لیتیوم - یونی
دستگاه برش، سیم پیچ و هل دادن لیزر Yixinfeng را انتخاب کنید تا کیفیت و کارایی بالاتری را برای تولید باتری لیتیومی خود به ارمغان بیاورید!