Máquina de bobinado de batería de litio: principios, procesos clave e directrices de control de calidade

No proceso de fabricación de baterías de ión-litio, normalmente hai varias formas de dividir o proceso. O proceso pódese dividir en tres procesos principais: fabricación de electrodos, proceso de ensamblaxe e proba de células (como se mostra na figura a continuación), e tamén hai empresas que o dividen en procesos de pre-enrolamento e posbobinado, e este punto de demarcación é o proceso de enrolamento. Debido á súa forte función de integración, pode facer que o aspecto da batería se moldee inicialmente, polo que o proceso de enrolamento na fabricación de baterías de iones de litio como un papel fundamental é a clave, o proceso de enrolamento producido polo núcleo laminado denomínase a miúdo como espido. pila de batería (Jelly-Roll, denominada JR).

Proceso de fabricación de baterías de iones de litio
No proceso de fabricación de baterías de ión-litio, o proceso de enrolamento do núcleo móstrase como segue. A operación específica consiste en rolar a peza de polo positivo, a peza de polo negativo e a película de illamento xuntos a través do mecanismo de agulla da máquina de enrolamento, e as pezas de polo positivo e negativo adxacentes están illadas pola película de illamento para evitar curtocircuítos. Despois de rematar o enrolamento, o núcleo fíxase con papel adhesivo de peche para evitar que o núcleo se desfaga e, a continuación, pasa ao seguinte proceso. Neste proceso, a clave é garantir que non haxa contacto físico entre os electrodos positivos e negativos e que a folla do electrodo negativo poida cubrir completamente a folla do electrodo positivo tanto en dirección horizontal como vertical.

Diagrama esquemático do proceso de enrolamento
No proceso de enrolamento do núcleo, xeralmente dous pasadores de rolo suxeitan dúas capas de diafragma para o enrolamento previo e, a continuación, alimentan á súa vez a peza polar positiva ou negativa, e a peza polar está fixada entre as dúas capas de diafragma para o enrolamento. Na dirección lonxitudinal do núcleo, o diafragma supera o diafragma negativo e o diafragma negativo supera o diafragma positivo, para evitar o curtocircuíto de contacto entre os diafragmas positivo e negativo.

Diafragma esquemático do diafragma de suxeición da agulla de enrolamento

Debuxo físico da máquina de bobinado automático

A máquina de bobinado é o equipo clave para realizar o proceso de bobinado principal. Facendo referencia ao diagrama anterior, os seus compoñentes e funcións principais son os seguintes:

1. Sistema de subministración de pezas polares: transporta as pezas polos positivos e negativos ao longo do carril guía ata as dúas capas de diafragma entre o lado AA e o lado BB respectivamente para garantir a subministración estable de pezas polares.
2. Sistema de desenrolamento de diafragmas: inclúe diafragmas superior e inferior para realizar a subministración automática e continua de diafragmas á agulla de enrolamento.
3. Sistema de control de tensión: para controlar a tensión constante do diafragma durante o proceso de enrolamento.
4. Sistema de bobinado e pegado: para pegar e fixar os núcleos despois do enrolado.
5. Sistema de transporte de descarga: desmonte automaticamente os núcleos das agullas e déixaos na cinta transportadora automática.
6. Interruptor de pé: cando non hai unha condición anormal, pisa o interruptor de pé para controlar o funcionamento normal do enrolamento.
7. Interface de interacción humano-ordenador: con configuración de parámetros, depuración manual, avisos de alarma e outras funcións.

A partir da análise anterior do proceso de enrolamento, pódese ver que o enrolamento do núcleo eléctrico contén dous enlaces inevitables: empurrar a agulla e tirar da agulla.
Empurrar o proceso de agullas: os dous rolos de agullas esténdense baixo a acción do empuxe do cilindro da agulla, a través dos dous lados do diafragma, os dous rolos de agullas formados pola combinación do cilindro de agullas inserido na manga, os rolos de agullas preto de suxeitar o diafragma, ao mesmo tempo, os dous rolos de agullas fúndense para formar unha forma basicamente simétrica, como o núcleo do enrolamento do núcleo.

Diagrama esquemático do proceso de empuxe da agulla

Proceso de bombeo da agulla: despois de completar o enrolamento do núcleo, as dúas agullas son retraídas baixo a acción do cilindro de bombeo da agulla, o cilindro da agulla retírase da manga, a bola do dispositivo de agulla pecha a agulla baixo a acción do resorte, e as dúas agullas están enroladas en direccións opostas, e o tamaño do extremo libre da agulla redúcese para formar un certo espazo entre a agulla e a superficie interna do núcleo, e coa agulla retraída en relación ao manguito de retención, as agullas e o núcleo pódese separar suavemente.

Diagrama esquemático do proceso de extracción da agulla

A "agulla" no proceso de empurrar e sacar a agulla anterior refírese á agulla, que, como compoñente central da máquina de enrolamento, ten un impacto significativo na velocidade de enrolamento e na calidade do núcleo. Na actualidade, a maioría das máquinas de bobinado usan agullas redondas, ovaladas e planas en forma de diamante. Para agullas redondas e ovaladas, debido á súa existencia dun certo arco, levará á deformación da orella polar do núcleo, no proceso posterior de prensado do núcleo, pero tamén é fácil de causar engurras internas e deformación do núcleo. En canto ás agullas planas en forma de diamante, debido á gran diferenza de tamaño entre os eixes longo e curto, a tensión da peza polar e do diafragma varía significativamente, o que require que o motor de accionamento se enrole a velocidades variables, o que dificulta o control do proceso. e a velocidade de enrolamento adoita ser baixa.

Diagrama esquemático de agullas de bobinado comúns

Tome como exemplo a agulla plana con forma de diamante máis complicada e común, no proceso de enrolamento e rotación, as pezas polares positivas e negativas e o diafragma están sempre envoltos ao redor dos seis puntos de esquina de B, C, D, E, F. e G como punto de apoio.

Diagrama esquemático da rotación da agulla de enrolamento plano en forma de diamante

Polo tanto, o proceso de enrolamento pódese dividir en enrolamentos segmentarios con OB, OC, OD, OE, OF, OG como raio, e só é necesario analizar o cambio da velocidade da liña nos sete intervalos angulares entre θ0, θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6 e θ7, para describir completamente cuantitativamente o proceso de rotación cíclica da agulla de enrolamento.

Diagrama esquemático de diferentes ángulos de xiro da agulla

A partir da relación trigonométrica, pódese derivar a relación correspondente.

A partir da ecuación anterior, é fácil ver que cando a agulla de enrolamento se enrola a unha velocidade angular constante, a velocidade lineal de enrolamento e o ángulo formado entre o punto de apoio da agulla e as pezas polos positivos e negativos e o diafragma son nunha relación función segmentada. Matlab simula a relación de imaxe entre ambas as seguintes:

Cambios da velocidade do bobinado en diferentes ángulos

É intuitivamente obvio que a relación entre a velocidade lineal máxima e a velocidade lineal mínima no proceso de enrolamento da agulla plana en forma de diamante da figura pode ser máis de 10 veces. Un cambio tan grande na velocidade da liña provocará grandes flutuacións na tensión dos electrodos positivos e negativos e do diafragma, que é a principal causa das flutuacións na tensión do enrolamento. A flutuación excesiva da tensión pode provocar un estiramento do diafragma durante o proceso de enrolamento, unha contracción do diafragma despois do enrolamento e un pequeno espazo entre as capas nas esquinas do núcleo despois da presión do núcleo. No proceso de carga, a expansión da peza polar fai que o estrés na dirección da anchura do núcleo non se concentre, o que resulta nun momento de flexión, o que resulta na distorsión da peza pola, e a batería de litio preparada finalmente aparece "S "deformación.

Imaxe TC e diagrama de desmontaxe do núcleo deformado en "S".

Na actualidade, para resolver o problema da mala calidade do núcleo (principalmente a deformación) causada pola forma da agulla de enrolamento, adoitan utilizarse dous métodos: enrolamento de tensión variable e enrolamento de velocidade variable.

1. Enrolamento de tensión variable: Tome como exemplo a batería cilíndrica, a velocidade angular constante, a velocidade lineal aumenta co número de capas de enrolamento, o que leva ao aumento da tensión. Enrolamento de tensión variable, é dicir, a través do sistema de control de tensión, de xeito que a tensión aplicada á peza polar ou ao diafragma co aumento do número de capas de enrolamento e redución lineal, de xeito que, no caso de velocidade de rotación constante, aínda pode facer todo o proceso de enrolamento da tensión na medida do posible para manter unha constante. Un gran número de experimentos de enrolamento de tensión variable levaron ás seguintes conclusións:
a. Canto menor sexa a tensión do enrolamento, mellor será o efecto de mellora na deformación do núcleo.
b. Durante o enrolamento de velocidade constante, a medida que aumenta o diámetro do núcleo, a tensión diminúe linealmente cun menor risco de deformación que co enrolamento de tensión constante.
2. Enrolamento de velocidade variable: Tome como exemplo unha cela cadrada, normalmente utilízase unha agulla plana en forma de diamante. Cando a agulla se enrola a unha velocidade angular constante, a velocidade lineal fluctúa significativamente, o que provoca grandes diferenzas no espazo entre capas nas esquinas do núcleo. Neste momento, a necesidade de cambios de velocidade lineal dedución inversa da lei de cambio da velocidade de rotación, é dicir, o enrolamento da velocidade de rotación co cambio de ángulo e cambio, a fin de realizar o proceso de enrolamento das flutuacións da velocidade lineal tan pequenas posible, para garantir que as flutuacións de tensión no rango de valor de pequena amplitude.

En resumo, a forma da agulla de enrolamento pode afectar a planitude da orella pola (rendemento do núcleo e rendemento eléctrico), a velocidade de enrolamento (produtividade), a uniformidade do estrés interno do núcleo (problemas de deformación da aparencia), etc. Para as baterías cilíndricas adoitan empregarse agullas redondas; para pilas cadradas adoitan empregarse agullas elípticas ou planas rómbicas (nalgúns casos tamén se poden usar agullas redondas para enrolar e aplanar o núcleo para formar un núcleo cadrado). Ademais, unha gran cantidade de datos experimentais mostran que a calidade dos núcleos ten un impacto importante no rendemento electroquímico e no rendemento de seguridade da batería final.

En base a isto, resolvíamos algunhas preocupacións e precaucións fundamentais no proceso de enrolamento das baterías de litio, coa esperanza de evitar o máximo posible operacións inadecuadas no proceso de enrolamento, para fabricar baterías de litio que cumpran os requisitos de calidade.

Para visualizar os defectos do núcleo, o núcleo pódese mergullar en resina epoxi de pegamento AB para o curado, e despois a sección transversal pódese cortar e pulir con papel de lixa. O mellor é observar as mostras preparadas ao microscopio ou microscopio electrónico de varrido, para obter a cartografía de defectos internos do núcleo.

Mapa de defectos internos do núcleo
(a) A figura mostra un núcleo cualificado sen defectos internos evidentes.
(b) Na figura, a peza polar está obviamente torcida e deformada, o que pode estar relacionado coa tensión do enrolamento, a tensión é demasiado grande para provocar engurras na peza polar e este tipo de defectos farán que a interface da batería se deteriore e o litio. precipitacións, que deteriorarán o rendemento da batería.
(c) Hai unha substancia estraña entre o electrodo e o diafragma da figura. Este defecto pode provocar unha autodescarga grave e mesmo causar problemas de seguridade, pero normalmente pódese detectar na proba Hi-pot.
(d) O electrodo da figura ten un patrón de defecto negativo e positivo, o que pode provocar baixa capacidade ou precipitación de litio.
(e) O electrodo da figura ten po mesturado no seu interior, o que pode provocar un aumento da autodescarga da batería.

Ademais, os defectos no interior do núcleo tamén se poden caracterizar mediante probas non destrutivas, como as probas de raios X e TC de uso común. A seguinte é unha breve introdución a algúns defectos comúns do proceso básico:

1. Mala cobertura da peza polar: a peza polo negativo local non está totalmente cuberta coa peza polo positivo, o que pode provocar a deformación da batería e a precipitación de litio, o que pode provocar perigos potenciais para a seguridade.

2. Deformación da peza polar: a peza polar defórmase por extrusión, o que pode provocar un curtocircuíto interno e provocar serios problemas de seguridade.

Paga a pena mencionar que en 2017, o sensacional caso de explosión do teléfono móbil Samsung Note7, o resultado da investigación débese a que o electrodo negativo no interior da batería se espreme para causar un curtocircuíto interno, provocando así que a batería explote, o accidente causou a electrónica de Samsung. perdas de máis de 6.000 millóns de dólares.

3. Materia estraña metálica: a materia estraña metálica é o rendemento do asasino da batería de ión-litio, pode proceder da pasta, do equipo ou do medio ambiente. As partículas máis grandes de materia estraña metálica poden causar directamente un curtocircuíto físico e, cando se mesturan materias estrañas metálicas no electrodo positivo, oxidaranse e depositaranse na superficie do electrodo negativo, perforando o diafragma e, finalmente, provocando un curtocircuíto na batería, o que supón un serio perigo de seguridade. As materias estrañas metálicas comúns son Fe, Cu, Zn, Sn, etc.

A máquina de enrolamento de batería de litio úsase para enrolar células de batería de litio, que é un tipo de equipo para ensamblar folla de electrodo positivo, folla de electrodo negativo e diafragma nun paquete de núcleo (JR: JellyRoll) mediante rotación continua. Os equipos de fabricación de bobinados domésticos comezaron en 2006, a partir de bobinados semiautomáticos redondos, semiautomáticos cadrados, produción de películas automatizadas, e despois desenvolveuse en automatización combinada, máquina de bobinado de película, máquina de bobinado de corte con láser, máquina de bobinado continuo de ánodo, bobinado continuo de diafragma. máquina, etc.

Aquí, recomendamos especialmente Yixinfeng troquelado con láser de bobinado e empurrando máquina plana. Esta máquina combina tecnoloxía avanzada de troquelado con láser, proceso de enrolamento eficiente e función de empuxe precisa, o que pode mellorar moito a eficiencia da produción e a calidade da batería de litio. Ten as seguintes vantaxes significativas:


1. Troquelado de alta precisión: garante o tamaño preciso da peza polar e do diafragma, reduce o desperdicio de material e mellora a consistencia da batería.
2. Enrolamento estable: o mecanismo de enrolamento e o sistema de control optimizados garanten unha estrutura central axustada e estable, reduce a resistencia interna e mellora o rendemento da batería.
3. Nivelación de alta eficiencia: o deseño de nivelación único fai que a superficie dos núcleos sexa plana, reduce o estrés interno irregular e prolonga a vida útil da batería.
4. Control intelixente: equipado cunha avanzada interface de interacción humano-ordenador, realiza unha configuración precisa de parámetros e un seguimento en tempo real, un funcionamento sinxelo e un mantemento sinxelo.
5. Ampla gama de compatibilidade: tamén pode facer 18, 21, 32, 46, 50, 60 todos os modelos de células de batería, para satisfacer as súas diversas necesidades de produción.

Equipos de batería de ións de litio
Escolla a máquina de troquelado, bobinado e empuxe con láser Yixinfeng para ofrecer unha maior calidade e eficiencia á súa produción de batería de litio.