Stroj za namatanje litijskih baterija: principi, ključni procesi i smjernice za kontrolu kvalitete

U procesu proizvodnje litij-ionskih baterija obično postoji nekoliko načina za podjelu procesa. Proces se može podijeliti u tri glavna procesa: proizvodnja elektroda, proces sastavljanja i ispitivanje ćelija (kao što je prikazano na slici ispod), a postoje i tvrtke koje ga dijele na procese prije namotavanja i procese poslije namotavanja, a ova točka razgraničenja je proces namotavanja. Zbog svoje snažne integracijske funkcije, može učiniti izgled baterije početnim kalupljenjem, tako da je proces namotavanja u proizvodnji litij-ionskih baterija ključna uloga, proces namotavanja koji proizvodi valjana jezgra često se naziva goli baterijska ćelija (Jelly-Roll, poznata kao JR).

Proces proizvodnje litij-ionske baterije
U procesu proizvodnje litij-ionske baterije, proces namotavanja jezgre ilustriran je kako slijedi. Specifična operacija je da se pozitivni i negativni polni dio i izolacijski film zajedno kotrljaju kroz mehanizam igle stroja za namatanje, a susjedni pozitivni i negativni polni dijelovi izolirani su izolacijskim filmom kako bi se spriječio kratki spoj. Nakon završetka namotavanja, jezgra se fiksira ljepljivim papirom za zatvaranje kako bi se spriječilo raspadanje jezgre, a zatim prelazi u sljedeći proces. U ovom procesu ključno je osigurati da nema fizičkog kontakta između pozitivne i negativne elektrode, te da ploča negativne elektrode može u potpunosti prekriti ploču pozitivne elektrode u vodoravnom i okomitom smjeru.

Shematski dijagram procesa namotavanja
U procesu namotavanja jezgre, općenito dva klina za namotavanje stežu dva sloja dijafragme za prethodno namotavanje, a zatim naizmjence dovode pozitivni ili negativni pol, a polni dio se steže između dva sloja dijafragme za namotavanje. U uzdužnom smjeru jezgre, dijafragma prelazi negativnu dijafragmu, a negativna dijafragma prelazi pozitivnu dijafragmu, kako bi se izbjegao kontaktni kratki spoj između pozitivne i negativne dijafragme.

Shematski dijagram dijafragme za stezanje igle za namatanje

Fizički crtež stroja za automatsko namatanje

Stroj za namotavanje je ključna oprema za realizaciju procesa namotavanja jezgre. Pozivajući se na gornji dijagram, njegove glavne komponente i funkcije su sljedeće:

1. Sustav napajanja polnim nastavcima: prenesite pozitivne i negativne nastavke polova duž tračnice do dva sloja dijafragme između AA strane i BB strane kako biste osigurali stabilnu opskrbu polnim nastavcima.
2. Sustav za odmatanje dijafragme: uključuje gornju i donju dijafragmu kako bi se ostvarila automatska i kontinuirana opskrba dijafragme igli za namatanje.
3. Sustav kontrole napetosti: za kontrolu konstantne napetosti dijafragme tijekom procesa namatanja.
4. Sustav za namatanje i lijepljenje: za lijepljenje i fiksiranje žila nakon namotavanja.
5. Sustav pokretne trake za istovar: Automatski rastavite jezgre iz igala i ispustite ih na automatsku pokretnu traku.
6. Nožni prekidač: Kada nema nenormalnih uvjeta, pritisnite nožni prekidač za kontrolu normalnog rada navijanja.
7. Sučelje za interakciju između čovjeka i računala: s postavljanjem parametara, ručnim otklanjanjem pogrešaka, upitima za alarm i drugim funkcijama.

Iz navedene analize procesa namotavanja vidljivo je da namatanje električne jezgre sadrži dvije nezaobilazne karike: potiskivanje igle i potezanje igle.
Postupak guranja igle: dva koluta igala protežu se pod djelovanjem guranja cilindra igle, kroz obje strane dijafragme, dva koluta igala formirana kombinacijom cilindra igle umetnutog u rukavac, koluti igala blizu stezanja dijafragme, u isto vrijeme, dva koluta igala se stapaju i tvore u osnovi simetričan oblik, kao jezgra namota jezgre.

Shematski dijagram procesa potiskivanja igle

Proces pumpanja igle: nakon završetka namotavanja jezgre, dvije igle se uvlače pod djelovanjem cilindra za pumpanje igle, cilindar igle se izvlači iz rukavca, kuglica u uređaju za iglu zatvara iglu pod djelovanjem opruge, i dvije su igle namotane u suprotnim smjerovima, a veličina slobodnog kraja igle smanjena je kako bi se stvorio određeni razmak između igle i unutarnje površine jezgre, a s iglom uvučenom u odnosu na pridržni rukavac, igle i jezgra se može glatko odvojiti.

Shematski dijagram procesa ekstrakcije igle

"Igla" u procesu guranja i izvlačenja gornje igle odnosi se na iglu, koja kao jezgrena komponenta stroja za namatanje ima značajan utjecaj na brzinu namotavanja i kvalitetu jezgre. Trenutno većina strojeva za namatanje koristi okrugle, ovalne i ravne igle u obliku dijamanta. Za okrugle i ovalne iglice, zbog postojanja određenog luka, to će dovesti do deformacije polu uha jezgre, u naknadnom procesu prešanja jezgre, ali također lako izazvati unutarnje naboranje i deformaciju jezgre. Što se tiče ravnih igala u obliku dijamanta, zbog velike razlike u veličini između duge i kratke osi, napetost polovnog dijela i dijafragme značajno varira, zahtijevajući pogonski motor da se navija promjenjivim brzinama, što otežava kontrolu procesa, a brzina namotavanja obično mala.

Shematski dijagram uobičajenih igala za namatanje

Uzmimo za primjer najkompliciraniju i najčešću ravnu iglu u obliku dijamanta, u procesu njezinog namotavanja i rotacije, pozitivni i negativni polni dijelovi i dijafragma uvijek su omotani oko šest kutnih točaka B, C, D, E, F i G kao točka oslonca.

Shematski dijagram rotacije igle za namatanje ravnog dijamanta

Stoga se proces namotavanja može podijeliti na segmentalno namotavanje s OB, OC, OD, OE, OF, OG kao polumjerom, a potrebno je samo analizirati promjenu brzine linije u sedam kutnih raspona između θ0, θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6 i θ7, kako bi se u potpunosti kvantitativno opisao ciklički proces rotacije igle za namatanje.

Shematski dijagram različitih kutova rotacije igle

Na temelju trigonometrijskog odnosa može se izvesti odgovarajući odnos.

Iz gornje jednadžbe lako je vidjeti da kada se igla za namatanje namotava konstantnom kutnom brzinom, linearna brzina namotavanja i kut formiran između točke oslonca igle i pozitivnog i negativnog pola i dijafragme su u odnosu segmentirane funkcije. Odnos slike između to dvoje simulira Matlab na sljedeći način:

Promjene brzine namotaja pod različitim kutovima

Intuitivno je očito da omjer maksimalne linearne brzine prema minimalnoj linearnoj brzini u procesu namotavanja ravne igle u obliku dijamanta na slici može biti više od 10 puta. Takva velika promjena u brzini voda dovest će do velikih fluktuacija u napetosti pozitivnih i negativnih elektroda i dijafragme, što je glavni uzrok fluktuacija u napetosti namota. Prekomjerna fluktuacija napetosti može dovesti do istezanja dijafragme tijekom procesa namotavanja, skupljanja dijafragme nakon namotavanja i malog razmaka slojeva na uglovima unutar jezgre nakon prešanja jezgre. U procesu punjenja, širenje polarnog dijela uzrokuje da naprezanje u smjeru širine jezgre nije koncentrirano, što rezultira momentom savijanja, što rezultira iskrivljenjem polovnog dijela, a pripremljena litijeva baterija na kraju se pojavljuje "S "deformacija.

CT slika i dijagram rastavljanja "S" deformirane jezgre

Trenutno, kako bi se riješio problem loše kvalitete jezgre (uglavnom deformacije) uzrokovane oblikom igle za namatanje, obično se koriste dvije metode: namotavanje s promjenjivom napetosti i namotavanje s promjenjivom brzinom.

1. Namotaj promjenjive napetosti: Uzmimo cilindričnu bateriju kao primjer, pod konstantnom kutnom brzinom, linearna brzina raste s brojem slojeva namota, što dovodi do porasta napetosti. Promjenjivi namot napetosti, odnosno kroz sustav kontrole napetosti, tako da se napetost primjenjuje na polni dio ili dijafragmu s povećanjem broja slojeva namota i linearnim smanjenjem, tako da u slučaju konstantne brzine vrtnje, ali još uvijek može učiniti cijeli proces namotavanja napetosti što je više moguće kako bi se održala konstanta. Velik broj eksperimenata namota promjenjive napetosti doveo je do sljedećih zaključaka:
a. Što je manja napetost namota, to je bolji učinak poboljšanja na deformaciju jezgre.
b. Tijekom namotavanja pri konstantnoj brzini, kako se promjer jezgre povećava, napetost linearno opada uz manji rizik od deformacije nego kod namotavanja pri konstantnoj napetosti.
2. Namatanje promjenjivom brzinom: Uzmimo kvadratnu ćeliju kao primjer, obično se koristi ravna igla za namatanje u obliku dijamanta. Kada se igla namotava konstantnom kutnom brzinom, linearna brzina značajno varira, što rezultira velikim razlikama u razmaku slojeva na uglovima jezgre. U ovom trenutku, potreba za linearnom brzinom se mijenja obrnutim oduzimanjem zakona promjene brzine vrtnje, to jest, navijanje brzine vrtnje s promjenom kuta i promjenom, kako bi se proces namotavanja linearnih fluktuacija brzine ostvario kao mali što je više moguće, kako bi se osiguralo da napetost varira u području male vrijednosti amplitude.

Ukratko, oblik igle za namatanje može utjecati na ravnost uha motke (prinos jezgre i električna izvedba), brzinu namotavanja (produktivnost), jednolikost unutarnjeg naprezanja jezgre (problemi s deformacijom izgleda) i tako dalje. Za cilindrične baterije obično se koriste okrugle igle; za četvrtaste baterije obično se koriste eliptične ili ravne rombične igle (u nekim slučajevima, okrugle igle se također mogu koristiti za namotavanje i izravnavanje jezgre kako bi se oblikovala četvrtasta jezgra). Osim toga, velika količina eksperimentalnih podataka pokazuje da kvaliteta jezgri ima važan utjecaj na elektrokemijsku izvedbu i sigurnosnu izvedbu konačne baterije.

Na temelju toga izdvojili smo neke ključne brige i mjere opreza u procesu namotavanja litijevih baterija, u nadi da ćemo izbjeći nepravilne radnje u procesu namotavanja što je više moguće, kako bismo proizveli litijeve baterije koje zadovoljavaju zahtjeve kvalitete.

Kako bi se vizualizirali nedostaci jezgre, jezgra se može uroniti u epoksidnu smolu AB ljepila radi stvrdnjavanja, a zatim se poprečni presjek može rezati i polirati brusnim papirom. Najbolje je promatrati pripremljene uzorke pod mikroskopom ili skenirajućim elektronskim mikroskopom kako bi se dobila mapa unutarnjeg defekta jezgre.

Mapa unutarnjih defekata jezgre
(a) Slika prikazuje kvalificiranu jezgru bez očitih unutarnjih nedostataka.
(b) Na slici je polni dio očito uvrnut i deformiran, što može biti povezano s napetosti namota, napetost je prevelika da bi uzrokovala naboranje polarnog dijela, a ova vrsta nedostataka će uzrokovati kvar sučelja baterije i litija padalina, što će pogoršati učinkovitost baterije.
(c) Postoji strana tvar između elektrode i dijafragme na slici. Ovaj nedostatak može dovesti do ozbiljnog samopražnjenja i čak uzrokovati sigurnosne probleme, ali obično se može otkriti u Hi-pot testu.
(d) Elektroda na slici ima negativan i pozitivan uzorak kvara, što može dovesti do niskog kapaciteta ili taloženja litija.
(e) Elektroda na slici ima prašinu iznutra, što može dovesti do povećanog samopražnjenja baterije.

Osim toga, nedostatke unutar jezgre također je moguće okarakterizirati ispitivanjem bez razaranja, kao što je uobičajeno korišteno ispitivanje X-zrakama i CT-om. Slijedi kratak uvod u neke uobičajene nedostatke temeljnog procesa:

1. Loša pokrivenost polarnog dijela: lokalni negativni polni dio nije u potpunosti prekriven pozitivnim polom, što može dovesti do deformacije baterije i taloženja litija, što može dovesti do potencijalnih sigurnosnih opasnosti.

2. Deformacija polovnog dijela: polni dio je deformiran ekstruzijom, što može izazvati unutarnji kratki spoj i dovesti do ozbiljnih sigurnosnih problema.

Vrijedno je spomenuti da je 2017. godine, senzacionalni slučaj eksplozije mobitela samsung note7, rezultat istrage nastao zbog toga što je negativna elektroda unutar baterije stisnuta da izazove unutarnji kratki spoj, što uzrokuje eksploziju baterije, nesreću je uzrokovala elektronika samsung gubitak veći od 6 milijardi dolara.

3. Metalne strane tvari: metalne strane tvari su učinak ubojice litij-ionskih baterija, mogu potjecati iz paste, opreme ili okoliša. Veće čestice metalnih stranih tvari mogu izravno uzrokovati fizički kratki spoj, a kada se metalne strane tvari umiješaju u pozitivnu elektrodu, one će oksidirati i zatim se taložiti na površini negativne elektrode, probijajući dijafragmu i na kraju uzrokujući unutarnji kvar kratki spoj u bateriji, što predstavlja ozbiljnu sigurnosnu opasnost. Uobičajene metalne strane tvari su Fe, Cu, Zn, Sn i tako dalje.

Stroj za namatanje litijskih baterija koristi se za namatanje ćelija litijskih baterija, što je vrsta opreme za sastavljanje ploče pozitivne elektrode, ploče negativne elektrode i dijafragme u paket jezgre (JR: JellyRoll) kontinuiranom rotacijom. Domaća oprema za proizvodnju namotaja započela je 2006. godine, od poluautomatskog okruglog, poluautomatskog pravokutnog namotaja, automatizirane proizvodnje filma, a zatim se razvila u kombiniranu automatizaciju, stroj za namotavanje filma, stroj za lasersko rezanje, stroj za kontinuirano namotavanje anode, kontinuirano motanje dijafragme stroj, i tako dalje.

Ovdje posebno preporučujemo Yixinfeng laserski izrezivački stroj za namatanje i guranje ravnog stroja. Ovaj stroj kombinira naprednu tehnologiju laserskog rezanja, učinkovit proces namotavanja i preciznu funkciju guranja, što može uvelike poboljšati učinkovitost proizvodnje i kvalitetu litijske baterije. Ima sljedeće značajne prednosti:


1. Visokoprecizno rezanje: Osigurajte preciznu veličinu polarnog dijela i dijafragme, smanjite materijalni otpad i poboljšajte konzistenciju baterije.
2. Stabilno namatanje: Optimizirani mehanizam za namatanje i sustav upravljanja osigurava čvrstu i stabilnu strukturu jezgre, smanjuje unutarnji otpor i poboljšava rad baterije.
3. Visokoučinkovito izravnavanje: Jedinstveni dizajn izravnavanja čini površinu jezgri ravnom, smanjuje neravnomjerno unutarnje naprezanje i produljuje trajanje baterije.
4. Inteligentna kontrola: Opremljen naprednim sučeljem za interakciju između čovjeka i računala, ostvaruje točnu postavku parametara i praćenje u stvarnom vremenu, jednostavan rad i jednostavno održavanje.
5. Širok raspon kompatibilnosti: također može raditi 18, 21, 32, 46, 50, 60 svih modela baterijskih ćelija, kako bi zadovoljio vaše raznolike proizvodne potrebe.

Litij - ionska baterijska oprema
Odaberite Yixinfeng laserski stroj za rezanje, namatanje i guranje kako biste osigurali višu kvalitetu i učinkovitost za svoju proizvodnju litijskih baterija!