Mesin Penggulung Baterai Lithium: Prinsip, Proses Utama, dan Pedoman Kontrol Kualitas

Dalam proses pembuatan baterai lithium-ion, biasanya terdapat beberapa cara untuk membagi prosesnya. Prosesnya dapat dibagi menjadi tiga proses besar: pembuatan elektroda, proses perakitan dan pengujian sel (seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah), dan ada juga perusahaan yang membaginya menjadi proses pra-gulungan dan pasca-gulungan, dan titik demarkasi ini adalah proses belitan. Karena fungsi integrasinya yang kuat, dapat membuat baterai terlihat seperti cetakan awal, sehingga proses penggulungan dalam pembuatan baterai lithium-ion sebagai peran penting, adalah kuncinya, proses penggulungan yang dihasilkan oleh inti yang digulung sering disebut sebagai telanjang. sel baterai (Jelly-Roll, disebut sebagai JR).

Proses Pembuatan Baterai Lithium-ion
Pada proses pembuatan baterai lithium-ion, proses penggulungan inti diilustrasikan sebagai berikut. Operasi spesifiknya adalah menggulung potongan kutub positif, potongan kutub negatif, dan film isolasi bersama-sama melalui mekanisme jarum mesin penggulung, dan potongan kutub positif dan negatif yang berdekatan diisolasi oleh film isolasi untuk mencegah korsleting. Setelah penggulungan selesai, inti difiksasi dengan kertas perekat penutup agar inti tidak terlepas, kemudian dialirkan ke proses selanjutnya. Dalam proses ini, kuncinya adalah memastikan tidak ada kontak fisik antara elektroda positif dan negatif, dan lembaran elektroda negatif dapat menutupi seluruh lembaran elektroda positif baik dalam arah horizontal maupun vertikal.

Diagram skema proses penggulungan
Dalam proses penggulungan inti, umumnya dua pin gulungan menjepit dua lapisan diafragma untuk pra-penggulungan, dan kemudian mengumpankan potongan kutub positif atau negatif secara bergantian, dan potongan kutub dijepit di antara dua lapisan diafragma untuk penggulungan. Pada arah memanjang inti, diafragma melebihi diafragma negatif, dan diafragma negatif melebihi diafragma positif, sehingga menghindari kontak korsleting antara diafragma positif dan negatif.

Diagram skema diafragma penjepit jarum belitan

Gambar fisik mesin penggulung otomatis

Mesin penggulungan adalah peralatan utama untuk mewujudkan proses penggulungan inti. Mengacu pada diagram di atas, komponen dan fungsi utama adalah sebagai berikut:

1. Sistem suplai potongan tiang: sampaikan potongan kutub positif dan negatif di sepanjang rel pemandu ke dua lapisan diafragma antara sisi AA dan sisi BB untuk memastikan pasokan potongan tiang yang stabil.
2. Sistem pelepasan diafragma: Ini mencakup diafragma atas dan bawah untuk mewujudkan pasokan diafragma otomatis dan berkelanjutan ke jarum belitan.
3. Sistem kendali tegangan: untuk mengontrol tegangan konstan diafragma selama proses penggulungan.
4. Sistem penggulungan dan pengeleman: untuk merekatkan dan memasang inti setelah penggulungan.
5. Sistem konveyor pembongkaran: Secara otomatis membongkar inti dari jarum dan menjatuhkannya ke sabuk konveyor otomatis.
6. Sakelar kaki: Bila tidak ada kondisi abnormal, injak sakelar kaki untuk mengontrol pengoperasian normal belitan.
7. Antarmuka interaksi manusia-komputer: dengan pengaturan parameter, debugging manual, petunjuk alarm, dan fungsi lainnya.

Dari analisa proses penggulungan di atas terlihat bahwa belitan inti listrik mengandung dua mata rantai yang tidak dapat dihindari yaitu mendorong jarum dan menarik jarum.
Proses dorong jarum: dua gulungan jarum memanjang di bawah aksi dorongan silinder jarum, melalui kedua sisi diafragma, dua gulungan jarum dibentuk oleh kombinasi silinder jarum yang dimasukkan ke dalam selongsong, gulungan jarum dekat dengan menjepit diafragma, pada saat yang sama, kedua gulungan jarum bergabung membentuk bentuk yang pada dasarnya simetris, sebagai inti dari belitan inti.

Diagram skema proses mendorong jarum

Proses pemompaan jarum: setelah belitan inti selesai, kedua jarum ditarik kembali di bawah aksi silinder pemompaan jarum, silinder jarum ditarik dari selongsong, bola di perangkat jarum menutup jarum di bawah aksi pegas, dan kedua jarum digulung ke arah yang berlawanan, dan ukuran ujung bebas jarum diperkecil untuk membentuk celah tertentu antara jarum dan permukaan bagian dalam inti, dan dengan jarum ditarik relatif terhadap selongsong penahan, jarum dan inti dapat dipisahkan dengan lancar.

Diagram skema proses ekstraksi jarum

Yang dimaksud dengan “jarum” pada proses mendorong dan menarik keluar jarum di atas adalah jarum, yang sebagai komponen inti mesin penggulung mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap kecepatan penggulungan dan kualitas inti. Saat ini sebagian besar mesin penggulung menggunakan jarum berbentuk berlian berbentuk bulat, lonjong dan pipih. Untuk jarum bulat dan oval, karena adanya busur tertentu, akan menyebabkan deformasi telinga kutub inti, pada proses selanjutnya penekanan inti, namun juga mudah menyebabkan kerutan internal dan deformasi inti. Sedangkan untuk jarum berbentuk berlian pipih, karena perbedaan ukuran yang besar antara sumbu panjang dan pendek, tegangan potongan tiang dan diafragma sangat bervariasi, sehingga motor penggerak harus berputar dengan kecepatan yang bervariasi, sehingga prosesnya sulit dikendalikan. dan kecepatan belitan biasanya rendah.

Diagram skema jarum belitan umum

Ambil contoh jarum pipih berbentuk berlian yang paling rumit dan umum, dalam proses penggulungan dan putarannya, potongan kutub positif dan negatif serta diafragma selalu dililitkan pada enam titik sudut B, C, D, E, F. dan G sebagai titik tumpu.

Diagram skema putaran jarum belitan berbentuk berlian datar

Oleh karena itu, proses penggulungan dapat dibagi menjadi belitan segmental dengan jari-jari OB, OC, OD, OE, OF, OG, dan hanya perlu menganalisis perubahan kecepatan garis pada tujuh rentang sudut antara θ0, θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6, dan θ7, untuk menggambarkan secara kuantitatif secara lengkap proses rotasi siklik jarum belitan.

Diagram skema berbagai sudut putaran jarum

Berdasarkan hubungan trigonometri, dapat diturunkan hubungan yang bersesuaian.

Dari persamaan di atas, mudah untuk melihat bahwa ketika jarum belitan dililitkan dengan kecepatan sudut konstan, maka kecepatan linier belitan dan sudut yang terbentuk antara titik tumpu jarum dan potongan kutub positif dan negatif serta diafragma adalah dalam hubungan fungsi tersegmentasi. Hubungan gambar keduanya disimulasikan oleh Matlab sebagai berikut:

Perubahan kecepatan belitan pada sudut yang berbeda

Secara intuitif jelas bahwa rasio kecepatan linier maksimum dan kecepatan linier minimum dalam proses penggulungan jarum datar berbentuk berlian pada gambar bisa lebih dari 10 kali lipat. Perubahan kecepatan saluran yang begitu besar akan menyebabkan fluktuasi besar pada tegangan elektroda positif dan negatif serta diafragma, yang merupakan penyebab utama fluktuasi tegangan belitan. Fluktuasi tegangan yang berlebihan dapat menyebabkan peregangan diafragma selama proses penggulungan, penyusutan diafragma setelah penggulungan, dan jarak lapisan yang kecil pada sudut dalam inti setelah penekanan inti. Pada proses pengisian, pemuaian potongan kutub menyebabkan tegangan searah lebar inti tidak terkonsentrasi sehingga terjadi momen lentur yang mengakibatkan distorsi pada potongan kutub, dan akhirnya muncul baterai litium yang disiapkan. "deformasi.

Gambar CT dan diagram pembongkaran inti deformasi "S".

Saat ini, untuk mengatasi masalah kualitas inti yang buruk (terutama deformasi) yang disebabkan oleh bentuk jarum belitan, biasanya digunakan dua metode: belitan tegangan variabel dan belitan kecepatan variabel.

1. Belitan tegangan variabel: Ambil contoh baterai silinder, pada kecepatan sudut konstan, kecepatan linier meningkat seiring dengan jumlah lapisan belitan, yang menyebabkan peningkatan tegangan. Belitan tegangan variabel, yaitu melalui sistem pengatur tegangan, sehingga tegangan diterapkan pada potongan kutub atau diafragma dengan bertambahnya jumlah lapisan belitan dan pengurangan linier, sehingga dalam hal kecepatan putaran konstan, namun tetap dapat buat seluruh proses penggulungan tegangan sejauh mungkin untuk mempertahankan konstan. Sejumlah besar percobaan belitan tegangan variabel menghasilkan kesimpulan sebagai berikut:
A. Semakin kecil tegangan belitan, semakin baik efek perbaikan pada deformasi inti.
B. Selama belitan kecepatan konstan, seiring bertambahnya diameter inti, tegangan menurun secara linier dengan risiko deformasi yang lebih rendah dibandingkan dengan belitan tegangan konstan.
2. Kecepatan lilitan variabel: Ambil sel persegi sebagai contoh, biasanya digunakan jarum lilitan berbentuk berlian datar. Ketika jarum dililitkan pada kecepatan sudut konstan, kecepatan linier berfluktuasi secara signifikan, mengakibatkan perbedaan besar dalam jarak lapisan di sudut inti. Pada saat ini, perlu adanya perubahan kecepatan linier dengan pengurangan terbalik dari hukum perubahan kecepatan putar, yaitu belitan kecepatan putar dengan perubahan sudut dan perubahan, untuk mewujudkan proses belitan fluktuasi kecepatan linier sekecil apa pun. mungkin, untuk memastikan bahwa tegangan berfluktuasi dalam kisaran nilai amplitudo kecil.

Singkatnya, bentuk jarum belitan dapat mempengaruhi kerataan telinga kutub (hasil inti dan kinerja listrik), kecepatan belitan (produktivitas), keseragaman tegangan internal inti (masalah deformasi tampilan) dan sebagainya. Untuk baterai silinder, biasanya digunakan jarum bulat; untuk baterai persegi, biasanya digunakan jarum berbentuk elips atau belah ketupat datar (dalam beberapa kasus, jarum bulat juga dapat digunakan untuk melilitkan dan meratakan inti hingga membentuk inti persegi). Selain itu, sejumlah besar data eksperimen menunjukkan bahwa kualitas inti mempunyai pengaruh penting terhadap kinerja elektrokimia dan kinerja keselamatan baterai akhir.

Berdasarkan hal ini, kami telah memilah beberapa perhatian dan tindakan pencegahan utama dalam proses penggulungan baterai litium, dengan harapan dapat menghindari sebisa mungkin pengoperasian yang tidak tepat dalam proses penggulungan, sehingga dapat menghasilkan baterai litium yang memenuhi persyaratan kualitas.

Untuk memvisualisasikan cacat inti, inti dapat direndam dalam resin epoksi lem AB untuk pengawetan, kemudian penampang melintang dapat dipotong dan dipoles dengan amplas. Yang terbaik adalah mengamati sampel yang disiapkan di bawah mikroskop atau mikroskop elektron pemindaian, untuk mendapatkan pemetaan cacat internal inti.

Peta cacat internal inti
(a) Gambar tersebut menunjukkan inti yang memenuhi syarat tanpa cacat internal yang jelas.
(b) Pada gambar, potongan tiang jelas terpelintir dan berubah bentuk, yang mungkin berhubungan dengan tegangan belitan, tegangan yang terlalu besar menyebabkan potongan tiang berkerut, dan cacat semacam ini akan membuat antarmuka baterai memburuk dan litium curah hujan, yang akan menurunkan kinerja baterai.
(c) Ada benda asing antara elektroda dan diafragma pada gambar. Cacat ini dapat menyebabkan self-discharge yang serius dan bahkan menyebabkan masalah keamanan, namun biasanya dapat dideteksi dalam pengujian Hi-pot.
(d) Elektroda pada gambar memiliki pola cacat negatif dan positif, yang dapat menyebabkan kapasitas rendah atau pengendapan litium.
(e) Elektroda pada gambar memiliki debu yang tercampur di dalamnya, yang dapat menyebabkan peningkatan pengosongan otomatis baterai.

Selain itu, cacat di dalam inti juga dapat dikarakterisasi dengan pengujian non-destruktif, seperti pengujian sinar-X dan CT yang umum digunakan. Berikut ini adalah pengenalan singkat tentang beberapa cacat proses inti yang umum:

1. Cakupan bagian kutub yang buruk: bagian kutub negatif lokal tidak sepenuhnya tertutup oleh bagian kutub positif, yang dapat menyebabkan deformasi baterai dan pengendapan litium, yang mengakibatkan potensi bahaya keselamatan.

2. Deformasi bagian tiang: bagian tiang berubah bentuk karena ekstrusi, yang dapat memicu korsleting internal dan menyebabkan masalah keselamatan yang serius.

Perlu disebutkan bahwa pada tahun 2017, kasus ledakan ponsel samsung note7 yang sensasional, hasil penyelidikan adalah karena elektroda negatif di dalam baterai terjepit sehingga menyebabkan korsleting internal, sehingga menyebabkan baterai meledak, kecelakaan yang disebabkan oleh elektronik samsung kerugian lebih dari 6 miliar dolar.

3. Benda asing logam: benda asing logam adalah kinerja pembunuh baterai lithium-ion, mungkin berasal dari pasta, peralatan, atau lingkungan. Partikel benda asing logam yang lebih besar dapat secara langsung menyebabkan korsleting fisik, dan bila benda asing logam tercampur ke dalam elektroda positif, maka akan teroksidasi dan kemudian mengendap di permukaan elektroda negatif, menembus diafragma, dan pada akhirnya menyebabkan internal. korsleting pada baterai, yang menimbulkan bahaya keselamatan yang serius. Benda asing logam yang umum adalah Fe, Cu, Zn, Sn dan sebagainya.

Mesin penggulung baterai litium digunakan untuk penggulungan sel baterai litium, yaitu sejenis peralatan untuk merakit lembaran elektroda positif, lembaran elektroda negatif, dan diafragma menjadi satu paket inti (JR: JellyRoll) dengan cara diputar terus menerus. Peralatan manufaktur belitan dalam negeri dimulai pada tahun 2006, dari belitan persegi semi-otomatis, belitan persegi semi-otomatis, produksi film otomatis, dan kemudian berkembang menjadi otomatisasi gabungan, mesin penggulung film, mesin penggulungan die-cutting laser, mesin penggulung kontinu anoda, penggulungan kontinu diafragma, penggulungan kontinu diafragma mesin, dan sebagainya.

Di sini, kami secara khusus merekomendasikan mesin die-cutting laser Yixinfeng dan mesin datar dorong. Mesin ini menggabungkan teknologi pemotongan mati laser yang canggih, proses penggulungan yang efisien, dan fungsi dorongan yang presisi, yang dapat sangat meningkatkan efisiensi produksi dan kualitas baterai litium. Ini memiliki keuntungan signifikan sebagai berikut:


1. Pemotongan mati presisi tinggi: Pastikan ukuran potongan tiang dan diafragma tepat, kurangi limbah material, dan tingkatkan konsistensi baterai.
2. Belitan stabil: Mekanisme belitan dan sistem kontrol yang dioptimalkan memastikan struktur inti yang kencang dan stabil, mengurangi hambatan internal, dan meningkatkan kinerja baterai.
3. Perataan efisiensi tinggi: Desain perataan yang unik membuat permukaan inti menjadi rata, mengurangi tekanan internal yang tidak merata, dan memperpanjang masa pakai baterai.
4. Kontrol cerdas: Dilengkapi dengan antarmuka interaksi manusia-komputer yang canggih, ia mewujudkan pengaturan parameter yang akurat dan pemantauan waktu nyata, pengoperasian yang mudah, dan perawatan yang mudah.
5. Kompatibilitas yang luas: ia juga dapat melakukan 18, 21, 32, 46, 50, 60 semua model sel baterai, untuk memenuhi beragam kebutuhan produksi Anda.

Peralatan Baterai Lithium - Ion
Pilih mesin pemotong, penggulung, dan dorong laser Yixinfeng untuk menghadirkan kualitas dan efisiensi yang lebih tinggi untuk produksi baterai litium Anda!