מכונת פיתול סוללת ליתיום: עקרונות, תהליכי מפתח והנחיות בקרת איכות

בתהליך הייצור של סוללות ליתיום-יון, יש בדרך כלל מספר דרכים לחלק את התהליך. ניתן לחלק את התהליך לשלושה תהליכים עיקריים: ייצור אלקטרודות, תהליך הרכבה ובדיקת תאים (כפי שמופיע באיור למטה), וישנן גם חברות המחלקות אותו לתהליכי קדם-ליפוף ואחר-ליפול, ונקודת התיחום הזו היא תהליך הפיתול. בגלל פונקציית האינטגרציה החזקה שלה, יכול להפוך את מראה הסוללה לעיצוב ראשוני, כך שתהליך הסלילה בייצור סוללת ליתיום-יון כתפקיד מרכזי, הוא המפתח, תהליך הפיתול המיוצר על ידי הליבה המגולגלת מכונה לעתים קרובות החשוף תא סוללה (ג'לי-רול, המכונה JR).

תהליך ייצור סוללות ליתיום-יון
בתהליך ייצור סוללת הליתיום-יון, תהליך סלילה הליבה מודגם כדלקמן. הפעולה הספציפית היא לגלגל את חתיכת הקוטב החיובי, חתיכת הקוטב השלילי וסרט הבידוד יחד דרך מנגנון המחט של מכונת הסלילה, וחתיכות הקוטב החיוביות והשליליות הסמוכים מבודדים על ידי סרט הבידוד על מנת למנוע קצר חשמלי. לאחר סיום הליפול, הליבה מקובעת בנייר דבק סגירה כדי למנוע מהליבה להתפרק, ואז זורמת לתהליך הבא. בתהליך זה, המפתח הוא לוודא שאין מגע פיזי בין האלקטרודות החיוביות והשליליות, וכי יריעת האלקטרודה השלילית יכולה לכסות לחלוטין את יריעת האלקטרודה החיובית הן בכיוון האופקי והן בכיוון האנכי.

תרשים סכמטי של תהליך הסלילה
בתהליך סלילה של הליבה, בדרך כלל שני פיני גלגול מהדקים שתי שכבות של דיאפרגמה לליפוף מראש, ולאחר מכן להאכיל את חתיכת המוט החיובי או השלילי בתורו, וחתיכת המוט מהודקת בין שתי שכבות הסרעפת לצורך סלילה. בכיוון האורך של הליבה, הסרעפת חורגת מהדיאפרגמה השלילית, והדיאפרגמה השלילית עולה על הסרעפת החיובית, כדי למנוע את קצר המגע בין הדיאפרגמה החיובית והשלילית.

תרשים סכמטי של דיאפרגמה מהדקת מחט מתפתלת

ציור פיזי של מכונת סלילה אוטומטית

מכונת סלילה היא ציוד המפתח למימוש תהליך סלילה הליבה. בהתייחס לתרשים לעיל, המרכיבים והפונקציות העיקריים שלו הם כדלקמן:

1. מערכת אספקת חלקי מוט: העבירי את חלקי המוט החיוביים והשליליים לאורך מסילת המדריך לשתי שכבות הסרעפת בין צד AA וצד BB בהתאמה כדי להבטיח אספקה ​​יציבה של חלקי מוט.
2. מערכת פירוק דיאפרגמה: היא כוללת דיאפרגמות עליונות ותחתונות למימוש אספקה ​​אוטומטית ורציפה של דיאפרגמות למחט המתפתלת.
3. מערכת בקרת מתח: לשלוט במתח הקבוע של הסרעפת במהלך תהליך הפיתול.
4. מערכת פיתול והדבקה: להדבקה וקיבוע הליבות לאחר הליפוף.
5. מערכת מסוע פריקה: מפרקים אוטומטית את הליבות מהמחטים ומפילים אותן על המסוע האוטומטי.
6. מתג רגל: כאשר אין מצב חריג, דרוך על מתג הרגל כדי לשלוט בפעולה הרגילה של סלילה.
7. ממשק אינטראקציה בין אדם למחשב: עם הגדרת פרמטרים, איתור באגים ידני, הנחיות אזעקה ופונקציות נוספות.

מהניתוח לעיל של תהליך הסלילה, ניתן לראות כי סלילה של הליבה החשמלית מכילה שני קישורים בלתי נמנעים: דחיפת המחט ומשיכת המחט.
דחוף את תהליך המחט: שני גלילי המחטים נמשכים תחת פעולת הדחיפת גליל המחט, דרך שני צידי הסרעפת, שני גלילי המחטים שנוצרו משילוב גליל המחט המוכנס לשרוול, גלילי המחטים. קרוב להדק את הסרעפת, באותו זמן, שני גלילי המחטים מתמזגים ליצירת צורה סימטרית בעצם, כמו הליבה של מתפתל הליבה.

תרשים סכמטי של תהליך דחיפת המחט

תהליך שאיבת המחט: לאחר סיום סלילה הליבה, שתי המחטים נסוגות לאחור תחת פעולת גליל שאיבת המחט, גליל המחט נמשך מהשרוול, הכדור במכשיר המחט סוגר את המחט תחת פעולת הקפיץ, ושתי המחטים מפותלות בכיוונים מנוגדים, וגודל הקצה החופשי של המחט מצטמצם ליצירת מרווח מסוים בין המחט למשטח הפנימי של הליבה, וכשהמחט נסוגה ביחס לשרוול השמירה, המחטים והמחטים. ניתן להפריד את הליבה בצורה חלקה.

תרשים סכמטי של תהליך חילוץ המחט

ה"מחט" בתהליך הדחיפה והשליפה של המחט לעיל מתייחסת למחט, שכמרכיב הליבה של מכונת הליפוף, יש לה השפעה משמעותית על מהירות הסלילה ואיכות הליבה. כיום, רוב מכונות הפיתול משתמשות במחטים עגולות, אובליות ושטוחות בצורת יהלום. עבור מחטים עגולות וסגלגלות, בשל קיומה של קשת מסוימת, יובילו לעיוות של אוזן הקוטב של הליבה, בתהליך הבא של לחיצת הליבה, אך גם קל לגרום להתקמטות פנימית ועיוות של הליבה. באשר למחטים שטוחות בצורת יהלום, בשל הבדל הגדלים הגדול בין הצירים הארוכים והקצרים, המתח של חתיכת המוט והדיאפרגמה משתנה באופן משמעותי, המחייב את מנוע ההנעה להתפתל במהירויות משתנות, מה שמקשה על שליטה בתהליך, ומהירות הסלילה בדרך כלל נמוכה.

תרשים סכמטי של מחטים מתפתלות נפוצות

קח לדוגמה את המחט השטוחה והשטוחה המסובכת והנפוצה ביותר כדוגמה, בתהליך הליפוף והסיבוב שלה, חתיכות הקוטב החיוביות והשליליות והדיאפרגמה כרוכים תמיד סביב שש נקודות הפינה של B, C, D, E, F ו-G כנקודת התמיכה.

תרשים סכמטי של סיבוב מחט מתפתל שטוח בצורת יהלום

לכן, ניתן לחלק את תהליך הליפוף לליפוף מגזרי עם OB, OC, OD, OE, OF, OG כרדיוס, ורק צריך לנתח את השינוי של מהירות הקו בשבעת טווחי הזווית בין θ0, θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6 ו-θ7, על מנת לתאר באופן כמותי לחלוטין את תהליך הסיבוב המחזורי של המחט המתפתל.

תרשים סכמטי של זוויות שונות של סיבוב המחט

בהתבסס על הקשר הטריגונומטרי, ניתן לגזור את הקשר המתאים.

מהמשוואה שלעיל, קל לראות שכאשר מחט המתפתל מפותלת במהירות זוויתית קבועה, מהירות הסלילה הליניארית והזווית הנוצרת בין נקודת התמיכה של המחט לבין חתיכות הקוטב החיוביות והשליליות והדיאפרגמה הן ביחסי פונקציה מפולחים. יחסי התמונה בין השניים מדומים על ידי Matlab באופן הבא:

שינויים במהירות הסלילה בזוויות שונות

ברור באופן אינטואיטיבי שהיחס בין המהירות הליניארית המקסימלית למהירות הליניארית המינימלית בתהליך הסלילה של המחט השטוחה בצורת יהלום באיור יכול להיות יותר מפי 10. שינוי עצום כזה במהירות הקו יביא לתנודות גדולות במתח של האלקטרודות החיוביות והשליליות ושל הסרעפת, שהיא הגורם העיקרי לתנודות במתח הפיתול. תנודת מתח מוגזמת עלולה להוביל למתיחה של הסרעפת במהלך תהליך הפיתול, להתכווצות הסרעפת לאחר פיתול, ולמרווח שכבות קטן בפינות בתוך הליבה לאחר לחיצת הליבה. בתהליך הטעינה, ההתרחבות של חתיכת המוט גורמת לכך שהלחץ בכיוון רוחב הליבה אינו מרוכז, וכתוצאה מכך מומנט כיפוף, וכתוצאה מכך עיוות של חתיכת המוט, ובסופו של דבר סוללת הליתיום המוכנה מופיעה "S "דפורמציה.

תמונת CT ודיאגרמת פירוק של הליבה המעוותת "S".

כיום, על מנת לפתור את בעיית איכות הליבה ירודה (בעיקר דפורמציה) הנגרמת על ידי צורת המחט המתפתלת, משתמשים בדרך כלל בשתי שיטות: סלילה מתח משתנה ופיתול במהירות משתנה.

1. פיתול מתח משתנה: קח סוללה גלילית כדוגמה, במהירות זוויתית קבועה, המהירות הליניארית גדלה עם מספר השכבות המתפתלות, מה שמוביל לעליית המתח. פיתול מתח משתנה, כלומר, דרך מערכת בקרת המתח, כך שהמתח המופעל על חתיכת המוט או הדיאפרגמה עם הגידול במספר שכבות הפיתול והפחתה ליניארית, כך שבמקרה של מהירות סיבוב קבועה, אבל עדיין יכול לעשות את כל תהליך הפיתול של המתח ככל האפשר כדי לשמור על קבוע. מספר רב של ניסויים בפיתול מתח משתנה הובילו למסקנות הבאות:
א. ככל שהמתח המתפתל קטן יותר, כך השפעת השיפור על עיוות הליבה טוב יותר.
ב. במהלך סלילה במהירות קבועה, ככל שקוטר הליבה גדל, המתח יורד באופן ליניארי עם סיכון נמוך יותר לעיוות מאשר בפיתול מתח קבוע.
2. סלילה במהירות משתנה: קח תא מרובע כדוגמה, בדרך כלל משתמשים במחט מתפתל בצורת יהלום שטוח. כאשר המחט מפותלת במהירות זוויתית קבועה, המהירות הליניארית משתנה באופן משמעותי, וכתוצאה מכך הבדלים גדולים במרווחי השכבות בפינות הליבה. בשלב זה, הצורך בשינויי מהירות ליניארית ניכוי הפוך של חוק השינוי של מהירות הסיבוב, כלומר סלילה של מהירות הסיבוב עם שינוי הזווית והשינוי, על מנת לממש את תהליך הפיתול של תנודות מהירות ליניאריות כקטנות ככל האפשר, על מנת להבטיח כי המתח משתנה בטווח של ערך משרעת קטן.

בקיצור, צורת המחט המתפתלת עשויה להשפיע על השטיחות של אוזן הקוטב (תפוקת הליבה וביצועים חשמליים), מהירות הפיתול (פרודוקטיביות), אחידות המתח הפנימי הליבה (בעיות עיוות מראה) וכן הלאה. עבור סוללות גליליות, מחטים עגולות משמשות בדרך כלל; עבור סוללות מרובעות, בדרך כלל משתמשים במחטים אליפטיות או מעוינות שטוחות (במקרים מסוימים, ניתן להשתמש במחטים עגולות גם כדי ללפף ולשטח את הליבה ליצירת ליבה מרובעת). בנוסף, כמות גדולה של נתונים ניסויים מראים כי לאיכות הליבות יש השפעה חשובה על הביצועים האלקטרוכימיים וביצועי הבטיחות של הסוללה הסופית.

על בסיס זה, מיינו כמה חששות ואמצעי זהירות מרכזיים בתהליך סלילה של סוללות ליתיום, בתקווה להימנע ככל האפשר מפעולות לא נאותות בתהליך הפיתול, על מנת לייצר סוללות ליתיום העומדות בדרישות האיכות.

על מנת להמחיש את פגמי הליבה, ניתן לטבול את הליבה בשרף אפוקסי דבק AB לצורך ריפוי, ולאחר מכן ניתן לחתוך את החתך ולהבריש בנייר זכוכית. עדיף להתבונן בדגימות המוכנות תחת מיקרוסקופ או מיקרוסקופ אלקטרונים סורק, כדי לקבל את מיפוי הפגם הפנימי של הליבה.

מפת פגמים פנימיים של הליבה
(א) האיור מציג ליבה מוסמכת ללא פגמים פנימיים ברורים.
(ב) באיור, חתיכת המוט מעוותת ומעוותת, מה שעשוי להיות קשור למתח המתפתל, המתח גדול מכדי לגרום לקמטים של חלק המוט, ופגמים מסוג זה יגרום לממשק הסוללה להידרדר ולליתיום משקעים, אשר ידרדרו את ביצועי הסוללה.
(ג) יש חומר זר בין האלקטרודה לסרעפת באיור. פגם זה עלול להוביל לפריקה עצמית רצינית ואף לגרום לבעיות בטיחות, אך לרוב ניתן לאתר אותו במבחן Hi-pot.
(ד) לאלקטרודה באיור דפוס פגם שלילי וחיובי, שעלול להוביל לקיבולת נמוכה או למשקעי ליתיום.
(ה) באלקטרודה באיור יש אבק מעורבב בפנים, מה שעלול להוביל לפריקה עצמית מוגברת של הסוללה.

בנוסף, פגמים בתוך הליבה יכולים להיות מאופיינים גם בבדיקות לא הרסניות, כמו בדיקות רנטגן ו-CT הנפוצות. להלן מבוא קצר לכמה ליקויים נפוצים בתהליך הליבה:

1. כיסוי לקוי של חלק הקוטב: חלק הקוטב השלילי המקומי אינו מכוסה במלואו בחתך הקוטב החיובי, מה שעלול להוביל לעיוות הסוללה ולמשקעי ליתיום, וכתוצאה מכך לסכנות בטיחותיות אפשריות.

2. דפורמציה של חלק המוט: חלק המוט מעוות על ידי אקסטרוזיה, מה שעלול לעורר קצר חשמלי פנימי ולהביא לבעיות בטיחות חמורות.

ראוי להזכיר שבשנת 2017, תיק הפיצוץ הסנסציוני של samsung note7, תוצאת החקירה נובעת מכך שהאלקטרודה השלילית בתוך הסוללה נלחצת כדי לגרום לקצר פנימי, ובכך גרמה לסוללה להתפוצץ, התאונה גרמה לסמסונג אלקטרוניקה הפסד של יותר מ-6 מיליארד דולר.

3. חומר זר מתכתי: חומר זר מתכתי הוא הביצועים של קוטל סוללות ליתיום-יון, עשוי להגיע מהדבק, מהציוד או מהסביבה. חלקיקים גדולים יותר של חומר זר מתכתי עלולים לגרום ישירות לקצר פיזי, וכאשר מתערבבים חומר זר מתכתי באלקטרודה החיובית, הוא יתחמצן ואז יופקד על פני האלקטרודה השלילית, חודר את הסרעפת ובסופו של דבר יגרום לאלקטרודה פנימית. קצר חשמלי בסוללה, המהווה סכנה בטיחותית חמורה. חומר זר מתכת נפוץ הם Fe, Cu, Zn, Sn וכן הלאה.

מכונת פיתול סוללת ליתיום משמשת לליפוף תאי סוללת ליתיום, שהיא מעין ציוד להרכבת יריעת אלקטרודה חיובית, יריעת אלקטרודה שלילית וסרעפת לחבילת ליבה (JR: JellyRoll) על ידי סיבוב מתמשך. ציוד לייצור הליפוף הביתי החל בשנת 2006, מליפוף חצי אוטומטי עגול, חצי אוטומטי מרובע, ייצור סרטים אוטומטי, ולאחר מכן התפתח לאוטומציה משולבת, מכונת פיתול סרטים, מכונת פיתול חיתוך בלייזר, מכונת פיתול רציף אנודה, פיתול רציף דיאפרגמה מכונה וכן הלאה.

כאן, אנו ממליצים במיוחד על מכונת סלילה ודחיפה שטוחה של חיתוך לייזר Yixinfeng. מכונה זו משלבת טכנולוגיית חיתוך לייזר מתקדמת, תהליך סלילה יעיל ופונקציית דחיפה מדויקת, שיכולה לשפר מאוד את יעילות הייצור ואיכות סוללת הליתיום. יש לו את היתרונות המשמעותיים הבאים:


1. חיתוך דיוק גבוה: ודא את הגודל המדויק של חתיכת המוט והדיאפרגמה, צמצם בזבוז חומר ושפר את עקביות הסוללה.
2. פיתול יציב: מנגנון פיתול ומערכת בקרה אופטימליים מבטיחים מבנה ליבה הדוק ויציב, מפחית התנגדות פנימית ומשפר את ביצועי הסוללה.
3. פילוס ביעילות גבוהה: עיצוב פילוס ייחודי הופך את פני הליבות למישוריים, מפחית מתח פנימי לא אחיד ומאריך את חיי הסוללה.
4. בקרה חכמה: מצויד בממשק אינטראקציה מתקדם בין אדם למחשב, הוא מממש הגדרת פרמטר מדויק וניטור בזמן אמת, תפעול קל ותחזוקה קלה.
5. מגוון רחב של תאימות: זה יכול גם לעשות 18, 21, 32, 46, 50, 60 כל הדגמים של תאי סוללה, כדי לענות על צורכי הייצור המגוונים שלך.

ליתיום - ציוד סוללת יון
בחרו במכונת חיתוך, סלילה ודחיפה בלייזר Yixinfeng כדי להביא איכות ויעילות גבוהה יותר לייצור סוללת הליתיום שלכם!