리튬 배터리 권취기: 원리, 주요 공정 및 품질 관리 지침

리튬이온 배터리 제조 공정에서는 일반적으로 공정을 나누는 방법이 여러 가지가 있습니다. 공정은 크게 전극제조, 조립공정, 셀 테스팅(아래 그림 참조) 3가지 공정으로 나눌 수 있으며, 권선 전 공정과 권선 후 공정으로 구분하는 업체도 있는데 이 경계점은 와인딩 과정. 강력한 통합 기능으로 인해 배터리 모양의 초기 성형이 가능하므로 리튬 이온 배터리 제조에서 권선 공정이 중추적인 역할을 하며 핵심이며 압연 코어에 의해 생성된 권선 공정을 종종 베어라고 합니다. 배터리 셀(Jelly-Roll, JR이라고 함).

리튬이온 배터리 제조공정
리튬이온전지 제조공정 중 코어 권선 공정을 그림으로 나타내면 다음과 같다. 구체적인 작업은 권선기의 니들 메커니즘을 통해 양극편, 음극편 및 절연 필름을 함께 굴리는 것이며, 인접한 양극 및 음극편은 단락을 방지하기 위해 절연 필름에 의해 절연됩니다. 권취가 완료되면 코어가 무너지는 것을 방지하기 위해 접착접착지로 코어를 고정한 후 다음 공정으로 넘어갑니다. 이 과정에서 핵심은 양극과 음극 사이에 물리적인 접촉이 없도록 하고, 음극 시트가 수평 및 수직 방향 모두에서 양극 시트를 완전히 덮을 수 있는지 확인하는 것이다.

와인딩 공정의 개략도
코어 권취 공정에서는 일반적으로 두 개의 롤 핀이 사전 권선을 위해 두 개의 다이어프램 층을 고정한 다음 양극 또는 음극 조각을 차례로 공급하고 권선을 위한 두 개의 다이어프램 층 사이에 극편을 고정합니다. 코어의 세로 방향에서 다이어프램은 네거티브 다이어프램을 초과하고 네거티브 다이어프램은 포지티브 다이어프램을 초과하여 포지티브 다이어프램과 네거티브 다이어프램 사이의 접촉 단락을 방지합니다.

와인딩 니들 클램핑 다이어프램의 개략도

자동 권취기의 물리적 도면

권선기는 코어 권선 공정을 실현하는 핵심 장비입니다. 위의 그림을 참조하면 주요 구성요소와 기능은 다음과 같습니다.

1. 극편 공급 시스템: 가이드 레일을 따라 양극 및 음극 극편을 각각 AA 측과 BB 측 사이의 두 층의 다이어프램으로 전달하여 극편의 안정적인 공급을 보장합니다.
2. 다이어프램 풀기 시스템: 다이어프램을 와인딩 바늘에 자동으로 지속적으로 공급하기 위해 상부 및 하부 다이어프램이 포함되어 있습니다.
3. 장력 제어 시스템: 와인딩 과정에서 다이어프램의 일정한 장력을 제어합니다.
4. 권선 및 접착 시스템: 권선 후 코어를 접착하고 고정하는 데 사용됩니다.
5. 하역 컨베이어 시스템: 바늘에서 코어를 자동으로 분해하여 자동 컨베이어 벨트에 떨어뜨립니다.
6. 발 스위치 : 이상이 없을 때 발 스위치를 밟아 권선의 정상적인 작동을 제어합니다.
7. 인간-컴퓨터 상호 작용 인터페이스: 매개변수 설정, 수동 디버깅, 경보 프롬프트 및 기타 기능 포함.

위의 권선 과정 분석에서 전기 코어 권선에는 바늘을 밀고 바늘을 당기는 두 가지 불가피한 링크가 포함되어 있음을 알 수 있습니다.
바늘 과정을 밀어: 두 개의 바늘 롤은 밀어 바늘 실린더의 작용에 따라 다이어프램의 양쪽을 통해 확장되며 슬리브에 삽입된 바늘 실린더의 조합에 의해 형성된 두 개의 바늘 롤, 바늘 롤 다이어프램을 고정하기 위해 동시에 두 개의 바늘 롤이 병합되어 코어 와인딩의 핵심인 기본적으로 대칭적인 모양을 형성합니다.

바늘을 밀어내는 과정의 개략도

니들 펌핑 공정: 코어 권선이 완료된 후 니들 펌핑 실린더의 작용에 따라 두 개의 바늘이 후퇴하고, 니들 실린더가 슬리브에서 철수되고, 바늘 장치의 볼이 스프링의 작용에 따라 바늘을 닫습니다. 두 개의 바늘은 반대 방향으로 감겨 있으며 바늘의 자유 끝 부분의 크기는 바늘과 코어의 내부 표면 사이에 일정한 간격을 형성하도록 감소되고 바늘은 유지 슬리브에 대해 후퇴되어 바늘과 코어가 원활하게 분리될 수 있습니다.

바늘 추출 과정의 개략도

위의 바늘을 밀고 당기는 과정에서 "바늘"은 바늘을 말하며 권취기의 핵심 구성 요소로서 권취 속도와 코어의 품질에 상당한 영향을 미칩니다. 현재 대부분의 와인딩 기계는 원형, 타원형 및 평평한 다이아몬드 모양의 바늘을 사용합니다. 원형 및 타원형 바늘의 경우 특정 호의 존재로 인해 후속 코어 압착 공정에서 코어 극 이어의 변형이 발생하지만 내부 주름 및 코어 변형이 발생하기 쉽습니다. 플랫 다이아몬드형 바늘의 경우 장축과 단축의 크기 차이가 크기 때문에 폴 피스와 다이어프램의 장력이 크게 달라지고 구동 모터가 가변 속도로 감겨야 하므로 공정 제어가 어려워지고, 권취 속도는 일반적으로 낮습니다.

일반적인 감기 바늘의 개략도

가장 복잡하고 일반적인 납작한 다이아몬드 모양의 바늘을 예로 들면, 감기와 회전 과정에서 양극과 음극 조각과 다이어프램은 항상 B, C, D, E, F의 6개 모서리 지점을 감싸게 됩니다. 그리고 G를 지지점으로 삼는다.

평평한 다이아몬드 모양의 권선 바늘 회전의 개략도

따라서 권선 공정은 OB, OC, OD, OE, OF, OG를 반경으로 하는 분할 권선으로 나눌 수 있으며 θ0, θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6, θ7은 권취 바늘의 순환 회전 과정을 완전하게 정량적으로 설명하기 위한 것입니다.

다양한 바늘 회전 각도의 개략도

삼각관계를 바탕으로 대응관계를 도출할 수 있다.

위의 식으로부터 권취 바늘을 일정한 각속도로 감았을 때 권선의 선속도와 바늘의 지지점과 양극 및 음극편과 다이어프램이 이루는 각도가 임을 쉽게 알 수 있다. 분할된 기능 관계에서. 둘 사이의 이미지 관계는 Matlab에서 다음과 같이 시뮬레이션됩니다.

각도에 따른 권취 속도의 변화

그림에서 편평한 마름모꼴 바늘을 감는 과정에서 최대 선속도와 최소 선속도의 비율이 10배 이상이 될 수 있다는 것은 직관적으로 자명하다. 이러한 라인 속도의 큰 변화는 양극과 음극 및 다이어프램의 장력에 큰 변동을 가져오며, 이는 권선 장력 변동의 주요 원인이 됩니다. 과도한 장력 변동으로 인해 권취 공정 중 다이어프램이 늘어나고, 권취 후 다이어프램이 수축되며, 코어 압착 후 코어 내부 모서리의 층 간격이 작아질 수 있습니다. 충전 과정에서 폴 피스의 팽창으로 인해 코어의 폭 방향으로 응력이 집중되지 않아 굽힘 모멘트가 발생하여 폴 피스의 뒤틀림 현상이 발생하게 되며, 결국 준비된 리튬전지는 "S"가 나타나게 된다. "변형.

"S" 변형 코어의 CT 이미지 및 분해도

현재 권선 바늘의 모양으로 인한 코어 품질 저하(주로 변형) 문제를 해결하기 위해 일반적으로 가변 장력 권선과 가변 속도 권선의 두 가지 방법이 사용됩니다.

1. 가변 장력 권선: 원통형 배터리를 예로 들면, 일정한 각속도에서 권선 레이어 수에 따라 선형 속도가 증가하여 장력이 상승합니다. 가변 장력 권선, 즉 장력 제어 시스템을 통해 권선 레이어 수의 증가와 선형 감소에 따라 폴 피스 또는 다이어프램에 장력이 가해 지므로 일정한 회전 속도의 경우에도 여전히 가능합니다. 긴장의 전체 와인딩 과정을 가능한 한 일정하게 유지하십시오. 수많은 가변 장력 권선 실험을 통해 다음과 같은 결론을 얻었습니다.
에이. 권선 장력이 작을수록 코어 변형 개선 효과가 더 좋습니다.
비. 정속 권선 시 코어 직경이 증가함에 따라 정속 권선보다 장력이 선형적으로 감소하고 변형 위험이 낮아집니다.
2. 가변 속도 권선: 정사각형 셀을 예로 들면 일반적으로 평평한 다이아몬드 모양의 권선 바늘이 사용됩니다. 바늘이 일정한 각속도로 감겨지면 선형 속도가 크게 변동하여 코어 모서리의 층 간격에 큰 차이가 발생합니다. 이때 선형 속도 변화의 필요성은 회전 속도 변화의 법칙, 즉 각도 변화 및 변화에 따른 회전 속도의 권선을 역으로 추론하여 선형 속도 변동의 권취 공정을 작게 구현합니다. 가능한 한 작은 진폭 값 범위에서 장력 변동을 보장합니다.

즉, 권선 바늘의 모양은 극 이어의 평탄도(코어 수율 및 전기적 성능), 권취 속도(생산성), 코어 내부 응력 균일성(외관 변형 문제) 등에 영향을 미칠 수 있습니다. 원통형 배터리의 경우 일반적으로 둥근 바늘이 사용됩니다. 정사각형 배터리의 경우 일반적으로 타원형 또는 편평한 마름모꼴 바늘이 사용됩니다(경우에 따라 둥근 바늘을 사용하여 코어를 감고 편평하게 만들어 정사각형 코어를 형성할 수도 있음). 또한, 많은 양의 실험 데이터는 코어의 품질이 최종 배터리의 전기화학적 성능과 안전 성능에 중요한 영향을 미친다는 것을 보여줍니다.

이를 바탕으로 권취 공정에서 부적절한 작업을 최대한 방지하여 품질 요구 사항을 충족하는 리튬 배터리를 제조하기 위해 리튬 배터리 권취 공정에서 몇 가지 주요 관심사와 주의 사항을 정리했습니다.

코어 결함을 시각화하기 위해 코어를 AB 글루 에폭시 수지에 담가서 경화시킨 다음 단면을 절단하고 사포로 연마할 수 있습니다. 코어의 내부 결함 매핑을 얻으려면 준비된 샘플을 현미경이나 주사 전자 현미경으로 관찰하는 것이 가장 좋습니다.

코어의 내부 결함 지도
(a) 그림은 명백한 내부 결함이 없는 적격 코어를 보여줍니다.
(b) 그림에서 극편은 분명히 비틀리고 변형되어 권선 장력과 관련이 있을 수 있으며 장력이 너무 커서 극편에 주름이 생기고 이러한 종류의 결함으로 인해 배터리 인터페이스가 저하되고 리튬 강수량은 배터리 성능을 저하시킵니다.
(c) 그림의 전극과 다이어프램 사이에 이물질이 있습니다. 이 결함은 심각한 자체 방전으로 이어질 수 있으며 심지어 안전 문제를 일으킬 수도 있지만 일반적으로 Hi-Pot 테스트에서 감지할 수 있습니다.
(d) 그림의 전극에는 음극 및 양극 결함 패턴이 있어 용량이 낮아지거나 리튬 석출이 발생할 수 있습니다.
(e) 그림의 전극 내부에는 먼지가 섞여 있어 배터리의 자체 방전이 증가할 수 있습니다.

또한 코어 내부 결함은 일반적으로 사용되는 X선 및 CT 테스트와 같은 비파괴 테스트를 통해 특성화할 수도 있습니다. 다음은 몇 가지 일반적인 핵심 프로세스 결함에 대한 간략한 소개입니다.

1. 극편의 커버리지 불량: 국부 음극편이 양극편으로 완전히 덮이지 않아 배터리 변형 및 리튬 침전이 발생하여 잠재적인 안전 위험이 발생할 수 있습니다.

2. 폴 피스 변형: 폴 피스가 압출로 인해 변형되어 내부 단락을 유발하고 심각한 안전 문제를 일으킬 수 있습니다.

2017년 삼성전자 노트7 휴대폰 폭발사고로 조사 결과 배터리 내부 음극이 압착돼 내부 합선이 발생해 배터리가 폭발한 것으로 조사됐다. 60억 달러 이상의 손실을 입었다.

3. 금속 이물질: 금속 이물질은 리튬 이온 배터리 킬러의 성능을 나타내며 페이스트, 장비 또는 환경에서 발생할 수 있습니다. 금속 이물질의 입자가 클수록 직접적으로 물리적 단락이 발생할 수 있으며, 금속 이물질이 양극에 혼합되면 산화되어 음극 표면에 침전되어 다이어프램을 뚫고 결국 내부 단락을 일으킬 수 있습니다. 배터리 단락으로 인해 심각한 안전 위험이 발생합니다. 일반적인 금속 이물질로는 Fe, Cu, Zn, Sn 등이 있습니다.

리튬전지 와인딩기는 리튬전지 셀을 권취하는데 사용되는 기계로 양극시트, 음극시트, 다이어프램을 연속회전시켜 코어팩(JR:JellyRoll)으로 조립하는 장비의 일종입니다. 국내 와인딩 제조장비는 2006년 반자동 원형, 반자동 각형 권취, 필름자동생산을 시작으로 복합자동화, 필름권취기, 레이저 다이커팅 권취기, 양극연속권취기, 다이어프램 연속권기 등으로 발전하였습니다. 기계 등등.

여기서는 특히 Yixinfeng 레이저 다이커팅 와인딩 및 푸싱 플랫 머신을 권장합니다. 이 기계는 고급 레이저 다이커팅 기술, 효율적인 와인딩 프로세스 및 정밀한 추진 기능을 결합하여 리튬 배터리의 생산 효율성과 품질을 크게 향상시킬 수 있습니다. 여기에는 다음과 같은 중요한 이점이 있습니다.


1. 고정밀 다이 커팅: 폴 피스와 다이어프램의 정확한 크기를 보장하고 재료 낭비를 줄이고 배터리의 일관성을 향상시킵니다.
2. 안정적인 권선: 최적화된 권선 메커니즘과 제어 시스템은 단단하고 안정적인 코어 구조를 보장하고 내부 저항을 줄이며 배터리 성능을 향상시킵니다.
3. 고효율 레벨링: 독특한 레벨링 설계로 코어 표면을 평평하게 만들고 고르지 않은 내부 응력을 줄이고 배터리 수명을 연장합니다.
4. 지능형 제어: 고급 인간-컴퓨터 상호 작용 인터페이스를 갖추고 있어 정확한 매개변수 설정 및 실시간 모니터링, 쉬운 작동 및 쉬운 유지 관리를 실현합니다.
5. 광범위한 호환성: 다양한 생산 요구 사항을 충족하기 위해 18, 21, 32, 46, 50, 60개의 모든 배터리 셀 모델을 수행할 수도 있습니다.

리튬-이온 배터리 장비
리튬 배터리 생산에 더 높은 품질과 효율성을 제공하려면 Yixinfeng 레이저 다이 커팅, 와인딩 및 푸시 기계를 선택하십시오!