Mesin Penggulungan Bateri Litium: Prinsip, Proses Utama dan Garis Panduan Kawalan Kualiti

Dalam proses pembuatan bateri litium-ion, biasanya terdapat beberapa cara untuk membahagikan proses. Proses ini boleh dibahagikan kepada tiga proses utama: pembuatan elektrod, proses pemasangan dan ujian sel (seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah), dan terdapat juga syarikat yang membahagikannya kepada proses pra-penggulungan dan selepas penggulungan, dan titik persempadanan ini adalah proses penggulungan. Oleh kerana fungsi penyepaduan yang kuat, boleh membuat penampilan bateri menjadi acuan awal, jadi proses penggulungan dalam pembuatan bateri lithium-ion sebagai peranan penting, adalah kuncinya, proses penggulungan yang dihasilkan oleh teras yang digulung sering dirujuk sebagai yang terdedah sel bateri (Jelly-Roll, dirujuk sebagai JR).

Proses Pengilangan Bateri Litium-ion
Dalam proses pembuatan bateri lithium-ion, proses penggulungan teras digambarkan seperti berikut. Operasi khusus adalah untuk menggulung kepingan kutub positif, kepingan kutub negatif dan filem pengasingan bersama-sama melalui mekanisme jarum mesin penggulungan, dan kepingan kutub positif dan negatif yang bersebelahan diasingkan oleh filem pengasingan untuk mengelakkan litar pintas. Selepas penggulungan selesai, teras dibetulkan dengan kertas pelekat penutup untuk mengelakkan teras daripada runtuh, dan kemudian mengalir ke proses seterusnya. Dalam proses ini, kuncinya adalah untuk memastikan tiada sentuhan fizikal antara elektrod positif dan negatif, dan kepingan elektrod negatif boleh menutup sepenuhnya kepingan elektrod positif dalam kedua-dua arah mendatar dan menegak.

Gambarajah skematik proses penggulungan
Dalam proses penggulungan teras, secara amnya dua pin roll mengapit dua lapisan diafragma untuk pra-penggulungan, dan kemudian memberi makan sekeping tiang positif atau negatif secara bergilir-gilir, dan sekeping tiang diapit di antara dua lapisan diafragma untuk penggulungan. Dalam arah membujur teras, diafragma melebihi diafragma negatif, dan diafragma negatif melebihi diafragma positif, untuk mengelakkan litar pintas hubungan antara diafragma positif dan negatif.

Gambarajah skematik diafragma pengapit jarum penggulungan

Lukisan fizikal mesin penggulungan automatik

Mesin penggulungan adalah peralatan utama untuk merealisasikan proses penggulungan teras. Merujuk kepada rajah di atas, komponen dan fungsi utamanya adalah seperti berikut:

1. Sistem bekalan kepingan tiang: menyampaikan kepingan tiang positif dan negatif di sepanjang rel panduan ke dua lapisan diafragma antara sebelah AA dan sebelah BB masing-masing untuk memastikan bekalan kepingan tiang yang stabil.
2. Sistem pelepasan diafragma: Ia termasuk diafragma atas dan bawah untuk merealisasikan bekalan diafragma automatik dan berterusan ke jarum penggulungan.
3. Sistem kawalan ketegangan: untuk mengawal ketegangan berterusan diafragma semasa proses penggulungan.
4. Sistem penggulungan dan pelekatan: untuk melekatkan dan menetapkan teras selepas penggulungan.
5. Memunggah sistem penghantar: Buka teras daripada jarum secara automatik dan jatuhkan ke tali pinggang penghantar automatik.
6. Suis kaki: Apabila tiada keadaan abnormal, pijak suis kaki untuk mengawal operasi biasa penggulungan.
7. Antara muka interaksi manusia-komputer: dengan tetapan parameter, penyahpepijatan manual, gesaan penggera dan fungsi lain.

Daripada analisis proses penggulungan di atas, dapat dilihat bahawa penggulungan teras elektrik mengandungi dua pautan yang tidak dapat dielakkan: menolak jarum dan menarik jarum.
Tolak proses jarum: dua gulung jarum memanjang di bawah tindakan tolak silinder jarum, melalui kedua-dua belah diafragma, dua gulung jarum dibentuk oleh gabungan silinder jarum dimasukkan ke dalam lengan, gulung jarum rapat untuk mengapit diafragma, pada masa yang sama, kedua-dua gulung jarum bergabung untuk membentuk bentuk asas simetri, sebagai teras penggulungan teras.

Gambarajah skematik proses menolak jarum

Proses mengepam jarum: selepas penggulungan teras selesai, kedua-dua jarum ditarik balik di bawah tindakan silinder pam jarum, silinder jarum ditarik dari lengan, bola dalam peranti jarum menutup jarum di bawah tindakan musim bunga, dan kedua-dua jarum digulung dalam arah yang bertentangan, dan saiz hujung bebas jarum dikurangkan untuk membentuk jurang tertentu antara jarum dan permukaan dalaman teras, dan dengan jarum ditarik balik berbanding dengan lengan penahan, jarum dan teras boleh dipisahkan dengan lancar.

Gambarajah skematik proses pengekstrakan jarum

"Jarum" dalam proses menolak dan mencabut jarum di atas merujuk kepada jarum, yang, sebagai komponen teras mesin penggulungan, mempunyai kesan yang ketara terhadap kelajuan penggulungan dan kualiti teras. Pada masa ini, kebanyakan mesin penggulungan menggunakan jarum berbentuk berlian bulat, bujur dan rata. Untuk jarum bulat dan bujur, kerana kewujudan arka tertentu, akan membawa kepada ubah bentuk telinga kutub teras, dalam proses seterusnya menekan teras, tetapi juga mudah menyebabkan kedutan dalaman dan ubah bentuk teras. Bagi jarum berbentuk berlian rata, disebabkan oleh perbezaan saiz yang besar antara paksi panjang dan pendek, ketegangan bahagian tiang dan diafragma berbeza dengan ketara, memerlukan motor pemacu berputar pada kelajuan berubah-ubah, yang menjadikan proses sukar dikawal, dan kelajuan penggulungan biasanya rendah.

Gambarajah skematik jarum penggulungan biasa

Ambil jarum berbentuk berlian rata yang paling rumit dan biasa sebagai contoh, dalam proses penggulungan dan putarannya, kepingan kutub positif dan negatif serta diafragma sentiasa dililit di sekitar enam titik sudut B, C, D, E, F dan G sebagai titik sokongan.

Gambarajah skematik putaran jarum penggulungan berbentuk berlian rata

Oleh itu, proses penggulungan boleh dibahagikan kepada penggulungan segmen dengan OB, OC, OD, OE, OF, OG sebagai jejari, dan hanya perlu menganalisis perubahan kelajuan garisan dalam tujuh julat sudut antara θ0, θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6, dan θ7, untuk menerangkan secara kuantitatif proses putaran kitaran jarum penggulungan.

Gambarajah skematik sudut putaran jarum yang berbeza

Berdasarkan hubungan trigonometri, hubungan yang sepadan boleh diterbitkan.

Daripada persamaan di atas, adalah mudah untuk melihat bahawa apabila jarum penggulungan dililit pada halaju sudut malar, halaju linear belitan dan sudut yang terbentuk antara titik sokongan jarum dan kepingan kutub positif dan negatif dan diafragma adalah dalam hubungan fungsi tersegmen. Hubungan imej antara keduanya disimulasikan oleh Matlab seperti berikut:

Perubahan kelajuan belitan pada sudut yang berbeza

Secara intuitif jelas bahawa nisbah halaju linear maksimum kepada halaju linear minimum dalam proses penggulungan jarum berbentuk berlian rata dalam rajah boleh menjadi lebih daripada 10 kali ganda. Perubahan besar dalam kelajuan talian akan membawa turun naik yang besar dalam ketegangan elektrod positif dan negatif dan diafragma, yang merupakan punca utama turun naik dalam ketegangan belitan. Turun naik tegangan yang berlebihan boleh menyebabkan regangan diafragma semasa proses penggulungan, pengecutan diafragma selepas penggulungan, dan jarak lapisan kecil di sudut dalam teras selepas penekanan teras. Dalam proses pengecasan, pengembangan bahagian tiang menyebabkan tegasan ke arah lebar teras tidak tertumpu, mengakibatkan momen lentur, mengakibatkan herotan bahagian tiang, dan bateri litium yang disediakan akhirnya muncul "S "ubah bentuk.

Imej CT dan gambar rajah pembongkaran teras cacat "S".

Pada masa ini, untuk menyelesaikan masalah kualiti teras yang lemah (terutamanya ubah bentuk) yang disebabkan oleh bentuk jarum penggulungan, dua kaedah biasanya digunakan: penggulungan tegangan berubah-ubah dan penggulungan kelajuan berubah-ubah.

1. Belitan tegangan boleh ubah: Ambil bateri silinder sebagai contoh, di bawah halaju sudut malar, halaju linear meningkat dengan bilangan lapisan belitan, yang membawa kepada peningkatan tegangan. Penggulungan tegangan berubah-ubah, iaitu, melalui sistem kawalan ketegangan, supaya ketegangan dikenakan pada bahagian tiang atau diafragma dengan peningkatan bilangan lapisan penggulungan dan pengurangan linear, supaya dalam kes kelajuan putaran malar, tetapi masih boleh membuat keseluruhan proses penggulungan ketegangan sejauh mungkin untuk mengekalkan pemalar. Sebilangan besar eksperimen penggulungan tegangan berubah telah membawa kepada kesimpulan berikut:
a. Lebih kecil ketegangan belitan, lebih baik kesan penambahbaikan pada ubah bentuk teras.
b. Semasa belitan kelajuan malar, apabila diameter teras bertambah, tegangan berkurangan secara linear dengan risiko ubah bentuk yang lebih rendah daripada belitan tegangan malar.
2. Penggulungan kelajuan berubah-ubah: Ambil sel persegi sebagai contoh, jarum penggulungan berbentuk berlian rata biasanya digunakan. Apabila jarum dililit pada kelajuan sudut malar, kelajuan linear turun naik dengan ketara, mengakibatkan perbezaan besar dalam jarak lapisan di sudut teras. Pada masa ini, keperluan untuk kelajuan linear mengubah potongan terbalik undang-undang perubahan kelajuan putaran, iaitu, penggulungan kelajuan putaran dengan perubahan sudut dan perubahan, untuk merealisasikan proses penggulungan turun naik kelajuan linear sebagai kecil. mungkin, untuk memastikan bahawa tegangan turun naik dalam julat nilai amplitud kecil.

Ringkasnya, bentuk jarum penggulungan boleh menjejaskan kerataan telinga tiang (hasil teras dan prestasi elektrik), kelajuan penggulungan (produktiviti), keseragaman tegasan dalaman teras (masalah ubah bentuk rupa) dan sebagainya. Untuk bateri silinder, jarum bulat biasanya digunakan; untuk bateri segi empat sama, jarum berbentuk elips atau belah ketupat biasanya digunakan (dalam beberapa kes, jarum bulat juga boleh digunakan untuk menggulung dan meratakan teras untuk membentuk teras segi empat sama). Di samping itu, sejumlah besar data eksperimen menunjukkan bahawa kualiti teras mempunyai kesan penting ke atas prestasi elektrokimia dan prestasi keselamatan bateri akhir.

Berdasarkan ini, kami telah menyelesaikan beberapa kebimbangan utama dan langkah berjaga-jaga dalam proses penggulungan bateri litium, dengan harapan dapat mengelakkan operasi yang tidak betul dalam proses penggulungan sebanyak mungkin, untuk mengeluarkan bateri litium yang memenuhi keperluan kualiti.

Untuk menggambarkan kecacatan teras, teras boleh direndam dalam resin epoksi gam AB untuk pengawetan, dan kemudian keratan rentas boleh dipotong dan digilap dengan kertas pasir. Adalah lebih baik untuk memerhatikan sampel yang disediakan di bawah mikroskop atau mikroskop elektron pengimbasan, untuk mendapatkan pemetaan kecacatan dalaman teras.

Peta kecacatan dalaman teras
(a) Rajah menunjukkan teras yang layak tanpa kecacatan dalaman yang jelas.
(b) Dalam rajah, bahagian tiang jelas berpintal dan cacat, yang mungkin berkaitan dengan ketegangan penggulungan, ketegangan terlalu besar untuk menyebabkan kepingan tiang berkedut, dan kecacatan seperti ini akan menjadikan antara muka bateri merosot dan litium. pemendakan, yang akan merosot prestasi bateri.
(c) Terdapat bahan asing di antara elektrod dan diafragma dalam rajah. Kecacatan ini boleh menyebabkan pelepasan diri yang serius dan juga menyebabkan masalah keselamatan, tetapi ia biasanya boleh dikesan dalam ujian Hi-pot.
(d) Elektrod dalam rajah mempunyai corak kecacatan negatif dan positif, yang boleh menyebabkan kapasiti rendah atau pemendakan litium.
(e) Elektrod dalam rajah mempunyai habuk bercampur di dalamnya, yang boleh menyebabkan peningkatan nyahcas sendiri bateri.

Di samping itu, kecacatan di dalam teras juga boleh dicirikan oleh ujian tidak merosakkan, seperti ujian X-ray dan CT yang biasa digunakan. Berikut ialah pengenalan ringkas kepada beberapa kecacatan proses teras biasa:

1. Liputan bahagian tiang yang lemah: sekeping tiang negatif tempatan tidak ditutup sepenuhnya dengan bahagian tiang positif, yang boleh menyebabkan ubah bentuk bateri dan pemendakan litium, mengakibatkan potensi bahaya keselamatan.

2. Ubah bentuk bahagian tiang: bahagian tiang cacat oleh penyemperitan, yang boleh mencetuskan litar pintas dalaman dan membawa masalah keselamatan yang serius.

Perlu diingat bahawa pada tahun 2017, kes letupan telefon bimbit samsung note7 yang sensasi, hasil siasatan adalah disebabkan elektrod negatif di dalam bateri terhimpit menyebabkan litar pintas dalaman, sehingga menyebabkan bateri meletup, kemalangan menyebabkan elektronik samsung kerugian lebih daripada 6 bilion dolar.

3. Bahan asing logam: bahan asing logam adalah prestasi pembunuh bateri lithium-ion, mungkin berasal dari pes, peralatan atau persekitaran. Zarah bahan asing logam yang lebih besar secara langsung boleh menyebabkan litar pintas fizikal, dan apabila bahan asing logam dicampurkan ke dalam elektrod positif, ia akan teroksida dan kemudian dimendapkan pada permukaan elektrod negatif, menembusi diafragma, dan akhirnya menyebabkan dalaman litar pintas dalam bateri, yang menimbulkan bahaya keselamatan yang serius. Benda asing logam biasa ialah Fe, Cu, Zn, Sn dan sebagainya.

Mesin penggulungan bateri litium digunakan untuk penggulungan sel bateri litium, yang merupakan sejenis peralatan untuk memasang kepingan elektrod positif, kepingan elektrod negatif dan diafragma ke dalam pek teras (JR: JellyRoll) dengan putaran berterusan. Peralatan pembuatan penggulungan domestik bermula pada tahun 2006, daripada pusingan separuh automatik, penggulungan persegi separa automatik, pengeluaran filem automatik, dan kemudian berkembang menjadi automasi gabungan, mesin penggulungan filem, mesin penggulungan pemotong mati laser, mesin penggulungan berterusan anod, penggulungan berterusan diafragma mesin, dan sebagainya.

Di sini, kami amat mengesyorkan Yixinfeng laser die-cutting winding dan menolak mesin rata. Mesin ini menggabungkan teknologi pemotongan mati laser canggih, proses penggulungan yang cekap dan fungsi tolakan yang tepat, yang boleh meningkatkan kecekapan pengeluaran dan kualiti bateri litium. Ia mempunyai kelebihan ketara berikut:


1. Pemotongan mati berketepatan tinggi: Pastikan saiz bahagian tiang dan diafragma yang tepat, kurangkan sisa bahan dan tingkatkan ketekalan bateri.
2. Penggulungan yang stabil: Mekanisme penggulungan yang dioptimumkan dan sistem kawalan memastikan struktur teras yang ketat dan stabil, mengurangkan rintangan dalaman dan meningkatkan prestasi bateri.
3. Perataan kecekapan tinggi: Reka bentuk perataan yang unik menjadikan permukaan teras rata, mengurangkan tekanan dalaman yang tidak sekata dan memanjangkan hayat bateri.
4. Kawalan pintar: Dilengkapi dengan antara muka interaksi manusia-komputer termaju, ia merealisasikan tetapan parameter yang tepat dan pemantauan masa nyata, operasi mudah dan penyelenggaraan yang mudah.
5. Pelbagai keserasian: ia juga boleh melakukan 18, 21, 32, 46, 50, 60 semua model sel bateri, untuk memenuhi keperluan pengeluaran anda yang pelbagai.

Peralatan Bateri Litium - Ion
Pilih mesin pemotong mati, penggulungan dan penolak laser Yixinfeng untuk membawa kualiti dan kecekapan yang lebih tinggi untuk pengeluaran bateri litium anda!