Opwindmachine voor lithiumbatterijen: principes, sleutelprocessen en richtlijnen voor kwaliteitscontrole

Bij het productieproces van lithium-ionbatterijen zijn er meestal verschillende manieren om het proces te verdelen. Het proces kan worden onderverdeeld in drie hoofdprocessen: de productie van elektroden, het assemblageproces en het testen van cellen (zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding). Er zijn ook bedrijven die het opdelen in processen voor het opwikkelen en na het opwinden. Dit demarcatiepunt is het wikkelproces. Vanwege zijn sterke integratiefunctie kan de batterij er aanvankelijk uitzien als een vormstuk, dus het wikkelproces bij de productie van lithium-ionbatterijen speelt een cruciale rol. Het wikkelproces dat door de gerolde kern wordt geproduceerd, wordt vaak het kale proces genoemd. batterijcel (Jelly-Roll, ook wel JR genoemd).

Productieproces van lithium-ionbatterijen
Bij het productieproces van lithium-ionbatterijen wordt het kernwikkelproces als volgt geïllustreerd. De specifieke handeling is om het positieve poolstuk, het negatieve poolstuk en de isolatiefilm samen te rollen door het naaldmechanisme van de wikkelmachine, en de aangrenzende positieve en negatieve poolstukken worden geïsoleerd door de isolatiefilm om kortsluiting te voorkomen. Nadat het opwikkelen is voltooid, wordt de kern vastgezet met afsluitend zelfklevend papier om te voorkomen dat de kern uit elkaar valt, en stroomt vervolgens naar het volgende proces. Bij dit proces is het van belang ervoor te zorgen dat er geen fysiek contact is tussen de positieve en negatieve elektroden, en dat het negatieve elektrodevel het positieve elektrodevel volledig kan bedekken, zowel in horizontale als verticale richting.

Schematisch diagram van het wikkelproces
Tijdens het opwindproces van de kern klemmen over het algemeen twee rolpennen twee lagen diafragma vast voor het voorwikkelen, en voeden vervolgens op hun beurt het positieve of negatieve poolstuk, en het poolstuk wordt tussen de twee diafragmalagen geklemd om te worden opgewikkeld. In de lengterichting van de kern overschrijdt het diafragma het negatieve diafragma en overschrijdt het negatieve diafragma het positieve diafragma, om contactkortsluiting tussen de positieve en negatieve membranen te vermijden.

Schematisch diagram van het klemmembraan van de wikkelnaald

Fysieke tekening van automatische wikkelmachine

De wikkelmachine is de belangrijkste uitrusting om het kernwikkelproces te realiseren. Verwijzend naar het bovenstaande diagram zijn de belangrijkste componenten en functies als volgt:

1. Aanvoersysteem voor poolstukken: transporteer de positieve en negatieve poolstukken langs de geleiderail naar de twee membraanlagen tussen respectievelijk de AA-zijde en de BB-zijde om de stabiele aanvoer van poolstukken te garanderen.
2. Membraanafwikkelsysteem: het omvat bovenste en onderste membranen om de automatische en continue toevoer van membranen naar de opwindnaald te realiseren.
3. Spanningscontrolesysteem: om de constante spanning van het membraan tijdens het wikkelproces te regelen.
4. Wikkel- en lijmsysteem: voor het lijmen en fixeren van de kernen na het wikkelen.
5. Losbandsysteem: demonteer automatisch de kernen van de naalden en laat ze op de automatische transportband vallen.
6. Voetschakelaar: Als er geen abnormale toestand is, trapt u op de voetschakelaar om de normale werking van het opwinden te regelen.
7. Mens-computer-interactie-interface: met parameterinstelling, handmatige foutopsporing, alarmprompts en andere functies.

Uit de bovenstaande analyse van het wikkelproces blijkt dat de wikkeling van de elektrische kern twee onvermijdelijke schakels bevat: het duwen van de naald en het trekken van de naald.
Duw het naaldproces: de twee naaldrollen strekken zich uit onder invloed van het duwen van de naaldcilinder, door beide zijden van het diafragma, de twee naaldrollen gevormd door de combinatie van de naaldcilinder die in de huls wordt gestoken, de naaldrollen dichtbij om het diafragma vast te klemmen, smelten tegelijkertijd de twee rollen naalden samen om een ​​in wezen symmetrische vorm te vormen, als de kern van de kernwikkeling.

Schematisch diagram van het naaldduwproces

Naaldpompproces: nadat de kernwikkeling is voltooid, worden de twee naalden teruggetrokken onder invloed van de naaldpompcilinder, wordt de naaldcilinder uit de huls teruggetrokken, de bal in het naaldapparaat sluit de naald onder invloed van de veer, en de twee naalden zijn in tegengestelde richtingen opgerold, en de grootte van het vrije uiteinde van de naald is verkleind om een ​​bepaalde opening te vormen tussen de naald en het binnenoppervlak van de kern, en met de naald teruggetrokken ten opzichte van de vasthoudhuls, de naalden en de kern kan soepel worden gescheiden.

Schematisch diagram van het naaldextractieproces

De "naald" tijdens het duwen en uittrekken van de naald hierboven verwijst naar de naald, die als kerncomponent van de wikkelmachine een aanzienlijke invloed heeft op de wikkelsnelheid en de kwaliteit van de kern. Momenteel gebruiken de meeste opwindmachines ronde, ovale en platte ruitvormige naalden. Voor ronde en ovale naalden zal dit, vanwege het bestaan ​​van een bepaalde boog, leiden tot vervorming van het pooloor van de kern, tijdens het daaropvolgende proces van kernpersen, maar ook gemakkelijk tot interne plooien en vervorming van de kern. Wat platte ruitvormige naalden betreft, varieert de spanning van het poolstuk en het diafragma aanzienlijk, vanwege het grote verschil in grootte tussen de lange en korte assen, waardoor de aandrijfmotor met variabele snelheden moet opwinden, wat het proces moeilijk te controleren maakt. en de opwindsnelheid is meestal laag.

Schematisch diagram van gewone opwindnaalden

Neem als voorbeeld de meest ingewikkelde en gebruikelijke platte ruitvormige naald. Tijdens het opwinden en draaien worden de positieve en negatieve poolstukken en het diafragma altijd rond de zes hoekpunten van B, C, D, E, F gewikkeld. en G als steunpunt.

Schematisch diagram van platte ruitvormige rotatie van de opwindnaald

Daarom kan het wikkelproces worden onderverdeeld in segmentale wikkeling met OB, OC, OD, OE, OF, OG als straal, en hoeft alleen de verandering van de lijnsnelheid in de zeven hoekbereiken tussen θ0, θ1, θ2 te worden geanalyseerd. θ3, θ4, θ5, θ6 en θ7, om het cyclische rotatieproces van de opwindnaald volledig kwantitatief te beschrijven.

Schematisch diagram van verschillende hoeken van naaldrotatie

Op basis van de trigonometrische relatie kan de overeenkomstige relatie worden afgeleid.

Uit de bovenstaande vergelijking is het gemakkelijk in te zien dat wanneer de opwindnaald met een constante hoeksnelheid wordt opgewonden, de lineaire opwindsnelheid en de hoek gevormd tussen het steunpunt van de naald en de positieve en negatieve poolstukken en het diafragma gelijk zijn in een gesegmenteerde functierelatie. De beeldrelatie tussen de twee wordt door Matlab als volgt gesimuleerd:

Veranderingen van de wikkelsnelheid onder verschillende hoeken

Het is intuïtief duidelijk dat de verhouding tussen de maximale lineaire snelheid en de minimale lineaire snelheid bij het opwindproces van de platte ruitvormige naald in de figuur meer dan tien keer kan zijn. Een dergelijke enorme verandering in lijnsnelheid zal grote fluctuaties veroorzaken in de spanning van de positieve en negatieve elektroden en het diafragma, wat de belangrijkste oorzaak is van fluctuaties in de wikkelspanning. Overmatige spanningsschommelingen kunnen leiden tot het uitrekken van het membraan tijdens het wikkelproces, het krimpen van het membraan na het wikkelen en een kleine laagafstand op de hoeken in de kern na het persen van de kern. Tijdens het laadproces zorgt de uitzetting van het poolstuk ervoor dat de spanning in de richting van de breedte van de kern niet wordt geconcentreerd, wat resulteert in een buigmoment, resulterend in vervorming van het poolstuk, en de voorbereide lithiumbatterij verschijnt uiteindelijk "S "vervorming.

CT-afbeelding en demontagediagram van de vervormde "S" -kern

Om het probleem van de slechte kernkwaliteit (voornamelijk vervorming) veroorzaakt door de vorm van de opwindnaald op te lossen, worden momenteel meestal twee methoden gebruikt: wikkelen met variabele spanning en wikkelen met variabele snelheid.

1. Variabele spanningswikkeling: Neem als voorbeeld een cilindrische batterij. Bij constante hoeksnelheid neemt de lineaire snelheid toe met het aantal wikkellagen, wat leidt tot het stijgen van de spanning. Variabele spanningswikkeling, dat wil zeggen via het spanningscontrolesysteem, zodat de spanning op het poolstuk of diafragma wordt uitgeoefend met de toename van het aantal wikkellagen en lineaire reductie, zodat bij constante rotatiesnelheid nog steeds maak het hele wikkelproces van de spanning zo veel mogelijk constant. Een groot aantal experimenten met variabele spanningswikkeling heeft tot de volgende conclusies geleid:
A. Hoe kleiner de wikkelspanning, hoe beter het verbeterende effect op de kernvervorming.
B. Bij wikkelen met constante snelheid neemt de spanning lineair af naarmate de kerndiameter toeneemt, met een lager risico op vervorming dan bij wikkelen met constante spanning.
2. Opwinden met variabele snelheid: Neem als voorbeeld een vierkante cel; meestal wordt een platte ruitvormige opwindnaald gebruikt. Wanneer de naald met een constante hoeksnelheid wordt opgewonden, fluctueert de lineaire snelheid aanzienlijk, wat resulteert in grote verschillen in de laagafstand op de hoeken van de kern. Op dit moment is de behoefte aan lineaire snelheidsveranderingen de omgekeerde aftrek van de wet van de verandering van de rotatiesnelheid, dat wil zeggen het opwinden van de rotatiesnelheid met de hoekverandering en verandering, om het wikkelproces van lineaire snelheidsschommelingen zo klein mogelijk te realiseren mogelijk, om ervoor te zorgen dat de spanningsschommelingen in het bereik van een kleine amplitudewaarde zijn.

Kortom, de vorm van de opwindnaald kan van invloed zijn op de vlakheid van het pooloor (kernopbrengst en elektrische prestaties), opwindsnelheid (productiviteit), interne spanningsuniformiteit in de kern (problemen met uiterlijke vervorming) enzovoort. Voor cilindrische batterijen worden meestal ronde naalden gebruikt; voor vierkante batterijen worden meestal elliptische of platte ruitvormige naalden gebruikt (in sommige gevallen kunnen ronde naalden ook worden gebruikt om de kern op te winden en plat te maken om een ​​vierkante kern te vormen). Bovendien blijkt uit een grote hoeveelheid experimentele gegevens dat de kwaliteit van de kernen een belangrijke invloed heeft op de elektrochemische prestaties en veiligheidsprestaties van de uiteindelijke batterij.

Op basis hiervan hebben we enkele belangrijke zorgen en voorzorgsmaatregelen bij het opwindproces van lithiumbatterijen op een rij gezet, in de hoop onjuiste handelingen tijdens het opwindproces zoveel mogelijk te vermijden, om zo lithiumbatterijen te vervaardigen die aan de kwaliteitseisen voldoen.

Om de kerndefecten zichtbaar te maken, kan de kern worden ondergedompeld in AB-lijm epoxyhars om uit te harden, en vervolgens kan de dwarsdoorsnede worden gesneden en gepolijst met schuurpapier. Het is het beste om de voorbereide monsters onder een microscoop of scanning-elektronenmicroscoop te observeren, om zo de interne defecten van de kern in kaart te brengen.

Interne defectkaart van de kern
(a) De afbeelding toont een gekwalificeerde kern zonder duidelijke interne defecten.
(b) In de figuur is het poolstuk duidelijk verdraaid en vervormd, wat verband kan houden met de wikkelspanning. De spanning is te groot om kreukels in het poolstuk te veroorzaken, en dit soort defecten zullen ervoor zorgen dat de batterij-interface verslechtert en dat lithium neerslag, wat de prestaties van de batterij zal verslechteren.
(c) Er bevindt zich een vreemde substantie tussen de elektrode en het diafragma in de figuur. Dit defect kan leiden tot ernstige zelfontlading en zelfs veiligheidsproblemen veroorzaken, maar kan meestal worden gedetecteerd tijdens de Hi-pot-test.
(d) De elektrode in de figuur heeft een negatief en positief defectpatroon, wat kan leiden tot een lage capaciteit of lithiumneerslag.
(e) In de elektrode in de afbeelding is stof gemengd, wat kan leiden tot een verhoogde zelfontlading van de batterij.

Daarnaast kunnen defecten in de kern ook worden gekarakteriseerd door niet-destructief onderzoek, zoals de veelgebruikte röntgen- en CT-testen. Het volgende is een korte inleiding tot enkele veelvoorkomende fouten in het kernproces:

1. Slechte dekking van het poolstuk: het lokale negatieve poolstuk is niet volledig bedekt met het positieve poolstuk, wat kan leiden tot vervorming van de batterij en lithiumneerslag, wat kan leiden tot potentiële veiligheidsrisico's.

2. Vervorming van het poolstuk: het poolstuk wordt vervormd door extrusie, wat interne kortsluiting kan veroorzaken en ernstige veiligheidsproblemen kan veroorzaken.

Het is de moeite waard te vermelden dat in 2017, het sensationele geval van de explosie van de mobiele telefoon van de Samsung Note7, het onderzoeksresultaat te wijten is aan het feit dat de negatieve elektrode in de batterij wordt samengedrukt om een ​​interne kortsluiting te veroorzaken, waardoor de batterij explodeert. Het ongeval veroorzaakte de elektronica van Samsung verlies van ruim 6 miljard dollar.

3. Metaalvreemd materiaal: metaalvreemd materiaal is de prestatie van de lithium-ionbatterijmoordenaar en kan afkomstig zijn van de pasta, apparatuur of het milieu. Grotere deeltjes metaalvreemd materiaal kunnen direct een fysieke kortsluiting veroorzaken, en wanneer metaalvreemd materiaal in de positieve elektrode wordt gemengd, zal het worden geoxideerd en vervolgens op het oppervlak van de negatieve elektrode worden afgezet, waardoor het diafragma wordt doorboord en uiteindelijk een interne storing wordt veroorzaakt. kortsluiting in de batterij, wat een ernstig veiligheidsrisico met zich meebrengt. Vreemde metalen die vaak voorkomen zijn Fe, Cu, Zn, Sn enzovoort.

De lithiumbatterijwikkelmachine wordt gebruikt voor het opwinden van lithiumbatterijcellen, een soort apparatuur voor het assembleren van positieve elektrodeplaten, negatieve elektrodeplaten en diafragma tot een kernpakket (JR: JellyRoll) door continue rotatie. Apparatuur voor de productie van binnenlandse wikkelingen begon in 2006, van halfautomatische ronde, halfautomatische vierkante wikkeling, geautomatiseerde filmproductie, en vervolgens ontwikkeld tot gecombineerde automatisering, filmwikkelmachine, laserstansende wikkelmachine, anode continue wikkelmachine, diafragma continue wikkeling automaat, enzovoort.

Hier raden we vooral de Yixinfeng-laserstansende wikkel- en duwvlakmachine aan. Deze machine combineert geavanceerde laserstanstechnologie, een efficiënt wikkelproces en een nauwkeurige duwfunctie, wat de productie-efficiëntie en kwaliteit van de lithiumbatterij aanzienlijk kan verbeteren. Het heeft de volgende belangrijke voordelen:


1. Zeer nauwkeurig stansen: zorg voor de precieze maat van het poolstuk en het diafragma, verminder materiaalverspilling en verbeter de consistentie van de batterij.
2. Stabiele wikkeling: het geoptimaliseerde wikkelmechanisme en controlesysteem zorgen voor een strakke en stabiele kernstructuur, verminderen de interne weerstand en verbeteren de batterijprestaties.
3. Hoogefficiënte nivellering: het unieke nivelleringsontwerp maakt het oppervlak van de kernen vlak, vermindert ongelijkmatige interne spanning en verlengt de levensduur van de batterij.
4. Intelligente besturing: uitgerust met een geavanceerde mens-computer-interactie-interface, realiseert het nauwkeurige parameterinstelling en realtime monitoring, eenvoudige bediening en eenvoudig onderhoud.
5. Breed scala aan compatibiliteit: het kan ook 18, 21, 32, 46, 50, 60 alle modellen batterijcellen gebruiken om aan uw uiteenlopende productiebehoeften te voldoen.

Lithium-ionbatterijapparatuur
Kies Yixinfeng laserstans-, wikkel- en duwmachine voor een hogere kwaliteit en efficiëntie voor uw productie van lithiumbatterijen!