Litiumbatteriviklingsmaskin: Prinsipper, nøkkelprosesser og retningslinjer for kvalitetskontroll

I produksjonsprosessen av litium-ion-batterier er det vanligvis flere måter å dele prosessen på. Prosessen kan deles inn i tre hovedprosesser: elektrodeproduksjon, monteringsprosess og celletesting (som vist i figuren under), og det er også selskaper som deler den inn i for- og etterviklingsprosesser, og dette avgrensningspunktet er viklingsprosessen. På grunn av sin sterke integreringsfunksjon, kan det gjøre batteriets utseende innledende støping, så viklingsprosessen i litium-ion-batteriproduksjonen som en sentral rolle, er nøkkelen, viklingsprosessen produsert av den rullede kjernen blir ofte referert til som den nakne battericelle (Jelly-Roll, referert til som JR).

Produksjonsprosess for litium-ion-batterier
I produksjonsprosessen for litiumionbatterier er kjerneviklingsprosessen illustrert som følger. Den spesifikke operasjonen er å rulle det positive polstykket, det negative polstykket og isolasjonsfilmen sammen gjennom viklingsmaskinens nålemekanisme, og de tilstøtende positive og negative polstykkene er isolert av isolasjonsfilmen for å forhindre kortslutning. Etter at viklingen er ferdig festes kjernen med lukkende klebepapir for å forhindre at kjernen faller fra hverandre, og flyter deretter til neste prosess. I denne prosessen er nøkkelen å sikre at det ikke er fysisk kontakt mellom de positive og negative elektrodene, og at den negative elektrodeplaten kan dekke den positive elektrodeplaten fullstendig i både horisontal og vertikal retning.

Skjematisk diagram av viklingsprosessen
I viklingsprosessen til kjernen klemmer vanligvis to rullestifter to lag med membran for forhåndsvikling, og mater deretter det positive eller negative polstykket etter tur, og polstykket klemmes mellom de to lagene med membran for vikling. I lengderetningen av kjernen overskrider membranen den negative membranen, og den negative membranen overstiger den positive membranen, for å unngå kontaktkortslutningen mellom de positive og negative membranene.

Skjematisk diagram av viklingsnålens klemmemembran

Fysisk tegning av automatisk viklingsmaskin

Viklemaskin er nøkkelutstyret for å realisere kjerneviklingsprosessen. Med henvisning til diagrammet ovenfor er hovedkomponentene og funksjonene som følger:

1. Tilførselssystem for polstykke: før de positive og negative polstykkene langs styreskinnen til de to lagene med membran mellom henholdsvis AA-siden og BB-siden for å sikre stabil tilførsel av polstykker.
2. Membranavviklingssystem: Det inkluderer øvre og nedre membraner for å realisere automatisk og kontinuerlig tilførsel av membraner til viklingsnålen.
3. Spenningskontrollsystem: for å kontrollere den konstante spenningen til membranen under viklingsprosessen.
4. Vikle- og limsystem: for liming og fiksering av kjernene etter vikling.
5. Lossetransportørsystem: Demonter automatisk kjernene fra nålene og slipp dem på det automatiske transportbåndet.
6. Fotbryter: Når det ikke er noen unormal tilstand, tråkk på fotbryteren for å kontrollere normal drift av viklingen.
7. Menneske-datamaskin interaksjonsgrensesnitt: med parameterinnstilling, manuell feilsøking, alarmmeldinger og andre funksjoner.

Fra analysen ovenfor av viklingsprosessen kan det sees at viklingen av den elektriske kjernen inneholder to uunngåelige ledd: skyve nålen og trekke nålen.
Skyv nålprosessen: de to rullene med nåler strekker seg under virkningen av å skyve nålesylinderen, gjennom begge sider av membranen, de to rullene med nåler dannet av kombinasjonen av nålesylinderen satt inn i hylsen, rullene med nåler nær for å klemme membranen, samtidig smelter de to rullene med nåler sammen for å danne en i utgangspunktet symmetrisk form, som kjernen i kjerneviklingen.

Skjematisk diagram av nåleskyvingsprosessen

Nålepumpeprosess: etter at kjerneviklingen er fullført, trekkes de to nålene tilbake under påvirkning av nålepumpesylinderen, nålesylinderen trekkes ut av hylsen, ballen i nåleanordningen lukker nålen under påvirkning av fjæren, og de to nålene er kveilet i motsatte retninger, og størrelsen på den frie enden av nålen reduseres for å danne et visst gap mellom nålen og kjernens indre overflate, og med nålen trukket tilbake i forhold til holdehylsen, nålene og kjernen kan skilles jevnt.

Skjematisk diagram av nåleekstraksjonsprosessen

"Nålen" i ferd med å skyve og trekke ut nålen ovenfor refererer til nålen, som, som kjernekomponenten i viklingsmaskinen, har en betydelig innvirkning på viklingshastigheten og kvaliteten på kjernen. For tiden bruker de fleste viklingsmaskinene runde, ovale og flate diamantformede nåler. For runde og ovale nåler, på grunn av sin eksistens av en viss bue, vil føre til deformasjon av poløret til kjernen, i den påfølgende prosessen med kjernepressing, men også lett å forårsake indre rynker og deformasjon av kjernen. Når det gjelder flate diamantformede nåler, på grunn av den store størrelsesforskjellen mellom de lange og korte aksene, varierer spenningen til polstykket og membranen betydelig, noe som krever at drivmotoren svinger med variable hastigheter, noe som gjør prosessen vanskelig å kontrollere, og viklingshastigheten er vanligvis lav.

Skjematisk diagram av vanlige viklingsnåler

Ta den mest kompliserte og vanlige flate diamantformede nålen som et eksempel, i prosessen med vikling og rotasjon er de positive og negative polstykkene og membranen alltid viklet rundt de seks hjørnepunktene til B, C, D, E, F og G som støttepunkt.

Skjematisk diagram av flat diamantformet viklingsnålrotasjon

Derfor kan viklingsprosessen deles inn i segmentvikling med OB, OC, OD, OE, OF, OG som radius, og trenger bare å analysere endringen av linjehastigheten i de syv vinkelområdene mellom θ0, θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6 og θ7, for å fullstendig kvantitativt beskrive den sykliske rotasjonsprosessen til viklingsnålen.

Skjematisk diagram av forskjellige vinkler på nålens rotasjon

Basert på det trigonometriske forholdet kan den tilsvarende relasjonen utledes.

Fra ligningen ovenfor er det lett å se at når viklingsnålen er viklet med en konstant vinkelhastighet, er den lineære viklingshastigheten og vinkelen dannet mellom støttepunktet til nålen og de positive og negative polstykkene og membranen. i et segmentert funksjonsforhold. Bildeforholdet mellom de to simuleres av Matlab som følger:

Endringer av viklingshastighet ved forskjellige vinkler

Det er intuitivt åpenbart at forholdet mellom maksimal lineær hastighet og minimum lineær hastighet i viklingsprosessen til den flate diamantformede nålen i figuren kan være mer enn 10 ganger. En slik enorm endring i linjehastighet vil føre til store svingninger i spenningen til de positive og negative elektrodene og membranen, som er hovedårsaken til svingninger i viklingsspenningen. For store spenningsfluktuasjoner kan føre til membranstrekking under viklingsprosessen, membrankrymping etter vikling og liten lagavstand i hjørnene inne i kjernen etter kjernepressing. I ladeprosessen forårsaker utvidelsen av polstykket at spenningen i retning av bredden av kjernen ikke er konsentrert, noe som resulterer i et bøyemoment, noe som resulterer i forvrengning av polstykket, og det forberedte litiumbatteriet vises til slutt "S "deformasjon.

CT-bilde og demonteringsdiagram av den "S" deformerte kjernen

For tiden, for å løse problemet med dårlig kjernekvalitet (hovedsakelig deformasjon) forårsaket av formen på viklingsnålen, brukes vanligvis to metoder: vikling med variabel spenning og vikling med variabel hastighet.

1. Variabel spenningsvikling: Ta sylindrisk batteri som et eksempel, under konstant vinkelhastighet øker den lineære hastigheten med antall viklingslag, noe som fører til spenningsøkning. Variabel spenningsvikling, det vil si gjennom spenningskontrollsystemet, slik at spenningen påført polstykket eller membranen med økningen i antall viklingslag og lineær reduksjon, slik at i tilfelle konstant rotasjonshastighet, men fortsatt kan gjør hele viklingsprosessen av spenningen så langt som mulig for å opprettholde en konstant. Et stort antall eksperimenter med variabel spenning har ført til følgende konklusjoner:
en. Jo mindre viklingsspenningen er, desto bedre er forbedringseffekten på kjernedeformasjonen.
b. Ved vikling med konstant hastighet, når kjernediameteren øker, avtar spenningen lineært med lavere risiko for deformasjon enn ved konstant strekkvikling.
2. Variabel hastighet vikling: Ta kvadratisk celle som et eksempel, en flat diamantformet viklingsnål brukes vanligvis. Når nålen vikles med konstant vinkelhastighet, svinger den lineære hastigheten betydelig, noe som resulterer i store forskjeller i lagavstand ved hjørnene av kjernen. På dette tidspunktet endres behovet for lineære hastighetsendringer omvendt fradrag av loven om endring av rotasjonshastighet, det vil si viklingen av rotasjonshastigheten med vinkelendringen og endringen, for å realisere viklingsprosessen med lineære hastighetssvingninger som små som mulig, for å sikre at spenningsfluktuasjonene i området med liten amplitudeverdi.

Kort sagt, formen på viklingsnålen kan påvirke flatheten til poløret (kjerneytelse og elektrisk ytelse), viklingshastighet (produktivitet), kjernens indre spenningsuniformitet (utseendedeformasjonsproblemer) og så videre. For sylindriske batterier brukes vanligvis runde nåler; for firkantede batterier brukes vanligvis elliptiske eller flate rombiske nåler (i noen tilfeller kan runde nåler også brukes til å vikle og flate ut kjernen for å danne en firkantet kjerne). I tillegg viser en stor mengde eksperimentelle data at kvaliteten på kjernene har en viktig innvirkning på den elektrokjemiske ytelsen og sikkerhetsytelsen til det endelige batteriet.

Basert på dette har vi sortert ut noen viktige bekymringer og forholdsregler i viklingsprosessen til litiumbatterier, i håp om å unngå feil operasjoner i viklingsprosessen så mye som mulig, for å produsere litiumbatterier som oppfyller kvalitetskravene.

For å visualisere kjernefeilene kan kjernen dyppes i AB lim epoksyharpiks for herding, og deretter kan tverrsnittet kuttes og poleres med sandpapir. Det er best å observere de forberedte prøvene under et mikroskop eller skanningelektronmikroskop, for å oppnå kartlegging av indre defekter av kjernen.

Intern defektkart over kjernen
(a) Figuren viser en kvalifisert kjerne uten åpenbare indre defekter.
(b) På figuren er polstykket åpenbart vridd og deformert, noe som kan ha sammenheng med viklingsspenningen, spenningen er for stor til å føre til at polstykket rynker, og denne typen defekter vil gjøre at batterigrensesnittet blir dårligere og litium nedbør, noe som vil forringe ytelsen til batteriet.
(c) Det er et fremmedstoff mellom elektroden og membranen på figuren. Denne defekten kan føre til alvorlig selvutladning og til og med forårsake sikkerhetsproblemer, men den kan vanligvis oppdages i Hi-pot-testen.
(d) Elektroden på figuren har et negativt og positivt defektmønster, som kan føre til lav kapasitet eller litiumutfelling.
(e) Elektroden på figuren har støv blandet inni, noe som kan føre til økt selvutlading av batteriet.

I tillegg kan defekter inne i kjernen også karakteriseres ved ikke-destruktiv testing, slik som vanlig brukte røntgen- og CT-testing. Følgende er en kort introduksjon til noen vanlige kjerneprosessfeil:

1. Dårlig dekning av polstykket: Lokalt negativt polstykke er ikke fullstendig dekket med positiv polstykke, noe som kan føre til batterideformasjon og litiumutfelling, noe som kan føre til potensielle sikkerhetsfarer.

2. Deformasjon av polstykket: Polstykket deformeres ved ekstrudering, noe som kan utløse intern kortslutning og forårsake alvorlige sikkerhetsproblemer.

Det er verdt å nevne at i 2017, det oppsiktsvekkende samsung note7 mobiltelefoneksplosjonsdekselet, skyldes etterforskningsresultatet at den negative elektroden inne i batteriet klemmes for å forårsake en intern kortslutning, og dermed får batteriet til å eksplodere, ulykken forårsaket samsung electronics tap på mer enn 6 milliarder dollar.

3. Metal fremmedlegemer: metall fremmedlegemer er ytelsen til litium-ion batteri killer, kan komme fra lim, utstyr eller miljøet. Større partikler av fremmedlegemer av metall kan direkte forårsake en fysisk kortslutning, og når fremmedlegemer av metall blandes inn i den positive elektroden, vil den oksideres og deretter avsettes på overflaten av den negative elektroden, gjennombore membranen og til slutt forårsake en intern kortslutning i batteriet, som utgjør en alvorlig sikkerhetsrisiko. Vanlige metallfremmede stoffer er Fe, Cu, Zn, Sn og så videre.

Litiumbatteriviklingsmaskin brukes til vikling av litiumbattericeller, som er et slags utstyr for å sette sammen positivt elektrodeark, negativt elektrodeark og membran til en kjernepakke (JR: JellyRoll) ved kontinuerlig rotasjon. Innenlandsk viklingsproduksjonsutstyr startet i 2006, fra halvautomatisk rund, semiautomatisk firkantvikling, automatisert filmproduksjon, og utviklet seg deretter til kombinert automatisering, filmviklingsmaskin, laserstansende viklingsmaskin, anode kontinuerlig viklingsmaskin, diafragma kontinuerlig vikling maskin og så videre.

Her anbefaler vi spesielt Yixinfeng laserstansende vikling og skyv flat maskin. Denne maskinen kombinerer avansert laserstanseteknologi, effektiv viklingsprosess og presis skyvefunksjon, noe som i stor grad kan forbedre produksjonseffektiviteten og kvaliteten på litiumbatteriet. Den har følgende betydelige fordeler:


1. Høypresisjonsstansing: Sørg for nøyaktig størrelse på polstykket og membranen, reduser materialavfall og forbedrer konsistensen til batteriet.
2. Stabil vikling: Optimalisert viklingsmekanisme og kontrollsystem sikrer tett og stabil kjernestruktur, reduserer intern motstand og forbedrer batteriytelsen.
3. Høyeffektiv utjevning: Unik utjevningsdesign gjør overflaten til kjernene flat, reduserer ujevn indre belastning og forlenger batterilevetiden.
4. Intelligent kontroll: Utstyrt med avansert menneske-datamaskin interaksjonsgrensesnitt, realiserer den nøyaktig parameterinnstilling og sanntidsovervåking, enkel betjening og enkelt vedlikehold.
5. Bredt utvalg av kompatibilitet: den kan også gjøre 18, 21, 32, 46, 50, 60 alle modeller av battericeller, for å møte dine ulike produksjonsbehov.

Litium - Ion batteriutstyr
Velg Yixinfeng laserstanse-, vikle- og skyvemaskin for å gi høyere kvalitet og effektivitet for litiumbatteriproduksjonen din!