Mașină de bobinat cu baterii cu litiu: principii, procese cheie și linii directoare pentru controlul calității

În procesul de fabricație a bateriilor litiu-ion, există de obicei mai multe moduri de împărțire a procesului. Procesul poate fi împărțit în trei procese majore: fabricarea electrozilor, procesul de asamblare și testarea celulelor (după cum se arată în figura de mai jos), și există și companii care îl împart în procese de pre-înfășurare și post-înfășurare, iar acest punct de demarcație este procesul de bobinare. Datorită funcției sale puternice de integrare, poate face ca aspectul bateriei să fie modelat inițial, astfel încât procesul de înfășurare în fabricarea bateriei litiu-ion ca rol esențial, este cheia, procesul de înfășurare produs de miezul laminat este adesea denumit ca gol. celula bateriei (Jelly-Roll, denumită JR).

Procesul de fabricare a bateriilor cu litiu-ion
În procesul de fabricare a bateriilor litiu-ion, procesul de înfășurare a miezului este ilustrat după cum urmează. Operația specifică este de a rula piesa de pol pozitiv, piesa de pol negativ și filmul de izolare împreună prin mecanismul de ac al mașinii de bobinat, iar piesele de pol pozitiv și negativ adiacente sunt izolate de filmul de izolare pentru a preveni scurtcircuitul. După ce înfășurarea este terminată, miezul este fixat cu hârtie adezivă de închidere pentru a preveni căderea miezului și apoi trece la următorul proces. În acest proces, cheia este să vă asigurați că nu există un contact fizic între electrozii pozitivi și negativi și că foaia electrodului negativ poate acoperi complet foaia electrodului pozitiv atât în ​​direcția orizontală, cât și în cea verticală.

Schema schematică a procesului de înfășurare
În procesul de înfășurare a miezului, în general, două știfturi de rulare strâng două straturi de diafragmă pentru preînfășurare, apoi alimentează pe rând piesa polară pozitivă sau negativă, iar piesa polară este prinsă între cele două straturi de diafragmă pentru înfășurare. Pe direcția longitudinală a miezului, diafragma depășește diafragma negativă, iar diafragma negativă depășește diafragma pozitivă, astfel încât să se evite scurtcircuitul de contact între diafragmele pozitive și negative.

Schema schematică a diafragmei de strângere a acului de înfășurare

Desen fizic al mașinii de bobinat automat

Mașina de bobinat este echipamentul cheie pentru realizarea procesului de bobinare de bază. Referindu-ne la diagrama de mai sus, principalele sale componente și funcții sunt următoarele:

1. Sistem de alimentare cu piese polare: transportați piesele polare pozitive și negative de-a lungul șinei de ghidare către cele două straturi de diafragmă dintre partea AA și, respectiv, partea BB pentru a asigura alimentarea stabilă a pieselor polare.
2. Sistem de derulare a diafragmei: Include diafragme superioare și inferioare pentru a realiza alimentarea automată și continuă cu diafragme la acul de bobinare.
3. Sistem de control al tensiunii: pentru a controla tensiunea constantă a diafragmei în timpul procesului de înfășurare.
4. Sistem de înfăşurare şi lipire: pentru lipirea şi fixarea miezurilor după înfăşurare.
5. Sistemul transportor de descărcare: Demontați automat miezurile de pe ace și aruncați-le pe banda transportoare automată.
6. Comutator cu picior: Când nu există nicio condiție anormală, pășiți pe comutatorul cu picior pentru a controla funcționarea normală a înfășurării.
7. Interfață de interacțiune om-calculator: cu setare de parametri, depanare manuală, solicitări de alarmă și alte funcții.

Din analiza de mai sus a procesului de înfășurare, se poate observa că înfășurarea miezului electric conține două verigi inevitabile: împingerea acului și tragerea acului.
Procesul de împingere a acului: cele două role de ace se extind sub acțiunea împingerii cilindrului acului, prin ambele părți ale diafragmei, cele două role de ace formate prin combinația dintre cilindrul acului introdus în manșon, rolele de ace aproape de a prinde diafragma, în același timp, cele două suluri de ace se îmbină pentru a forma o formă practic simetrică, ca miez al înfășurării miezului.

Schema schematică a procesului de împingere a acului

Procesul de pompare a acului: după terminarea înfășurării miezului, cele două ace sunt retrase sub acțiunea cilindrului de pompare a acului, cilindrul acului este retras din manșon, bila din dispozitivul acului închide acul sub acțiunea arcului, iar cele două ace sunt înfăşurate în direcţii opuse, iar dimensiunea capătului liber al acului este redusă pentru a forma un anumit spaţiu între ac şi suprafaţa interioară a miezului, iar cu acul retras faţă de manşonul de reţinere, acele şi miezul poate fi ușor separat.

Schema schematică a procesului de extracție a acului

„Acul” în procesul de împingere și tragere a acului de mai sus se referă la acul, care, ca componentă de bază a mașinii de bobinat, are un impact semnificativ asupra vitezei de înfășurare și a calității miezului. În prezent, majoritatea mașinilor de bobinat folosesc ace rotunde, ovale și plate în formă de diamant. Pentru acele rotunde și ovale, datorită existenței unui anumit arc, va duce la deformarea urechii pol a miezului, în procesul ulterior de presare a miezului, dar, de asemenea, ușor de provocat încrețirea internă și deformarea miezului. În ceea ce privește acele plate în formă de diamant, din cauza diferenței mari de dimensiune dintre axele lungi și scurte, tensiunea piesei polare și a diafragmei variază semnificativ, necesitând motorului de antrenare să înfășoare la viteze variabile, ceea ce face procesul dificil de controlat, iar viteza de înfășurare este de obicei scăzută.

Schema schematică a acelor de înfășurare comune

Luați ca exemplu cel mai complicat și obișnuit ac plat în formă de diamant, în procesul de înfășurare și rotire, piesele polare pozitive și negative și diafragma sunt întotdeauna înfășurate în jurul celor șase colțuri ale B, C, D, E, F și G ca punct de sprijin.

Schema de rotație a acului de înfășurare plat în formă de romb

Prin urmare, procesul de înfășurare poate fi împărțit în înfășurare segmentară cu OB, OC, OD, OE, OF, OG ca rază și trebuie doar să analizăm modificarea vitezei liniei în cele șapte intervale unghiulare între θ0, θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6 și θ7, pentru a descrie complet cantitativ procesul de rotație ciclică a acului de înfășurare.

Diagrama schematică a diferitelor unghiuri de rotație a acului

Pe baza relației trigonometrice, se poate deriva relația corespunzătoare.

Din ecuația de mai sus, este ușor de observat că atunci când acul de înfășurare este înfășurat la o viteză unghiulară constantă, viteza liniară a înfășurării și unghiul format între punctul de sprijin al acului și piesele polare pozitive și negative și diafragma sunt într-o relaţie de funcţie segmentată. Relația de imagine dintre cele două este simulată de Matlab după cum urmează:

Modificări ale vitezei de înfășurare la diferite unghiuri

Este evident intuitiv că raportul dintre viteza liniară maximă și viteza liniară minimă în procesul de înfășurare a acului plat în formă de diamant din figură poate fi de peste 10 ori. O astfel de schimbare uriașă a vitezei liniei va aduce fluctuații mari ale tensiunii electrozilor pozitivi și negativi și ale diafragmei, care este cauza principală a fluctuațiilor tensiunii înfășurării. Fluctuația excesivă a tensiunii poate duce la întinderea diafragmei în timpul procesului de înfășurare, la contracția diafragmei după înfășurare și la distanțare mică a straturilor la colțurile din interiorul miezului după presarea miezului. În procesul de încărcare, expansiunea piesei polare face ca stresul în direcția lățimii miezului să nu fie concentrat, rezultând un moment de încovoiere, ducând la distorsiunea piesei polare, iar bateria cu litiu pregătită apare în cele din urmă „S "deformare.

Imagine CT și diagramă de dezasamblare a miezului deformat „S”.

În prezent, pentru a rezolva problema calității proaste a miezului (în principal deformarea) cauzată de forma acului de înfășurare, se folosesc de obicei două metode: înfășurarea cu tensiune variabilă și înfășurarea cu viteză variabilă.

1. Înfășurare cu tensiune variabilă: Luați ca exemplu bateria cilindrică, la o viteză unghiulară constantă, viteza liniară crește odată cu numărul de straturi de înfășurare, ceea ce duce la creșterea tensiunii. Înfășurare de tensiune variabilă, adică prin sistemul de control al tensiunii, astfel încât tensiunea aplicată piesei polare sau diafragmei cu creșterea numărului de straturi de înfășurare și reducerea liniară, astfel încât, în cazul vitezei de rotație constante, dar încă poate faceți întregul proces de înfășurare a tensiunii pe cât posibil pentru a menține o constantă. Un număr mare de experimente de înfășurare cu tensiune variabilă au condus la următoarele concluzii:
o. Cu cât tensiunea înfășurării este mai mică, cu atât este mai bun efectul de îmbunătățire asupra deformării miezului.
b. În timpul înfășurării cu viteză constantă, pe măsură ce diametrul miezului crește, tensiunea scade liniar cu un risc mai mic de deformare decât în ​​cazul înfășurării cu tensiune constantă.
2. Înfășurare cu viteză variabilă: Luați ca exemplu celula pătrată, se folosește de obicei un ac plat de înfășurare în formă de romb. Când acul este înfășurat la o viteză unghiulară constantă, viteza liniară fluctuează semnificativ, rezultând diferențe mari în distanța dintre straturi la colțurile miezului. În acest moment, nevoia de schimbare a vitezei liniare deducerea inversă a legii schimbării vitezei de rotație, adică înfășurarea vitezei de rotație cu schimbarea și modificarea unghiului, pentru a realiza procesul de înfășurare a fluctuațiilor vitezei liniare la fel de mici pe cât posibil, astfel încât să se asigure că fluctuațiile de tensiune în intervalul de valoare de amplitudine mică.

Pe scurt, forma acului de înfășurare poate afecta planeitatea urechii polului (randamentul miezului și performanța electrică), viteza de înfășurare (productivitate), uniformitatea tensiunii interne a miezului (probleme de deformare a aspectului) și așa mai departe. Pentru bateriile cilindrice se folosesc de obicei ace rotunde; pentru bateriile pătrate, se folosesc de obicei ace eliptice sau plate rombice (în unele cazuri, se pot folosi și ace rotunde pentru a înfășura și aplatiza miezul pentru a forma un miez pătrat). În plus, o cantitate mare de date experimentale arată că calitatea nucleelor ​​are un impact important asupra performanței electrochimice și a performanței de siguranță a bateriei finale.

Pe baza acesteia, am rezolvat câteva preocupări și precauții cheie în procesul de înfășurare a bateriilor cu litiu, în speranța de a evita pe cât posibil operațiunile necorespunzătoare în procesul de bobinare, astfel încât să se fabrice baterii cu litiu care să îndeplinească cerințele de calitate.

Pentru a vizualiza defectele miezului, miezul poate fi scufundat în rășină epoxidice AB pentru întărire, iar apoi secțiunea transversală poate fi tăiată și lustruită cu șmirghel. Cel mai bine este să observați probele pregătite la microscop sau la microscop electronic cu scanare, astfel încât să obțineți maparea defectelor interne a miezului.

Harta defectelor interne a miezului
(a) Figura arată un miez calificat fără defecte interne evidente.
(b) În figură, piesa polară este în mod evident răsucită și deformată, ceea ce poate fi legat de tensiunea înfășurării, tensiunea este prea mare pentru a provoca încrețirea piesei polare, iar acest tip de defecte vor face ca interfața bateriei să se deterioreze și litiu precipitații, care vor deteriora performanța bateriei.
(c) Există o substanță străină între electrod și diafragmă din figură. Acest defect poate duce la auto-descărcare gravă și chiar poate cauza probleme de siguranță, dar de obicei poate fi detectat în testul Hi-pot.
(d) Electrodul din figură are un model de defect negativ și pozitiv, care poate duce la o capacitate scăzută sau la precipitarea litiului.
(e) Electrodul din figură are praf amestecat în interior, ceea ce poate duce la creșterea autodescărcării bateriei.

În plus, defectele din interiorul miezului pot fi caracterizate și prin teste nedistructive, cum ar fi testarea cu raze X și CT utilizate în mod obișnuit. Următoarea este o scurtă introducere la unele defecte de bază comune ale procesului:

1. Acoperire slabă a piesei polare: piesa polară negativă locală nu este acoperită complet cu piesă polară pozitivă, ceea ce poate duce la deformarea bateriei și precipitarea litiului, ceea ce duce la potențiale pericole de siguranță.

2. Deformarea piesei polare: piesa polară este deformată prin extrudare, ceea ce poate declanșa un scurtcircuit intern și poate aduce probleme serioase de siguranță.

Este de menționat faptul că, în 2017, senzaționalul caz de explozie a telefonului mobil samsung note7, rezultatul investigației se datorează faptului că electrodul negativ din interiorul bateriei este stors pentru a provoca un scurtcircuit intern, provocând astfel explozia bateriei, accidentul a provocat electronice Samsung pierderi de peste 6 miliarde de dolari.

3. Materiile străine metalice: corpurile străine metalice sunt performanța ucigașului bateriei litiu-ion, pot proveni din pastă, echipamente sau mediu. Particulele mai mari de materii străine metalice pot provoca în mod direct un scurtcircuit fizic, iar atunci când corpurile străine metalice sunt amestecate în electrodul pozitiv, acestea vor fi oxidate și apoi depuse pe suprafața electrodului negativ, străpungând diafragma și provocând, în cele din urmă, un scurtcircuit în baterie, ceea ce reprezintă un pericol grav pentru siguranță. Materiile străine metalice comune sunt Fe, Cu, Zn, Sn și așa mai departe.

Mașina de înfășurare a bateriei cu litiu este utilizată pentru înfășurarea celulelor bateriei cu litiu, care este un fel de echipament pentru asamblarea foii de electrod pozitiv, a foii de electrod negativ și a diafragmei într-un pachet de miez (JR: JellyRoll) prin rotație continuă. Echipamentele interne de fabricare a înfășurării au început în 2006, de la înfășurare rotundă semi-automată, semi-automată pătrată, producție automată de film și apoi s-a dezvoltat în automatizare combinată, mașină de bobinat film, mașină de bobinat cu tăiere cu laser, mașină de bobinat continuu anod, bobinare continuă cu diafragmă mașină și așa mai departe.

Aici, recomandăm în special mașina de înfășurare și împingere plată cu tăiere cu laser Yixinfeng. Această mașină combină tehnologia avansată de tăiere cu laser, procesul de înfășurare eficient și funcția de împingere precisă, ceea ce poate îmbunătăți considerabil eficiența producției și calitatea bateriei cu litiu. Are următoarele avantaje semnificative:


1. Tăiere cu matriță de înaltă precizie: Asigurați dimensiunea precisă a piesei polare și a diafragmei, reduceți risipa de material și îmbunătățiți consistența bateriei.
2. Înfășurare stabilă: Mecanismul de înfășurare optimizat și sistemul de control asigură o structură centrală strânsă și stabilă, reduce rezistența internă și îmbunătățește performanța bateriei.
3. Nivelare de înaltă eficiență: Designul unic de nivelare face suprafața miezurilor plană, reduce stresul intern neuniform și prelungește durata de viață a bateriei.
4. Control inteligent: Echipat cu interfață avansată de interacțiune om-calculator, realizează setarea precisă a parametrilor și monitorizarea în timp real, operarea ușoară și întreținerea ușoară.
5. Gamă largă de compatibilitate: poate face, de asemenea, 18, 21, 32, 46, 50, 60 toate modelele de celule de baterie, pentru a satisface nevoile dvs. diverse de producție.

Echipament pentru baterii cu litiu - ion
Alegeți mașina de tăiat, înfășurat și împins cu laser Yixinfeng pentru a aduce o calitate și eficiență mai ridicate pentru producția dvs. de baterii cu litiu!