Stroj na navíjanie lítiových batérií: Princípy, kľúčové procesy a pokyny na kontrolu kvality

Vo výrobnom procese lítium-iónových batérií zvyčajne existuje niekoľko spôsobov, ako rozdeliť proces. Proces možno rozdeliť do troch hlavných procesov: výroba elektród, proces montáže a testovanie článkov (ako je znázornené na obrázku nižšie) a existujú aj spoločnosti, ktoré ho delia na procesy pred navíjaním a po navíjaní, pričom tento demarkačný bod je proces navíjania. Vďaka svojej silnej integračnej funkcii môže spôsobiť, že vzhľad batérie bude počiatočným tvarovaním, takže proces navíjania pri výrobe lítium-iónových batérií ako kľúčová úloha je kľúčom, proces navíjania produkovaný valcovaným jadrom sa často označuje ako holý batériový článok (Jelly-Roll, označovaný ako JR).

Proces výroby lítium-iónových batérií
V procese výroby lítium-iónových batérií je proces navíjania jadra znázornený nasledovne. Špecifická operácia je zvinúť kladný pólový nástavec, záporný pólový nástavec a izolačnú fóliu dohromady cez ihlový mechanizmus navíjacieho stroja a priľahlé kladné a záporné pólové nástavce sú izolované izolačnou fóliou, aby sa zabránilo skratu. Po dokončení navíjania sa jadro zafixuje uzatváracím lepiacim papierom, aby sa zabránilo rozpadnutiu jadra, a potom prúdi do ďalšieho procesu. V tomto procese je kľúčové zabezpečiť, aby nedošlo k fyzickému kontaktu medzi kladnými a zápornými elektródami a aby vrstva zápornej elektródy mohla úplne zakryť vrstvu kladnej elektródy v horizontálnom aj vertikálnom smere.

Schematický diagram procesu navíjania
V procese navíjania jadra vo všeobecnosti dva valcové kolíky zvierajú dve vrstvy membrány na predbežné navíjanie a potom postupne posúvajú kladný alebo záporný pólový nástavec a pólový nástavec je upnutý medzi dve vrstvy membrány na navíjanie. V pozdĺžnom smere jadra membrána presahuje zápornú membránu a záporná membrána presahuje kladnú membránu, aby sa zabránilo kontaktnému skratu medzi kladnou a zápornou membránou.

Schematický diagram upínacej membrány navíjacej ihly

Fyzický výkres automatického navíjacieho stroja

Navíjací stroj je kľúčovým zariadením na realizáciu procesu navíjania jadra. Podľa vyššie uvedeného diagramu sú jeho hlavné komponenty a funkcie nasledovné:

1. Systém napájania pólových nástavcov: dopravte kladný a záporný pólový nástavec pozdĺž vodiacej koľajnice k dvom vrstvám membrány medzi stranou AA a stranou BB, aby sa zabezpečila stabilná dodávka pólových nástavcov.
2. Systém odvíjania membrány: Obsahuje hornú a dolnú membránu na realizáciu automatického a nepretržitého dodávania membrán k navíjacej ihle.
3. Systém kontroly napätia: na kontrolu konštantného napätia membrány počas procesu navíjania.
4. Systém navíjania a lepenia: na lepenie a upevnenie jadier po navinutí.
5. Vykladací dopravníkový systém: Automaticky demontujte jadrá z ihiel a pustite ich na automatický dopravníkový pás.
6. Nožný spínač: Ak nenastane žiadny abnormálny stav, zošliapnite nožný spínač, aby ste ovládali normálnu činnosť navíjania.
7. Interakčné rozhranie človek-počítač: s nastavením parametrov, ručným ladením, výzvami na alarm a ďalšími funkciami.

Z vyššie uvedenej analýzy procesu navíjania je možné vidieť, že vinutie elektrického jadra obsahuje dve nevyhnutné spojenia: zatlačenie ihly a vytiahnutie ihly.
Proces zatlačenia ihly: dva valčeky ihiel sa pôsobením zatlačenia ihlového valca vysunú cez obe strany membrány, dva valčeky ihiel tvorené kombináciou ihlového valca vloženého do objímky, valčeky ihiel tesne pri zovretí membrány, súčasne sa dva zvitky ihiel spájajú a vytvárajú v podstate symetrický tvar ako jadro vinutia jadra.

Schematický diagram procesu vtláčania ihly

Proces pumpovania ihly: po dokončení navíjania jadra sa obe ihly zatiahnu pôsobením valca na pumpovanie ihly, valec ihly sa vytiahne z objímky, gulička v ihlovom zariadení zatvorí ihlu pôsobením pružiny, a dve ihly sú stočené v opačných smeroch a veľkosť voľného konca ihly je zmenšená, aby sa vytvorila určitá medzera medzi ihlou a vnútorným povrchom jadra, a keď je ihla zatiahnutá vzhľadom na prídržnú objímku, ihly a jadro sa dá hladko oddeliť.

Schematický diagram procesu extrakcie ihly

"Ihla" v procese zatláčania a vyťahovania ihly vyššie označuje ihlu, ktorá ako jadrová súčasť navíjacieho stroja má významný vplyv na rýchlosť navíjania a kvalitu jadra. V súčasnosti väčšina navíjacích strojov používa okrúhle, oválne a ploché ihly v tvare diamantu. U okrúhlych a oválnych ihiel v dôsledku existencie určitého oblúka dôjde k deformácii pólového ucha jadra, v následnom procese lisovania jadra, ale aj k ľahkému vnútornému zvrásneniu a deformácii jadra. Čo sa týka plochých kosoštvorcových ihiel, v dôsledku veľkého rozdielu veľkosti medzi dlhou a krátkou osou sa napätie pólového nástavca a membrány výrazne mení, čo si vyžaduje, aby sa hnací motor navíjal premenlivou rýchlosťou, čo sťažuje riadenie procesu, a rýchlosť navíjania je zvyčajne nízka.

Schematický diagram bežných navíjacích ihiel

Vezmite si ako príklad najkomplikovanejšiu a najbežnejšiu plochú ihlu v tvare diamantu, v procese jej navíjania a otáčania sú kladné a záporné pólové nástavce a membrána vždy ovinuté okolo šiestich rohových bodov B, C, D, E, F. a G ako oporný bod.

Schematický diagram rotácie plochej kosoštvorcovej ihly vinutia

Preto je možné proces navíjania rozdeliť na segmentové navíjanie s polomerom OB, OC, OD, OE, OF, OG a stačí analyzovať zmenu rýchlosti linky v siedmich uhlových rozsahoch medzi θ0, θ1, θ2, 93, 94, 95, 66 a 97, aby sa úplne kvantitatívne opísal proces cyklického otáčania navíjacej ihly.

Schematický diagram rôznych uhlov otáčania ihly

Na základe goniometrického vzťahu možno odvodiť zodpovedajúci vzťah.

Z vyššie uvedenej rovnice je ľahké vidieť, že keď je navíjacia ihla navíjaná konštantnou uhlovou rýchlosťou, lineárna rýchlosť navíjania a uhol vytvorený medzi podperným bodom ihly a kladným a záporným pólovým nástavcom a membránou sú vo vzťahu segmentovanej funkcie. Vzťah obrazu medzi nimi simuluje Matlab takto:

Zmeny rýchlosti navíjania v rôznych uhloch

Je intuitívne zrejmé, že pomer maximálnej lineárnej rýchlosti k minimálnej lineárnej rýchlosti v procese navíjania plochej ihly v tvare diamantu na obrázku môže byť viac ako 10-násobný. Takáto obrovská zmena rýchlosti linky spôsobí veľké kolísanie napätia kladných a záporných elektród a membrány, čo je hlavnou príčinou kolísania napätia vinutia. Nadmerné kolísanie napätia môže viesť k natiahnutiu membrány počas procesu navíjania, zmršťovaniu membrány po navinutí a malým rozostupom vrstiev v rohoch vo vnútri jadra po stlačení jadra. V procese nabíjania roztiahnutie pólového nástavca spôsobí, že napätie v smere šírky jadra nie je sústredené, čo má za následok ohybový moment, ktorý má za následok skreslenie pólového nástavca a pripravená lítiová batéria sa nakoniec objaví „S "deformácia.

CT snímka a schéma demontáže „S“ deformovaného jadra

V súčasnosti sa na vyriešenie problému zlej kvality jadra (hlavne deformácie) spôsobenej tvarom navíjacej ihly zvyčajne používajú dva spôsoby: navíjanie s premenlivým ťahom a navíjanie s premenlivou rýchlosťou.

1. Vinutie s premenlivým napätím: Vezmite si ako príklad valcovú batériu, pri konštantnej uhlovej rýchlosti sa lineárna rýchlosť zvyšuje s počtom vrstiev vinutia, čo vedie k zvýšeniu napätia. Vinutie s premenlivým napätím, to znamená prostredníctvom systému riadenia napätia, takže napätie aplikované na pólový nástavec alebo membránu so zvyšovaním počtu vrstiev vinutia a lineárnou redukciou, takže v prípade konštantnej rýchlosti otáčania, ale stále môže urobte celý proces navíjania napätia pokiaľ možno tak, aby sa udržal konštantný. Veľký počet experimentov s vinutím s premenlivým napätím viedol k týmto záverom:
a. Čím menšie je napätie vinutia, tým lepší je účinok na zlepšenie deformácie jadra.
b. Pri navíjaní konštantnou rýchlosťou, keď sa priemer jadra zväčšuje, napätie lineárne klesá s nižším rizikom deformácie ako pri navíjaní konštantným ťahom.
2. Navíjanie s premenlivou rýchlosťou: Ako príklad si vezmite štvorcovú bunku, zvyčajne sa používa plochá navíjacia ihla v tvare diamantu. Keď je ihla navíjaná konštantnou uhlovou rýchlosťou, lineárna rýchlosť výrazne kolíše, čo má za následok veľké rozdiely vo vzdialenosti vrstiev v rohoch jadra. V tomto čase potreba lineárnych zmien rýchlosti spätného odpočtu zákona o zmene rýchlosti otáčania, to znamená navíjanie rýchlosti otáčania so zmenou a zmenou uhla, aby sa proces navíjania kolísania lineárnej rýchlosti realizoval ako malý. pokiaľ je to možné, aby sa zabezpečilo, že napätie kolíše v rozsahu malej hodnoty amplitúdy.

Stručne povedané, tvar navíjacej ihly môže ovplyvniť rovinnosť ucha pólu (výťažok jadra a elektrický výkon), rýchlosť navíjania (produktivita), rovnomernosť vnútorného napätia jadra (problémy s deformáciou vzhľadu) atď. Pri cylindrických batériách sa zvyčajne používajú okrúhle ihly; pre štvorcové batérie sa zvyčajne používajú eliptické alebo ploché kosoštvorcové ihly (v niektorých prípadoch sa dajú použiť aj okrúhle ihly na navíjanie a sploštenie jadra do tvaru štvorcového jadra). Okrem toho veľké množstvo experimentálnych údajov ukazuje, že kvalita jadier má dôležitý vplyv na elektrochemický výkon a bezpečnostný výkon finálnej batérie.

Na základe toho sme vyriešili niektoré kľúčové obavy a preventívne opatrenia v procese navíjania lítiových batérií v nádeji, že sa čo najviac vyhneme nesprávnym operáciám v procese navíjania, aby sme vyrobili lítiové batérie, ktoré spĺňajú požiadavky na kvalitu.

Za účelom vizualizácie defektov jadra môže byť jadro ponorené do epoxidovej živice AB lepidla na vytvrdenie a potom môže byť prierez rezaný a leštený brúsnym papierom. Najlepšie je pozorovať pripravené vzorky pod mikroskopom alebo rastrovacím elektrónovým mikroskopom, aby sa získalo mapovanie vnútorných defektov jadra.

Mapa vnútorných defektov jadra
(a) Obrázok ukazuje kvalifikované jadro bez zjavných vnútorných defektov.
(b) Na obrázku je pólový nástavec zjavne skrútený a deformovaný, čo môže súvisieť s napätím vinutia, napätie je príliš veľké na to, aby spôsobilo pokrčenie pólového nástavca, a tento druh defektov spôsobí zhoršenie rozhrania batérie a lítium zrážok, ktoré zhoršia výkon batérie.
(c) Medzi elektródou a membránou na obrázku je cudzia látka. Táto chyba môže viesť k vážnemu samovybíjaniu a dokonca spôsobiť bezpečnostné problémy, ale zvyčajne sa dá zistiť pri teste Hi-pot.
(d) Elektróda na obrázku má negatívny a pozitívny vzor defektu, čo môže viesť k nízkej kapacite alebo k zrážaniu lítia.
(e) Elektróda na obrázku má vo vnútri zmiešaný prach, čo môže viesť k zvýšenému samovybíjaniu batérie.

Okrem toho môžu byť defekty vo vnútri jadra charakterizované aj nedeštruktívnym testovaním, ako je bežne používané röntgenové a CT testovanie. Nasleduje stručný úvod k niektorým bežným chybám základných procesov:

1. Slabé pokrytie pólového nástavca: lokálny záporný pólový nástavec nie je úplne zakrytý kladným pólovým nástavcom, čo môže viesť k deformácii batérie a zrážaniu lítia, čo môže mať za následok potenciálne bezpečnostné riziká.

2. Deformácia pólového nástavca: pólový nástavec sa deformuje vytláčaním, čo môže spôsobiť vnútorný skrat a spôsobiť vážne bezpečnostné problémy.

Stojí za zmienku, že v roku 2017, senzačný prípad výbuchu mobilného telefónu samsung note7, výsledok vyšetrovania je spôsobený stlačením zápornej elektródy vo vnútri batérie, čo spôsobí vnútorný skrat, čo spôsobí výbuch batérie, nehodu spôsobila elektronika samsung stratu viac ako 6 miliárd dolárov.

3. Kovové cudzie látky: kovové cudzie látky sú výkon lítium-iónových batérií, môžu pochádzať z pasty, zariadenia alebo prostredia. Väčšie častice kovovej cudzorodej látky môžu priamo spôsobiť fyzický skrat a keď sa kovová cudzia látka primieša do kladnej elektródy, zoxiduje sa a potom sa usadí na povrchu zápornej elektródy, prepichne membránu a v konečnom dôsledku spôsobí vnútornú skrat v batérii, čo predstavuje vážne bezpečnostné riziko. Bežné kovové cudzie látky sú Fe, Cu, Zn, Sn atď.

Stroj na navíjanie lítiových batérií sa používa na navíjanie článkov lítiovej batérie, čo je druh zariadenia na zostavenie listu kladných elektród, listu záporných elektród a membrány do jadrového bloku (JR: JellyRoll) nepretržitou rotáciou. Zariadenie na výrobu domáceho navíjania sa začalo v roku 2006, od poloautomatického kruhového, poloautomatického štvorcového navíjania, automatizovanej výroby fólie a potom sa vyvinulo do kombinovanej automatizácie, stroja na navíjanie fólie, laserového vysekávacieho navíjacieho stroja, anódového nepretržitého navíjacieho stroja, membránového nepretržitého navíjania stroj, a tak ďalej.

Tu odporúčame najmä laserový vysekávací stroj Yixinfeng na navíjanie a tlačenie plochého stroja. Tento stroj kombinuje pokročilú technológiu laserového vysekávania, efektívny proces navíjania a presnú funkciu tlačenia, čo môže výrazne zlepšiť efektivitu výroby a kvalitu lítiovej batérie. Má nasledujúce významné výhody:


1. Vysoko presné vysekávanie: Zabezpečte presnú veľkosť pólového nástavca a membrány, znížte plytvanie materiálom a zlepšite konzistenciu batérie.
2. Stabilné navíjanie: Optimalizovaný mechanizmus navíjania a riadiaci systém zaisťuje pevnú a stabilnú štruktúru jadra, znižuje vnútorný odpor a zlepšuje výkon batérie.
3. Vysokoúčinné vyrovnávanie: Jedinečný dizajn vyrovnávania robí povrch jadier plochým, znižuje nerovnomerné vnútorné napätie a predlžuje životnosť batérie.
4. Inteligentné ovládanie: Vybavené pokročilým interakčným rozhraním človek-počítač, realizuje presné nastavenie parametrov a monitorovanie v reálnom čase, jednoduchú obsluhu a jednoduchú údržbu.
5. Široká škála kompatibility: môže tiež robiť 18, 21, 32, 46, 50, 60 všetkých modelov batériových článkov, aby vyhovoval vašim rôznorodým výrobným potrebám.

Vybavenie lítium-iónových batérií
Vyberte si laserový vysekávací, navíjací a lisovací stroj Yixinfeng, aby ste pri výrobe lítiových batérií priniesli vyššiu kvalitu a efektivitu!