Stroj za navijanje litijeve baterije: načela, ključni procesi in smernice za nadzor kakovosti

V procesu izdelave litij-ionskih baterij je običajno več načinov za razdelitev procesa. Postopek lahko razdelimo na tri glavne postopke: proizvodnjo elektrod, postopek sestavljanja in testiranje celic (kot je prikazano na spodnji sliki), obstajajo pa tudi podjetja, ki ga delijo na postopke pred navijanjem in po navijanju, ta razmejitvena točka pa je postopek navijanja. Zaradi svoje močne integracijske funkcije lahko naredi videz baterije začetnega oblikovanja, tako da je postopek navijanja pri proizvodnji litij-ionske baterije ključnega pomena, postopek navijanja, ki ga proizvaja valjano jedro, se pogosto imenuje golo baterijska celica (Jelly-Roll, imenovana JR).

Postopek izdelave litij-ionske baterije
V procesu izdelave litij-ionske baterije je postopek navijanja jedra prikazan na naslednji način. Posebna operacija je zvijanje pozitivnega pola, negativnega pola in izolacijske folije skupaj skozi igelni mehanizem navijalnega stroja, sosednji pozitivni in negativni pol pa sta izolirana z izolacijsko folijo, da se prepreči kratek stik. Po končanem navijanju se jedro fiksira z zapiralnim lepilnim papirjem, da prepreči razpadanje jedra, nato pa teče v naslednji postopek. Pri tem procesu je ključnega pomena zagotoviti, da med pozitivno in negativno elektrodo ni fizičnega stika in da lahko plošča negativne elektrode popolnoma prekrije ploščo pozitivne elektrode v vodoravni in navpični smeri.

Shematski prikaz postopka navijanja
V procesu navijanja jedra na splošno dva valjčna zatiča vpneta dve plasti diafragme za predhodno navijanje, nato pa izmenično napajata pozitivni ali negativni pol, pol pa je vpet med dve plasti membrane za navijanje. V vzdolžni smeri jedra diafragma presega negativno membrano, negativna membrana pa presega pozitivno membrano, da se prepreči kontaktni kratek stik med pozitivno in negativno diafragmo.

Shema diafragme za vpenjanje navijalne igle

Fizična risba avtomatskega navijalnega stroja

Stroj za navijanje je ključna oprema za izvedbo procesa navijanja jedra. Glede na zgornji diagram so njegove glavne komponente in funkcije naslednje:

1. Sistem napajanja polov: prenesite pozitivne in negativne polne kose vzdolž vodilne tirnice do dveh plasti membrane med stranjo AA in stranjo BB, da zagotovite stabilno napajanje polov.
2. Sistem za odvijanje diafragme: Vključuje zgornjo in spodnjo membrano za uresničitev samodejnega in neprekinjenega dovajanja diafragme na navijalno iglo.
3. Sistem za nadzor napetosti: za nadzor konstantne napetosti diafragme med postopkom navijanja.
4. Sistem navijanja in lepljenja: za lepljenje in pritrjevanje jeder po navijanju.
5. Razkladalni transportni sistem: Samodejno odstranite sredice iz igel in jih spustite na samodejni transportni trak.
6. Nožno stikalo: Če ni neobičajnega stanja, stopite na nožno stikalo, da nadzirate normalno delovanje navijanja.
7. Vmesnik za interakcijo med človekom in računalnikom: z nastavitvijo parametrov, ročnim odpravljanjem napak, alarmnimi pozivi in ​​drugimi funkcijami.

Iz zgornje analize procesa navijanja je razvidno, da navijanje električnega jedra vsebuje dva neizogibna člena: potiskanje igle in vlečenje igle.
Postopek potiskanja igle: oba zvitka igel se pod vplivom potiska raztezata na valj igle skozi obe strani diafragme, dva zvitka igel, ki nastaneta s kombinacijo cilindra igle, vstavljenega v tulec, zvitkov igel blizu vpenjanja diafragme se istočasno oba zvitka igel združita in tvorita v bistvu simetrično obliko, kot jedro navitja jedra.

Shematski prikaz postopka potiskanja igle

Postopek črpanja igle: po končanem navijanju jedra se igli umakneta pod delovanjem cilindra črpanja igle, valj igle se umakne iz tulca, krogla v napravi igle zapre iglo pod delovanjem vzmeti, in obe igli sta zviti v nasprotnih smereh, velikost prostega konca igle pa se zmanjša, da nastane določena vrzel med iglo in notranjo površino jedra, in ko je igla umaknjena glede na zadrževalni tulec, igle in jedro se lahko gladko loči.

Shematski diagram postopka ekstrakcije igle

"Igla" v procesu potiskanja in izvleka zgornje igle se nanaša na iglo, ki ima kot jedro navijalnega stroja pomemben vpliv na hitrost navijanja in kakovost jedra. Trenutno večina navijalnih strojev uporablja okrogle, ovalne in ploščate igle v obliki diamanta. Pri okroglih in ovalnih iglah bo zaradi obstoja določenega loka prišlo do deformacije polovnega ušesa jedra v kasnejšem procesu stiskanja jedra, lahko pa tudi povzroči notranje gubanje in deformacijo jedra. Kar zadeva ploščate igle v obliki diamanta, se zaradi velike razlike v velikosti med dolgo in kratko osjo napetost droga in membrane močno spreminja, kar zahteva, da se pogonski motor navija pri spremenljivih hitrostih, zaradi česar je proces težko nadzorovati, in hitrost navijanja je običajno nizka.

Shema običajnih igel za navijanje

Vzemimo za primer najbolj zapleteno in običajno ravno iglo v obliki diamanta, v procesu njenega navijanja in vrtenja se pozitivni in negativni pol ter diafragma vedno ovijeta okoli šestih kotnih točk B, C, D, E, F in G kot podporna točka.

Shematski diagram vrtenja navijalne igle v obliki ravne diamantne oblike

Zato lahko postopek navijanja razdelimo na segmentno navijanje z OB, OC, OD, OE, OF, OG kot polmerom in analizirati je treba samo spremembo hitrosti proge v sedmih kotnih območjih med θ0, θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6 in θ7, da bi popolnoma kvantitativno opisali ciklični rotacijski proces navijalne igle.

Shematski prikaz različnih kotov vrtenja igle

Na podlagi trigonometričnega razmerja je mogoče izpeljati ustrezno razmerje.

Iz zgornje enačbe je zlahka razvidno, da sta linearna hitrost navijanja in kot med oporno točko igle ter pozitivnim in negativnim polom ter diafragmo, ko je navijalna igla navita s konstantno kotno hitrostjo, enaka v razmerju segmentirane funkcije. Matlab simulira slikovno razmerje med obema na naslednji način:

Spremembe hitrosti navijanja pod različnimi koti

Intuitivno je očitno, da je razmerje med največjo linearno hitrostjo in najmanjšo linearno hitrostjo v procesu navijanja ploščate igle v obliki diamanta na sliki lahko več kot 10-krat. Tako velika sprememba v hitrosti proge bo povzročila velika nihanja v napetosti pozitivnih in negativnih elektrod ter diafragme, kar je glavni vzrok za nihanje napetosti navitja. Prekomerno nihanje napetosti lahko povzroči raztezanje membrane med postopkom navijanja, krčenje membrane po navijanju in majhen razmik med plastmi na vogalih znotraj jedra po stiskanju jedra. V procesu polnjenja raztezanje pola povzroči, da napetost v smeri širine jedra ni koncentrirana, kar ima za posledico upogibni moment, kar povzroči deformacijo pola in pripravljena litijeva baterija se sčasoma pojavi "S "deformacija.

CT slika in diagram demontaže "S" deformiranega jedra

Trenutno se za rešitev problema slabe kakovosti jedra (predvsem deformacije), ki ga povzroča oblika igle za navijanje, običajno uporabljata dve metodi: navijanje s spremenljivo napetostjo in navijanje s spremenljivo hitrostjo.

1. Navitje s spremenljivo napetostjo: Vzemimo za primer cilindrično baterijo, pri konstantni kotni hitrosti se linearna hitrost povečuje s številom plasti navitja, kar vodi do povečanja napetosti. Navitje s spremenljivo napetostjo, to je prek sistema za nadzor napetosti, tako da se napetost nanaša na pol ali membrano s povečanjem števila plasti navitja in linearnim zmanjšanjem, tako da v primeru konstantne hitrosti vrtenja, vendar še vedno lahko naredite celoten proces navijanja napetosti, kolikor je mogoče, da ohranite konstanto. Veliko število poskusov navijanja s spremenljivo napetostjo je privedlo do naslednjih zaključkov:
a. Manjša kot je napetost navitja, boljši je učinek izboljšanja deformacije jedra.
b. Med navijanjem s konstantno hitrostjo se z večanjem premera jedra napetost linearno zmanjšuje z manjšim tveganjem deformacije kot pri navijanju s konstantno napetostjo.
2. Navijanje s spremenljivo hitrostjo: kot primer vzemite kvadratno celico, običajno se uporablja ravna navijalna igla v obliki diamanta. Ko je igla navita s konstantno kotno hitrostjo, linearna hitrost znatno niha, kar povzroči velike razlike v razmiku plasti na vogalih jedra. V tem času se potreba po spremembah linearne hitrosti obrne na odbitek zakona o spremembi vrtilne hitrosti, to je navijanje vrtilne hitrosti s spremembo in spremembo kota, da se uresniči proces navijanja linearnih nihanj hitrosti kot majhen kolikor je mogoče, da se zagotovi nihanje napetosti v območju majhne vrednosti amplitude.

Skratka, oblika igle za navijanje lahko vpliva na ravnost ušesa droga (izkoristek jedra in električna zmogljivost), hitrost navijanja (produktivnost), enotnost notranjih napetosti jedra (problemi z deformacijo videza) itd. Za cilindrične baterije se običajno uporabljajo okrogle igle; za kvadratne baterije se običajno uporabljajo eliptične ali ploščate rombaste igle (v nekaterih primerih se lahko uporabljajo tudi okrogle igle za navijanje in sploščitev jedra, da se oblikuje kvadratno jedro). Poleg tega velika količina eksperimentalnih podatkov kaže, da kakovost jeder pomembno vpliva na elektrokemično zmogljivost in varnost končne baterije.

Na podlagi tega smo razvrstili nekaj ključnih pomislekov in previdnostnih ukrepov v procesu navijanja litijevih baterij, v upanju, da se bomo čim bolj izognili nepravilnim operacijam v procesu navijanja, da bi izdelali litijeve baterije, ki izpolnjujejo zahteve glede kakovosti.

Da bi vizualizirali napake jedra, lahko jedro potopimo v epoksidno smolo AB lepilo za utrjevanje, nato pa lahko prečni prerez odrežemo in poliramo z brusnim papirjem. Najbolje je, da pripravljene vzorce opazujete pod mikroskopom ali vrstičnim elektronskim mikroskopom, da dobite preslikavo notranjih napak jedra.

Karta notranjih napak jedra
(a) Slika prikazuje kvalificirano jedro brez očitnih notranjih napak.
(b) Na sliki je pol očitno zvit in deformiran, kar je lahko povezano z napetostjo navitja, napetost je prevelika, da bi povzročila gubanje pola, zaradi te vrste napak pa se bo vmesnik baterije poslabšal in litij padavine, ki bodo poslabšale delovanje baterije.
(c) Med elektrodo in diafragmo na sliki je tujek. Ta napaka lahko privede do resnega samopraznjenja in celo povzroči varnostne težave, vendar jo je običajno mogoče zaznati pri Hi-pot testu.
(d) Elektroda na sliki ima negativen in pozitiven vzorec napake, kar lahko povzroči nizko kapaciteto ali obarjanje litija.
(e) Elektroda na sliki ima v notranjosti pomešan prah, kar lahko povzroči povečano samopraznjenje baterije.

Poleg tega je mogoče napake v jedru označiti tudi z nedestruktivnim testiranjem, kot sta običajno uporabljena rentgenska in CT preiskava. Sledi kratek uvod v nekatere pogoste napake v jedrnem procesu:

1. Slaba pokritost pola: lokalni negativni pol ni v celoti pokrit s pozitivnim polom, kar lahko povzroči deformacijo baterije in izločanje litija, kar lahko povzroči morebitne varnostne nevarnosti.

2. Deformacija pola: pol se deformira z iztiskanjem, kar lahko povzroči notranji kratek stik in povzroči resne varnostne težave.

Omeniti velja, da je leta 2017 senzacionalno ohišje za mobilni telefon samsung note7 z eksplozijo, rezultat preiskave je posledica stiskanja negativne elektrode v bateriji, ki povzroči notranji kratek stik, kar povzroči eksplozijo baterije, nesrečo je povzročila elektronika samsung izguba več kot 6 milijard dolarjev.

3. Kovinski tujki: kovinski tujki so uničevalci litij-ionskih baterij, lahko izvirajo iz paste, opreme ali okolja. Večji delci kovinskih tujkov lahko neposredno povzročijo fizični kratek stik, in ko se kovinski tujki vmešajo v pozitivno elektrodo, bodo oksidirani in se nato odložijo na površino negativne elektrode, predrejo diafragmo in na koncu povzročijo notranjo kratkega stika v bateriji, ki resno ogroža varnost. Običajni kovinski tujki so Fe, Cu, Zn, Sn in tako naprej.

Stroj za navijanje litijevih baterij se uporablja za navijanje litijevih baterijskih celic, ki je nekakšna oprema za sestavljanje plošče pozitivne elektrode, plošče negativne elektrode in membrane v jedrni paket (JR: JellyRoll) z neprekinjenim vrtenjem. Domača proizvodna oprema za navijanje se je začela leta 2006, od polavtomatskega okroglega, polavtomatskega kvadratnega navijanja, avtomatizirane proizvodnje filma, nato pa se je razvila v kombinirano avtomatizacijo, stroj za navijanje filma, stroj za lasersko izsekovanje, stroj za neprekinjeno navijanje anode, neprekinjeno navijanje diafragme stroj, in tako naprej.

Tukaj še posebej priporočamo Yixinfeng laserski stroj za navijanje in potiskanje. Ta stroj združuje napredno tehnologijo laserskega izrezovanja, učinkovit postopek navijanja in natančno funkcijo potiskanja, kar lahko močno izboljša proizvodno učinkovitost in kakovost litijeve baterije. Ima naslednje pomembne prednosti:


1. Visoko natančno izrezovanje: Zagotovite natančno velikost pola in membrane, zmanjšajte odpad materiala in izboljšajte konsistenco baterije.
2. Stabilno navijanje: optimiziran navijalni mehanizem in nadzorni sistem zagotavljata tesno in stabilno strukturo jedra, zmanjšuje notranji upor in izboljšuje delovanje baterije.
3. Visoko učinkovito izravnavanje: Edinstvena zasnova izravnave naredi površino jeder ravno, zmanjša neenakomerno notranjo napetost in podaljša življenjsko dobo baterije.
4. Inteligentni nadzor: Opremljen z naprednim vmesnikom za interakcijo med človekom in računalnikom, omogoča natančno nastavitev parametrov in spremljanje v realnem času, enostavno upravljanje in enostavno vzdrževanje.
5. Širok razpon združljivosti: lahko tudi 18, 21, 32, 46, 50, 60 vseh modelov baterijskih celic, da zadovolji vaše raznolike proizvodne potrebe.

Litij-ionska baterijska oprema
Izberite laserski stroj za izrezovanje, navijanje in potiskanje Yixinfeng, da zagotovite višjo kakovost in učinkovitost za proizvodnjo litijevih baterij!