Машина за намотавање литијумске батерије: принципи, кључни процеси и смернице за контролу квалитета

У процесу производње литијум-јонских батерија, обично постоји неколико начина да се процес подели. Процес се може поделити на три главна процеса: производња електрода, процес монтаже и тестирање ћелија (као што је приказано на слици испод), а постоје и компаније које га деле на процесе пре и после намотавања, а ова тачка разграничења је процес намотавања. Због своје снажне интеграционе функције, може да направи почетни изглед батерије, тако да је процес намотавања у производњи литијум-јонских батерија кључна улога, процес намотавања произведен од ваљаног језгра често се назива голим батеријска ћелија (Јелли-Ролл, која се назива ЈР).

Процес производње литијум-јонских батерија
У процесу производње литијум-јонских батерија, процес намотавања језгра је илустрован на следећи начин. Специфична операција је да се позитивни полови, негативни пол и изолациони филм заједно котрљају кроз механизам игле машине за намотавање, а суседни позитивни и негативни полови су изоловани изолационим филмом како би се спречио кратки спој. Након што је намотавање завршено, језгро се фиксира лепљивим папиром за затварање како би се спречило да се језгро распадне, а затим прелази на следећи процес. У овом процесу, кључ је осигурати да нема физичког контакта између позитивне и негативне електроде и да слој негативне електроде може у потпуности покрити слој позитивне електроде иу хоризонталном иу вертикалном правцу.

Шематски дијаграм процеса намотавања
У процесу намотавања језгра, углавном два клина за увијање стежу два слоја дијафрагме за претходно намотавање, а затим напајају позитивни или негативни пол, а стуб се стеже између два слоја мембране за намотавање. У уздужном правцу језгра, дијафрагма премашује негативну дијафрагму, а негативна дијафрагма премашује позитивну дијафрагму, како би се избегао контактни кратки спој између позитивне и негативне дијафрагме.

Шематски дијаграм мембране за стезање игле за намотавање

Физички цртеж аутоматске машине за намотавање

Машина за намотавање је кључна опрема за реализацију процеса намотавања језгра. Позивајући се на горњи дијаграм, његове главне компоненте и функције су следеће:

1. Систем за снабдевање стубова: пренесите позитивне и негативне полове дуж шине водилице до два слоја дијафрагме између стране АА и стране ББ да бисте обезбедили стабилно снабдевање стубова.
2. Систем за одмотавање дијафрагме: Укључује горњу и доњу мембрану за реализацију аутоматског и континуираног снабдевања дијафрагме игли за намотавање.
3. Систем контроле напетости: за контролу константне напетости дијафрагме током процеса намотавања.
4. Систем намотавања и лепљења: за лепљење и фиксирање језгара након намотавања.
5. Систем транспортне траке за истовар: Аутоматски демонтирајте језгра са игала и спустите их на аутоматску транспортну траку.
6. Ножни прекидач: Када нема абнормалног стања, закорачите на ножни прекидач да бисте контролисали нормалан рад намотаја.
7. Интерфејс човек-рачунар: са подешавањем параметара, ручним отклањањем грешака, алармним упитима и другим функцијама.

Из наведене анализе процеса намотавања види се да намотај електричног језгра садржи две незаобилазне карике: гурање игле и повлачење игле.
Процес гурања игле: два рола игала се протежу под дејством цилиндра са иглом, кроз обе стране дијафрагме, два рола игала формирана комбинацијом цилиндра игле убаченог у рукав, ролне игала близу стезања дијафрагме, у исто време, две ролне игала се спајају и формирају у основи симетричан облик, као језгро намотаја језгра.

Шематски дијаграм процеса гурања игле

Процес пумпања игле: након завршетка намотаја језгра, две игле се повлаче под дејством цилиндра за пумпање игле, цилиндар игле се повлачи из рукава, лопта у уређају за иглу затвара иглу под дејством опруге, а две игле су намотане у супротним смеровима, а величина слободног краја игле је смањена да би се формирао одређени зазор између игле и унутрашње површине језгра, а са иглом увученом у односу на причврсни рукав, игле и језгро се може глатко одвојити.

Шематски дијаграм процеса екстракције игле

„Игла“ у процесу гурања и извлачења игле изнад се односи на иглу, која, као језгро компоненте машине за намотавање, има значајан утицај на брзину намотавања и квалитет језгра. Тренутно, већина машина за намотавање користи округле, овалне и равне игле у облику дијаманта. За округле и овалне игле, због постојања одређеног лука, довешће до деформације стубног уха језгра, у накнадном процесу пресовања језгра, али и лако изазвати унутрашње наборање и деформацију језгра. Што се тиче равних игала у облику дијаманта, због велике разлике у величини између дуге и кратке осе, напетост стуба и дијафрагме значајно варира, што захтева да се погонски мотор намота променљивом брзином, што отежава контролу процеса, а брзина намотаја је обично мала.

Шематски дијаграм уобичајених игала за намотавање

Узмимо за пример најкомпликованију и најобичнију равну иглу у облику дијаманта, у процесу њеног намотавања и ротације, позитивни и негативни полови и дијафрагма су увек омотани око шест угаоних тачака Б, Ц, Д, Е, Ф и Г као тачку подршке.

Шематски дијаграм ротације игле за намотавање равног дијаманта

Стога се процес намотавања може поделити на сегментно намотавање са полупречником ОБ, ОЦ, ОД, ОЕ, ОФ, ОГ и само треба анализирати промену брзине линије у седам угаоних опсега између θ0, θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6 и θ7, како би се у потпуности квантитативно описао процес цикличне ротације игле за намотавање.

Шематски дијаграм различитих углова ротације игле

На основу тригонометријског односа може се извести одговарајућа релација.

Из горње једначине, лако је видети да када је игла за намотавање намотана константном угаоном брзином, линеарна брзина намотаја и угао формиран између тачке ослонца игле и позитивног и негативног пола и дијафрагме су у односу сегментиране функције. Матлаб симулира однос слике између њих на следећи начин:

Промене брзине намотавања под различитим угловима

Интуитивно је очигледно да однос максималне линеарне брзине према минималној линеарној брзини у процесу намотавања равне игле у облику дијаманта на слици може бити више од 10 пута. Овако огромна промена брзине линије довешће до великих флуктуација у напетости позитивних и негативних електрода и дијафрагме, што је главни узрок флуктуација напетости намотаја. Прекомерна флуктуација напетости може довести до истезања дијафрагме током процеса намотавања, скупљања дијафрагме након намотавања и малог размака слојева на угловима унутар језгра након притискања језгра. У процесу пуњења, проширење стуба узрокује да се напон у правцу ширине језгра не концентрише, што резултира моментом савијања, што резултира изобличењем стуба, а припремљена литијумска батерија се на крају појављује "С „деформација.

ЦТ слика и дијаграм демонтаже "С" деформисаног језгра

Тренутно, да би се решио проблем лошег квалитета језгра (углавном деформација) узрокованог обликом игле за намотавање, обично се користе две методе: намотај променљиве напетости и намотај променљиве брзине.

1. Намотај променљиве напетости: Узмите цилиндричну батерију као пример, под константном угаоном брзином, линеарна брзина расте са бројем слојева намотаја, што доводи до пораста напетости. Намотај променљивог затезања, односно преко система контроле затезања, тако да се напон примењен на стуб или дијафрагму са повећањем броја слојева намотаја и линеарним смањењем, тако да у случају константне брзине ротације, али ипак може учините да цео процес намотавања напетости буде што је могуће даље да би се одржао константан. Велики број експеримената са променљивим напоном намотаја довео је до следећих закључака:
а. Што је напетост намотаја мања, то је бољи ефекат побољшања деформације језгра.
б. Током намотаја са константном брзином, како се пречник језгра повећава, напетост се линеарно смањује са мањим ризиком од деформације него код намотаја са константним затезањем.
2. Намотавање променљиве брзине: Узмите квадратну ћелију као пример, обично се користи равна игла за намотавање у облику дијаманта. Када је игла намотана константном угаоном брзином, линеарна брзина значајно флуктуира, што доводи до великих разлика у размаку слојева на угловима језгра. У овом тренутку, потреба за променом линеарне брзине обрнутим одбитаком закона промене брзине ротације, односно намотавањем брзине ротације са променом и променом угла, како би се реализовао процес намотавања линеарних флуктуација брзине као мали. колико је то могуће, како би се осигурало да напетост флуктуира у опсегу мале амплитудске вредности.

Укратко, облик игле за намотавање може утицати на равност стубног уха (принос језгра и електричне перформансе), брзину намотавања (продуктивност), уједначеност унутрашњег напрезања језгра (проблеми деформације изгледа) и тако даље. За цилиндричне батерије обично се користе округле игле; за четвртасте батерије се обично користе елиптичне или равне ромбичне игле (у неким случајевима, округле игле се такође могу користити за намотавање и изравнавање језгра да би се формирало четвртасто језгро). Поред тога, велики број експерименталних података показује да квалитет језгара има важан утицај на електрохемијске перформансе и безбедносне перформансе финалне батерије.

На основу овога, решили смо неке кључне бриге и мере предострожности у процесу намотавања литијумских батерија, у нади да ћемо што више избегавати неправилне операције у процесу намотавања, како бисмо произвели литијумске батерије које испуњавају захтеве квалитета.

Да би се визуелизовали дефекти језгра, језгро се може потопити у АБ лепак епоксидну смолу ради очвршћавања, а затим се пресек може исећи и полирати брусним папиром. Најбоље је посматрати припремљене узорке под микроскопом или скенирајућим електронским микроскопом, како би се добило мапирање унутрашњих дефеката језгра.

Мапа унутрашњих дефеката језгра
(а) Слика приказује квалификовано језгро без очигледних унутрашњих дефеката.
(б) На слици, стуб је очигледно уврнут и деформисан, што може бити повезано са затезањем намотаја, напетост је превелика да изазове наборе стуба, а ова врста дефеката ће довести до погоршања интерфејса батерије и литијума падавине, које ће погоршати перформансе батерије.
(ц) Постоји страна материја између електроде и дијафрагме на слици. Овај квар може довести до озбиљног самопражњења и чак изазвати безбедносне проблеме, али се обично може открити у Хи-пот тесту.
(д) Електрода на слици има негативан и позитиван образац дефекта, што може довести до ниског капацитета или таложења литијума.
(е) Електрода на слици има помешану прашину, што може довести до повећаног самопражњења батерије.

Поред тога, дефекти унутар језгра се такође могу окарактерисати испитивањем без разарања, као што су најчешће коришћена рендгенска и ЦТ испитивања. Следи кратак увод у неке уобичајене грешке у процесу:

1. Слаба покривеност полног дела: локални негативни пол није у потпуности прекривен позитивним полним делом, што може довести до деформације батерије и таложења литијума, што резултира потенцијалним безбедносним опасностима.

2. Деформација стуба: стуб се деформише екструзијом, што може изазвати унутрашњи кратки спој и довести до озбиљних безбедносних проблема.

Вреди напоменути да је 2017. године, сензационалан случај експлозије мобилног телефона самсунг ноте7, резултат истраге је због тога што је негативна електрода унутар батерије стиснута да изазове унутрашњи кратки спој, што је изазвало експлозију батерије, несрећу је изазвала самсунг електроника губитак већи од 6 милијарди долара.

3. Метална страна материја: метална страна материја је учинак убице литијум-јонских батерија, може доћи из пасте, опреме или околине. Веће честице металне стране материје могу директно изазвати физички кратки спој, а када се метална страна материја помеша у позитивну електроду, она ће бити оксидована, а затим таложена на површини негативне електроде, пробијајући дијафрагму и на крају изазивајући унутрашњу кратки спој у батерији, што представља озбиљну опасност по безбедност. Уобичајене стране материје метала су Фе, Цу, Зн, Сн и тако даље.

Машина за намотавање литијумских батерија се користи за намотавање ћелија литијумске батерије, што је врста опреме за склапање листа позитивне електроде, плоче негативне електроде и дијафрагме у пакет језгра (ЈР: ЈеллиРолл) континуираном ротацијом. Опрема за производњу домаћег намотаја почела је 2006. године, од полуаутоматског округлог, полуаутоматског квадратног намотавања, аутоматизоване производње филма, а затим се развила у комбиновану аутоматизацију, машину за намотавање филма, машину за ласерско сечење, машину за континуално намотавање аноде, континуирано намотавање дијафрагме машина и тако даље.

Овде посебно препоручујемо Иикинфенг ласерску машину за намотавање и гурање. Ова машина комбинује напредну технологију ласерског сечења, ефикасан процес намотавања и прецизну функцију гурања, што може значајно побољшати ефикасност производње и квалитет литијумске батерије. Има следеће значајне предности:


1. Високо прецизно сечење: Осигурајте прецизну величину стуба и дијафрагме, смањите отпад материјала и побољшајте конзистентност батерије.
2. Стабилно намотавање: Оптимизовани механизам за намотавање и контролни систем осигурава чврсту и стабилну структуру језгра, смањује унутрашњи отпор и побољшава перформансе батерије.
3. Високо ефикасно нивелисање: Јединствени дизајн за нивелисање чини површину језгара равном, смањује неуједначен унутрашњи стрес и продужава век батерије.
4. Интелигентна контрола: Опремљен напредним интерфејсом за интеракцију између човека и рачунара, остварује прецизно подешавање параметара и праћење у реалном времену, једноставан рад и лако одржавање.
5. Широк спектар компатибилности: може да уради и 18, 21, 32, 46, 50, 60 свих модела батеријских ћелија, како би задовољио ваше различите производне потребе.

Опрема за литијум-јонске батерије
Изаберите Иикинфенг ласерску машину за сечење, намотавање и гурање да бисте донели већи квалитет и ефикасност за производњу литијумских батерија!