Lindningsmaskin för litiumbatteri: principer, nyckelprocesser och riktlinjer för kvalitetskontroll

I tillverkningsprocessen av litiumjonbatterier finns det vanligtvis flera sätt att dela upp processen. Processen kan delas in i tre huvudprocesser: elektrodtillverkning, monteringsprocess och celltestning (som visas i figuren nedan), och det finns även företag som delar upp den i för- och efterlindningsprocesser, och denna gränsdragningspunkt är lindningsprocessen. På grund av dess starka integrationsfunktion, kan det göra batteriets utseende initialt gjutna, så lindningsprocessen i tillverkningen av litiumjonbatterier som en central roll är nyckeln, lindningsprocessen som produceras av den rullade kärnan kallas ofta den nakna battericell (Jelly-Roll, kallad JR).

Tillverkningsprocess för litiumjonbatterier
I tillverkningsprocessen för litiumjonbatterier illustreras kärnlindningsprocessen enligt följande. Den specifika operationen är att rulla den positiva poldelen, den negativa poldelen och isoleringsfilmen tillsammans genom lindningsmaskinens nålmekanism, och de intilliggande positiva och negativa poldelarna isoleras av isoleringsfilmen för att förhindra kortslutning. Efter att lindningen är klar fixeras kärnan med förslutande självhäftande papper för att förhindra att kärnan faller isär och flyter sedan till nästa process. I denna process är nyckeln att säkerställa att det inte finns någon fysisk kontakt mellan de positiva och negativa elektroderna, och att det negativa elektrodskiktet helt kan täcka det positiva elektrodskiktet i både horisontell och vertikal riktning.

Schematiskt diagram över lindningsprocessen
I kärnans lindningsprocessen klämmer vanligtvis två rullstift fast två lager av membran för förlindning och matar sedan det positiva eller negativa polstycket i tur och ordning, och polstycket kläms fast mellan de två lagren av membran för lindning. I kärnans längdriktning överstiger membranet det negativa membranet och det negativa membranet överstiger det positiva membranet, för att undvika kontaktkortslutningen mellan de positiva och negativa membranen.

Schematisk bild av lindningsnålens klämmembran

Fysisk ritning av automatisk lindningsmaskin

Lindningsmaskin är nyckelutrustningen för att förverkliga kärnlindningsprocessen. Med hänvisning till diagrammet ovan är dess huvudkomponenter och funktioner följande:

1. Polstycksförsörjningssystem: transportera de positiva och negativa poldelarna längs styrskenan till de två lagren av membran mellan AA-sidan respektive BB-sidan för att säkerställa en stabil tillförsel av poldelarna.
2. Membranavlindningssystem: Det inkluderar övre och nedre membran för att realisera den automatiska och kontinuerliga tillförseln av membran till lindningsnålen.
3. Spänningskontrollsystem: för att kontrollera den konstanta spänningen av membranet under lindningsprocessen.
4. Lindnings- och limsystem: för limning och fixering av kärnorna efter lindning.
5. Avlastning av transportörsystem: Demontera automatiskt kärnorna från nålarna och släpp dem på det automatiska transportbandet.
6. Fotkontakt: När det inte finns något onormalt tillstånd, trampa på fotkontakten för att kontrollera den normala driften av lindningen.
7. Interaktion mellan människa och dator: med parameterinställning, manuell felsökning, larmmeddelanden och andra funktioner.

Från ovanstående analys av lindningsprocessen kan det ses att lindningen av den elektriska kärnan innehåller två oundvikliga länkar: att trycka på nålen och dra i nålen.
Skjut nålprocessen: de två rullarna med nålar sträcker sig under verkan av skjut nålcylindern, genom båda sidor av membranet, de två rullarna med nålar som bildas av kombinationen av nålcylindern införd i hylsan, rullarna med nålar nära för att klämma fast membranet, samtidigt smälter de två nålrullarna samman för att bilda en i princip symmetrisk form, som kärnan i kärnlindningen.

Schematiskt diagram över nåltryckningsprocessen

Nålpumpningsprocess: efter att kärnlindningen är klar dras de två nålarna tillbaka under verkan av nålpumpningscylindern, nålcylindern dras tillbaka från hylsan, kulan i nålanordningen stänger nålen under verkan av fjädern, och de två nålarna lindas i motsatta riktningar, och storleken på den fria änden av nålen reduceras för att bilda ett visst gap mellan nålen och kärnans inre yta, och med nålen indragen i förhållande till hållarhylsan, nålarna och kärnan kan separeras smidigt.

Schematiskt diagram över nålextraktionsprocessen

"Nålen" i processen att trycka och dra ut nålen ovan hänvisar till nålen, som, som kärnkomponenten i lindningsmaskinen, har en betydande inverkan på lindningshastigheten och kvaliteten på kärnan. För närvarande använder de flesta lindningsmaskinerna runda, ovala och platta diamantformade nålar. För runda och ovala nålar, på grund av dess existens av en viss båge, kommer att leda till deformation av kärnans polöra, i den efterföljande processen för kärnpressning, men också lätt att orsaka inre skrynklighet och deformation av kärnan. När det gäller platta diamantformade nålar, på grund av den stora storleksskillnaden mellan de långa och korta axlarna, varierar spänningen av polstycket och membranet avsevärt, vilket kräver att drivmotorn lindas med varierande hastigheter, vilket gör processen svår att kontrollera, och lindningshastigheten är vanligtvis låg.

Schematiskt diagram över vanliga lindningsnålar

Ta den mest komplicerade och vanliga platta diamantformade nålen som ett exempel, i processen för dess lindning och rotation är de positiva och negativa poldelarna och membranet alltid lindade runt de sex hörnpunkterna i B, C, D, E, F och G som stödpunkt.

Schematiskt diagram av platt diamantformad lindningsnåls rotation

Därför kan lindningsprocessen delas in i segmentlindning med OB, OC, OD, OE, OF, OG som radie, och behöver bara analysera förändringen av linjehastigheten i de sju vinkelområdena mellan θ0, θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6 och θ7, för att fullständigt kvantitativt beskriva den cykliska rotationsprocessen för lindningsnålen.

Schematiskt diagram över olika vinklar för nålens rotation

Baserat på det trigonometriska sambandet kan motsvarande samband härledas.

Från ovanstående ekvation är det lätt att se att när lindningsnålen lindas med en konstant vinkelhastighet, är den linjära lindningshastigheten och vinkeln som bildas mellan nålens stödpunkt och de positiva och negativa poldelarna och membranet i ett segmenterat funktionsförhållande. Bildrelationen mellan de två simuleras av Matlab enligt följande:

Förändringar av lindningshastighet i olika vinklar

Det är intuitivt uppenbart att förhållandet mellan den maximala linjära hastigheten och den minimala linjära hastigheten i lindningsprocessen för den platta diamantformade nålen i figuren kan vara mer än 10 gånger. En sådan enorm förändring i linjehastighet kommer att medföra stora fluktuationer i spänningen hos de positiva och negativa elektroderna och membranet, vilket är huvudorsaken till fluktuationer i lindningsspänningen. Överdrivna spänningsfluktuationer kan leda till membransträckning under lindningsprocessen, membrankrympning efter lindning och små lageravstånd i hörnen inuti kärnan efter kärnpressning. I laddningsprocessen orsakar expansionen av polstycket att spänningen i riktning mot kärnans bredd inte koncentreras, vilket resulterar i ett böjmoment, vilket resulterar i förvrängning av polstycket, och det förberedda litiumbatteriet visas så småningom "S "deformation.

CT-bild och demonteringsdiagram av den "S"-deformerade kärnan

För närvarande, för att lösa problemet med dålig kärnkvalitet (främst deformation) orsakad av formen på lindningsnålen, används vanligtvis två metoder: lindning med variabel spänning och lindning med variabel hastighet.

1. Variabel spänningslindning: Ta ett cylindriskt batteri som ett exempel, under konstant vinkelhastighet ökar den linjära hastigheten med antalet lindningslager, vilket leder till att spänningen stiger. Variabel spänningslindning, det vill säga genom spänningskontrollsystemet, så att spänningen som appliceras på polstycket eller membranet med ökningen av antalet lindningslager och linjär minskning, så att i fallet med konstant rotationshastighet, men fortfarande kan gör hela lindningsprocessen av spänningen så långt som möjligt för att bibehålla en konstant. Ett stort antal experiment med variabel spänning har lett till följande slutsatser:
a. Ju mindre lindningsspänningen är, desto bättre förbättringseffekt på kärndeformationen.
b. Vid konstant lindning, när kärndiametern ökar, minskar spänningen linjärt med lägre risk för deformation än vid konstant spänningslindning.
2. Variabel hastighetslindning: Ta kvadratisk cell som ett exempel, en platt diamantformad lindningsnål används vanligtvis. När nålen lindas med en konstant vinkelhastighet, fluktuerar den linjära hastigheten avsevärt, vilket resulterar i stora skillnader i skiktavstånd vid kärnans hörn. Vid denna tidpunkt ändras behovet av linjära hastighetsändringar omvänt avdrag av lagen om ändring av rotationshastighet, det vill säga lindningen av rotationshastigheten med vinkeländringen och ändringen, för att realisera lindningsprocessen för linjära hastighetsfluktuationer som små som möjligt, för att säkerställa att spänningsfluktuationerna inom området för små amplitudvärden.

Kort sagt, formen på lindningsnålen kan påverka polöratets planhet (kärnutbyte och elektrisk prestanda), lindningshastighet (produktivitet), kärnans inre spänningslikformighet (utseendedeformationsproblem) och så vidare. För cylindriska batterier används vanligtvis runda nålar; för fyrkantiga batterier används vanligtvis elliptiska eller platta rombiska nålar (i vissa fall kan runda nålar också användas för att linda och platta till kärnan för att bilda en fyrkantig kärna). Dessutom visar en stor mängd experimentella data att kvaliteten på kärnorna har en viktig inverkan på det slutliga batteriets elektrokemiska prestanda och säkerhetsprestanda.

Baserat på detta har vi sorterat ut några viktiga problem och försiktighetsåtgärder i lindningsprocessen av litiumbatterier, i hopp om att undvika felaktiga operationer i lindningsprocessen så mycket som möjligt, för att tillverka litiumbatterier som uppfyller kvalitetskraven.

För att visualisera kärndefekterna kan kärnan sänkas ner i AB lim epoxiharts för härdning, och sedan kan tvärsnittet skäras och poleras med sandpapper. Det är bäst att observera de förberedda proverna under ett mikroskop eller svepelektronmikroskop för att erhålla kartläggningen av inre defekter av kärnan.

Inre defektkarta över kärnan
(a) Figuren visar en kvalificerad kärna utan uppenbara inre defekter.
(b) I figuren är polstycket uppenbarligen vridet och deformerat, vilket kan vara relaterat till lindningsspänningen, spänningen är för stor för att orsaka poldelen rynkor, och denna typ av defekter kommer att göra att batterigränssnittet försämras och litium nederbörd, vilket kommer att försämra batteriets prestanda.
(c) Det finns ett främmande ämne mellan elektroden och membranet i figuren. Denna defekt kan leda till allvarlig självurladdning och till och med orsaka säkerhetsproblem, men det kan vanligtvis upptäckas i Hi-pot-testet.
(d) Elektroden i figuren har ett negativt och positivt defektmönster, vilket kan leda till låg kapacitet eller litiumutfällning.
(e) Elektroden i figuren har damm blandat inuti, vilket kan leda till ökad självurladdning av batteriet.

Dessutom kan defekter inuti kärnan också kännetecknas av oförstörande testning, såsom den vanligaste röntgen- och CT-testningen. Följande är en kort introduktion till några vanliga kärnprocessdefekter:

1. Dålig täckning av polstycket: det lokala negativa polstycket är inte helt täckt med positivt polstycke, vilket kan leda till batterideformation och litiumutfällning, vilket kan leda till potentiella säkerhetsrisker.

2. Deformation av polstycket: polstycket deformeras genom extrudering, vilket kan utlösa intern kortslutning och orsaka allvarliga säkerhetsproblem.

Det är värt att nämna att 2017, det sensationella samsung note7 mobiltelefonexplosionsfodralet, beror utredningsresultatet på att den negativa elektroden inuti batteriet kläms för att orsaka en intern kortslutning, vilket får batteriet att explodera, olyckan orsakade samsung electronics förlust på mer än 6 miljarder dollar.

3. Metall främmande ämnen: metall främmande ämnen är prestanda litium-jon batteri mördare, kan komma från pasta, utrustning eller miljön. Större partiklar av främmande metallämnen kan direkt orsaka en fysisk kortslutning, och när främmande metallämnen blandas in i den positiva elektroden kommer det att oxideras och sedan avsättas på ytan av den negativa elektroden, genomtränger membranet och orsakar i slutändan en intern kortslutning i batteriet, vilket utgör en allvarlig säkerhetsrisk. Främmande metallämnen är Fe, Cu, Zn, Sn och så vidare.

Litiumbatterilindningsmaskin används för att linda litiumbattericeller, vilket är en slags utrustning för att montera positiv elektrodplåt, negativ elektrodplåt och membran till ett kärnpaket (JR: JellyRoll) genom kontinuerlig rotation. Utrustning för tillverkning av inhemsk lindning startade 2006, från halvautomatisk rund, halvautomatisk fyrkantslindning, automatiserad filmproduktion och utvecklades sedan till kombinerad automation, filmlindningsmaskin, laserstansningslindningsmaskin, anodkontinuerlig lindningsmaskin, kontinuerlig membranlindning maskin och så vidare.

Här rekommenderar vi speciellt Yixinfeng laserstansande lindnings- och tryckmaskin. Denna maskin kombinerar avancerad laserstansningsteknik, effektiv lindningsprocess och exakt tryckfunktion, vilket avsevärt kan förbättra produktionseffektiviteten och kvaliteten på litiumbatteriet. Det har följande betydande fördelar:


1. Högprecisionsstansning: Säkerställ den exakta storleken på polstycket och membranet, minska materialavfallet och förbättra batteriets konsistens.
2. Stabil lindning: Optimerad lindningsmekanism och kontrollsystem säkerställer en tät och stabil kärnstruktur, minskar inre motstånd och förbättrar batteriets prestanda.
3. Högeffektiv utjämning: Unik utjämningsdesign gör ytan på kärnorna platt, minskar ojämn inre belastning och förlänger batteritiden.
4. Intelligent kontroll: Utrustad med ett avancerat gränssnitt för interaktion mellan människa och dator, realiserar den exakt parameterinställning och realtidsövervakning, enkel användning och enkelt underhåll.
5. Brett utbud av kompatibilitet: den kan också göra 18, 21, 32, 46, 50, 60 alla modeller av battericeller, för att möta dina olika produktionsbehov.

Litium-jonbatteriutrustning
Välj Yixinfeng laserstansnings-, lindnings- och tryckmaskin för att ge högre kvalitet och effektivitet för din litiumbatteriproduktion!