เครื่องม้วนแบตเตอรี่ลิเธียม: หลักการ กระบวนการสำคัญ และแนวทางการควบคุมคุณภาพ

ในกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน มักจะมีหลายวิธีในการแบ่งกระบวนการ กระบวนการสามารถแบ่งออกเป็นสามกระบวนการหลัก: การผลิตอิเล็กโทรด กระบวนการประกอบ และการทดสอบเซลล์ (ดังแสดงในรูปด้านล่าง) และยังมีบริษัทที่แบ่งออกเป็นกระบวนการก่อนม้วนและหลังม้วน และจุดแบ่งเขตนี้คือ กระบวนการที่คดเคี้ยว เนื่องจากฟังก์ชันบูรณาการที่แข็งแกร่ง สามารถทำให้แบตเตอรี่มีลักษณะเริ่มต้นขึ้น ดังนั้นกระบวนการคดเคี้ยวในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นบทบาทสำคัญ จึงเป็นกุญแจสำคัญ กระบวนการคดเคี้ยวที่ผลิตโดยแกนรีดมักเรียกว่าเปลือย เซลล์แบตเตอรี่ (Jelly-Roll เรียกว่า JR)

กระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
ในกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน กระบวนการพันแกนมีดังต่อไปนี้ การดำเนินการเฉพาะคือการม้วนชิ้นส่วนขั้วบวก ชิ้นส่วนขั้วลบ และฟิล์มแยกเข้าด้วยกันผ่านกลไกเข็มของเครื่องม้วน และชิ้นส่วนขั้วบวกและขั้วลบที่อยู่ติดกันจะถูกแยกโดยฟิล์มแยกเพื่อป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร หลังจากม้วนเสร็จแล้ว แกนจะถูกยึดด้วยกระดาษกาวปิดเพื่อป้องกันไม่ให้แกนหลุดออกจากกัน จากนั้นจึงไหลไปสู่กระบวนการต่อไป ในกระบวนการนี้ สิ่งสำคัญคือต้องแน่ใจว่าไม่มีการสัมผัสทางกายภาพระหว่างอิเล็กโทรดขั้วบวกและขั้วลบ และแผ่นอิเล็กโทรดขั้วลบสามารถครอบคลุมแผ่นอิเล็กโทรดขั้วบวกได้อย่างสมบูรณ์ทั้งในทิศทางแนวนอนและแนวตั้ง

แผนผังของกระบวนการคดเคี้ยว
ในกระบวนการม้วนของแกน โดยทั่วไปหมุดม้วนสองตัวจะยึดไดอะแฟรมสองชั้นสำหรับการพันล่วงหน้า จากนั้นป้อนชิ้นส่วนขั้วบวกหรือลบตามลำดับ และชิ้นส่วนขั้วจะถูกยึดระหว่างไดอะแฟรมสองชั้นสำหรับการพัน ในทิศทางตามยาวของแกน ไดอะแฟรมจะเกินไดอะแฟรมเชิงลบ และไดอะแฟรมเชิงลบจะเกินไดอะแฟรมบวก เพื่อหลีกเลี่ยงการลัดวงจรระหว่างไดอะแฟรมบวกและลบ

แผนผังของไดอะแฟรมหนีบเข็มที่คดเคี้ยว

การเขียนแบบทางกายภาพของเครื่องไขลานอัตโนมัติ

เครื่องม้วนเป็นอุปกรณ์สำคัญในการตระหนักถึงกระบวนการม้วนแกน จากแผนภาพข้างต้น ส่วนประกอบหลักและฟังก์ชันมีดังนี้:

1. ระบบจ่ายชิ้นเสา: ลำเลียงชิ้นขั้วบวกและลบตามรางนำทางไปยังไดอะแฟรมสองชั้นระหว่างด้าน AA และด้าน BB ตามลำดับเพื่อให้แน่ใจว่าการจ่ายชิ้นเสามีเสถียรภาพ
2. ระบบคลี่คลายไดอะแฟรม: ประกอบด้วยไดอะแฟรมด้านบนและด้านล่างเพื่อให้ไดอะแฟรมจ่ายอัตโนมัติและต่อเนื่องไปยังเข็มไขลาน
3. ระบบควบคุมแรงดึง: เพื่อควบคุมความตึงคงที่ของไดอะแฟรมในระหว่างกระบวนการม้วน
4. ระบบม้วนและติดกาว: สำหรับการติดกาวและยึดแกนหลังการม้วน
5. ระบบสายพานลำเลียงขนถ่าย: ถอดแกนออกจากเข็มโดยอัตโนมัติและวางลงบนสายพานลำเลียงอัตโนมัติ
6. สวิตช์เท้า: เมื่อไม่มีสภาวะผิดปกติ ให้เหยียบสวิตช์เท้าเพื่อควบคุมการทำงานปกติของขดลวด
7. อินเทอร์เฟซการโต้ตอบระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์: ด้วยการตั้งค่าพารามิเตอร์, การดีบักด้วยตนเอง, การแจ้งเตือนและฟังก์ชั่นอื่น ๆ

จากการวิเคราะห์กระบวนการพันขดลวดข้างต้น จะเห็นได้ว่าการพันของแกนไฟฟ้าประกอบด้วยจุดเชื่อมต่อที่หลีกเลี่ยงไม่ได้สองจุด คือ การดันเข็ม และการดึงเข็ม
ผลักดันกระบวนการเข็ม: เข็มทั้งสองม้วนขยายออกไปภายใต้การกระทำของการดันกระบอกเข็มผ่านทั้งสองด้านของไดอะแฟรม เข็มทั้งสองม้วนเกิดขึ้นจากการรวมกันของกระบอกเข็มที่ใส่เข้าไปในแขนเสื้อ ม้วนเข็ม ใกล้กับแคลมป์ไดอะแฟรม ในเวลาเดียวกัน เข็มทั้งสองม้วนผสานกันเพื่อสร้างรูปร่างสมมาตรโดยทั่วไป เป็นแกนกลางของขดลวดหลัก

แผนผังของกระบวนการดันเข็ม

กระบวนการสูบเข็ม: หลังจากที่ขดลวดแกนเสร็จสมบูรณ์ เข็มทั้งสองจะถูกถอยกลับภายใต้การกระทำของกระบอกสูบเข็ม กระบอกเข็มจะถูกถอนออกจากปลอก ลูกบอลในอุปกรณ์เข็มจะปิดเข็มภายใต้การกระทำของสปริง และเข็มทั้งสองขดไปในทิศทางตรงกันข้าม และขนาดของปลายเข็มที่ว่างจะลดลงเพื่อสร้างช่องว่างระหว่างเข็มกับพื้นผิวด้านในของแกน และเมื่อเข็มหดกลับสัมพันธ์กับปลอกยึด เข็มและ แกนกลางสามารถแยกออกได้อย่างราบรื่น

แผนผังของกระบวนการสกัดเข็ม

“เข็ม” ในกระบวนการดันและดึงเข็มด้านบนออกหมายถึงเข็มซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของเครื่องกรอด้าย มีผลกระทบอย่างมากต่อความเร็วการกรอและคุณภาพของแกน ปัจจุบันเครื่องม้วนส่วนใหญ่ใช้เข็มรูปเพชรทรงกลม วงรี และแบน สำหรับเข็มกลมและรูปไข่ เนื่องจากมีส่วนโค้งที่แน่นอน จะนำไปสู่การเสียรูปของหูขั้วของแกนกลาง ในกระบวนการกดแกนในเวลาต่อมา แต่ยังทำให้เกิดรอยย่นภายในและการเสียรูปของแกนได้ง่ายเช่นกัน สำหรับเข็มรูปเพชรแบน เนื่องจากขนาดที่แตกต่างกันมากระหว่างแกนยาวและแกนสั้น ความตึงของชิ้นส่วนเสาและไดอะแฟรมจึงแตกต่างกันอย่างมาก ทำให้มอเตอร์ขับเคลื่อนต้องหมุนด้วยความเร็วตัวแปร ซึ่งทำให้กระบวนการควบคุมได้ยาก และความเร็วของขดลวดมักจะต่ำ

แผนผังของเข็มม้วนทั่วไป

ยกตัวอย่างเข็มรูปเพชรแบนที่ซับซ้อนและธรรมดาที่สุด ในกระบวนการม้วนและหมุน ชิ้นส่วนขั้วบวกและลบและไดอะแฟรมจะพันรอบจุดมุมทั้งหกของ B, C, D, E, F เสมอ และ G เป็นจุดรองรับ

แผนผังของการหมุนเข็มไขลานรูปทรงเพชรแบน

ดังนั้น กระบวนการม้วนสามารถแบ่งออกเป็นการม้วนแบบปล้องโดยมี OB, OC, OD, OE, OF, OG เป็นรัศมี และจำเป็นต้องวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงของความเร็วของเส้นในช่วงเชิงมุมเจ็ดช่วงระหว่าง θ0, θ1, θ2, θ3, θ4, θ5, θ6 และ θ7 เพื่ออธิบายในเชิงปริมาณอย่างสมบูรณ์เกี่ยวกับกระบวนการหมุนแบบวนรอบของเข็มที่คดเคี้ยว

แผนภาพแสดงมุมต่างๆ ของการหมุนเข็ม

จากความสัมพันธ์ตรีโกณมิติ จึงสามารถหาความสัมพันธ์ที่สอดคล้องกันได้

จากสมการข้างต้น จะสังเกตได้ง่ายว่าเมื่อเข็มพันด้วยความเร็วเชิงมุมคงที่ ความเร็วเชิงเส้นของขดลวดและมุมที่เกิดขึ้นระหว่างจุดรองรับของเข็มกับชิ้นขั้วบวกและลบและไดอะแฟรมนั้น ในความสัมพันธ์ของฟังก์ชันแบบแบ่งส่วน ความสัมพันธ์ของภาพระหว่างทั้งสองถูกจำลองโดย Matlab ดังนี้:

การเปลี่ยนแปลงความเร็วของขดลวดในมุมต่างๆ

เห็นได้ชัดว่าอัตราส่วนของความเร็วเชิงเส้นสูงสุดต่อความเร็วเชิงเส้นขั้นต่ำในกระบวนการคดเคี้ยวของเข็มรูปเพชรแบนในรูปสามารถมากกว่า 10 เท่า การเปลี่ยนแปลงความเร็วของสายอย่างมากจะทำให้เกิดความผันผวนอย่างมากในความตึงของขั้วบวกและขั้วลบและไดอะแฟรม ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของความผันผวนของความตึงของขดลวด ความผันผวนของความตึงเครียดที่มากเกินไปอาจนำไปสู่การยืดของไดอะแฟรมในระหว่างกระบวนการม้วน ไดอะแฟรมหดตัวหลังการม้วน และระยะห่างของชั้นเล็กๆ ที่มุมภายในแกนหลังจากการกดแกน ในกระบวนการชาร์จการขยายตัวของชิ้นส่วนเสาทำให้เกิดความเครียดในทิศทางของความกว้างของแกนไม่เข้มข้นส่งผลให้เกิดโมเมนต์การดัดงอส่งผลให้ชิ้นส่วนขั้วบิดเบี้ยวและแบตเตอรี่ลิเธียมที่เตรียมไว้จะปรากฏขึ้นในที่สุด "S " การเสียรูป

ภาพ CT และแผนภาพการแยกชิ้นส่วนของแกนที่ผิดรูป "S"

ในปัจจุบัน เพื่อแก้ปัญหาคุณภาพแกนที่ไม่ดี (การเสียรูปเป็นหลัก) ที่เกิดจากรูปร่างของเข็มที่คดเคี้ยว มักใช้สองวิธี: การม้วนแบบตึงแปรผันและการม้วนแบบความเร็วแปรผัน

1. ขดลวดความตึงแบบแปรผัน: ยกตัวอย่างแบตเตอรี่ทรงกระบอก ภายใต้ความเร็วเชิงมุมคงที่ ความเร็วเชิงเส้นจะเพิ่มขึ้นตามจำนวนชั้นของขดลวด ซึ่งนำไปสู่ความตึงเครียดที่เพิ่มขึ้น การพันขดลวดแบบปรับความตึงได้ นั่นคือ ผ่านระบบควบคุมแรงดึง เพื่อให้ความตึงที่ใช้กับชิ้นส่วนเสาหรือไดอะแฟรมมีการเพิ่มจำนวนชั้นการพันและการลดเชิงเส้น ดังนั้นในกรณีของความเร็วในการหมุนคงที่ แต่ยังคงสามารถทำได้ ทำให้กระบวนการคดเคี้ยวทั้งหมดของความตึงเครียดมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อรักษาค่าคงที่ การทดลองการพันขดลวดแบบแปรผันจำนวนมากได้นำไปสู่ข้อสรุปดังต่อไปนี้:
ก. ยิ่งความตึงของขดลวดน้อยลง ผลการปรับปรุงต่อการเสียรูปของแกนก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น
ข. ในระหว่างการพันด้วยความเร็วคงที่ เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางแกนเพิ่มขึ้น แรงดึงจะลดลงในเชิงเส้นโดยมีความเสี่ยงที่จะเสียรูปน้อยกว่าการพันด้วยแรงตึงคงที่
2. การม้วนแบบความเร็วตัวแปร: ยกตัวอย่างเซลล์สี่เหลี่ยม โดยปกติจะใช้เข็มม้วนรูปเพชรแบน เมื่อเข็มถูกพันด้วยความเร็วเชิงมุมคงที่ ความเร็วเชิงเส้นจะผันผวนอย่างมาก ส่งผลให้ระยะห่างของชั้นที่มุมของแกนแตกต่างกันมาก ในเวลานี้ ความต้องการความเร็วเชิงเส้นจะเปลี่ยนแปลงการหักย้อนกลับของกฎการเปลี่ยนแปลงความเร็วในการหมุน นั่นคือ การหมุนของความเร็วของการหมุนด้วยการเปลี่ยนแปลงมุมและการเปลี่ยนแปลง เพื่อให้ทราบถึงกระบวนการคดเคี้ยวของความเร็วเชิงเส้นที่ผันผวนมีขนาดเล็ก เป็นไปได้เพื่อให้แน่ใจว่าความตึงเครียดมีความผันผวนในช่วงค่าแอมพลิจูดขนาดเล็ก

กล่าวโดยสรุป รูปร่างของเข็มคดเคี้ยวอาจส่งผลต่อความเรียบของหูเสา (ผลผลิตแกนและประสิทธิภาพทางไฟฟ้า) ความเร็วของขดลวด (ผลผลิต) ความสม่ำเสมอของความเครียดภายในแกนกลาง (ปัญหาการเสียรูปลักษณะที่ปรากฏ) และอื่นๆ สำหรับแบตเตอรี่ทรงกระบอก มักใช้เข็มกลม สำหรับแบตเตอรี่สี่เหลี่ยม มักจะใช้เข็มทรงรีหรือสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูนแบน (ในบางกรณี เข็มกลมก็สามารถใช้เพื่อพันและทำให้แกนแบนจนกลายเป็นแกนสี่เหลี่ยมได้) นอกจากนี้ ข้อมูลการทดลองจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าคุณภาพของแกนมีผลกระทบสำคัญต่อประสิทธิภาพเคมีไฟฟ้าและประสิทธิภาพความปลอดภัยของแบตเตอรี่ขั้นสุดท้าย

จากข้อมูลนี้ เราได้แยกแยะข้อกังวลและข้อควรระวังที่สำคัญบางประการในกระบวนการพันขดลวดของแบตเตอรี่ลิเธียม โดยหวังว่าจะหลีกเลี่ยงการทำงานที่ไม่เหมาะสมในกระบวนการพันขดลวดให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพื่อผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมที่ตรงตามข้อกำหนดด้านคุณภาพ

เพื่อให้เห็นภาพข้อบกพร่องของแกนกลาง สามารถจุ่มแกนในกาวอีพอกซีเรซิน AB เพื่อบ่ม จากนั้นจึงตัดและขัดหน้าตัดด้วยกระดาษทรายได้ วิธีที่ดีที่สุดคือสังเกตตัวอย่างที่เตรียมไว้ด้วยกล้องจุลทรรศน์หรือกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด เพื่อให้ได้แผนผังข้อบกพร่องภายในของแกนกลาง

แผนที่ข้อบกพร่องภายในของแกนกลาง
(a) รูปภาพแสดงแกนที่ผ่านการรับรองโดยไม่มีข้อบกพร่องภายในที่ชัดเจน
(b) ในรูป ชิ้นขั้วบิดเบี้ยวและผิดรูปอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับความตึงของขดลวด ความตึงใหญ่เกินไปที่จะทำให้ชิ้นขั้วเป็นรอยย่น และข้อบกพร่องประเภทนี้จะทำให้ส่วนต่อประสานของแบตเตอรี่เสื่อมและลิเธียม ตกตะกอนซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลดลง
(ค) มีสิ่งแปลกปลอมระหว่างอิเล็กโทรดกับไดอะแฟรมในรูป ข้อบกพร่องนี้อาจนำไปสู่การคายประจุเองอย่างร้ายแรงและอาจก่อให้เกิดปัญหาด้านความปลอดภัย แต่โดยทั่วไปสามารถตรวจพบได้ในการทดสอบ Hi-pot
(d) อิเล็กโทรดในรูปมีรูปแบบข้อบกพร่องที่เป็นลบและบวก ซึ่งอาจนำไปสู่ความจุต่ำหรือการตกตะกอนของลิเธียม
(จ) อิเล็กโทรดในรูปมีฝุ่นปนอยู่ภายใน ซึ่งอาจทำให้แบตเตอรี่คายประจุเองได้มากขึ้น

นอกจากนี้ ข้อบกพร่องภายในแกนกลางยังสามารถระบุลักษณะได้ด้วยการทดสอบแบบไม่ทำลาย เช่น การทดสอบ X-ray และ CT ที่ใช้กันทั่วไป ต่อไปนี้เป็นการแนะนำโดยย่อเกี่ยวกับข้อบกพร่องของกระบวนการหลักทั่วไปบางประการ:

1. การครอบคลุมชิ้นส่วนขั้วไม่ดี: ชิ้นส่วนขั้วลบในท้องถิ่นไม่ได้ถูกปกคลุมไปด้วยชิ้นส่วนขั้วบวก ซึ่งอาจนำไปสู่การเสียรูปของแบตเตอรี่และการตกตะกอนของลิเธียม ส่งผลให้เกิดอันตรายด้านความปลอดภัย

2. การเสียรูปของชิ้นส่วนเสา: ชิ้นส่วนของเสามีรูปร่างผิดปกติโดยการอัดขึ้นรูปซึ่งอาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรภายในและนำมาซึ่งปัญหาด้านความปลอดภัยที่ร้ายแรง

เป็นที่น่าสังเกตว่าในปี 2560 กรณีโทรศัพท์มือถือ Samsung Note7 สุดเร้าใจผลการตรวจสอบเกิดจากการที่ขั้วลบภายในแบตเตอรี่ถูกบีบจนทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรภายในทำให้แบตเตอรี่ระเบิด อุบัติเหตุทำให้ Samsung Electronics ขาดทุนกว่า 6 พันล้านดอลลาร์

3. สิ่งแปลกปลอมของโลหะ: สิ่งแปลกปลอมของโลหะคือประสิทธิภาพของนักฆ่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน อาจมาจากการวาง อุปกรณ์ หรือสิ่งแวดล้อม สิ่งแปลกปลอมที่เป็นโลหะขนาดใหญ่อาจทำให้เกิดการลัดวงจรทางกายภาพโดยตรง และเมื่อสิ่งแปลกปลอมของโลหะถูกผสมลงในอิเล็กโทรดบวก มันจะถูกออกซิไดซ์แล้วสะสมบนพื้นผิวของอิเล็กโทรดลบ เจาะไดอะแฟรม และทำให้เกิดภายในในที่สุด การลัดวงจรในแบตเตอรี่ ซึ่งก่อให้เกิดอันตรายต่อความปลอดภัยอย่างร้ายแรง สิ่งแปลกปลอมที่เป็นโลหะทั่วไป ได้แก่ Fe, Cu, Zn, Sn และอื่นๆ

เครื่องม้วนแบตเตอรี่ลิเธียมใช้สำหรับม้วนเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมซึ่งเป็นอุปกรณ์ชนิดหนึ่งสำหรับประกอบแผ่นอิเล็กโทรดบวก แผ่นอิเล็กโทรดลบ และไดอะแฟรมเข้าเป็นแกนแพ็ค (JR: JellyRoll) โดยการหมุนอย่างต่อเนื่อง อุปกรณ์การผลิตการม้วนในประเทศเริ่มต้นในปี 2549 จากรอบกึ่งอัตโนมัติ, การม้วนสี่เหลี่ยมกึ่งอัตโนมัติ, การผลิตฟิล์มอัตโนมัติ และพัฒนาไปสู่ระบบอัตโนมัติแบบผสมผสาน, เครื่องม้วนฟิล์ม, เครื่องม้วนแบบไดคัทด้วยเลเซอร์, เครื่องม้วนแบบต่อเนื่องแอโนด, การม้วนแบบต่อเนื่องของไดอะแฟรม เครื่องและอื่น ๆ

ที่นี่ เราขอแนะนำเครื่องม้วนไดคัทด้วยเลเซอร์ Yixinfeng และเครื่องดันแบบแบนเป็นพิเศษ เครื่องนี้ผสมผสานเทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์ขั้นสูง กระบวนการม้วนที่มีประสิทธิภาพ และฟังก์ชันการกดที่แม่นยำ ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและคุณภาพของแบตเตอรี่ลิเธียมได้อย่างมาก มีข้อดีที่สำคัญดังต่อไปนี้:


1. การตัดด้วยความแม่นยำสูง: ตรวจสอบขนาดชิ้นส่วนเสาและไดอะแฟรมที่แม่นยำ ลดการสิ้นเปลืองวัสดุ และปรับปรุงความสม่ำเสมอของแบตเตอรี่
2. การม้วนที่เสถียร: กลไกและระบบควบคุมการม้วนที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสมช่วยให้มั่นใจได้ว่าโครงสร้างหลักที่แน่นและมั่นคง ลดความต้านทานภายในและปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่
3. การปรับระดับที่มีประสิทธิภาพสูง: การออกแบบการปรับระดับที่เป็นเอกลักษณ์ทำให้พื้นผิวของแกนแบน ลดความเครียดภายในที่ไม่สม่ำเสมอ และยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่
4. การควบคุมอัจฉริยะ: พร้อมกับอินเทอร์เฟซการโต้ตอบระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์ขั้นสูง ทำให้สามารถตั้งค่าพารามิเตอร์ที่แม่นยำและการตรวจสอบแบบเรียลไทม์ ใช้งานง่าย และบำรุงรักษาง่าย
5. ความเข้ากันได้ที่หลากหลาย: สามารถทำเซลล์แบตเตอรี่ได้ทุกรุ่น 18, 21, 32, 46, 50, 60 เพื่อตอบสนองความต้องการการผลิตที่หลากหลายของคุณ

อุปกรณ์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
เลือกเครื่องตัด ม้วน และดันด้วยเลเซอร์ Yixinfeng เพื่อคุณภาพและประสิทธิภาพที่สูงขึ้นสำหรับการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมของคุณ!