鋰電池制造工藝及裝備 課件 第5-2 中段制造設(shè)備

5-2電池中段制造設(shè)備鋰電制造工藝及裝備鋰電制造工藝及裝備制造業(yè)工程基礎(chǔ)極片模切機(jī)動(dòng)力電池卷繞機(jī)電池故事1234數(shù)據(jù)是制造的基礎(chǔ)，性能、質(zhì)量、效率的表征，智能化制造必須以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。制造數(shù)據(jù)裝備是產(chǎn)業(yè)的“母雞”，是產(chǎn)品高質(zhì)量、大規(guī)模、降成本的基礎(chǔ)制造裝備材料是產(chǎn)品的基礎(chǔ)，機(jī)器、產(chǎn)品性能、最基本的都是通過(guò)材料來(lái)保證的。產(chǎn)業(yè)材料制造業(yè)以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為基礎(chǔ)獲得統(tǒng)一、規(guī)范、積累從而實(shí)現(xiàn)不斷優(yōu)化和提升。標(biāo)準(zhǔn)件、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、過(guò)程規(guī)范都是制造業(yè)的結(jié)晶。產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1.0制造業(yè)工程基礎(chǔ)1.1電芯制造工藝流程極片制造電芯檢測(cè)電芯組裝（制漿、合漿）鋰電制造工藝及裝備制造業(yè)工程基礎(chǔ)極片模切機(jī)動(dòng)力電池卷繞機(jī)電池故事12342.0模切機(jī)---激光、五金模切

鋰離子電池極片經(jīng)過(guò)漿料涂敷，干燥和輥壓之后，形成集流體及兩面涂層的三層復(fù)合結(jié)構(gòu)。然后根據(jù)電池設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和規(guī)格，我們需要再對(duì)極片進(jìn)行裁切。一般地，對(duì)卷繞電池，極片根據(jù)設(shè)計(jì)寬度進(jìn)行分條；疊片電池，極片相應(yīng)裁切成片。目前，鋰離子電池極片裁切工藝主要采用以下兩種：（1）模具沖切，（2）激光切割。鋰離子電池正負(fù)極極片示意圖極耳成型前極耳成型后分切后模切設(shè)備--模具沖切

五金模具沖切，利用沖頭和下刀模極小的間隙對(duì)極片進(jìn)行裁切。涂層顆粒通過(guò)粘結(jié)劑連接在一起，在沖切工藝過(guò)程中，在應(yīng)力作用下涂層顆粒之間剝離，金屬箔材發(fā)生塑形應(yīng)變，達(dá)到斷裂強(qiáng)度之后產(chǎn)生裂紋，裂紋擴(kuò)展分離，金屬箔材斷裂分離過(guò)程是一個(gè)拉斷、撕裂的過(guò)程。金屬材料沖切件的斷面分為４個(gè)部分：塌角、剪切帶、斷裂帶和毛刺。

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，維修簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：刀頭易損壞，電池型號(hào)不同更換不同刀頭，生產(chǎn)效率低，容易產(chǎn)生毛刺。2.1模切設(shè)備--模具沖切原理沖切原理示意圖箔材斷裂過(guò)程磨具間隙δ=（D-d）/2<t/(3-5)；對(duì)6μM的銅箔，這個(gè)間隙δ是1.5-2μM，對(duì)于機(jī)械加工來(lái)講是很難保證的；尤其是面對(duì)熱膨脹及圓弧模切更難。2.1模切設(shè)備--激光切割

五金模具沖切存在刀具磨損容易引起工藝不穩(wěn)定，導(dǎo)致極片裁切品質(zhì)差，引起電池性能下降。激光切割具有生產(chǎn)效率高，工藝穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，已經(jīng)在工業(yè)上應(yīng)用于鋰離子電池極片的裁切，其基本原理是利用高功率密度激光束照射被切割的電池極片，使極片很快被加熱至很高的溫度，迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)而形成孔洞，隨著光束在極片上的移動(dòng)，孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫，完成對(duì)極片的切割。激光能量和切割移動(dòng)速度是兩個(gè)主要的工藝參數(shù)，對(duì)切割質(zhì)量影響巨大。圖5不同的激光切割工藝條件下單面圖層負(fù)極極片的切邊形貌圖6不同的激光切割工藝條件下單面圖層正極極片的切邊形貌2.21.放卷模塊2.放卷糾偏3.手動(dòng)接帶4.張力傳感器6.極耳加強(qiáng)筋7.過(guò)程糾偏8.激光切割平臺(tái)9.驅(qū)動(dòng)14.毛刷除塵10.風(fēng)刀除塵15.張力傳感器16.收料撫平模塊17.收卷模塊11.分條前糾偏12.分條刀架5.張力擺桿激光模切模塊布局--雙放四收13.CCD檢測(cè)18.廢料機(jī)2.2激光極耳成型機(jī)四大核心技術(shù)懸空切割產(chǎn)品適應(yīng)性領(lǐng)先張力控制高精度控制系統(tǒng)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行、產(chǎn)品品質(zhì)保證基石自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)效率高精度高為您節(jié)省每一分來(lái)料激光切的心臟部位持續(xù)迭代優(yōu)化2.3懸空切割激光切的心臟部位，持續(xù)迭代優(yōu)化無(wú)耗材懸空切取代切割底板方式，不需要耗材無(wú)粉塵堆積激光切割粉塵不會(huì)堆積，由負(fù)壓管路抽走一鍵換型預(yù)設(shè)切割工藝，直接程序一鍵換型，不需要換型零部件易維護(hù)真空皮帶更換簡(jiǎn)易清潔方便激光極耳成型機(jī)2.3高精控制系統(tǒng)激光極耳成型機(jī)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)，效率高、精度高控制激光切割精度硬件張力控制編碼輥壓輥硬度過(guò)輥精度軸承精度軟件軟件運(yùn)算速度軟件運(yùn)算準(zhǔn)確性光學(xué)件精度

極耳間距精度系統(tǒng)架構(gòu)≤±0.1mm2.3張力控制系統(tǒng)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行、產(chǎn)品品質(zhì)保證的基石采集元件PLC（計(jì)算元件）控制元件執(zhí)行元件激光極耳成型機(jī)張力控制硬件收放卷軸精度過(guò)輥精度牽引軸剛性軟件自主開(kāi)發(fā)程序度加減速補(bǔ)償前饋控制控制邏輯系統(tǒng)架構(gòu)張力波動(dòng)≤±3%2.3糾偏輥氣脹軸電機(jī)糾偏電缸注油脂嘴弧形展平輥基恩士卷底黃膠感應(yīng)器+超聲波傳感器+一字紅光組成功能關(guān)鍵參數(shù)氣脹軸固定料卷，避免料卷打滑外徑：6寸料筒長(zhǎng)度580mm來(lái)料外徑≤Ф700mm承重：500KG驅(qū)動(dòng)電機(jī)電機(jī)主動(dòng)放料，驅(qū)動(dòng)作用電機(jī)功率：5KW糾偏傳感器采用雙傳感器居中糾偏光電傳感器（E+L）糾偏輥帶動(dòng)極片直徑：?120mm行程：≥±50mm糾偏電缸根據(jù)傳感器信號(hào)帶動(dòng)氣脹軸及糾偏軸移動(dòng)行程：≥±50mm推力：3000N激光切模塊介紹--放卷/糾偏模塊2.3氣缸支撐膠輥壓筋輥橫向調(diào)節(jié)手柄對(duì)射傳感器組成功能關(guān)鍵參數(shù)品牌型號(hào)支撐膠輥極耳壓筋時(shí)對(duì)極片起支撐作用膠輥硬度：邵氏70對(duì)射傳感器檢測(cè)極片邊緣，極片跑偏及時(shí)彈開(kāi)壓輪極片跑偏超過(guò)1mm及時(shí)彈開(kāi)壓輪氣缸提供壓力氣缸接精密調(diào)壓閥，壓力可調(diào)SMC/亞德客行程15mm，缸徑：20mm壓筋輥齒型壓輥，對(duì)極片壓痕作用/激光切模塊介紹--極耳壓筋模塊2.3激光切模塊介紹--分條組件組成功能關(guān)鍵參數(shù)品牌型號(hào)前/后調(diào)節(jié)輥調(diào)解極片進(jìn)分條刀及出分條刀角度，輥外徑分條刀架1）分條極片；2）清理分條產(chǎn)生粉塵分切精度：≤±0.5mm；分條毛刺：≤7um刀片直徑：?130（百澤）伺服電機(jī)提供分條刀動(dòng)力/電機(jī)：歐姆龍750W減速機(jī)：新立贏10比刀架托板支撐刀模，保證切刀與極片垂直度刀模接觸面與輪滑面高度差2.5mm、表面熱處理吸塵管道吸附分切時(shí)產(chǎn)生的粉塵分條刀架前調(diào)解輥后調(diào)節(jié)輥電機(jī)刀架托板吸塵管道可調(diào)旋鈕2.3鋰電制造工藝及裝備制造業(yè)工程基礎(chǔ)極片模切機(jī)動(dòng)力電池卷繞機(jī)電池故事12343.1卷繞機(jī)設(shè)備把極片變成極芯FromElectrodetoJellyRoll卷繞方形疊片方形卷繞圓柱1865046960卷繞圓柱46803.1卷繞電芯的原理把極片變成極芯FromElectrodetoJellyRoll3.2卷繞機(jī)---卷針結(jié)構(gòu)3.2卷繞機(jī)---卷針結(jié)構(gòu)卷繞褶皺定律：產(chǎn)生褶皺的原因是當(dāng)極片在卷針逐圈積累過(guò)程中，極片層間增大半徑δ，同時(shí)極片的積累長(zhǎng)度也會(huì)增大，當(dāng)極片的積累周長(zhǎng)長(zhǎng)度增大變化率與卷繞半徑增長(zhǎng)率不相等時(shí)，卷繞抽針芯包壓扁后，內(nèi)部極片將產(chǎn)生褶皺現(xiàn)象，這就是卷繞褶皺定律。圓形卷繞、方形下料；卷繞線速度2000mm/s-3000mm/s張力波動(dòng)小于5%高速卷繞辦法--圓形卷針下料壓扁3.23.3卷繞機(jī)的分類3.3典型卷繞四大核心技術(shù)圓形卷針卷針直驅(qū)高精卷前糾偏高精度CCD系統(tǒng)高速、高精度的基石保證高速、高精度的“利劍“電芯全過(guò)程控制制造過(guò)程品質(zhì)全管控方形電芯卷繞機(jī)3.4卷針直驅(qū)高速、高精度的基石保證支撐板卷針傳動(dòng)軸卷針電機(jī)傳動(dòng)軸電機(jī)花鍵軸支撐板卷針傳動(dòng)軸卷針電機(jī)傳動(dòng)軸電機(jī)直驅(qū)控制方式傳統(tǒng)控制方式100%剛性提升傳動(dòng)結(jié)構(gòu)件壁厚可增加，剛性提升20%對(duì)齊度提升電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)卷針，精度高傳動(dòng)軸剛性提升，精度提升20%張力波動(dòng)降低結(jié)構(gòu)剛性高，張力波動(dòng)小知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利直驅(qū)控制方形電芯卷繞機(jī)3.3圓形卷針高速、高精度的“利劍“100%速度提升卷針旋轉(zhuǎn)過(guò)程順暢，速度上限高10%對(duì)齊度提升卷繞過(guò)程中電芯變形小20%張力波動(dòng)降低圓形結(jié)構(gòu)卷繞過(guò)程曲率變化小，張力波動(dòng)小兼容性強(qiáng)變卷徑設(shè)計(jì)，適用多規(guī)格電芯制造方形電芯卷繞機(jī)變徑卷針3.3高精卷前糾偏電芯全過(guò)程控制60%入料縮短電芯卷始入卷自由長(zhǎng)度大幅縮短40%頭尾對(duì)齊度提升通過(guò)縮短入料收尾自由長(zhǎng)度，提升電芯整體對(duì)齊度63%收尾縮短電芯卷尾自由段長(zhǎng)度大幅縮短卷針?biāo)推瑠A板卷前糾偏方形電芯卷繞機(jī)3.3高精度CCD系統(tǒng)制造過(guò)程品質(zhì)全管控CCD在線檢測(cè)在線檢測(cè)判斷極片、隔膜Overhang邊緣值實(shí)時(shí)顯示，存儲(chǔ)可追溯CCD防呆檢測(cè)視野內(nèi)布置紅光標(biāo)定，自動(dòng)判定CCD是否移位CCD閉環(huán)糾偏與糾偏機(jī)構(gòu)配合，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)糾偏方形電芯卷繞機(jī)3.3易操作共用技術(shù)-平臺(tái)支撐HMI界面優(yōu)化界面簡(jiǎn)化標(biāo)準(zhǔn)化，分類清晰易操作所見(jiàn)及所得CCD一鍵NG分類界面簡(jiǎn)化標(biāo)準(zhǔn)化，分類清晰易操作所見(jiàn)及所得實(shí)現(xiàn)方式CCD電芯編號(hào)電芯數(shù)據(jù)PLCCSV數(shù)據(jù)編號(hào)NG圖片編號(hào)文件夾：所有NG圖片CSV數(shù)據(jù)編號(hào)NG圖片編號(hào)文件夾:NG分類MES發(fā)送保存電芯編號(hào)電芯數(shù)據(jù)分類屬性發(fā)送創(chuàng)建文件夾移動(dòng)文件夾CCD分類屬性統(tǒng)計(jì)數(shù)量展示統(tǒng)計(jì)數(shù)量記錄3.3易換型共用技術(shù)-平臺(tái)支撐010203換型硬件少換型免調(diào)一鍵切換僅更換卷針，且卷針可變徑換型后無(wú)需復(fù)核精度僅做電芯工藝精調(diào)已做電芯配方保存及調(diào)用，換型前后關(guān)聯(lián)位置機(jī)械精度一致3.3卷繞技術(shù)發(fā)展目標(biāo)：針對(duì)原有卷繞技術(shù)，效率提升100%以上陰極追切組件貼雙面膠組件下隔膜隔膜壓輥隔膜追切收尾壓輥貼尾膠組件上隔膜陽(yáng)極追切組件極片卷前糾偏真空吸附卷針下料機(jī)械手陰極片陽(yáng)極片隔膜連續(xù)高速卷繞方案路徑：4PPM8PPM10PPM2022.6月2023.6月現(xiàn)狀1、隔膜連續(xù)，有降速2、3米線速度1、隔膜連續(xù)，無(wú)降速2、4米線速度3.4鋰電制造工藝及裝備極片模切機(jī)動(dòng)力電池卷繞機(jī)電池故事—大王王傳福1234