锂电池制造工艺及装备 课件 第5-2 中段制造设备

5-2电池中段制造设备锂电制造工艺及装备锂电制造工艺及装备制造业工程基础极片模切机动力电池卷绕机电池故事1234数据是制造的基础，性能、质量、效率的表征，智能化制造必须以数据为基础。制造数据装备是产业的“母鸡”，是产品高质量、大规模、降成本的基础制造装备材料是产品的基础，机器、产品性能、最基本的都是通过材料来保证的。产业材料制造业以标准规范为基础获得统一、规范、积累从而实现不断优化和提升。标准件、标准规范、过程规范都是制造业的结晶。产业标准1.0制造业工程基础1.1电芯制造工艺流程极片制造电芯检测电芯组装（制浆、合浆）锂电制造工艺及装备制造业工程基础极片模切机动力电池卷绕机电池故事12342.0模切机---激光、五金模切

锂离子电池极片经过浆料涂敷，干燥和辊压之后，形成集流体及两面涂层的三层复合结构。然后根据电池设计结构和规格，我们需要再对极片进行裁切。一般地，对卷绕电池，极片根据设计宽度进行分条；叠片电池，极片相应裁切成片。目前，锂离子电池极片裁切工艺主要采用以下两种：（1）模具冲切，（2）激光切割。锂离子电池正负极极片示意图极耳成型前极耳成型后分切后模切设备--模具冲切

五金模具冲切，利用冲头和下刀模极小的间隙对极片进行裁切。涂层颗粒通过粘结剂连接在一起，在冲切工艺过程中，在应力作用下涂层颗粒之间剥离，金属箔材发生塑形应变，达到断裂强度之后产生裂纹，裂纹扩展分离，金属箔材断裂分离过程是一个拉断、撕裂的过程。金属材料冲切件的断面分为４个部分：塌角、剪切带、断裂带和毛刺。

优点：设备结构简单，成本低，维修简单。

缺点：刀头易损坏，电池型号不同更换不同刀头，生产效率低，容易产生毛刺。2.1模切设备--模具冲切原理冲切原理示意图箔材断裂过程磨具间隙δ=（D-d）/2<t/(3-5)；对6μM的铜箔，这个间隙δ是1.5-2μM，对于机械加工来讲是很难保证的；尤其是面对热膨胀及圆弧模切更难。2.1模切设备--激光切割

五金模具冲切存在刀具磨损容易引起工艺不稳定，导致极片裁切品质差，引起电池性能下降。激光切割具有生产效率高，工艺稳定性好的特点，已经在工业上应用于锂离子电池极片的裁切，其基本原理是利用高功率密度激光束照射被切割的电池极片，使极片很快被加热至很高的温度，迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点而形成孔洞，随着光束在极片上的移动，孔洞连续形成宽度很窄的切缝，完成对极片的切割。激光能量和切割移动速度是两个主要的工艺参数，对切割质量影响巨大。图5不同的激光切割工艺条件下单面图层负极极片的切边形貌图6不同的激光切割工艺条件下单面图层正极极片的切边形貌2.21.放卷模块2.放卷纠偏3.手动接带4.张力传感器6.极耳加强筋7.过程纠偏8.激光切割平台9.驱动14.毛刷除尘10.风刀除尘15.张力传感器16.收料抚平模块17.收卷模块11.分条前纠偏12.分条刀架5.张力摆杆激光模切模块布局--双放四收13.CCD检测18.废料机2.2激光极耳成型机四大核心技术悬空切割产品适应性领先张力控制高精度控制系统设备稳定运行、产品品质保证基石自主知识产权技术效率高精度高为您节省每一分来料激光切的心脏部位持续迭代优化2.3悬空切割激光切的心脏部位，持续迭代优化无耗材悬空切取代切割底板方式，不需要耗材无粉尘堆积激光切割粉尘不会堆积，由负压管路抽走一键换型预设切割工艺，直接程序一键换型，不需要换型零部件易维护真空皮带更换简易清洁方便激光极耳成型机2.3高精控制系统激光极耳成型机自主知识产权技术，效率高、精度高控制激光切割精度硬件张力控制编码辊压辊硬度过辊精度轴承精度软件软件运算速度软件运算准确性光学件精度

极耳间距精度系统架构≤±0.1mm2.3张力控制系统设备稳定运行、产品品质保证的基石采集元件PLC（计算元件）控制元件执行元件激光极耳成型机张力控制硬件收放卷轴精度过辊精度牵引轴刚性软件自主开发程序度加减速补偿前馈控制控制逻辑系统架构张力波动≤±3%2.3纠偏辊气胀轴电机纠偏电缸注油脂嘴弧形展平辊基恩士卷底黄胶感应器+超声波传感器+一字红光组成功能关键参数气胀轴固定料卷，避免料卷打滑外径：6寸料筒长度580mm来料外径≤Ф700mm承重：500KG驱动电机电机主动放料，驱动作用电机功率：5KW纠偏传感器采用双传感器居中纠偏光电传感器（E+L）纠偏辊带动极片直径：Ø120mm行程：≥±50mm纠偏电缸根据传感器信号带动气胀轴及纠偏轴移动行程：≥±50mm推力：3000N激光切模块介绍--放卷/纠偏模块2.3气缸支撑胶辊压筋辊横向调节手柄对射传感器组成功能关键参数品牌型号支撑胶辊极耳压筋时对极片起支撑作用胶辊硬度：邵氏70对射传感器检测极片边缘，极片跑偏及时弹开压轮极片跑偏超过1mm及时弹开压轮气缸提供压力气缸接精密调压阀，压力可调SMC/亚德客行程15mm，缸径：20mm压筋辊齿型压辊，对极片压痕作用/激光切模块介绍--极耳压筋模块2.3激光切模块介绍--分条组件组成功能关键参数品牌型号前/后调节辊调解极片进分条刀及出分条刀角度，辊外径分条刀架1）分条极片；2）清理分条产生粉尘分切精度：≤±0.5mm；分条毛刺：≤7um刀片直径：Ø130（百泽）伺服电机提供分条刀动力/电机：欧姆龙750W减速机：新立赢10比刀架托板支撑刀模，保证切刀与极片垂直度刀模接触面与轮滑面高度差2.5mm、表面热处理吸尘管道吸附分切时产生的粉尘分条刀架前调解辊后调节辊电机刀架托板吸尘管道可调旋钮2.3锂电制造工艺及装备制造业工程基础极片模切机动力电池卷绕机电池故事12343.1卷绕机设备把极片变成极芯FromElectrodetoJellyRoll卷绕方形叠片方形卷绕圆柱1865046960卷绕圆柱46803.1卷绕电芯的原理把极片变成极芯FromElectrodetoJellyRoll3.2卷绕机---卷针结构3.2卷绕机---卷针结构卷绕褶皱定律：产生褶皱的原因是当极片在卷针逐圈积累过程中，极片层间增大半径δ，同时极片的积累长度也会增大，当极片的积累周长长度增大变化率与卷绕半径增长率不相等时，卷绕抽针芯包压扁后，内部极片将产生褶皱现象，这就是卷绕褶皱定律。圆形卷绕、方形下料；卷绕线速度2000mm/s-3000mm/s张力波动小于5%高速卷绕办法--圆形卷针下料压扁3.23.3卷绕机的分类3.3典型卷绕四大核心技术圆形卷针卷针直驱高精卷前纠偏高精度CCD系统高速、高精度的基石保证高速、高精度的“利剑“电芯全过程控制制造过程品质全管控方形电芯卷绕机3.4卷针直驱高速、高精度的基石保证支撑板卷针传动轴卷针电机传动轴电机花键轴支撑板卷针传动轴卷针电机传动轴电机直驱控制方式传统控制方式100%刚性提升传动结构件壁厚可增加，刚性提升20%对齐度提升电机直接驱动卷针，精度高传动轴刚性提升，精度提升20%张力波动降低结构刚性高，张力波动小知识产权专利直驱控制方形电芯卷绕机3.3圆形卷针高速、高精度的“利剑“100%速度提升卷针旋转过程顺畅，速度上限高10%对齐度提升卷绕过程中电芯变形小20%张力波动降低圆形结构卷绕过程曲率变化小，张力波动小兼容性强变卷径设计，适用多规格电芯制造方形电芯卷绕机变径卷针3.3高精卷前纠偏电芯全过程控制60%入料缩短电芯卷始入卷自由长度大幅缩短40%头尾对齐度提升通过缩短入料收尾自由长度，提升电芯整体对齐度63%收尾缩短电芯卷尾自由段长度大幅缩短卷针送片夹板卷前纠偏方形电芯卷绕机3.3高精度CCD系统制造过程品质全管控CCD在线检测在线检测判断极片、隔膜Overhang边缘值实时显示，存储可追溯CCD防呆检测视野内布置红光标定，自动判定CCD是否移位CCD闭环纠偏与纠偏机构配合，实现闭环纠偏方形电芯卷绕机3.3易操作共用技术-平台支撑HMI界面优化界面简化标准化，分类清晰易操作所见及所得CCD一键NG分类界面简化标准化，分类清晰易操作所见及所得实现方式CCD电芯编号电芯数据PLCCSV数据编号NG图片编号文件夹：所有NG图片CSV数据编号NG图片编号文件夹:NG分类MES发送保存电芯编号电芯数据分类属性发送创建文件夹移动文件夹CCD分类属性统计数量展示统计数量记录3.3易换型共用技术-平台支撑010203换型硬件少换型免调一键切换仅更换卷针，且卷针可变径换型后无需复核精度仅做电芯工艺精调已做电芯配方保存及调用，换型前后关联位置机械精度一致3.3卷绕技术发展目标：针对原有卷绕技术，效率提升100%以上阴极追切组件贴双面胶组件下隔膜隔膜压辊隔膜追切收尾压辊贴尾胶组件上隔膜阳极追切组件极片卷前纠偏真空吸附卷针下料机械手阴极片阳极片隔膜连续高速卷绕方案路径：4PPM8PPM10PPM2022.6月2023.6月现状1、隔膜连续，有降速2、3米线速度1、隔膜连续，无降速2、4米线速度3.4锂电制造工艺及装备极片模切机动力电池卷绕机电池故事—大王王传福1234