叠片工艺能够很好的满足锂离子在电池内部均匀、平行移动的需求,且叠片工艺具备接触界面均匀、内阻低、能量密度高、倍率特性好、极片膨胀变形均匀等综合特点,已经成为未来电池结构发展的重要趋势。
叠片技术发展路线目前市场上主流叠片机设备路线主要有四种:
1) Z字型叠片机
2) 切叠一体机
3) 热复合叠片机
4) 卷绕一体机。
其中,Z字型叠片机和切叠一体机本质上都属于Z型叠片,目前在国内应用最广泛;
热复合叠片机是将烘烤后的正负极片与隔膜热复合,随后经辊压,裁切成复合单元再进行叠片,相较于Z字型叠片多热复合和辊压等工序,技术难度更高;
卷叠一体机是指将正负极片裁切成单元,分别贴在隔膜上,然后用卷绕的方式,实现两组正负极片相间叠放;
卷叠一体机设计牵扯到国外日韩专利,例如LG新能源使用的是德国MANZ制造的卷叠一体机锂电设备。
Z字型叠片机,目前在国内应用最广泛,涉及到设备特点和换型Z字型叠片机原理自动叠片、贴胶及自动下料功能。隔膜主动放卷,经过渡辊,垂直张力机构引入主叠片台。主叠片台带动隔膜前后往复运动,呈Z字形折叠并放置极片。正负机械手分别从正负极片盒内取出极片,经次定位台定位,精确叠放在主叠片台上。在叠放至设定片数后,停止叠片,完成尾卷、贴胶后,自动下料到后工序。
叠片设备的关键结构机架系统正/负极片盒组件隔膜放卷组件负极片二次定位组件叠片台组件机械手组件隔膜切断组件电芯贴胶组件电芯下料组件主要机构说明尾卷压辊
调节至能很好的压住切断后的隔膜断头,且避空前来取料的平移夹,该辊轮转动的快慢是可调的,注意辊轮的外圈要贴泡棉,防止损伤电芯。
前尾卷夹
卷刀连板紧靠支座基准边,上下夹板对齐。
上下卷刀连板两侧贴泡棉,防止尾卷时后尾卷卷针损伤,夹板贴铁弗龙,防止刮伤隔膜。
贴胶模块
首先注意胶纸的绕法,点动备胶调试,如出现备不上胶时
没拉到胶带切刀未能很好的切断吸盘漏真空可以根据工艺调节胶带的长度或数量(注意刀片伤手)后尾卷夹
卷刀连板紧靠支座基准边,卷针匀称安装,两卷针的宽度按照负极片的宽度,比极片窄1-3MM均可,具体视卷出的电芯效果好坏为准进行调节,夹板贴铁弗龙,防止刮伤隔膜。
前后尾卷
前后尾卷夹伸出的距离以能很好的夹住电芯为准,前后夹板接触到电芯5-8MM即可,尾卷电机在原点时,两尾卷夹必须持水平状态。在此状态下,点动尾卷旋转电机,确认转动时不会有干涉。
尾卷前压辊
能有效的压到隔膜,让电芯在尾卷时,隔膜不会起皱。
压辊注意避空3处
叠片台牵引真空吸块切刀前后交替压紧
后U夹以E型板边缘为基准,两压板的宽度以客户要求的电芯工艺为准,常见的有比负极片宽1-3MM,两组件的前后位置以负极片的长度来定,注意在整体移动时靠紧右边的导条。
设备工作时,叠片台整体为高速运行,注意滚珠丝杠和直线导轨的保养与维护,两者均接有油嘴,可用油枪对准直接加润滑油。
叠片台纠偏
吸块在升起状态时与E型板面平齐,尽量贴紧E型板侧面边缘,调节好电机的前后限位,吸块在左右移动时不会干涉。
电芯升降组件
当U夹升降气缸在自然状态时,压板底面能刚好压到E型板上面,且能压住极片或隔膜,以此确定升降电机原点。
隔膜夹紧
该组件也称为隔膜回收机构,隔膜被切断后,两辊为闭合状态,电机会带动胶辊转动,把切断后的隔膜断头回收到指定位置。
两根辊相对平行,能很好的夹紧隔膜即可。
隔膜放卷及张力组件
BST纠偏传感器
尾卷时气缸会伸出,控制隔膜的张力。
气胀轴上有一个隔膜挡圈,当确定隔膜位置后,锁紧挡圈,换隔膜时只推到靠紧挡圈即可。
BST纠偏电机
切刀组件
切刀经气缸推出,可根据隔膜的宽度来调节气缸推出的行程,切断位置以电芯工艺为准,但要注意调动时不能干涉到其他模块,尤其注意后尾卷这一块(注意刀片伤手)。
料盒,上料模块
料盒在调节时,前后左右尽量匀称,活动板在料盒里前后左右留2-3MM的间隙,确认活动板能顺利的上下。上料顶升块端面与大板面平齐即可,保证料盒能顺利的进出,以此确定上料电机原点。上料的高度由光纤控制。
毛刷及扫风模块
吹气块由气缸带动上下,所吹出的为离子风,起到消除静电的作用。在升起状态时只吹到最上面几层极片为最佳。
毛刷的位置以能最好的刷到极片,达到去除吸多片的效果,又不会刷伤极片为准。
外吸盘组件
外吸盘有3个位置,原点,吸片位和抖片位,在原点位时,机械手丝杠来回时不会有干涉,抖片位一般小于吸片位,抖片结构也是为去除吸多片。此机构系为高速运转,注意滚珠丝杠与直线导轨的维护和保养。
吸盘安装架可以根据极片的宽度进行调节,使用的数量可据极片大小来定,所有吸盘安装好后,调节至同一高度。
内吸盘组件
真空吸盘调节至吸嘴底面露出下安装板底面1MM即可,底面须贴泡棉胶,防止损伤极片。当内吸盘在预定位调整板正中间时,可以确定机械手移动电机的原点,此组件动作频繁,注意直线导轨的润滑。
机械手丝杠组件
带动内外吸盘来回移动,可调节极片叠到叠片台上的前后位置,此组件在运行时为高速运转,操作时应注意安全,同时应注意丝杠和导轨的保养。
内外吸盘真空压力开关及内吸盘下降压力控制阀
为防止内吸盘下降时打伤极片,一般讲压力大小设置为0,2即可。可减小吸盘接触到预定位时产生的噪音。
预定位组件
预定位一共有4条定位挡条,全属非金属材料,不会损伤极片。其中有两条为不动边,调节时紧靠调整板即可,根据极片大小,调节另外两条活动边,在气缸闭合状态下,极片前后方向和左右方向留0,1MM的活动间隙,板中央的传感器起到检测板上有无极片的作用。
整机主气阀
往右推动为开,反之为关,气压大小调节到0,6左右,当气压过低时,会产生报警
,整机会停止工作,注意调压阀最末端有一个排水按钮,要定期排水。
诸类调压阀
隔膜张力控制,压力大小:0.02
叠片台主气控制前后尾卷夹高压前尾卷夹低压压力大小分别为
0.30.20.1U夹下降控制,压力大小:0.2
平移夹闭合控制,压力大小:0.3
气胀轴开关
当关闭气胀轴时,需按下此键2秒以上,以防止不小心的瞬间碰撞使气胀轴异常关闭,影响整机正常运转。
电机驱动器及电源开关控制
当电机报警时,找到相对应的电源开关,关闭至驱动器指示灯熄灭后,再开启,便可消除报警。
PLC面板
设备上所有的感应器与所有电机如出现异常时,均可对照号码从上面找出相对应的输入点与输出点,以此可以判断出问题的所在。
鼓风机吸尘系统
能有效吸除极片所掉粉尘,运转时无噪音。
平移模块
夹子的调节以叠片台E型板为基准,调至U槽的正中间,确定夹电芯时不会相撞,夹子上下对齐,上下夹块须贴泡棉,防止损伤电芯。
根据电芯的厚度,调节此螺丝,夹子打开夹料时,电芯在这个宽度的正中间为准,下面的螺丝,是调节尾卷时电芯在后尾卷夹打开宽度的正中间,防止卷针穿坏电芯。
下料模块
此板面需贴泡棉,防止损伤电芯,调节时以该板升起时刚好托到电芯为好,注意调节气缸限位,进去取料时不能碰撞平移夹,气缸退出的速度可以调慢一点,防止电芯移位甚至掉落。
叠片台模块
换型号时,只需将叠片台上面的两颗螺丝松掉,换上新的叠片台即可。叠片台上面有两颗销钉,保证叠片台的位置不产生偏移。
换型时,隔膜压刀的位置需要调节。此处安装有导条,换型时,只需要将整块顺着导条移动就可以。导在安装均打好百分表,保证精度.
换型模块序号
机构
数量
备注
1
换型物料
极片料盒
料盒活动板
4
可调范围10mm
2
预定位
定位板
2
可调范围10mm
3
叠片机械手
真空吸板
2
可调范围10mm
4
叠片台
压板
4
可调范围30mm,也与极耳位置有关
5
连接板
1
可调范围30mm
6
下料机构
夹持连扳
2
可调范围30mm
7
尾卷机构
夹子
4
可调范围30mm
换型清单(换型件)气控汇总表(带纠偏)
结语
目前,全球头部电池企业未来产品规划逐渐向叠片电池切换。鉴于叠片电池在能量密度以及安全性等方面优于卷绕电池,伴随叠片技术的不断发展,未来方形电池中叠片工艺有望得到大规模使用。