1. Основные принципы намотки
Основная задача намотки: с помощью намоточного штифта скрутить положительную пластину, сепаратор и отрицательную пластину в плотный рулон по последовательности «положительная пластина → сепаратор → отрицательная пластина → сепаратор → положительная пластина…». Намотку можно представить как приготовление суши — нори соответствует сепаратору, а рис — пластинам, только в данном случае «суши» представляет собой цилиндрический или квадратный рулон аккумуляторного элемента.
Основные компоненты намоточного станка:
Процесс намотки:
- Сначала сепаратор наматывается одним витком на намоточный стержень (закладка основания)
- Полосы положительного и отрицательного электрода подаются с обеих сторон, а сепаратор находится посередине
- Все три компонента наматываются синхронно под контролем натяжения
- После намотки заданного количества витков полосы электродов обрезаются, а сепаратор продолжает наматываться до завершения
- Для фиксации наклеивается концевая лента, после чего извлекается намоточный штифт (квадратная форма) или вынимается сердечник (мягкая упаковка).
2. Особенности намотки аккумуляторов квадратной формы и в мягкой упаковке
Принцип намотки аккумуляторов квадратной формы и в мягкой упаковке в основном одинаков, но форма намоточного штифта и последующая обработка отличаются:
Намотка аккумуляторов квадратной формы (с алюминиевым корпусом):
· Намоточная игла имеет плоскую форму (плоская игла), а сечение сердечника — эллиптическое
· Неравномерное распределение натяжения в углах (R-углы) плоской иглы является общей сложностью при намотке квадратных элементов
· После извлечения из иглы сердечник необходимо подвергнуть термопрессованию для придания формы, чтобы толщина, длина и ширина соответствовали корпусу
Намотка мягкоупакованных элементов (в алюминиево-полимерной пленке):
· Иголки для намотки также имеют плоскую форму, но элементы в мягкой оболочке обычно тоньше (толщина значительно меньше ширины);
· Намотанный сердечник не вставляется в корпус, а непосредственно укладывается на алюминиево-полимерную пленку для герметизации;
· Требования к точности расположения выводов более высоки — выводы должны точно выходить из зоны герметизации алюминиево-полимерной пленки; слишком большое отклонение приведет к негерметичности;
· После выхода из иголок намотанный сердечник также требует термопрессования для предотвращения отскока и деформации электродов.
Влияние системы LFP на намотку квадратных/мягких аккумуляторов:
· Низкая плотность уплотнения LFP, толстое покрытие → при одинаковой ёмкости аккумуляторных элементов электроды LFP толще, чем у NCM → сердечник больше, количество витков намотки меньше
·Полюсные пластины LFP более толстые и обладают высокой жесткостью → сопротивление деформации в области угла R плоского контакта велико → сложность контроля выравнивания увеличивается
·Полус LFP имеют высокую пористость → усадка по толщине при термопрессовании более заметна → параметры термопрессования требуют целенаправленной корректировки
3. Основные контрольные параметры намотки
(1) Натяжение при намотке
Контроль натяжения является ключевым моментом контроля качества при намотке.
·Слишком высокое натяжение → Хотя электроды LFP толще, это не означает, что их прочность на растяжение выше — чрезмерное сдвиговое усилие на границе раздела алюминиевой фольги и покрытия LFP может привести к смещению покрытия
·Слишком низкое натяжение → Электроды свободно висят на сердечнике, что приводит к смещению в процессе намотки
Зональное регулирование натяжения (особенно важно при намотке в квадратных и мягких корпусах):
· Натяжение при размотке: сопротивление, с которым электродная пластина вытягивается с размоточного вала. Электродные пластины LFP обладают высокой жесткостью, поэтому для их выпрямления при размотке требуется натяжение, немного превышающее натяжение для NCM
· Натяжение при намотке: усилие, натягивающее электродную пластину при вращении намоточного штифта; оно немного превышает натяжение при размотке
· Натяжение сепаратора: сепаратор относительно тонкий, поэтому натяжение для него меньше, чем для электродной пластины (обычно 0,3–1 Н/см)
Регулировка натяжения с учетом конусности: по мере увеличения количества витков и диаметра сердечника фактическое значение натяжения изменяется при одинаковой заданной настройке. Хорошая намоточная машина регулирует натяжение в режиме реального времени в зависимости от изменения диаметра рулона — это похоже на намотку клубка пряжи: чем больше он становится, тем сильнее нужно сжимать его в руке.
(2) Выравнивание
Выравнивание — это степень совпадения краев положительного электрода, сепаратора и отрицательного электрода. Плохое выравнивание приводит к:
· Выход положительного электрода за пределы сепаратора → прямой контакт положительного и отрицательного электродов → короткое замыкание
· Недостаточное выдвижение отрицательного электрода за положительный электрод → осаждение лития на краях отрицательного электрода (в системе LFP это также нельзя игнорировать)
· Общее смещение электродов → Неточное положение выводов → Сложности при пайке
Способы контроля выравнивания:
· Онлайн-контроль с помощью CCD: высокоскоростная камера в режиме реального времени фиксирует положение краев
· Система коррекции смещения: в режиме реального времени корректирует поперечное положение электродов/сепаратора на основе данных CCD
Типичные требования к выравниванию (ориентировочные значения для LFP-аккумуляторов квадратной формы/в мягкой оболочке):
· Выход сепаратора за край положительного электрода: обычно 0,5–2,0 мм (в зависимости от конструкции элемента)
·Выступ отрицательного электрода за край положительного: обычно 0,5–1,5 мм
·Колебания точности выравнивания на протяжении всего процесса намотки: обычно контролируются в пределах ±0,3 мм
Проблемы с выравниванием в системе LFP:
·Электродные пластины LFP имеют большую толщину и жесткость, что приводит к локальному отклонению в области угла R плоской иглы — это типичная сложность при намотке квадратных элементов LFP
·Способы решения: соответствующее увеличение натяжения сепаратора в области угла R, использование давления сепаратора для «прижимания» электродов
(3) Положение ввода электродов в рулон и позиционирование выводов
Положение ввода электродов в рулон определяет их окончательное расположение в сердечнике рулона. Для аккумуляторных элементов с квадратным алюминиевым корпусом и в мягкой оболочке:
· Квадратные: выводы должны точно соответствовать положению полюсов на крышке корпуса
· Мягкопакетные: выводы должны точно выходить из зоны герметизации алюминиево-полимерной пленки, при этом выводы верхнего и нижнего слоев не должны перекрываться, и должно оставаться достаточное пространство для герметизации
Способ управления: с помощью датчиков осуществляется обнаружение ориентировочных меток на электроде (позиционирующих отверстий или линий маркировки в пустых зонах), после чего электроды останавливаются в заданном положении и заправляются в рулон.
4. Распространенные дефекты намотки — краткий обзор
Дефекты намотки в основном подразделяются на шесть категорий: смещение электродов, складки в сепараторе, деформация сердечника, перегиб выводов, обнаружение короткого замыкания и выпуклость в углах R. При этом выпуклость в углах R является специфической проблемой при намотке квадратных элементов LFP. Подробные инструкции по устранению неисправностей и опыт работы на производственной линии собраны в отдельном руководстве в формате Excel; его можно получить, ответив «Дефекты резки и намотки».
Большинство проблем, обнаруживаемых на этапе намотки, можно отнести к двум основным причинам: регулировка натяжения (наиболее частая причина) и качество поступающего материала после резки (заусенцы и посыпание порошком напрямую приводят к короткому замыканию и смещению).
Если после термопрессования толщина сердечника оказывается слишком большой, не следует сначала регулировать параметры термопрессования — сначала проверьте натяжение при намотке.
5. Термопрессование сердечника
После завершения намотки квадратных и мягких аккумуляторов сердечник обычно требует термопрессования для придания формы:
· Квадратные аккумуляторы: контроль толщины и формы сердечника для обеспечения беспрепятственной установки в корпус
· Мягкие аккумуляторы: предотвращение отскока и деформации электродов, облегчение последующей герметизации
Типичные параметры (рекомендуемые значения для квадратных/мягких аккумуляторов LFP):
·Температура: обычно 75–85 °C (не превышающая температуру термоусадки сепаратора)
·Давление: обычно 0,2–0,5 МПа
·Время: обычно 30–120 секунд
Особые моменты для системы LFP:
·Электроды LFP имеют высокую пористость и толстое покрытие → при термопрессовании усадка по толщине более заметна → давление термопрессования не должно быть слишком высоким (во избежание раздавливания покрытия)
· Отклонение толщины после горячего прессования: целевое значение ±0,1–0,3 мм. Слишком большое отклонение по квадрату затрудняет установку в корпус, а слишком большое отклонение по площади приводит к образованию складок при герметизации мягкого пакета
Top comments (0)