1. Что такое процесс нанесения покрытия?
Процесс нанесения покрытия — это технология производства, при которой жидкая суспензия равномерно наносится на поверхность подложки.
В производстве литий-ионных батарей процесс нанесения покрытия в основном используется для изготовления листов положительного и отрицательного электродов.
По вопросам планов закупок и консультаций по техническим параметрам оборудования для нанесения покрытий на аккумуляторы просим обращаться к Сяовэю по электронной почте: sales@xiaoweitop.com.
Сначала активные материалы, проводящие агенты, связующие вещества и т. д., необходимые для батареи, смешиваются в соответствии с формулой для образования однородной суспензии.
Затем суспензия равномерно наносится на поверхность металлической фольги с помощью оборудования для нанесения покрытия:
Материал положительного электрода наносится на поверхность алюминиевой фольги;
Материал отрицательного электрода наносится на поверхность медной фольги.
Покрытые электродные листы поступают в систему сушки, где растворитель из суспензии удаляется путем нагрева, что позволяет сформировать стабильный пленочный слой электрода.
В итоге получаются листы положительного и отрицательного электродов, соответствующие требованиям производства батарей.
Качество покрытия напрямую влияет на следующие характеристики батареи:
плотность энергии;
срок службы;
соответствие стандартам;
безопасность.
Поэтому установка для нанесения покрытия является одним из ключевых элементов оборудования в процессе производства литий-ионных батарей.
2. Принцип работы оборудования для нанесения покрытия на электроды литий-ионных батарей
Оборудование для нанесения покрытия на электроды литий-ионных батарей в основном используется для равномерного нанесения суспензии батареи на поверхность алюминиевой или медной фольги.
Оборудование контролирует:
скорость потока суспензии;
толщину покрытия;
скорость перемещения подложки;
температуру сушки;
для обеспечения соответствия электрода проектным требованиям.
Весь процесс представляет собой электромеханическую интегрированную систему, состоящую из механической системы, системы управления, системы подачи и системы сушки.
В настоящее время в индустрии литий-ионных аккумуляторов в основном используются два метода нанесения покрытий:
Покрытие с помощью валиков-запятых
Покрытие с помощью щелевых штампов
3. Принцип действия покрытия с помощью валиков-запятых
Покрытие с помощью валиков-запятых — это традиционный метод нанесения покрытий на электроды аккумуляторов.
Рабочий процесс выглядит следующим образом:
Сначала суспензия поступает в зону валиков для нанесения покрытия.
Регулируя:
Зазор между валиком для нанесения покрытия и ракельным ножом в форме запятой;
Контролируется толщина суспензии на поверхности валика для нанесения покрытия.
Затем, регулируя:
Расстояние между задним валиком и валиком для нанесения покрытия;
Суспензия равномерно переносится на поверхность алюминиевой или медной фольги.
Этот метод отличается зрелой структурой и стабильным оборудованием, подходящим для некоторых областей применения в производстве аккумуляторов.
Однако, с постоянно растущими требованиями аккумуляторной промышленности к высокой плотности энергии и высокоточной обработке, покрытие с помощью щелевых штампов постепенно становится основной технологией.
4. Принцип нанесения покрытия в щелевой матрице
Нанесение покрытия в щелевой матрице — это высокоточная технология нанесения покрытия в заданных количествах.
В этом методе используется дозирующий насос для подачи суспензии в щелевую матрицу.
После прохождения через внутренние каналы матрицы суспензия равномерно вытекает из щелевого отверстия и покрывает поверхность металлической фольги.
Основные характеристики:
Точный контроль толщины покрытия;
Высокий коэффициент использования суспензии;
Хорошая равномерность покрытия;
Подходит для высокоскоростного производства.
Щелевая матрица является ключевым компонентом этой системы, и ее конструкция напрямую влияет на точность нанесения покрытия.
При проектировании матрицы необходимо учитывать:
Проектирование внутренних каналов на основе реологических параметров суспензии;
Обеспечение плоскостности и прямолинейности верхней и нижней кромок матрицы;
Выбор коррозионностойких материалов, таких как нержавеющая сталь;
Предотвращение попадания посторонних металлических предметов в суспензию;
Легкая разборка и очистка.
5. Конструкция вакуумной камеры при высокоскоростном нанесении покрытий
По мере увеличения скорости производства батарей при высокоскоростном нанесении покрытий могут возникать следующие проблемы:
Нестабильное покрытие;
Колебания краев;
Неравномерная толщина.
Поэтому в некоторых высокоскоростных установках для нанесения покрытий используется конструкция вакуумной камеры.
Когда скорость нанесения покрытия достигает:
≥30 м/мин, необходимо рассмотреть конструкцию камеры с отрицательным давлением.
Вакуумная камера может повысить стабильность потока суспензии и обеспечить качество покрытия при высокоскоростной работе.
Часть вторая: Состав и основные структуры установки для нанесения покрытия на электроды литий-ионных батарей
6. Общая конструкция оборудования для нанесения покрытия
Машина для нанесения покрытия на электроды литий-ионных аккумуляторов в основном состоит из пяти основных узлов:
Размоточный узел (Unwinding Unit)
Узел нанесения покрытия (Coating Unit)
Система подачи суспензии (Slurry Feeding System)
Узел сушки (Drying Unit)
Узел размотки и намотки (Rewinding Unit)
Все оборудование работает благодаря взаимодействию механической конструкции, системы электрического управления и программного обеспечения для автоматизации, что обеспечивает непрерывное производство электродов для аккумуляторов.
В процессе работы оборудования необходимо точно контролировать:
скорость движения основы;
натяжение электрода;
толщину нанесения покрытия;
количество подаваемой суспензии;
температуру сушки.
Эти параметры определяют конечное качество электрода.
7. Узел размотки (Unwinding Unit)
7.1 Описание функций
Узел размотки является первым участком, с которого начинает работу машины для нанесения покрытия.
Его основные функции:
установка рулонов алюминиевой или медной фольги на размоточный вал и их стабильная подача в зону нанесения покрытия.
Перед поступлением материала в механизм нанесения покрытия необходимо выполнить:
систему контроля отклонения;
систему контроля натяжения;
регулировку направляющих.
Это позволяет гарантировать, что основа всегда находится в правильном положении и движется стабильно.
7.2 Классификация способов размотки
Способы размотки в основном делятся на два типа:
① Автоматическая размотка с соединением ленты
Автоматическая размотка с соединением ленты подходит для непрерывного и крупносерийного производства.
Когда предыдущий рулон материала подходит к концу, оборудование может автоматически выполнить соединение старого и нового материала.
Преимущества:
Сокращение ручного труда;
Повышение производительности;
Подходит для высокоскоростных автоматизированных производственных линий.
② Ручной способ размотки с соединением ленты
Ручной способ соединения ленты в основном используется на экспериментальных линиях, при мелкосерийном производстве или на этапе наладки оборудования.
Оператор должен вручную выполнить соединение материала.
Преимущества:
Простая конструкция;
Гибкость в эксплуатации;
Низкая стоимость оборудования.
8. Система управления размоткой и коррекцией отклонения
8.1 Функция коррекции отклонения
Поскольку алюминиевая и медная фольга относятся к гибким материалам, при работе на высоких скоростях они легко смещаются влево или вправо.
Поэтому наносящая машина должна быть оснащена системой автоматической коррекции отклонения (EPC).
Система коррекции отклонения с помощью датчиков в режиме реального времени определяет положение края материала и управляет перемещением размоточного механизма влево или вправо, обеспечивая правильное положение материала.
8.2 Способы контроля отклонения
В системе обычно используются:
ультразвуковые датчики определения положения.
Данные датчики обладают следующими преимуществами:
возможность контроля обычной металлической фольги;
возможность контроля прозрачных пленочных материалов;
высокая точность контроля.
Датчики в режиме реального времени передают информацию о положении края материала.
При обнаружении отклонения:
система управления вычисляет величину смещения;
приводной двигатель корректирует положение размотки;
материал возвращается в заданное положение.
8.3 Режимы коррекции отклонения
Система коррекции отклонения имеет три основных режима работы:
① Полностью автоматический режим
После запуска система автоматически переходит в режим коррекции отклонения.
Система управления автоматически регулирует движение двигателя на основе сигналов датчиков.
Подходит для непрерывного производства.
② Полуавтоматический режим
Во время работы оборудования:
управление коррекцией отклонения осуществляется автоматически.
При остановке оборудования:
возможна ручная регулировка.
Подходит для ситуаций, когда производство сочетается с техническим обслуживанием.
③ Ручной режим
Независимо от состояния оборудования оператор может вручную управлять перемещением механизма коррекции отклонения.
В основном используется для:
наладки оборудования;
проведения проверок и технического обслуживания.
9. Система управления натяжением размотки
9.1 Важность контроля натяжения
В процессе нанесения покрытия на электроды натяжение основного материала должно оставаться стабильным.
Если натяжение слишком велико:
это может привести к деформации фольги;
ухудшить точность нанесения покрытия.
Если натяжение слишком мало:
могут образовываться складки на материале;
ухудшится стабильность работы оборудования.
Поэтому для обеспечения плавной подачи материала необходимо использовать систему контроля натяжения.
9.2 Управление положением плавающего валика
Управление плавающим валиком является одним из распространенных способов регулирования натяжения.
Принцип работы:
Во время работы оборудования ПЛК-контроллер в режиме реального времени считывает сигнал о положении плавающего валика.
На основании данных обратной связи с помощью ПИД-алгоритма регулируется скорость двигателя размотки.
В результате положение плавающего валика остается стабильным.
По умолчанию установленное положение:
50 %.
9.3 Контроль фактического натяжения
Контроль фактического натяжения в основном включает три режима регулирования:
① Режим ручной регулировки
Оператор вручную устанавливает параметры управления.
② Режим управления с открытым контуром
Система управляет работой оборудования в соответствии с заданными значениями.
③ Режим управления с замкнутым контуром
Система в режиме реального времени измеряет фактическое натяжение.
Затем:
сопоставляет его с заданным значением натяжения;
автоматически корректирует его с помощью алгоритма ПИД;
до тех пор, пока фактическое значение не достигнет заданного.
Следует обратить внимание:
Режим управления с замкнутым контуром может нормально работать только в том случае, если отклонение фактического положения плавающего валика от заданного положения находится в пределах:
±20%
.
10. Покрывающий узел (Coating Unit)
10.1 Технологический процесс
Медь или алюминий, размотанные с катушки, поступают в зону нанесения покрытия.
Сначала она проходит через:
подающий прижимной валок.
Его назначение:
изолировать натяжение при размотке от натяжения при выпуске, чтобы избежать взаимного влияния этих двух зон.
Затем материал поступает в:
зону нанесения покрытия с помощью валков или щелевой формы (Slot Die).
После равномерного нанесения пасты на поверхность фольги материал поступает в систему сушки.
11. Основные параметры управления блоком нанесения покрытия
Блок нанесения покрытия управляет следующими основными параметрами:
① Скорость работы оборудования
Линейная скорость всей линии регулируется опорным валом.
Параметры скорости настраиваются через сенсорный экран HMI.
В основном это:
скорость нанесения покрытия;
скорость перемотки;
скорость импульсного перемещения.
Скорость нанесения покрытия
Означает скорость движения фольги при нормальном производстве.
Скорость перемотки
Означает скорость при обратном ходе оборудования.
Используется в основном для:
регулировки положения материала;
обслуживания оборудования.
Скорость импульсного перемещения
Означает скорость перемещения отдельных узлов при ручном управлении.
Например:
импульсное перемещение опорного вала;
импульсное перемещение размоточного вала.
12. Регулировка зазора между форсункой и опорным валом
Расстояние между форсункой и опорным валом напрямую влияет на толщину нанесения покрытия.
Поэтому требуется высокоточное регулирование.
В данной части используется двухступенчатый привод:
① Перемещение в широком диапазоне
Используется пневматический привод.
Осуществляет:
движение вперёд;
движение назад.
② Точное позиционирование
Используется сервопривод.
Фактическое положение определяется с помощью высокоточного оптического линейного датчика.
Точность позиционирования:
0,1 мкм.
Такая конструкция обеспечивает более точное регулирование положения форсунки и повышает стабильность нанесения покрытия.
Часть третья: Система подачи, система перекрывающих клапанов, сушильный блок, блок разгрузки и блок намотки
13. Система подачи (Slurry Feeding System)
13.1 Состав системы подачи
Система подачи является важной составной частью машины для нанесения покрытия.
Её основная функция заключается в стабильной, непрерывной и равномерной подаче аккумуляторной пасты к наносящей головке.
Система подачи в основном включает:
Резервуар для хранения (Storage Tank)
Дозирующий насос (Metering Pump)
Магнитный сепаратор (Magnetic Separator)
Фильтр (Filter)
Трубопровод (Pipeline)
Эти компоненты совместно обеспечивают стабильность и чистоту подачи пасты.
13.2 Рабочий процесс подачи
Процесс подачи выглядит следующим образом:
Первый этап:
Готовую смесь для аккумуляторов загружают в резервуар для хранения.
Второй этап:
После начала нанесения смесь из резервуара подается с помощью дозирующего насоса.
Третий этап:
Смесь проходит по соединительным трубопроводам.
Затем она последовательно проходит через:
магнитный сепаратор;
фильтр.
В конце поступает в:
щелевую форсунку (SLOT DIE).
Четвертый этап:
Форсунка равномерно наносит пасту на поверхность алюминиевой или медной фольги.
13.3 Контроль уровня жидкости в резервуаре
Резервуар оснащен датчиком уровня жидкости.
Его задача — отслеживать уровень пасты в режиме реального времени.
Когда уровень пасты опускается ниже заданного значения:
система автоматически запускает подачу.
Когда уровень пасты достигает заданного значения:
датчик уровня посылает сигнал, и подача пасты прекращается.
Это позволяет:
обеспечить стабильную подачу пасты;
предотвратить сбои в производстве из-за нехватки пасты;
избежать потерь из-за избыточной подачи пасты.
14. Система дозирующих насосов (Metering Pump)
14.1 Назначение дозирующих насосов
Дозирующие насосы являются ключевым элементом системы подачи.
Его основная функция заключается в следующем:
точное подача пасты в наносящую головку в соответствии с заданным расходом.
Поскольку к точности нанесения пасты для литий-ионных аккумуляторов предъявляются высокие требования, дозирующий насос должен обладать следующими характеристиками:
высокой точностью;
низким уровнем пульсаций;
стабильной производительностью.
14.2 Требования к выбору дозирующего насоса
Паста для литий-ионных аккумуляторов обычно относится к неньютоновским жидкостям.
Поэтому к стабильности работы насоса предъявляются высокие требования.
В реальных производственных условиях обычно используются:
винтовые насосы (Screw Pump).
При выборе модели насоса необходимо учитывать:
расход пасты;
скорость нанесения;
требования к толщине слоя;
и подбирать насос в соответствии с этими параметрами.
Для дальнейшего повышения точности подачи рекомендуется использовать:
двухнасосную конструкцию.
Двухнасосная конструкция обеспечивает:
меньшие колебания давления;
более стабильную подачу пасты;
более высокую однородность нанесения.
15. Магнитный сепаратор и система фильтрации
15.1 Назначение магнитного сепаратора
В процессе производства литиевых аккумуляторов металлические посторонние частицы являются важным фактором, влияющим на безопасность аккумуляторов.
Попадание ферромагнитных частиц в суспензию может привести к:
внутреннему короткому замыканию аккумулятора;
снижению характеристик аккумулятора;
повышению риска для безопасности.
Поэтому система подачи должна быть оснащена магнитным сепаратором.
Его назначение:
удаление магнитных металлических примесей из пасты.
15.2 Назначение фильтра
Фильтр в основном используется для:
фильтрации твердых примесей из суспензии.
Благодаря фильтрации обеспечивается:
более однородная консистенция суспензии;
стабильное качество покрытия;
сокращение дефектов электродов.
Удаление железа и фильтрация являются важными мерами, обеспечивающими безопасное производство литиевых аккумуляторов.
16. Система прерывистых клапанов (Intermittent Valve System)
16.1 Принцип работы
Система прерывистых клапанов в основном используется для управления подачей суспензии в формовочную головку SLOT DIE.
Система с помощью:
клапана подачи;
клапана возврата;
управляет поступлением и возвратом суспензии.
Одновременно осуществляется контроль следующих параметров:
давление нанесения;
давление обратного потока.
16.2 Основные функции
Система прерывистых клапанов позволяет:
① Точно контролировать начало и остановку нанесения покрытия
Избегать непрерывного вытекания суспензии, повышая коэффициент использования материала.
② Контролировать прерывистое нанесение покрытия
Подходит для производственных процессов, требующих:
прерывистого нанесения покрытия;
особой структуры электродов;
.
③ Стабилизировать давление нанесения
Поддерживать стабильное давление внутри формовочной головки.
Повышение:
равномерности нанесения покрытия;
стабильности качества продукции.
17. Сушильный блок (Drying Unit)
17.1 Назначение сушильного блока
Поверхность электрода после нанесения покрытия содержит большое количество жидкого растворителя.
Для формирования стабильного слоя электрода необходимо провести обработку в сушильной печи.
Основная функция сушильного блока:
обеспечить быстрое и безопасное испарение растворителя из суспензии путем регулирования температуры, скорости воздушного потока и объёма вытяжки.
17.2 Параметры управления сушкой
В процессе сушки необходимо контролировать следующие параметры:
① Регулирование температуры
Температура сушки в разных зонах должна устанавливаться в соответствии с технологическими требованиями.
С помощью многоступенчатого регулирования температуры:
постепенно удаляется растворитель из суспензии.
② Регулирование расхода воздуха
Оптимальный расход воздуха позволяет:
повысить эффективность сушки;
обеспечить равномерность нанесения покрытия.
③ Регулирование расхода вытяжного воздуха
Система вытяжки отвечает за:
удаление испарившегося растворителя;
обеспечение безопасной работы оборудования.
17.3 Требования к температуре сушки
Как правило:
Рекомендуемый диапазон температур сушки:
комнатная температура ~ 140 °C.
При наличии особых технологических требований:
максимальная температура может быть установлена индивидуально.
Обычно:
максимальная температура не превышает 160 °C.
18. Узел разгрузки (Discharging Unit)
18.1 Описание функций
После завершения сушки электроды поступают в узел разгрузки.
Узел разгрузки в основном отвечает за:
контроль натяжения в зоне сушки;
поддержание стабильного положения электродов;
регулирование состояния движения материала.
18.2 Контроль выравнивания в зоне разгрузки
В зоне разгрузки также необходимо установить систему выравнивания.
Ее принцип работы аналогичен принципу работы размоточного узла.
Положение края электроды определяется с помощью датчиков.
При обнаружении смещения:
система управления приводит в действие корректирующий механизм, возвращая электрод в правильное положение.
18.3 Управление натяжением на выходе
Натяжение на выходе регулируется в основном за счет управления скоростью двигателя.
Система на основе:
заданного натяжения;
фактического измеренного натяжения;
выполняет PID-расчет.
Затем автоматически корректирует скорость двигателя на выходе.
В результате обеспечивается:
стабильное регулирование натяжения.
Стабильное натяжение позволяет уменьшить:
деформацию электродов;
образование складок;
повреждение покрытия.
19. Узел перемотки (Rewinding Unit)
19.1 Описание функций
Узел перемотки является заключительным этапом процесса нанесения покрытия.
Его задача заключается в:
перемотке электродов после завершения нанесения покрытия и сушки.
После завершения производства материал проходит:
контроль выравнивания;
контроль натяжения;
и в конечном итоге поступает на намоточный вал.
19.2 Способы намотки
Способы намотки в основном подразделяются на:
① Автоматическая намотка с соединением ленты
Подходит для крупномасштабного серийного производства.
Преимущества:
сокращение времени простоя;
повышение производительности.
② Ручная намотка с соединением ленты
Подходит для:
экспериментального производства;
мелкосерийного производства.
Преимущества:
простота эксплуатации;
низкая стоимость оборудования.
20. Регулирование натяжения при намотке
20.1 Важность стабильного натяжения
В процессе намотки ненадлежащее регулирование натяжения может привести к:
скольжению слоев электродов;
слишком плотной намотке;
вытягиванию сердцевины материала.
Поэтому необходимо точно регулировать натяжение при намотке.
20.2 Регулирование натяжения с конической характеристикой
Для повышения качества намотки необходимо применять:
метод регулирования натяжения с конической характеристикой.
По мере увеличения диаметра рулона:
система постепенно регулирует натяжение.
Это позволяет обеспечить:
равномерное давление на внутренний и внешний слои;
отсутствие повреждений полюсных пластин;
более стабильную намотку.
Top comments (0)