锂电池的制造,核心生产设备之一卷绕机。由于卷绕工艺可通过转速实现锂电池的高速生产,因此当前圆柱电池和小方形电池主要采用卷绕工艺。目前市面上的卷绕机主要又分为半自动卷绕机,吸片式卷绕机和全自动卷绕机三种。
半自动卷绕机概述为生产方形锂离子电池的电芯而设计制造的半自动动力电池卷绕设备,贴胶方式为纵向贴胶式卷绕机。
将焊有极耳的正、负极片分别整齐放入料盒中,人工辅助送入正、负极片;隔膜料卷安装在料轴上,自动送料;自动卷绕;自动贴终止胶带。
特性说明适用于方形蓝牙锂电池电芯卷绕的专用设备。隔膜放料采用马达恒张力控制,解决了电芯内部‘S’形,提高了电池质量。根据电芯需要,采用极片外包或隔膜外包,先入正极或先入负极或正负极同时插入皆可。采用双卷针组合,翻转工位结构。生产不同规格的电芯时,能快速更换规格件,更换卷针10 分钟之内,更换规格件1 小时以内。主要机械零件及面板均采用铝合金及不锈钢等材料,耐腐蚀性强。在设备运转过程中,有任何异常均能自动预警、自动停机主要组成部分机架
由结构框架及安装面板等组成。
卷绕装置
由可以移动工位的卷绕机构组成,卷绕电机采用步进电机和行星减速器组合。
极片供给装置
由导向板及真空系统等组成。
辅助压板及切断装置
由压板及刀片等组成。
胶带供给装置
由机械卡盘、夹胶带气缸、拉胶带气缸、胶带固定气缸、切胶带气缸、
接胶带气缸、送胶带摆臂气缸、过渡轮等组成。
电器控制部分
由PLC、人机界面、步进电机、步进电机驱动器、近接感应器、光电感应器、气缸磁性感应器、按钮开关、电磁阀及气缸等组成。
半自动卷绕设备在品质和效率上比较差,现在已被市场抛弃,最多作为研发打样或者材料验证。
全自动卷绕机概述锂电池全自动卷绕机是用来卷绕锂电池电芯的,是一种将电池正极片、负极片及隔膜以连续转动的方式组装成芯包(JR:JellyRoll)的机器。
主要组成部分极片/隔膜自动放卷模块,极片/隔膜换卷模块,自动纠偏模块,导辊模块,极耳导向抚平模块,主驱模块,张力控制模块,张力测量/显示与储存模块,极片入料模块,隔膜除静电装置,极耳打折/翻折及极片破损检测模块,CCD在线检测模块,极片切断模块,除尘系统,极片和隔膜不良品单卷与剔除模块,卷绕头组件,隔膜切断模块,隔膜吸附模块,贴终止胶带模块,自动卸料模块,裸电芯预压模块,下料模块,设备框架和大板模块。
全自动化卷绕设备虽然在运营成本和生产效率方面有所提升,但是其动辄大几十万甚至一百多万元的价格却在无形中增加了电池企业前期投入,尤其是对于体量相对较小的3C消费类锂电池企业来说,更是无法承受之重。
半自动吸片式卷绕设备概述由人工将正负极片叠好(每叠片大约100~200 张)放在吸片台上,由送片机构将单片的正负极片自动送入卷针卷绕部位,依次与两层连续隔膜相间卷绕,最后由胶带粘连成电芯,自动下料。
与传统卷绕机相比,有以下优点:
一人可以同时驾动2~4 台,节省了人工成本;减少或杜绝人手接触极片,提高电芯内部品质;采用机械入片,入片精度可控,电芯一致性好;操作简单,类似一键式操作,易于驾动;操作员上手快,利于提产及产量稳定。工艺流程隔膜预卷:采用热切刀工艺(也可选用冷热切工艺);卷入负极:机械手将负极片自动导入卷绕部位;卷入正极:机械手将正极片自动导入卷绕部位;总卷(中途可在设定圈数位置自动插入插片);换工位;隔膜切断、尾卷、贴终止胶及下料。企业如果想在生产效率上获得提升,又不想大幅增加投入成本,折中的办法就是采用介于半自动和全自动之间的吸片式卷绕设备。黄立斌提到,相较于半自动卷绕设备,吸片式卷绕设备在效率和品质上有较大提升。而与全自动卷绕设备相比,其虽然效率略有差距,但是在价格方面却有着巨大的优势,更符合3C消费类电池企业需求。
自动吸片式卷绕设备概述该设备由人工将正负极片叠好后放到吸片台上,送片机构将单片的正负极片自动送入卷针卷绕部位,依次与两层连续隔膜相间卷绕,最后由胶带粘连成电芯,自动下料。
与传统的卷绕设备相比,吸片式卷绕设备具有以下优点:
1人可以同时操作2-3台设备,节约了人工成本;减少或杜绝人手接触极片,提升电芯品质;采用机械入片的方式,入片精度可控,电芯一致性更好;操作简单,对操作员操作熟练度要求较低,员工上手快,真正做到“一天学会”,减少员工培训成本。该卷绕设备在价格方面具有极大的优势,单台成本仅需10-20万元,比传统半自动卷绕设备提升30%以上,而相比全自动化设备50-100多万元的价格大幅降低。因此既能保证客户的生产效率和品质,同时也大幅降低前期的设备投入。