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新能源汽车动力电池生产工艺中的静电消除

来源: | 发布日期:2022-11-03

新能源汽车动力电池生产工艺中的静电消除

(1) 动力电池的生产过程分为前、中、后三个阶段。

前道工序的目的是将原材料加工成极片,核心工序是涂装;中间部分的目的是将极片加工成非活动电池;后一个过程是测试和包装,核心过程是成型和体积分离。锂电池设备按电池生产制造工艺分为前段设备、中段设备和后段设备。前端设备的价值约占40%,其中涂布机的价值占75%,辊压机的价值大于纵切机的价值。在这些复杂的生产工艺流程中,前、中段比较容易产生静电 ,也就是涂布、模切、卷材和BCM板的安装过程中较易受静电的影响,在这些应用场景中推荐使用离子风棒,斯泰科微近年合作的新能源行业客户也是这样选择的,并且使用后对VESD 离子风棒均给出了较高的评价,是真正意义上可以代替进口静电消除器的,以下是本周的离子风棒出货记录。




(2) 前:制作一个涂有正负活性物质的极片

1.前者主要包括浆料混合、正负极涂覆、轧制、分切、电极片制作和模切。混合:首先,使用锂电池真空混合器,在专用溶剂和粘合剂的作用下,将粉末状的正负活性物质混合。高速搅拌后,使浆液正负物质无气泡。涂布:将制备好的浆料均匀涂布在金属箔表面,干燥后分别制成正负极片。轧制:辊压机通过上下辊相反操作产生的压力压缩极片的涂层表面。极片承受高压,极片从原来的蓬松状态变为致密状态。轧制对能量密度非常关键。分条:根据不同的电池型号,将卷好的电极条切割成电池组装所需的长度和宽度。切割时要求无毛刺。

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(3) 中:完成电池的缠绕和液体注入

1.该工艺的中间过程主要包括电芯的缠绕/层压和电芯的液体注入。涉及的设备有卷绕机、层压机和液体注射机。用卷绕机卷绕电芯时,根据下游厂家的需要,可进一步分为圆柱形卷绕和方形卷绕。叠片机将正负料箱内的极片拾取,二次定位后将正负片交替放在叠片台上。振膜主动展开,叠片台驱动振膜前后移动,形成Z形叠片。层压完成后,根据设定长度进行切割,并自动送出进行手动涂胶。电解液通过液体注入机注入缠绕或层压电芯。锂电池中段设备比前一段更加强调个性化,对工艺精度、效率和一致性要求非常高。对于方形、圆柱形和软包装电池,中间设备将分别使用卷绕机或层压机。目前,缠绕机的应用较为普遍,其突出优点是生产速度快、产品一致性高;层压机工艺复杂,产量低,生产效率低,但其软包装电池尺寸更灵活,散热设计合理,能量密度高,具有圆柱形和方形所不具备的许多优点。目前,国内企业大多采用中小型卷绕机,层压机所占比例不高。

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2.卷绕机张力控制是影响卷绕机先进程度的核心技术。为了保证铁芯组装电池的高一致性,在整个缠绕过程中应特别注意缠绕张力的控制。张力波动引起的弹性差会使缠绕电池产生不均匀的拉伸变形,使电池材料分层或S形起皱,严重影响产品的一致性,膜片和极片表面的不均匀起皱会增加电池的内阻。卷绕张力控制是一个高速动态平衡过程。卷绕机在电气和软件控制方面要求较高,要求伺服控制系统响应速度快,在软件编程方面具有独特的经验水平。方形锂电池的绕组需要保持绕组线速度不变,角速度需要自动调整。因此,方形锂电池绕组的张力控制有较高的技术要求。目前,国内领先企业可以将圆柱形电池的张力波动控制在5%以下,方形电池的张力波动控制在10%以下。卷绕机的自动纠偏技术和卷绕速度也是关键。纠偏系统能保证极片膜片缠绕整齐,正负极/膜片之间的相对位置准确。目前,行业通常要求轧制正负极片或膜片的上下偏差小于0.5mm。超过此值将对蓄电池变形产生影响。目前,国内领先企业的圆柱形铁芯可以达到18m/s以上的高速缠绕速度。方形铁芯需要保证线速度恒定,因此变角速度绕组速度较慢,国内领先企业可达到0.8m/s以上。

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3.层压机用于生产软包装电池,其性能和安全性高于圆柱形和方形电池。叠片机是将正极、隔膜和负极依次叠成小电池单体,然后将小电池单体平行叠成大电池。层压工艺生产的电池的优点是:由于相当于多个小极片并联,内阻低,放电平台高;极片与电芯膜片间应力区域一致,无明显应力集中点;内部空间得到充分利用,体积比容量和能量密度较高;叠层工艺相当于多极并联,易于在短时间内完成大电流放电,具有良好的倍率性能。层压工艺的缺点是操作要求高、生产控制繁琐、不良率高。最大的瓶颈是生产效率低。目前,国内动力电池层压机的效率远远落后于韩国。国产设备多为双工位,效率一般为0.5-0.8秒/台,进口覆膜机效率为0.17-0.2秒/台。通过缠绕工艺生产的电池的电化学性能略差于层压芯片,但其优势在于自动化程度高、易于制造且适合大规模生产。因此,市场上的方形电池,尤其是圆柱形电池,一般都是采用缠绕工艺生产的。

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(4) 后:化学分馏和试验分拣设备

1.后处理主要包括包装、成型和体积分离、测试和分拣、模块组装、包装等。封装是将电池放入金属或软壳中。形成是通过充放电激活电池中的正负材料,从而对电池进行充电和激活。在形成部分电容后,对电池进行充电和放电,检测电池的各种参数,并根据测量的参数对电池进行匹配。模块组装和电池组包括电池模块在线检测、电池组组装、电池组离线检测等,经过此工艺后,电池基本满足工厂要求。

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