Máquina de perfuração de disco Pode produzir eficientemente discos circulares de eletrodos e separadores de bateria, sendo adequado para a pesquisa e desenvolvimento de diversas células tipo moeda. Através do estudo de seu controle de precisão, compatibilidade de materiais e conveniência operacional, verifica-se a adaptabilidade deste equipamento em cenários como preparação de amostras de pequenos lotes em laboratórios de baterias e pré-tratamento de amostras por TEM, fornecendo referências técnicas para a seleção de equipamentos de processamento de precisão na área de pesquisa e desenvolvimento de baterias.
1. Introdução
No processo de pesquisa e desenvolvimento de novos dispositivos de armazenamento de energia, como baterias de íons de lítio e baterias de estado sólido, a precisão dimensional dos eletrodos e separadores afeta diretamente a eficiência da montagem, o desempenho eletroquímico e a segurança das baterias. Devido à sua estrutura compacta, baixo consumo de amostra e facilidade de teste, as células tipo moeda tornaram-se o principal meio para avaliar o desempenho do material da bateria e estudar as reações de interface. No entanto, o processamento de discos circulares de eletrodos e separadores para células tipo moeda exige o atendimento aos requisitos técnicos de ausência de rebarbas, ausência de amassados e alta consistência dimensional. Métodos tradicionais, como corte em tesoura e processamento com equipamentos comuns de estampagem, são propensos a causar danos nas bordas do material e desvios dimensionais excessivos, o que, por sua vez, leva a problemas como curto-circuitos e perda de capacidade da bateria.
2. Projeto Estrutural e Vantagens Técnicas dos Puncionadores de Precisão
2.1 Projeto Estrutural Central
O projeto estrutural deperfuradores de precisãogira em torno de três requisitos principais: precisão, portabilidade e durabilidade. Adotam trilhos deslizantes de rolamento de esferas de alta qualidade em vez dos tradicionais trilhos deslizantes, o que pode reduzir o desvio lateral durante o processo de puncionamento, garantir que o erro de coaxialidade entre o punção e a matriz permaneça em um nível baixo e, assim, garantir a consistência dimensional dos discos circulares puncionados do ponto de vista estrutural. Ao mesmo tempo, a suavidade dos trilhos deslizantes reduz a resistência da operação manual, melhora a estabilidade de uma única punção e evita o enrugamento do material ou danos nas bordas causados pela aplicação de força irregular.
O corpo é feito de materiais totalmente anticorrosivos, com prevenção permanente contra ferrugem. Os eletrólitos e reagentes de limpeza comumente utilizados em laboratórios de baterias podem corroer equipamentos metálicos. No entanto, o corpo anticorrosivo pode evitar o afrouxamento estrutural do equipamento e a degradação da precisão devido à corrosão química, prolongando a vida útil do equipamento e, ao mesmo tempo, garantindo que as amostras processadas não sejam contaminadas por impurezas de ferrugem do corpo.
O equipamento possui uma interface de matriz padronizada, permitindo a rápida substituição de matrizes personalizadas dentro de uma determinada faixa de aplicação. O posicionamento da matriz e do punção adota um design "pin-hole fitddhhhh. Ao substituir a matriz, não é necessária calibração adicional, e a troca da punção do eletrodo para a punção do separador pode ser concluída rapidamente, atendendo à demanda por preparação rápida de amostras com múltiplas especificações em laboratório.
2.2 Análise das Vantagens Técnicas
Em comparação com os equipamentos tradicionais de processamento de discos de bateria, os perfuradores de precisão apresentam vantagens técnicas significativas. Em termos de capacidade de processamento de alta precisão, as bordas dos discos circulares perfurados pelo equipamento são isentas de rebarbas e amassados, e a tolerância dimensional é controlada dentro de uma pequena faixa. Para eletrodos de bateria, rebarbas nas bordas podem perfurar o separador e causar curtos-circuitos, e uma tolerância dimensional excessiva afetará o efeito de umedecimento do eletrólito. A capacidade de processamento de alta precisão deste equipamento pode efetivamente evitar esses riscos.
Em termos de compatibilidade de materiais, o equipamento pode ser adaptado a folhas metálicas finas e separadores de diferentes espessuras. Diferentes sistemas de bateria apresentam diferenças significativas nos requisitos de espessura do material, e a ampla faixa de adaptação de espessura deste equipamento pode atender às necessidades de processamento dos principais sistemas de bateria.
O equipamento é pequeno e leve, pertencendo a um "equipamentos de laboratório miniaturizados", e pode ser colocado em uma caixa de luvas para operação através de uma câmara de transição de diâmetro específico. Em pesquisa e desenvolvimento de baterias, alguns materiais sensíveis precisam ser processados em atmosfera de gás inerte. A adaptabilidade da caixa de luvas do equipamento permite o processamento in situ" de materiais sensíveis, garantindo a estabilidade química das amostras.
Além disso, o equipamento adota um modo de operação "manual", sem a necessidade de fonte de alimentação externa ou ar comprimido, e o processo de operação é simples. Mesmo pesquisadores sem experiência profissional em operação de equipamentos podem dominá-lo com proficiência após um curto treinamento. Sua estrutura compacta pode ser instalada diretamente em espaços estreitos, como capelas de laboratório e plataformas de operação de porta-luvas, sem ocupar espaço adicional.
3.Cenários de aplicação de perfuradores de precisão em pesquisa e desenvolvimento de baterias
3.1 Preparação padronizada de células tipo moeda
A estrutura de uma célula tipo moeda consiste em: caixa do eletrodo negativo - eletrodo negativo - separador - eletrodo positivo - calço - caixa do eletrodo positivo. Diferentes modelos de células tipo moeda possuem requisitos claros para os tamanhos de eletrodos e separadores. Os discos circulares de eletrodo processados pelo perfurador de precisão podem formar uma folga de montagem razoável com as caixas dos eletrodos positivo e negativo de diferentes modelos de células tipo moeda, o que não apenas evita o contato direto entre o eletrodo e a caixa, mas também garante que o eletrólito possa molhar completamente o material do eletrodo. Ao mesmo tempo, os discos circulares separadores processados podem cobrir completamente os eletrodos positivo e negativo, bloqueando efetivamente a condução eletrônica entre os eletrodos positivo e negativo e evitando curtos-circuitos na bateria.
3.2 Avaliação do desempenho do material da bateria
Na pesquisa e desenvolvimento de materiais para baterias, os testes de desempenho eletroquímico dos materiais precisam ser baseados em eletrodos dddhh com tamanhos consistentes". Caso contrário, é difícil distinguir se a diferença de desempenho é causada pelo próprio material ou por erros de processamento. A capacidade de processamento de alta precisão do perfurador de precisão permite o controle preciso da carga de material ativo. A carga de material ativo do eletrodo está relacionada à área do eletrodo. Os discos circulares do eletrodo processados pelo equipamento apresentam pequeno desvio dimensional, correspondente a um pequeno desvio de área, e o erro de cálculo de carga pode ser controlado dentro de uma faixa baixa, muito menor do que a do método de corte tradicional, garantindo a precisão do cálculo da capacidade específica do material.
No estudo comparativo do desempenho do separador, o desempenho do separador, como permeabilidade ao ar e resistência mecânica, precisa ser avaliado indiretamente por meio de testes de célula tipo moeda, e a consistência dimensional do separador afeta diretamente a repetibilidade dos resultados do teste. Os discos circulares do separador processados pelo perfurador de precisão podem garantir que a área e o estado da borda do separador sejam consistentes em cada teste, melhorando a comparabilidade dos dados experimentais.
4. Precauções para uso de equipamentos e sugestões de manutenção
4.1 Precauções de uso
Ao utilizar o equipamento, a espessura do material deve ser rigorosamente controlada e a faixa de espessura de puncionamento especificada pelo equipamento deve ser respeitada. Para folhas metálicas que excedam o limite superior de espessura, a punção forçada pode causar deformação do punção e danos à matriz; para separadores muito finos, uma fina camada de papel deve ser colocada sob o material para evitar que o separador grude no punção após a punção.
Ao utilizar o equipamento dentro do porta-luvas, ele deve ser inserido lentamente através da câmara de transição para evitar o desvio do trilho deslizante causado pela colisão do equipamento com a parede interna do porta-luvas. Ao mesmo tempo, a atmosfera de gás inerte dentro do porta-luvas pode reduzir a lubrificação dos trilhos deslizantes do equipamento. Uma pequena quantidade de graxa de vácuo pode ser aplicada regularmente nos trilhos deslizantes para mantê-los lisos.
Após cada uso, a superfície da matriz deve ser limpa com um pano limpo e sem poeira umedecido em etanol para remover resíduos de materiais do eletrodo ou detritos do separador, a fim de evitar a redução da precisão da punção causada pelo acúmulo de detritos. Quando a matriz não for utilizada por um longo período, ela deve ser armazenada em uma caixa seca para evitar ferrugem ou contaminação por poeira.
4.2 Sugestões de manutenção
Recomenda-se calibrar a precisão do equipamento a cada 6 meses. Blocos padrão são utilizados para medir o tamanho real da punção da matriz. Se o desvio dimensional exceder a faixa especificada, o pino de posicionamento entre a punção e a matriz deve ser ajustado ou o fabricante deve ser contatado para calibração profissional.
A superfície dos trilhos deslizantes deve ser limpa de poeira e impurezas todos os meses, e uma pequena quantidade de óleo lubrificante especial para trilhos deslizantes deve ser aplicada para evitar desgaste causado pelo ressecamento dos trilhos deslizantes; se os trilhos deslizantes estiverem presos, o uso deve ser interrompido imediatamente e verifique se há corpos estranhos presos ou se os trilhos deslizantes estão deformados.
O punção e a matriz do equipamento são peças de desgaste. Após o uso prolongado, a aresta de corte pode se desgastar, resultando em rebarbas na borda do disco circular puncionado. Recomenda-se a substituição regular do punção e da matriz, de acordo com o número de punções, para garantir a precisão do processamento.
