No complexo sistema de processo de fabricação moderna de baterias de lítio, omáquina de empilhamento de bateria, como um equipamento técnico essencial, está afetando profundamente a qualidade, o desempenho e a eficiência da produção de produtos de bateria de lítio. Com o crescimento exponencial da demanda por energia limpa e soluções de armazenamento de energia de alto desempenho em todo o mundo, o mercado de baterias de lítio inaugurou oportunidades sem precedentes para florescer. Seja a indústria emergente de veículos elétricos, o campo tradicional de eletrônicos de consumo e as aplicações emergentes de sistemas de armazenamento de energia em larga escala, a densidade de energia, a segurança, a vida útil do ciclo e a capacidade de escala de produção de baterias de lítio apresentaram requisitos extremamente rigorosos.
1、o princípio de funcionamento e a arquitetura técnica da máquina de empilhamento
(1) Sistema de controle de posicionamento e transmissão de alta precisão
A bateriamáquina de empilharusa um sistema de controle de posicionamento e transmissão altamente sofisticado que integra conquistas de ponta em campos multidisciplinares, como engenharia mecânica avançada, controle de automação, visão computacional e tecnologia de sensores. No processo de posicionamento, sistemas de reconhecimento visual de alta resolução (como câmeras industriais, sensores de imagem, etc.) podem ser usados para aquisição de imagens precisas e em tempo real e análise e processamento de dados de formas geométricas, perfis de borda e marcas de características de placas de eletrodos positivos e negativos e diafragmas. Com base nessas informações de imagem precisas, o sistema de controle usa modelos de algoritmos avançados (como algoritmo de detecção de bordas, algoritmo de correspondência de características, etc.) para calcular rapidamente as coordenadas de posição espacial e informações de atitude de cada componente e transmite esses dados para o sistema de controle de movimento.
(2) Controle de pressão de precisão e mecanismo de execução de pilha
Durante a execução da pilha, o empilhador de bateria fornece controle extremamente preciso sobre a pressão de empilhamento de cada camada de componentes. A regulação precisa da pressão da pilha é essencial para garantir um ajuste firme entre as placas positivas e negativas e o diafragma, otimizar a resistência de contato da interface e evitar danos físicos aos componentes. Para esse propósito, a máquina de empilhamento de bateria é equipada com um sistema de controle de pressão especializado, que geralmente consiste em um sensor de pressão de alta precisão, um regulador de pressão elétrico e um algoritmo de controle de feedback de malha fechada. O sensor de pressão monitora a mudança de pressão durante o processo de empilhamento em tempo real e alimenta os dados de pressão de volta para o sistema de controle.
2、o papel principal da máquina de empilhamento de baterias na produção de baterias de lítio
(1) Melhorar significativamente a densidade de energia da célula da bateria
Arranjo apertado das folhas polares e melhor utilização de substâncias ativas
Por meio de seu excelente posicionamento e precisão de empilhamento, a máquina de empilhamento de baterias pode realizar o arranjo apertado de peças de eletrodos positivos e negativos dentro da célula. Esse arranjo apertado reduz efetivamente o espaço de lacuna ineficaz entre os polos, permitindo que mais substâncias ativas sejam acomodadas no mesmo volume da estrutura da célula. Tomando uma bateria comum de íons de lítio como exemplo, o aumento de substâncias ativas positivas significa que mais íons de lítio podem participar da reação eletroquímica durante o processo de carga e descarga, o que melhora significativamente a capacidade teórica e a densidade de energia da bateria.
Otimização de contato de interface e melhoria da eficiência do transporte de íons
Além da otimização do arranjo do eletrodo, o controle preciso da pressão da máquina de empilhamento de baterias também pode melhorar significativamente o estado de contato da interface entre as placas de eletrodo positivo e negativo e o diafragma. Sob a ação da pressão de empilhamento ideal, a placa do eletrodo e o diafragma podem atingir um ajuste firme e uniforme, o que reduz efetivamente a resistência de contato da interface. A baixa resistência de contato da interface ajuda a promover a rápida transmissão de íons de lítio no processo de carga e descarga e reduz a resistência à difusão e a perda de energia dos íons na interface. Isso pode não apenas melhorar a eficiência de carga e descarga da bateria, encurtar o tempo de carga, mas também reduzir o problema do declínio do desempenho da bateria causado pelo aquecimento da resistência até certo ponto, estendendo assim o ciclo de vida da bateria.
(2) Garantir efetivamente a consistência da qualidade da bateria
Controle de precisão dimensional e produção padronizada
A máquina de empilhamento de baterias controla rigorosamente a precisão dimensional da célula durante todo o processo de empilhamento. Do posicionamento inicial do polo e do diafragma, à operação de empilhamento de cada camada, à formação da estrutura final da célula, cada etapa é monitorada por um sistema automatizado de alta precisão. Ao controlar precisamente a posição, espessura e número de camadas empilhadas de cada componente, é possível garantir um alto grau de consistência em parâmetros dimensionais importantes, como espessura, comprimento e largura para cada lote de produção.
Estabilidade da estrutura interna e uniformidade de desempenho
Como a máquina de empilhamento de baterias pode garantir a precisão do alinhamento das peças de eletrodos positivos e negativos dentro de cada célula, a planura do diafragma e o aperto do ajuste entre as camadas são altamente consistentes, a microestrutura e as propriedades macro da célula têm excelente estabilidade e uniformidade no processo de produção em massa. Sejam os principais indicadores de desempenho, como tensão de circuito aberto, resistência interna e capacidade da célula, ou as características de resposta dinâmica sob diferentes taxas de carga e descarga, ela pode manter uma faixa de desvio muito pequena. Esse alto grau de consistência de qualidade não apenas ajuda a melhorar o rendimento dos produtos de bateria de lítio, reduz os custos de produção, mas também fornece soluções de fornecimento de energia mais confiáveis e estáveis para aplicações posteriores.
(3) Melhorar significativamente a eficiência da produção e o nível de automação
Capacidade de empilhamento de alta velocidade e melhoria de produtividade
A máquina de empilhamento de baterias tem uma capacidade de empilhamento de alta velocidade impressionante, que pode concluir a tarefa de empilhamento de um grande número de células em um tempo muito curto. As modernas máquinas de empilhamento de baterias avançadas podem concluir dezenas ou mesmo centenas de camadas de folhas de eletrodos positivos e negativos e operações de empilhamento de diafragma por minuto no modo de operação de alta velocidade, e a eficiência da produção foi significativamente melhorada em dezenas ou mesmo centenas de vezes em comparação com a montagem manual tradicional ou equipamento mecânico de baixa velocidade. Essa capacidade de empilhamento de alta velocidade permite que os fabricantes de baterias de lítio produzam mais produtos de células em um tempo limitado para atender à crescente demanda do mercado.
3、Integração de automação e construção de sistemas de manufatura inteligentes
Como um dos principais equipamentos da moderna linha de produção de baterias de lítio, a máquina de empilhamento de baterias tem boas características de integração automática. Ela pode funcionar perfeitamente e automaticamente com outros equipamentos de produção (como máquina de corte de chapas de postes, máquina de revestimento de diafragma, máquina de selagem de células, etc.) para formar um sistema de fabricação inteligente completo. Neste sistema, a interação de dados em tempo real e o controle colaborativo são realizados entre os dispositivos por meio de Ethernet industrial, fieldbus e outras tecnologias de comunicação, e toda a produção de automação do processo é realizada desde o fornecimento de matéria-prima, preparação da placa de eletrodo e diafragma, empilhamento e montagem de células até a embalagem do produto final. A integração automatizada não apenas reduz o link de intervenção manual, reduz o impacto de fatores humanos na qualidade do produto, mas também realiza o monitoramento em tempo real, coleta de dados e análise do processo de produção.
Tendências de inovação tecnológica e perspectivas de desenvolvimento futuro de máquinas de empilhamento de baterias
(1) Tecnologia de controle inteligente e capacidade de produção adaptável
Com a ampla aplicação de tecnologias emergentes, como inteligência artificial, big data e computação em nuvem no setor de manufatura, as máquinas de empilhamento de baterias estão acelerando sua evolução na direção do controle inteligente. A futura máquina de empilhamento de baterias terá um poderoso sistema de controle inteligente, que pode detectar mudanças no ambiente de produção em tempo real, as características das matérias-primas e o status operacional do próprio equipamento, e ajustar automaticamente os parâmetros do processo de empilhamento (como pressão, velocidade, posição, etc.) de acordo com essas informações para atingir a produção adaptável. Por exemplo, ao encontrar pequenas diferenças na espessura de folhas de eletrodos positivos e negativos em diferentes lotes, a máquina de empilhamento inteligente pode otimizar automaticamente a pressão de empilhamento e a compensação de posição, garantindo que a qualidade de empilhamento da célula não seja afetada. Ao mesmo tempo, por meio do aprendizado profundo e da análise de um grande número de dados de produção, a máquina de empilhamento inteligente também pode prever falhas no equipamento, organizar planos de manutenção com antecedência e melhorar a confiabilidade da operação e a continuidade da produção do equipamento.
4. Conclusão
Como o equipamento de processo central no processo de produção de baterias de lítio, a máquina de empilhamento de baterias desempenha um papel fundamental insubstituível na melhoria da densidade de energia das baterias, garantindo consistência de qualidade e melhorando a eficiência da produção e o nível de automação com seu sistema de posicionamento e transmissão altamente preciso, controle de pressão preciso e mecanismo de execução de empilhamento. A tendência de inovação tecnológica em direção ao controle inteligente e produção flexível promoverá ainda mais a transformação e a atualização industrial da tecnologia de fabricação de baterias de lítio.
