自动换卷极片轧制机张力控制系统设计.pdf
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1、文章编号:()自动换卷极片轧制机张力控制系统设计苏振杨(欧姆龙自动化(中国)有限公司辽宁 沈阳)摘 要:本文以自动换卷极片轧制机设计为基础以设备中的张力控制为研究对象首先对锂电池生产及极片的影响进行简单介绍对于设备的基本功能关键技术设备工艺进行了详细阐述 介绍了自动换卷极片轧制机控制系统的构成等要点描述了系统核心 控制器的特点及控制系统中的张力控制模型速度控制模型相关程序设计 最后介绍了总体的程序架构张力的控制程序关键词:自动换卷极片轧制机张力控制速度同步张力检测卷径计算中图分类号:文献标识码:().):.:引言锂离子电池作为目前应用最为广泛、商业化程度最高的二次电源广泛用于汽车、储能、军工等
2、行业 锂离子电池的主要生产工序包括:配料、涂布、银压、分切、卷绕/叠片、组装、注液、化成、分容等 极片的厚度一致性对动力锂离子电池组的容量、循环寿命和安全性等有重要的影响 为实现极片厚度一致性需对辊压工序进行深入的研究 极片辊压改善电极中颗粒之间的接触及电极涂层和集流体之间的接触面积降低了不可逆容量损失、接触内阻和交流阻抗另一方面辊压导致的极片压实太高也会导致孔隙率损失孔隙的迂曲度增加活性物质颗粒表面粘合剂被挤压限制了电解液的扩散和锂离子的嵌入/脱嵌电池的倍率性能下降因此辊压工艺对锂离子电池的电性能起到关键影响 辊压设备的基本功能 辊压压力调整及快速反应功能:辊压机轧辊间的压力是调节电池极片压
3、实密度的必要条件由于涂布间隙、单双面交错等因素的影响轧辊间的压力电气开关(.)调整须在极短时间内进行快速反应 轧辊间隙调整及准确复位功能:压机两轧辊间的间是调节电池极片厚度的必要条件 由于极片涂布方式变化及极片连续生产的需要两轧辊间的间隙需要快速调整并可准确复位 辊压张力调整与快速反应功能:极片辊压过程中通过调节前后张力控制极片的板型平整度 辊压过程中辊压线速度经常发生瞬间突变张力控制快速反应是防止断带的重要手段 轧辊无级调速与线速度同步功能:辊压机在启停过程中或根据工艺需要对两只轧辊进行无级变速同时确保两只轧辊的线速度一致 辊压温度调整功能:辊压机启动过程中温度可直接影响塑性变形量 辊压变形
4、的矫正功能:极片辊压的温度影响两只轧辊的轴向挠曲变形和径向鼓胀变形轧辊的变形则直接影响电池极片的厚度均匀性和压实密度均匀性 辊压设备的关键技术 电池极片轧辊的抗磨损技术:极片辊压基本上属于粉末轧制轧辊的主要失效形式是磨粒磨损和镶嵌磨损 提高抗磨粒磨损主要利用合金材料耐磨性能和抗疲劳强度抗镶嵌磨损主要从硬度均性和抗疲劳点蚀出发轧辊磨损不仅影响生产效率、生产成本也影响电池自放电率甚至安全性 电池极片轧辊变形矫正技术:极片辊压过程中两轧辊存在轴向挠曲变形和径向鼓胀变形 极片厚度一致性对钾离子电池容量、循环寿命和安全性能有重要影响 轴向挠曲变形矫正主要通过外力反变形矫正、轧辊形状矫正、轧辊结构矫正径向
5、鼓胀变形矫正主要通过轧辊受热均匀和冷却均匀技术 设备工艺 电池极片的轧制不同于钢块的轧制轧钢的过程是一个铁分子沿纵向延伸和横向宽展的过程其密度在轧制过程中不发生变化而电池极片的轧制是一个正负极板上电池材料压实的过程其目的在于增加正极或负极材料的压实密度合适的压实密度可增大电池的放电容量减小内阻减小极化损失延长电池的循环寿命提高锂离子电池的利用率 电池极片轧制的过程是电池极片由轧辊与电池极片间产生的摩擦力拉进旋转的轧辊之间电池极片受压变形的过程图 自动换卷极片轧制机结构示意图 自动换卷极片轧制机的机械部分主要由放卷机构、进 机构、主轧辊、出 机构和收卷机构组成 放卷机构:由转塔、两个放料辊和切刀
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