Ứng dụng máy cắt màng trong ngành năng lượng mới: Giải pháp cắt màng tách pin lithium

Giới thiệu: Tại sao việc rạch lại quan trọng?

Trong cấu trúc của pin lithium, lớp ngăn cách là một màng mỏng với cấu trúc vi xốp nằm giữa các điện cực dương và âm. Vai trò cốt lõi của lớp ngăn cách là ngăn ngừa đoản mạch khi tiếp xúc giữa các cực, đồng thời cho phép các ion lithium di chuyển tự do. Bất kỳ khiếm khuyết nào trên lớp ngăn cách, chẳng hạn như gờ, nhiễm bẩn, nếp nhăn hoặc kích thước không chính xác, đều có thể dẫn đến giảm hiệu suất pin, tự phóng điện hoặc thậm chí là cháy nổ.

Do đó, là công đoạn quan trọng cuối cùng trong quá trình cắt màng thô rộng thành các cuộn thành phẩm hẹp theo yêu cầu, trình độ kỹ thuật của máy cắt quyết định trực tiếp đến năng suất, tính đồng nhất về chất lượng, độ an toàn và hiệu suất của pin cuối cùng.

1. Đặc điểm và thách thức cắt của máy tách pin lithium

Màng ngăn pin lithium (chủ yếu là màng PP/PE hoặc màng phủ gốm) là vật liệu cực kỳ khó gia công, điều này đặt ra yêu cầu cực kỳ cao đối với quy trình cắt:

1. Cực kỳ mỏng và dễ vỡ: Độ dày của vách ngăn thường từ 5-20 μm (micron), mỏng hơn cả sợi tóc và rất dễ bị kéo, rách và nhăn trong quá trình rạch.

2. Vật liệu có giá trị cao: Chi phí cho bộ tách chiếm 10%-20% tổng chi phí của pin và bất kỳ tổn thất nào trong quá trình tách đều có nghĩa là tổn thất kinh tế rất lớn.

3. Yêu cầu vệ sinh cực kỳ cao: Bất kỳ bụi bẩn và mảnh vụn kim loại nhỏ nào cũng có thể gây đoản mạch pin. Quá trình cắt phải đảm bảo không có bụi và ít bụi.

4. Độ chính xác kích thước nghiêm ngặt: Dung sai chiều rộng thường phải được kiểm soát trong phạm vi ±0,1mm hoặc thậm chí ±0,05mm, nếu không sẽ ảnh hưởng đến việc căn chỉnh quá trình cuộn hoặc cán mỏng cell tiếp theo.

5. Chất lượng cuộn dây hoàn hảo: Yêu cầu kiểm soát độ căng cuộn dây phải cực kỳ chính xác, cuộn dây gọn gàng và không bị xê dịch, không có hoa văn hoa cúc và không có điểm cứng, nếu không sẽ dẫn đến tình trạng tháo cuộn kém và biến dạng màng ngăn.

2. Giải pháp cốt lõi của máy cắt tách pin lithium chuyên nghiệp

Để giải quyết những thách thức trên, máy cắt màng ngăn hiệu suất cao hiện đại kết hợp nhiều công nghệ và giải pháp tiên tiến, bao gồm:

1. Hệ thống kiểm soát độ căng có độ chính xác cao

Đây chính là "linh hồn" của máy cắt. Hệ thống sử dụng điều khiển lực căng vòng kín hoàn toàn và thường bao gồm:

• Kiểm soát độ căng nhiều giai đoạn: Từ tháo cuộn, kéo đến tua lại, được chia thành nhiều vùng kiểm soát độ căng độc lập để chuyển đổi mượt mà.

• Cảm biến độ căng có độ nhạy cao: Theo dõi và tinh chỉnh độ căng theo thời gian thực để ngăn ngừa sự thay đổi độ căng khiến màng bị kéo căng hoặc giãn ra.

• Kiểm soát độ căng côn: Khi đường kính cuộn dây tăng lên, độ căng sẽ tự động giảm tuyến tính để đảm bảo độ chặt đồng đều của lớp bên trong và bên ngoài, tránh hiện tượng "cuộn cứng" và "hoa cúc".

2. Phương pháp cắt tiên tiến

• Chất liệu lưỡi dao: Sử dụng lưỡi dao phủ kim cương siêu cứng, siêu sắc hoặc lưỡi dao gốm để đảm bảo đường cắt sắc bén, kéo dài tuổi thọ và giảm thiểu bụi.

• Kỹ thuật cắt:

◦ Cắt theo phương pháp cắt: Phương pháp được sử dụng phổ biến nhất. Lưỡi dao tròn trên và dưới cắt chính xác như kéo, hiệu quả cắt tốt, nhẵn mịn, không có gờ, ít bụi. Góc cắt và độ chồng lên nhau của dao cần được điều chỉnh chính xác.

◦ Cắt rãnh: Dùng cho màng ngăn cực mỏng hoặc có lớp phủ đặc biệt với khả năng mất dụng cụ nhanh hơn và kiểm soát tốt hơn.

3. Thiết kế sạch sẽ và không bụi

• Cấu trúc hoàn toàn kín: Thân máy chính được bao bọc và duy trì áp suất dương nhẹ bên trong để ngăn bụi từ bên ngoài xâm nhập.

• Vòi ion khí tích hợp: Loại bỏ tĩnh điện trên bề mặt màng trước và sau khi cắt để ngăn bụi bị hấp thụ.

• Hệ thống loại bỏ bụi trong dây chuyền: được trang bị thiết bị hút chân không để hút bụi bẩn sinh ra trong quá trình cắt theo thời gian thực gần lưỡi dao.

• Thiết kế chống kim loại: Các thành phần tiếp xúc quan trọng được làm bằng vật liệu gốm hoặc polyme để tránh các mảnh kim loại sinh ra do ma sát giữa kim loại với kim loại.

4. Hệ thống dẫn đường và dẫn hướng có độ chính xác cao (EPC)

• Lắp đặt cảm biến quang điện hoặc CCD có độ chính xác cao trước khi tháo cuộn, cắt và cuộn để phát hiện vị trí của mép màng theo thời gian thực.

• Chuyển động vi mô của con lăn hoặc toàn bộ bộ thiết bị được điều khiển bởi hệ thống khí nén hoặc servo để đảm bảo rằng cuộn phim luôn chạy theo một đường dẫn được xác định trước trong suốt quá trình cắt, đảm bảo tính đồng nhất của chiều rộng cắt.

5. Hệ thống truyền động và điều khiển thông minh

• Truyền động bằng nhiều động cơ servo: mỗi con lăn chính và cuộn thu được truyền động bằng động cơ servo độc lập, có khả năng đồng bộ hóa cao, tốc độ phản hồi nhanh và điều khiển chính xác.

• Giao diện người máy HMI: Hệ thống điều khiển màn hình cảm ứng tích hợp có thể cài đặt trước, lưu trữ và gọi nhiều thông số quy trình khác nhau (như độ căng và tốc độ của các thông số kỹ thuật khác nhau của màng ngăn, v.v.) để đạt được "thay đổi sản xuất chỉ bằng một cú nhấp chuột".

• Ghi dữ liệu và tích hợp MES: Ghi lại dữ liệu cắt (chiều dài, chiều rộng, đường cong độ căng, v.v.) của từng cuộn sản phẩm, theo dõi toàn bộ quy trình sản xuất và kết nối với Hệ thống thực thi sản xuất (MES) để đáp ứng các yêu cầu của nhà máy thông minh Công nghiệp 4.0.

6. Tự động hóa và thiết bị phụ trợ

• Hệ thống tự động nạp và dỡ hàng (AGV/thiết bị điều khiển): giảm thiểu sự can thiệp thủ công và tránh va chạm và ô nhiễm.

• Giao diện tích hợp của hệ thống phát hiện lỗi trực tuyến: Có thể liên kết với hệ thống kiểm tra trực quan để tìm lỗi trong quá trình cắt và tự động đánh dấu hoặc phân loại.

• Hệ thống dán nhãn và cân: mỗi cuộn thành phẩm được tự động dán nhãn thông tin sản phẩm và tự động cân và tính toán chiều dài mét.

3. Mô tả ngắn gọn về quá trình cắt

1. Cấp liệu: Cuộn dây chính (màng thô rộng) được đặt chính xác trên trục cuộn tháo cuộn bằng cách truyền động hoặc AGV.

2. Luồn phim: Luồn đầu phim bằng tay hoặc bán tự động qua một loạt các con lăn dẫn hướng, con lăn kéo, bộ chỉnh EPC và giá đỡ dụng cụ cắt.

3. Cài đặt thông số: Chọn hoặc nhập thông số kỹ thuật của đường cắt này (chiều rộng, chiều dài, độ căng, v.v.) trên HMI.

4. Bắt đầu cắt: Thiết bị tự động chạy theo các thông số cài đặt trước để hoàn thành việc tháo cuộn căng liên tục, hiệu chỉnh, cắt chính xác, loại bỏ bụi, cuộn và các hành động khác.

5. Dỡ hàng và đóng gói: Sau khi quá trình cắt hoàn tất, thiết bị sẽ nhắc nhở và người vận hành hoặc người thao tác sẽ lấy cuộn dây đã hoàn thiện ra và đóng gói chân không (thường được thực hiện trong phòng sạch 10.000 cấp độ) để ngăn ngừa sự hấp thụ độ ẩm và ô nhiễm.

4. Xu hướng phát triển

1. Nhanh hơn và hiệu quả hơn: Tốc độ cắt liên tục tăng lên để đáp ứng nhu cầu năng lực ngày càng tăng của thị trường.

2. Thông minh hơn và thích ứng hơn: Các thuật toán AI được giới thiệu để cho phép máy tự động tối ưu hóa và điều chỉnh các thông số như độ căng dựa trên trạng thái thời gian thực của màng phim, chẳng hạn như biến động độ dày.

3. Tích hợp: Liên kết chặt chẽ hơn với quy trình phủ đầu nguồn và quy trình cuộn cuối nguồn để tạo thành một dây chuyền sản xuất tích hợp.

4. Phù hợp với các máy tách thế hệ mới: thích ứng với các yêu cầu xử lý của vật liệu mới như máy tách composite mỏng hơn và màng điện phân rắn.

Phần kết luận

Trong bối cảnh ngành năng lượng mới đang phát triển mạnh mẽ, máy cắt màng không còn là một thiết bị cắt đơn thuần nữa mà là một thiết bị cao cấp tích hợp máy móc chính xác, điều khiển thông minh, công nghệ xử lý và làm sạch không phá hủy. Giải pháp cắt màng do máy tách pin lithium cung cấp là mắt xích then chốt đảm bảo tính an toàn, tính đồng nhất và mật độ năng lượng cao của pin lithium-ion, trực tiếp thúc đẩy tiến bộ công nghệ và sự phát triển đáng tin cậy của toàn bộ ngành năng lượng mới. Việc lựa chọn máy cắt màng chuyên nghiệp hiệu suất cao, độ ổn định cao là lựa chọn tất yếu của bất kỳ nhà sản xuất màng cao cấp nào.