低成本的鋰離子電池(LIB)是實(shí)現(xiàn)交通工具全面電動(dòng)化的關(guān)鍵,但鋰電子電池生產(chǎn)成本一直居高不下。柏林工業(yè)大學(xué)的研究人員正使用 Z 型疊片電池連續(xù)制造裝置取代迄今為止一直使用的傳統(tǒng)拾放裝置,加快鋰離子電池生產(chǎn)速度。倍福的 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)在其中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)替代速度緩慢的拾放裝置
鋰離子電池(LIB)生產(chǎn)面臨的最大挑戰(zhàn)是,多層結(jié)構(gòu)的電解液-隔膜復(fù)合材料的裝配速度太慢,需要由機(jī)器人或?qū)S玫倪\(yùn)動(dòng)學(xué)功能執(zhí)行多步拾放操作,以完成電動(dòng)汽車(chē)電池中的 Z 型折疊結(jié)構(gòu)。這個(gè)過(guò)程非常耗時(shí),因?yàn)槊總(gè)電極都需要一次拾放操作,僅一個(gè) 50 Ah 的鋰離子電池就包含 53 個(gè)尺寸為 300 x 125 mm 電極。
基于 XTS 和 PC 控制器的 Z 型疊片電池連續(xù)制造裝置顯著縮短了電動(dòng)汽車(chē)鋰離子電池的加工時(shí)間,降低生產(chǎn)成本
“這些拾放動(dòng)作明顯造成了產(chǎn)能瓶頸問(wèn)題。”柏林工業(yè)大學(xué)機(jī)床與工廠管理研究所(IWF)搬運(yùn)和裝配技術(shù)部高級(jí)研究員 Arne Glodde 解釋道。他認(rèn)為,不能簡(jiǎn)單地通過(guò)工業(yè)機(jī)器人更快的制動(dòng)速度和加速度減少輸送和裝配時(shí)間。“這將會(huì)影響放置電極時(shí)的定位精度。”Arne Glodde 博士說(shuō)。這會(huì)降低電芯的覆蓋率以及電池容量,縮短使用壽命,甚至出現(xiàn)短路。“在實(shí)際應(yīng)用中,以前的工藝流程已經(jīng)達(dá)到了生產(chǎn)力的極限。”Arne Glodde 博士解釋了最終推動(dòng)他們開(kāi)發(fā)新型鋰離子電池生產(chǎn)線的動(dòng)機(jī)。
隨后進(jìn)行 Z 型疊片,即固定有電極的帶狀隔膜料卷通過(guò)兩個(gè)導(dǎo)輥從上方送入疊片工藝步驟。為此,兩個(gè)偏轉(zhuǎn)輥筒使卷料轉(zhuǎn)向,以便于用專(zhuān)用夾爪從后面交替抓取。它們被安裝在兩個(gè)互鎖的 XTS 系統(tǒng)的動(dòng)子上,并引導(dǎo)疊片,直至帶狀卷料被放置在疊片臺(tái)上。XTS 系統(tǒng)安裝在無(wú)振動(dòng)結(jié)構(gòu)中,可以被集成到任意電池生產(chǎn)線的任意一道工序中。
正在演示 Z 型疊片裝置(從左到右):倍福柏林分公司銷(xiāo)售工程師 Guido Sieder;柏林工業(yè)大學(xué)機(jī)床與工廠管理研究所(IWF)搬運(yùn)和裝配技術(shù)部高級(jí)研究員 Arne Glodde;以及倍福應(yīng)用工程師 Mathias Arndt
電池疊片產(chǎn)能提升了 150%
“如果沒(méi)有倍福的 XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng),我們不可能通過(guò)這種過(guò)程控制實(shí)現(xiàn)連續(xù)的 Z 型疊片制造工藝并明顯縮短加工時(shí)間。”Arne Glodde 博士熱情地說(shuō)道。大尺寸 Z 型疊片的電極-隔膜復(fù)合材料的加工時(shí)間已經(jīng)從每次疊片需耗時(shí)超過(guò) 1 秒多縮短到 0.7 秒,而這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到其性能極限。未來(lái),每次疊片的時(shí)間可以縮短到 0.35 秒左右。
不言而喻,Arne Glodde 博士以及他的團(tuán)隊(duì)正在努力進(jìn)一步突破 Z 型疊片裝置的性能邊界。“我們確實(shí)看到,在振動(dòng)和慣性力的作用下,如果提高速度,精度就會(huì)降低。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)配備剛性更強(qiáng)的導(dǎo)軌或主動(dòng)夾爪解決。倍福在這兩個(gè)方面都可以提供更優(yōu)的解決方案:XTS 磁驅(qū)柔性輸送系統(tǒng)及其 V 型導(dǎo)軌系統(tǒng)和用于是實(shí)現(xiàn)動(dòng)子無(wú)線數(shù)據(jù)通信和供電的無(wú)電纜技術(shù)(NCT)能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步的優(yōu)化,提升疊片過(guò)程的速度和靈活性。