電池製造

電池生產自動化

無論您在何處生產電池,Festo 都能為您服務。我們具備對口的專業知識和合適的產品,以及與之相匹配的一流服務。 在各種主要電池製造商的專案中,我們已多次證明自己的能力。我們能夠一站式完成所有任務,提供適用於在乾燥室內進行電池生產的全套無銅、無鋅元件。

確保您的電池製造過程的速度和精度

從電池單元和模組生產到插入電池系統,Festo 擁有高速、即裝即用且經過測試的移載系統,適用於整個電池製造過程。

電池生產流程

Festo 為電池生產中的每一步提供適當的自動化解決方案,無論是氣動、電動還是多種技術組合。

下載手冊 經濟實用的電池生產解決方案 (PDF)

電池生產流程

可靠的原料進料

在電池生產過程中,液體和顆粒狀原料使用氣動過程閥進料,這些材料通常具有極強的磨蝕性和腐蝕性。為確保過程的可靠性,所需的自動化元件需要非常堅固,Festo 的高品質成套蝶閥(由蝶閥、旋轉氣缸、嚮導閥和感測器盒組成)便可滿足這一要求。這些裝置已完全預組裝並經過測試,調試快速有效。氣動執行則採用新型模組化控制系統 CPX-E、和 Festo 核心產品範圍內經濟實惠的閥島 VTUG,搭配氣管 PUN-H、接頭 QS、以及單向節流閥 GRLA

精確攪拌

在攪拌過程中會產生漿料,並在隨後的塗佈過程中將其塗在電極箔上,而漿料分散品質的好壞,直接影響到鋰離子動力電池生產品質及其產品的性能。針對將原料送入攪拌機,Festo 提供了一個由球閥、旋轉氣缸、嚮導閥和感測器盒組成的成套球閥。 組裝並經過測試的裝置,可確保精確按照配方用量要求,以恰當的流速進給活性材料、導電劑、溶劑和粘合劑。如果需要比例控制器,可以使用定位器 CMSX

適當控制乾燥

為了使電極保持乾燥,需要不斷抽空製程室以去除水分。為此,需要在乾燥機中形成真空,這一過程由前面過程步驟中所述的成套球閥控制,使用成套蝶閥或球閥將裝置中的潮濕空氣排出。Festo 提供這兩種裝置,安裝方法由客戶決定。如果需要比例控制器,定位器 CMSX 是理想的選擇。

高精度壓軋

乾燥後,將電極箔冷卻,用旋轉輥壓縮並均質化。在此過程中,電極箔被輸送至不同的導向輪,並由調節輥精確張緊和放鬆。為了確保均勻的進給速度,電極箔還必須暫時存放在調節輥中。這裡可以使用氣動肌腱 DMSP 結合比例閥 VPPE 或新 VPPI 來完成。此外,DMSP 無摩擦,這表示它可以絕對的精度工作並獲得最大的重複精度。氣動執行可採用 Festo 核心產品範圍內經濟實惠的閥島 VTUG 和 電磁閥 VUVG,搭配 MS 氣源處理裝置、氣管 PUN-H、以及快插接頭 NPQR

滾刀切割保護和捕網固定電極片

切割的目的是為了將寬條的電極箔切成幾條窄片。切割過程可以用雷射切割完成,或者使用滾刀機械完成。為了延長滾刀的使用壽命,在此過程中,將冷卻液直接噴在刀片上。冷卻液必須有控制的以非常小的量噴出,Festo 的滴液頭 VTOE 是完成這項任務的理想選擇。如果在切割過程中機器停止,則使用捕網固定電極片。高速閥 MHE4 和具有低摩擦特性的氣缸 DSBC,用於確保快速響應時間和速度。

切割期間完美除塵

使用特殊的真空吸塵系統,收集切割過程中產生的灰塵顆粒,該真空狀態可使用具球閥的成套球閥(由 SRBC、DPFD、VSNC 和 VZBD 組成)或成套蝶閥來調節。使用脈衝閥去除集塵器中堆積的灰塵,具有大流量的脈衝閥 VZWE 是完成這項任務的理想選擇。整個系統可使用 CPX-E 進行控制,而系統內的所有閥 VZWE 均可透過 CPX-AP-I 模組以單信號的形式串聯驅動,使安裝更加容易。

極耳成型和極片分切期間快速更換工具

在下一個生產階段,透過控制設備的上、下刀模剪切極片形成極耳。在疊片製程之前,正/負極捲料也會被裁切成單獨的正/負極片材。在這一過程中,切割機械需採用重型切割或沖孔裝置。由於這些裝置非常沉重,以至於無法手動更換工具。

藉由 Festo 的平衡器解決方案 YHBP,在需要維修時,即使是重型工具也可以快速安全地移動和更換。氣囊式氣缸 EB 是拆卸這種工具的理想解決方案,因為它對高度的要求很低。換句話說,氣囊式氣缸可輕鬆安裝在工具下方,同時還能夠提供充足的力量舉起重型零件。因此,EB 與平衡器套件 YHBP 是更換重型工具的完美組合。

精密且節能的極耳成型和極片分切

根據工廠的概念,在極耳成型過程結束後,將電極片儲存在料盒中,或直接傳輸到下一個處理步驟。為了安全傳輸,利用真空將電極片固定在多孔傳輸帶上。此過程所需的真空透過一個成套蝶閥(包括蝶閥 KVZA、旋轉氣缸 DFPD、嚮導閥 VSNC 和感測器盒 SRBC)進行調節。手動球閥 VZBF 充當排放閥,單獨的真空管道由夾管閥 VZQA 調節,夾管閥由比例調壓閥 VEAB 驅動。這有助於精確調節所需的真空度,並優化能耗。

高速堆疊

在生產軟包電池時,會使用到堆疊製程,即電極片(正極片、隔板、負極片、隔板等)重複循環堆疊。Festo 為這一特定流程提供完整的電氣控制系統和物流系統,其中電氣控制系統使用了 Festo 最新內部控制協議的 CPX-AP-I 閥島,便於機械和電氣設計,性能穩定,具有故障和自行診斷能力。多滑塊運輸系統 MCS,是一種實現工業自動化中靈活且模和物流系統化運輸的完整系統解決方案,易於連接現有的內部物流系統,達成運輸滑塊的無縫輸入和輸出。

高速閥 MHJ9(切換頻率高達 500 Hz),提供最大輸出所需的極高速度。真空產生器 VN,產生抓取和傳輸電極片所需的真空。料盒的向上和向下移動,由有桿電缸 EPCC 或直線電缸 EGC 以極具成本效益的方式執行。這些過程可由 Festo 提供的一系列感測器或視覺系統監控,最後,新型控制系統 CPX-E 控制一切操作。

完美捲繞的精度

在捲繞電極片之前,會有短暫的暫停,以便用固定的切割刀具將其切割成所需長度。然後,將切割好的極片快速精準地送至繞線機。該步驟需要一種可實現同步運動的高精度裝載系統,抓取系統(包括標準夾爪 DHPC、單片閥 VUVG、螺桿電缸 ELGC-BS、伺服馬達 EMMT-AS 和伺服驅動器 CMMT-AS)可確保這一必要精度,該步驟也由新型模組化控制系統 CPX-E 控制。

圓柱形和方形電池:精確、乾淨的捲繞和切割

圓柱形電池和方形電池的捲繞過程包括生產捲芯,其中包括正極片、隔板和負極片。為了精確控制電極片的移動,必須精確且平穩地移動大量的調節輥和捲料邊緣。為此,氣動肌腱 DMSP、比例調壓閥 VPPE 和精密調壓閥 LRP 組成一種創新解決方案。

DMSP 是一種完全無摩擦的驅動器,而 VPPE 的高精度調壓可確保穩定一致的控制狀態的鬆緊這些裝置組合成一種非常精確的捲料控制系統。在捲繞過程中,當方形電池的捲芯達到所需厚度時,相互層疊的電極片就被切開。在此應用中,需要在一個十分有限的空間內非常精確且可靠地執行切割過程,易清洗的精巧型氣缸 CDC 是完成這一任務的理想選擇。CDC 擁有平滑的表面和整合式近接開關,非常易於清洗,且能夠輕鬆去除切割等過程中產生的電極粒子。

安全準確地填充電解液

將電池堆或捲芯插入電池外殼後,即可為電池注入電解液。電解液透過夾管閥 VZQA 計量,而夾管閥由單片閥 VUVG 或閥島 VTUG 驅動─這些精巧閥來自 Festo 核心產品範圍,具有出色性能且極具成本效益。

填注過程中的極端環境條件,要求材料具有耐腐蝕性和耐高溫性。氣管 PTFEN 和 316L 不銹鋼接頭 NPQR,是完成這項任務的理想選擇。由於電解液會與水反應形成氫氟酸,因此在填充電池時,必須確保環境空氣非常乾燥。為確保這種情況,空氣不斷排空並從機器單元中排出,此過程所需的真空透過真空泵集中產生。調節功能由夾管閥 VZQA、嚮導閥島 VTUG 和壓力感測器 SPAN 組成的系統執行。

化成的精確可靠定位

化成是指對電池單元進行充電/放電的初始過程。電池存放在托架系統中的化成托盤上,並在化成期間重複充電和放電,這一過程需要花費幾個小時。由於化成架非常大,因此需要具有長軸的高速抓取系統。Festo 在類似系統方面提供包括裝載和卸載化成托盤的多種解決方案,例如以電缸 EGC-TB 和螺桿電缸 EGC-BS、旋轉氣缸 DRRD 及重載夾爪 HGPT-B 組成的 3D 龍門。這些電缸由伺服馬達 EMMT-AS 和伺服驅動器 CMMT-AS 驅動和控制,運動功能由具有 CODESYS 編程的新型模組化控制系統 CPX-E 執行。

精確控制的電解液廢氣處理過程

在形成過程中,電池內部會產生廢氣,我們需要在盡量減少電解液損失的前提下將廢氣排出。這可以透過使用空心吹管刺穿電池,在電解液也被吸出之前排出氣體。隨後切換系統,將吸出的電解液重新吹回電池中,同時永久除去剩餘的氣體。該步驟所需的真空也由真空泵產生,並由夾管閥 VZQA 和壓力感測器 SPAN 控制。由於在此過程中需要小心控制真空和噴射脈衝,因此我們也推薦將比例調壓閥 VEAB 與高精度壓力感測器 SPAN 結合使用。

模組組裝的不同抓取解決方案

生產出多個電池單體後,將它們組合成電池模塊:在模塊外殼中安裝特定數量的圓柱形或軟包電池,並透過粘合過程將其固定到位。使用角座閥 VZXA成套球閥(包括球閥、旋轉氣缸、嚮導閥和感測器盒),可以精確計量所需的粘合劑成分或粘合劑量。

使用 Festo 的抓取解決方案移動點膠頭,用於放置膠點或塗覆膠珠。使用抓放裝置將電池單體插入電池模塊。根據軸的長度和精度需求,具有單個電缸 EGC 的龍門系統或高動態平面龍門 EXCH 也適用於執行這項任務。所有電缸系統始終採用伺服馬達 EMMT-AS 和伺服驅動器 CMMT-AS

方形電池:經濟高效的模組堆疊方案

模組組裝過程中,需要在塗膠之後將多個電池壓緊堆疊,Festo 的伺服壓機系統 YJKP 為側向或垂直堆疊提供經濟高效的方案。YJKP 內含 Festo 提供的三個元件:模組化控制器、操作軟體和配套的機電系統,這樣就形成了一個包括執行沖壓的螺桿電缸、馬達、馬達控制器、壓力感測器和控制器的產品組合,實現高達 50 kN 的電動沖壓應用所需的一切。裝載和卸載由具有電缸的抓放解決方案完成,例如將電缸 ELGCEGSC 連接在一起,並與真空夾爪解決方案結合使用。

成功案例:電池製造的未來

電動汽車正在引領潮流。然而,其成功取決於高性能和高性價比的動力電池。在英國,WMG 的試點專案 AMPLiFII 正在為新一代牽引用動力電池奠定基礎。該專案包括 Horizon Instruments 的創新自動化技術和 Festo 的 Pick&Place 解決方案。

按一下此處閱讀完整的成功故事。

有關無銅產品的常見問答

在 Festo,「無銅」意味著什麼?

一般而言,電池製造中沒有針對無銅產品的約束性和明確的標準。因此,Festo 遵守市場上常用的標準。我們已與客戶就無銅產品必須符合的需求進行廣泛討論。根據 Festo 的無銅產品含義,得出了以下指導原則:

  • 軸承、導軌和所有其他易受摩擦的零件完全不含銅
  • 產品所有其它部分所用的合金,其銅含量已被降到最低比例。

電纜、馬達、印刷電路板和嚮導閥無需遵守無銅要求。

哪些產品不含銅?

我們大約 95% 的標準產品已經不含銅。例如,氣缸導軌通常由聚合物製成。

無銅產品目錄 (PDF)

此外,我們還優化其他專門用於乾燥室的產品,並用無銅部件替換含銅部件。有關 Festo 無銅產品的概述,請參見專門的樣本「無銅氣動和電動元件」。即使在樣本中找不到所需的無銅產品型號,也必然有簡單的解決方案。您只需聯繫 Festo 的連絡人。

哪些產品備有庫存?

我們約有一半的無銅產品屬於核心產品系列,並帶有實心藍色星標。這意味著它們始終在全球備有庫存,可快速從工廠發貨。

我在什麼情況下需要無銅產品?

您沒有必須遵守的約束性行業標準。到目前為止,VDMA(德國工程聯合會)的路線圖也未包含任何相關資訊。

因此,無銅解決方案是品質保證方面的問題。生產鋰離子電池時,即使磨損的銅造成的最小污染也會引起問題。銅顆粒與鋁電極反應,這會損害性能並導致形成晶體。這些晶體以及其他大於 5 至 10 µm 的導電粒子均可穿透分離器薄片並造成短路。

如果不確定您的應用是否需要無銅元件,我們的應用專家很樂意為您提供快速可靠的建議和幫助。

產品是否適合在乾燥室內使用?

適合。您可以在乾燥室環境中使用我們的標準元件,盡可安心。我們根據實驗室測試以及我們在測試系統和工業生產應用中的經驗得出此一結論。測試在露點為 -65°C 的環境條件下進行。無論何種情況,Festo 產品都能在乾燥室中保持其品質特性,尤其是在涉及磨損和性能的情況下。

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對於新興電動汽車市場,電池生產極為重要。藉由 Festo 自動化技術,釋放全部生產潛能。

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電動汽車:動力總成的電氣化 (PDF)

經濟實用的電池生產解決方案 (PDF)

高效系統的競賽已經越趨激烈。我們的觀察表明,高效的自動化可以大幅降低電池製造成本。
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