การประยุกต์ใช้เครื่องตัดฟิล์มในอุตสาหกรรมพลังงานใหม่: โซลูชันการตัดแยกแบตเตอรี่ลิเธียม

บทนำ: เหตุใดการผ่าจึงสำคัญ?

ในโครงสร้างของแบตเตอรี่ลิเธียม แผ่นกั้นเป็นฟิล์มบางที่มีโครงสร้างแบบรูพรุนขนาดเล็ก อยู่ระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ หน้าที่หลักของแผ่นกั้นคือการป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรที่สัมผัสกันระหว่างขั้ว ขณะเดียวกันก็ช่วยให้ลิเธียมไอออนสามารถผ่านได้อย่างอิสระ ข้อบกพร่องใดๆ ในตัวกั้น เช่น รอยเสี้ยน การปนเปื้อน รอยยับ หรือขนาดที่ไม่ถูกต้อง อาจทำให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ลดลง เกิดการคายประจุเอง หรือแม้แต่ภาวะความร้อนสูงเกิน (ไฟไหม้และระเบิด)

ดังนั้น เนื่องจากเป็นกระบวนการสำคัญขั้นสุดท้ายในการกรีดฟิล์มดิบที่มีความกว้างให้เป็นม้วนสำเร็จรูปที่แคบตามต้องการ ระดับเทคนิคของเครื่องตัดจึงกำหนดผลผลิต ความสม่ำเสมอของคุณภาพ ความปลอดภัย และประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ขั้นสุดท้ายโดยตรง

1. ลักษณะเฉพาะและความท้าทายในการตัดของตัวแยกแบตเตอรี่ลิเธียม

วัสดุแยกแบตเตอรี่ลิเธียม (ส่วนใหญ่เป็น PP/PE หรือฟิล์มเคลือบเซรามิก) เป็นวัสดุที่แปรรูปได้ยากมาก จึงมีข้อกำหนดที่สูงมากสำหรับกระบวนการตัด:

1. บางและเปราะบางมาก: ความหนาของผนังกั้นมักจะอยู่ระหว่าง 5-20 μm (ไมครอน) ซึ่งบางกว่าเส้นผม และมีแนวโน้มที่จะดึง ฉีกขาด และย่นได้ง่ายในระหว่างกระบวนการกรีด

2. วัสดุที่มีมูลค่าสูง: ต้นทุนของตัวแยกคิดเป็น 10%-20% ของต้นทุนแบตเตอรี่ทั้งหมด และการสูญเสียจากการตัดใดๆ หมายถึงการสูญเสียทางเศรษฐกิจจำนวนมหาศาล

3. ข้อกำหนดด้านความสะอาดที่สูงมาก: ฝุ่นละอองและเศษโลหะเล็กๆ ปนเปื้อนอาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรในแบตเตอรี่ กระบวนการตัดต้องปราศจากฝุ่นและมีฝุ่นน้อย

4. ความแม่นยำของมิติที่เข้มงวด: โดยทั่วไปแล้วความคลาดเคลื่อนของความกว้างจะต้องได้รับการควบคุมให้อยู่ในช่วง ±0.1 มม. หรือแม้กระทั่ง ±0.05 มม. มิฉะนั้น จะส่งผลต่อการจัดตำแหน่งของการพันเซลล์หรือการเคลือบในภายหลัง

5. คุณภาพการพันที่สมบูรณ์แบบ: จำเป็นต้องมีการควบคุมความตึงของการพันที่แม่นยำอย่างยิ่ง คอยล์ต้องเรียบร้อยและไม่มีการเคลื่อนไหว ไม่มีลวดลายดอกเบญจมาศ และไม่มีจุดแข็ง มิฉะนั้น จะนำไปสู่การคลายตัวที่ไม่ดีและการเสียรูปของไดอะแฟรม

2. โซลูชันหลักของเครื่องตัดแยกแบตเตอรี่ลิเธียมแบบมืออาชีพ

เพื่อรับมือกับความท้าทายดังกล่าว เครื่องตัดไดอะแฟรมประสิทธิภาพสูงสมัยใหม่ได้นำเทคโนโลยีและโซลูชันที่ล้ำสมัยมากมายมาใช้ ได้แก่:

1. ระบบควบคุมความตึงที่มีความแม่นยำสูง

นี่คือ "จิตวิญญาณ" ของเครื่องตัด ระบบนี้ใช้ระบบควบคุมแรงดึงแบบวงปิดเต็มรูปแบบ และโดยปกติจะประกอบด้วย:

• การควบคุมความตึงหลายขั้นตอน: ตั้งแต่การคลาย การดึง ไปจนถึงการกรอกลับ แบ่งออกเป็นโซนควบคุมความตึงอิสระหลายโซนเพื่อการเปลี่ยนผ่านที่ราบรื่น

• เซ็นเซอร์วัดความตึงที่มีความไวสูง: ตรวจสอบและปรับความตึงแบบเรียลไทม์เพื่อป้องกันความผันผวนของความตึงที่ทำให้เมมเบรนยืดหรือคลายตัว

• การควบคุมความตึงของเรียว: เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของขดลวดเพิ่มขึ้น ความตึงจะลดลงโดยอัตโนมัติเป็นเส้นตรงเพื่อให้แน่ใจว่าความแน่นของชั้นในและชั้นนอกสม่ำเสมอ หลีกเลี่ยง "การรีดแข็ง" และ "รูปแบบดอกเบญจมาศ"

2. วิธีการตัดขั้นสูง

• วัสดุใบมีด: ใช้ใบมีดเคลือบเพชรที่แข็งและคมเป็นพิเศษหรือใบมีดเซรามิกเพื่อให้ตัดได้คมชัด ยืดอายุการใช้งาน และลดการเกิดฝุ่นละออง

• เทคนิคการตัด:

◦ การตัดเฉือน: วิธีการที่นิยมใช้มากที่สุด มีดทรงกลมด้านบนและด้านล่างกัดได้อย่างแม่นยำเหมือนกรรไกร ให้ประสิทธิภาพการตัดที่ดี เรียบเนียน ปราศจากเสี้ยน และฝุ่นน้อย จำเป็นต้องปรับมุมและการเหลื่อมซ้อนของเครื่องมืออย่างแม่นยำ

◦ การกรีดด้วยมีดโกน: ใช้สำหรับไดอะแฟรมที่บางมากหรือเคลือบพิเศษซึ่งสูญเสียเครื่องมือได้เร็วขึ้นและควบคุมได้ละเอียดยิ่งขึ้น

3. การออกแบบที่ปราศจากฝุ่นและสะอาด

• โครงสร้างปิดสนิท: ตัวเครื่องหลักปิดสนิทและรักษาแรงดันบวกเล็กน้อยไว้ภายในเพื่อป้องกันไม่ให้ฝุ่นจากภายนอกเข้ามา

• แท่งไอออนอากาศแบบบูรณาการ: กำจัดไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวฟิล์มก่อนและหลังการตัดเพื่อป้องกันไม่ให้ฝุ่นถูกดูดซับ

• ระบบกำจัดฝุ่นแบบอินไลน์: ติดตั้งอุปกรณ์ดูดสูญญากาศเพื่อดูดฝุ่นที่เกิดจากการตัดแบบเรียลไทม์ใกล้คมมีด

• การออกแบบป้องกันโลหะ: ส่วนประกอบที่สัมผัสสำคัญทำจากวัสดุเซรามิกหรือโพลีเมอร์เพื่อหลีกเลี่ยงเศษโลหะที่เกิดจากการเสียดสีระหว่างโลหะกับโลหะ

4. ระบบนำทางและนำทางความแม่นยำสูง (EPC)

• ติดตั้งเซ็นเซอร์โฟโตอิเล็กทริกหรือ CCD ที่มีความแม่นยำสูงก่อนการคลาย ตัด และม้วน เพื่อตรวจจับตำแหน่งขอบฟิล์มแบบเรียลไทม์

• การเคลื่อนที่ระดับไมโครของลูกกลิ้งหรือชุดอุปกรณ์ทั้งหมดจะถูกขับเคลื่อนโดยระบบลมหรือเซอร์โวเพื่อให้แน่ใจว่าม้วนฟิล์มจะเคลื่อนที่ตามเส้นทางที่กำหนดไว้ล่วงหน้าตลอดกระบวนการตัด ทำให้แน่ใจได้ว่าความกว้างของการตัดจะสม่ำเสมอ

5. ระบบขับเคลื่อนและควบคุมอัจฉริยะ

• มอเตอร์ขับเคลื่อนแบบมัลติเซอร์โว: ลูกกลิ้งหลักและรีลหดแต่ละตัวขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เซอร์โวอิสระ พร้อมการซิงโครไนซ์สูง ความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็ว และการควบคุมที่แม่นยำ

• อินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร HMI: ระบบควบคุมหน้าจอสัมผัสแบบบูรณาการสามารถตั้งค่าล่วงหน้า จัดเก็บ และเรียกพารามิเตอร์กระบวนการต่างๆ (เช่น ความตึงและความเร็วของไดอะแฟรมที่มีคุณสมบัติต่างๆ เป็นต้น) เพื่อให้บรรลุ "การเปลี่ยนแปลงการผลิตด้วยคลิกเดียว"

• การบันทึกข้อมูลและการรวม MES: บันทึกข้อมูลการตัด (ความยาว ความกว้าง เส้นโค้งความตึง ฯลฯ) ของผลิตภัณฑ์แต่ละม้วน ติดตามกระบวนการผลิตทั้งหมด และเชื่อมต่อกับระบบปฏิบัติการการผลิต (MES) เพื่อตอบสนองความต้องการของโรงงานอัจฉริยะอุตสาหกรรม 4.0

6. อุปกรณ์อัตโนมัติและอุปกรณ์เสริม

• ระบบการโหลดและขนถ่ายอัตโนมัติ (AGV/เครื่องมือจัดการ): ลดการแทรกแซงด้วยมือและหลีกเลี่ยงการกระแทกและการปนเปื้อน

• อินเทอร์เฟซแบบบูรณาการของระบบตรวจจับข้อบกพร่องออนไลน์: สามารถเชื่อมโยงกับระบบตรวจสอบภาพเพื่อค้นหาข้อบกพร่องในระหว่างกระบวนการตัดและทำเครื่องหมายหรือคัดแยกโดยอัตโนมัติ

• ระบบการติดฉลากและการชั่งน้ำหนัก: ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปแต่ละม้วนจะได้รับการติดฉลากข้อมูลผลิตภัณฑ์โดยอัตโนมัติ และความยาวเมตรจะได้รับการชั่งน้ำหนักและบันทึกบัญชีโดยอัตโนมัติ

3. คำอธิบายสั้นๆ เกี่ยวกับกระบวนการตัด

1. การป้อน: คอยล์หลัก (ฟิล์มดิบกว้าง) จะถูกวางอย่างแม่นยำบนรีลคลายโดยการขับเคลื่อนหรือ AGV

2. การร้อยฟิล์ม: ร้อยหัวฟิล์มด้วยมือหรือกึ่งอัตโนมัติผ่านชุดลูกกลิ้งนำทาง ลูกกลิ้งดึง ตัวแก้ไข EPC และตัวจับเครื่องมือกรีด

3. การตั้งค่าพารามิเตอร์: เลือกหรือป้อนข้อมูลจำเพาะของการตัดนี้ (ความกว้าง ความยาว ความตึง ฯลฯ) บน HMI

4. เริ่มการตัด: อุปกรณ์จะทำงานโดยอัตโนมัติตามพารามิเตอร์ที่ตั้งไว้ล่วงหน้าเพื่อทำการคลายความตึงคงที่ การแก้ไข การตัดที่แม่นยำ การกำจัดฝุ่น การม้วน และการดำเนินการอื่นๆ

5. การขนถ่ายและบรรจุภัณฑ์: หลังจากการตัดเสร็จสิ้น อุปกรณ์จะแจ้งเตือน และผู้ปฏิบัติงานหรือผู้จัดการจะนำคอยล์ที่เสร็จแล้วออกและบรรจุสูญญากาศ (โดยปกติจะดำเนินการในห้องคลีนรูมระดับ 10,000) เพื่อป้องกันการดูดซับความชื้นและการปนเปื้อน

4. แนวโน้มการพัฒนา

1. เร็วขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น: ความเร็วในการตัดเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองความต้องการด้านกำลังการผลิตของตลาดที่เพิ่มมากขึ้น

2. ชาญฉลาดและปรับตัวได้มากขึ้น: อัลกอริทึม AI ถูกนำมาใช้เพื่อให้เครื่องจักรสามารถปรับพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ความตึงโดยอัตโนมัติตามสถานะเรียลไทม์ของฟิล์ม เช่น ความผันผวนของความหนา

3. การบูรณาการ: มีการเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับกระบวนการเคลือบต้นน้ำและกระบวนการม้วนปลายน้ำเพื่อสร้างสายการผลิตแบบบูรณาการ

4. เหมาะสำหรับเครื่องแยกรุ่นใหม่: ปรับให้เข้ากับข้อกำหนดการประมวลผลของวัสดุใหม่ เช่น เครื่องแยกคอมโพสิตที่บางกว่าและเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์ของแข็ง

บทสรุป

ในบริบทของการพัฒนาอุตสาหกรรมพลังงานใหม่อย่างก้าวกระโดด เครื่องตัดฟิล์มไม่ได้เป็นเพียงอุปกรณ์ตัดธรรมดาอีกต่อไป แต่เป็นอุปกรณ์ระดับไฮเอนด์ที่ผสานรวมเครื่องจักรความแม่นยำ ระบบควบคุมอัจฉริยะ กระบวนการแปรรูปแบบไม่ทำลาย และเทคโนโลยีการทำความสะอาด โซลูชันการตัดของตัวแยกแบตเตอรี่ลิเธียมเป็นกุญแจสำคัญที่ช่วยให้มั่นใจถึงความปลอดภัย ความสม่ำเสมอ และความหนาแน่นพลังงานสูงของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งส่งเสริมความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและการพัฒนาที่เชื่อถือได้ของอุตสาหกรรมพลังงานใหม่ทั้งหมดโดยตรง การเลือกเครื่องตัดไดอะแฟรมระดับมืออาชีพที่มีประสิทธิภาพสูงและมีเสถียรภาพสูงถือเป็นตัวเลือกที่หลีกเลี่ยงไม่ได้สำหรับผู้ผลิตไดอะแฟรมระดับไฮเอนด์ทุกคน