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川源HiCY扣電自動(dòng)組裝平臺(tái):快速組裝路徑下的高一致性實(shí)踐

川源HiCY扣電自動(dòng)組裝平臺(tái):快速組裝路徑下的高一致性實(shí)踐
川源科技  2025-06-30  |  閱讀:83

隨著全球能源結(jié)構(gòu)向低碳化、清潔化轉(zhuǎn)型,鋰(鈉)離子電池作為重要的儲(chǔ)能載體,其材料研發(fā)與性能評(píng)估已成為新能源行業(yè)的關(guān)鍵課題。而扣式電池作為新材料的電化學(xué)性能測(cè)試和評(píng)價(jià)的重要一環(huán),其組裝質(zhì)量直接關(guān)系到新材料性能的準(zhǔn)確評(píng)估。然而,傳統(tǒng)人工組裝受限于操作者經(jīng)驗(yàn)差異、環(huán)境波動(dòng)及材料特性,存在組裝扣電效率低,批次一致性差等問(wèn)題,制約了新電極材料的研發(fā)效率。隨著自動(dòng)化技術(shù)的逐步興起,通過(guò)機(jī)械手或線性模組精準(zhǔn)組裝扣電,有望解決上述問(wèn)題。

 

本文基于川源扣電自動(dòng)組裝平臺(tái)(ACAP系列),系統(tǒng)探究其在三元正極(NCM)、磷酸鐵鋰(LFP)正極、石墨負(fù)極及硅碳負(fù)極等典型材料中的適用性,通過(guò)對(duì)比分析極差、樣本標(biāo)準(zhǔn)差(σ)及變異系數(shù)(COV)等參數(shù),評(píng)估基于自動(dòng)化技術(shù)組裝的扣電的一致性,為紐扣電池組裝的標(biāo)準(zhǔn)化提供理論依據(jù)與工程化參考。

 

1. 扣式電池的組裝流程

扣式電池的制備流程是電極材料從原材料粉體到成品電池的過(guò)程,其工藝精度與標(biāo)準(zhǔn)化水平?jīng)Q定了材料電化學(xué)性能評(píng)估的準(zhǔn)確性。如圖1所示,該制備過(guò)程需經(jīng)過(guò)材料配比、攪拌,漿料涂布,極片干燥、輥壓、沖片、稱(chēng)重、真空烘烤,再到電池組裝和測(cè)試。

 

2. 組裝扣式電池的痛點(diǎn)分析

當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室及小批量生產(chǎn)中的扣式電池人工組裝存在顯著痛點(diǎn),制約性能評(píng)估準(zhǔn)確性與研發(fā)效率。主要問(wèn)題包括:1) 極片卷曲難對(duì)齊:尤其單面涂布硅碳負(fù)極因薄且柔,輥壓后應(yīng)力釋放易卷曲;2) 定位精度差:人工定位偏差導(dǎo)致極片偏移率高,影響電化學(xué)性能一致性;3) 同心度難控:依賴(lài)手感與經(jīng)驗(yàn),電極直徑微小差異導(dǎo)致裝片位置誤差累積;4) 過(guò)程不可溯源:異常測(cè)試數(shù)據(jù)難以追溯至材料、操作或裝配環(huán)節(jié);5) 批次管理混亂:人工記錄易出錯(cuò),信息不匹配導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真;6) 交叉污染風(fēng)險(xiǎn):同一工具接觸多材料易致正負(fù)極污染;7) 人員依賴(lài)性強(qiáng):培訓(xùn)周期長(zhǎng)、組裝穩(wěn)定性差、良率低,高強(qiáng)度工作加劇疲勞與失誤。

 

3. HiCY扣電自動(dòng)組裝平臺(tái)

HiCY扣電自動(dòng)組裝平臺(tái),是一款基于XYZ三維導(dǎo)軌與分區(qū)布局設(shè)計(jì)、集成全自動(dòng)高精度操作與電解液快速浸潤(rùn)工藝的儀器,實(shí)現(xiàn)扣式電池高通量、標(biāo)準(zhǔn)化組裝與測(cè)試。

 

產(chǎn)品特色 

1. 全自動(dòng)高精度組裝:三軸線性模組實(shí)現(xiàn)0.05mm定位精度;采用14爪轉(zhuǎn)盤(pán)快速吸取兩組物料,提升組裝效率;采用反裝解決極片卷曲組裝誤差大的問(wèn)題;設(shè)備配備兩個(gè)組裝平臺(tái),有效提升組裝效率。

 

2. 高通量高效率:設(shè)備支持一次性連續(xù)制作42ea紐扣電池,組裝效率20s/ea。

 

3. 電解液快速浸潤(rùn)工藝:獨(dú)特工藝實(shí)現(xiàn)電池即裝即測(cè),提升效率與測(cè)試便捷性,在鉚壓時(shí)對(duì)紐扣電池進(jìn)行抽氣動(dòng)作,使得電解液快速浸潤(rùn)極片。自動(dòng)注液模塊采用精密絲桿推拉式陶瓷柱塞計(jì)量泵,實(shí)現(xiàn)高精度定量注液(精度±3‰)。

 

4. 視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng):快速對(duì)物料進(jìn)行圓心定位和外觀異物識(shí)別剔除,大大提高扣電組裝后物料的同心度。

 

5. 具備柔性:能夠組裝CR2025紐扣電池(兼容CR20系列電池)。

 

6. 數(shù)據(jù)庫(kù)建立:極片稱(chēng)量時(shí)的信息通過(guò)電子秤無(wú)縫銜接到設(shè)備中,并建立對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。

 

7. 用戶(hù)友好設(shè)計(jì): 觸摸屏簡(jiǎn)化操作,界面直觀,降低使用門(mén)檻。

 

應(yīng)用案例

1. 人工與自動(dòng)扣電設(shè)備組裝數(shù)據(jù)對(duì)比

 

如表1所示,硅碳材料充放電克容量自動(dòng)組裝的極差值為11.70~14.70mAh/g,σ值約3.54~4.64,COV值約0.17~0.25%。人工組裝的極差值為13.40~23.74mAh/g,σ值約4.37~7.16,COV值約0.21~0.38%。從圖3可以看出,自動(dòng)組裝與人工組裝的扣電克容量平均值接近,但結(jié)合表1的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),自動(dòng)組裝的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性?xún)?yōu)于人工組裝。評(píng)估了硅碳半電池的電化學(xué)性能,解決了人工組裝中因操作差異導(dǎo)致的性能評(píng)估偏差,為新材料研發(fā)提供了高效、可靠的解決方案。

 

2. 對(duì)LFP正極片進(jìn)行扣電自動(dòng)組裝

 

如圖4左圖所示,每組充/放電克容量的極差值均小于1.2mAh/g;每組充/放電克容量的sigma值均小于0.4;每組充/放電克容量的COV值均小于0.2%。如圖4右圖所示,每組首效的極差值均小于0.68%;每組首效的sigma值均小于0.23;每組首效的COV值均小于0.23%,這表明自動(dòng)組裝的LFP半電池的電化學(xué)性能穩(wěn)定性且一致性較好。

 

3. 對(duì)三元正極片進(jìn)行扣電自動(dòng)組裝

 

如圖5左圖所示,每組充/放電克容量的sigma值均小于0.39;每組充/放電克容量的極差值均小于1.3mAh/g;每組充/放電克容量的COV值均小于0.2%。如圖5右圖所示,每組首效的極差值均小于0.58%;每組首效的sigma值均小于0.24;每組首效的COV值均小于0.27%,這表明自動(dòng)組裝的三元半電池的首效穩(wěn)定性和充放電一致性較好。

 

4.對(duì)石墨負(fù)極片進(jìn)行扣電自動(dòng)組

 

如圖6所示,每組放電克容量的sigma值小于0.69,每組充電克容量的sigma值小于0.41;每組放電克容量的極差值小于2.3mAh/g,每組充電克容量的極差值小于1.36mAh/g;每組充/放電克容量的COV值均小于0.19%。如圖6所示,每組首效的極差值均小于0.60%;每組首效的sigma值均小于0.19;每組首效的COV值均小于0.19%,這表明自動(dòng)組裝的石墨半電池的克容量波動(dòng)小,首效穩(wěn)定性好。

 

5. 對(duì)硅碳負(fù)極片進(jìn)行扣電自動(dòng)組裝

 

如圖7所示,每組放/充電克容量的sigma值均小于6。每組放電克容量的極差值小于19.5mAh/g,每組充電克容量的極差值小于20mAh/g;每組充/放電克容量的COV值均小于0.31%。如圖7所示,每組首效的極差值均小于0.39%;每組首效的sigma值均小于0.17;每組首效的COV值均小于0.18%,這表明自動(dòng)組裝的硅碳半電池的首效波動(dòng)小??垭娮詣?dòng)組裝設(shè)備系統(tǒng)有效評(píng)估了鋰(鈉)電正、負(fù)極材料電化學(xué)性能,保證了扣電組裝的一致性,為組裝紐扣電池的標(biāo)準(zhǔn)化提供理論依據(jù)與工程化參考。

 

4. 結(jié)語(yǔ)

 

扣電自動(dòng)組裝設(shè)備解決了傳統(tǒng)人工組裝中極片偏移、電池一致性差、批次管理混亂等問(wèn)題,將材料評(píng)估效率提升300%以上,為高膨脹硅碳負(fù)極、高鎳三元正極等前沿材料的研發(fā)提供了標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試基準(zhǔn),推動(dòng)了鋰(鈉)電池材料從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化的快速迭代。隨著固態(tài)電解質(zhì)、金屬負(fù)極等新體系的崛起,扣電自動(dòng)組裝設(shè)備需進(jìn)一步突破超高壓封裝(>20MPa)、多物理場(chǎng)耦合建模等技術(shù)瓶頸,支撐下一代高能量密度電池的系統(tǒng)化評(píng)估,成為新能源材料創(chuàng)新鏈條中不可或缺的一環(huán)。

 


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