تطبيق آلة تقطيع الفيلم في صناعة الطاقة الجديدة: حل تقطيع فاصل بطارية الليثيوم

المقدمة: لماذا يعتبر التقطيع مهمًا؟

في بنية بطاريات الليثيوم، يكون الفاصل عبارة عن غشاء رقيق ذي بنية دقيقة المسام يقع بين القطبين الموجب والسالب. ويتمثل دوره الأساسي في منع حدوث قصر كهربائي عند تلامس القطبين، مع السماح بمرور أيونات الليثيوم بحرية. أي عيب في الفاصل، مثل النتوءات أو التلوث أو التجاعيد أو الأبعاد غير الدقيقة، قد يؤدي إلى انخفاض أداء البطارية أو التفريغ الذاتي أو حتى الانفلات الحراري (الحرائق والانفجارات).

لذلك، باعتبارها العملية الرئيسية الأخيرة لتقطيع الفيلم الخام العريض إلى لفات ضيقة نهائية مطلوبة، فإن المستوى الفني لآلة التقطيع يحدد بشكل مباشر العائد واتساق الجودة والسلامة والأداء للبطارية النهائية.

1. خصائص وتحديات تقطيع فواصل بطاريات الليثيوم

تُعد فواصل بطاريات الليثيوم (وخاصةً PP/PE أو الأفلام المطلية بالسيراميك) موادًا صعبة للغاية في المعالجة، مما يفرض متطلبات عالية للغاية لعملية التقطيع:

1. رقيق للغاية وهش: يتراوح سمك الحاجز عادة بين 5-20 ميكرومتر (ميكرون)، وهو أرق من الشعر، وهو عرضة جدًا للسحب والتمزق والتجعد أثناء عملية الشق.

2. المواد ذات القيمة العالية: تشكل تكلفة الفواصل ما بين 10% إلى 20% من التكلفة الإجمالية للبطارية، وأي خسارة في عملية الفصل تعني خسارة اقتصادية ضخمة.

٣. متطلبات نظافة عالية جدًا: أي تلوث طفيف بالغبار والحطام المعدني سيؤدي إلى ماس كهربائي في البطارية. يجب أن تكون عملية القطع خالية من الغبار وقليلة الغبار.

4. دقة الأبعاد الصارمة: عادةً ما تكون هناك حاجة إلى التحكم في تحمُّلات العرض ضمن ±0.1 مم أو حتى ±0.05 مم، وإلا فسوف تؤثر على محاذاة لف الخلية اللاحقة أو التصفيح.

5. جودة لف مثالية: من المطلوب أن يكون التحكم في شد اللف دقيقًا للغاية، وأن تكون الملفات أنيقة وخالية من الحركة، ولا يوجد نمط أقحوان، ولا توجد بقع صلبة، وإلا فسوف يؤدي ذلك إلى سوء فك اللف وتشوه الحجاب الحاجز.

2. الحل الأساسي لآلة تقطيع فاصل بطارية الليثيوم الاحترافية

ولمعالجة التحديات المذكورة أعلاه، تتضمن آلات تقطيع الحجاب الحاجز الحديثة عالية الأداء مجموعة من التقنيات والحلول المتطورة، بما في ذلك:

1. نظام التحكم في التوتر عالي الدقة

هذا هو جوهر آلة التقطيع. يستخدم النظام تحكمًا كاملاً في شد الحلقة المغلقة، ويتضمن عادةً:

• التحكم في الشد متعدد المراحل: من فك اللف، والجذب إلى إعادة اللف، يتم تقسيمه إلى مناطق تحكم شد مستقلة متعددة من أجل انتقال سلس.

• مستشعر توتر عالي الحساسية: راقب التوتر واضبطه في الوقت الفعلي لمنع تقلبات التوتر من التسبب في تمدد الغشاء أو استرخائه.

• التحكم في شد المخروط: مع زيادة قطر اللف، يتم تقليل الشد تلقائيًا بشكل خطي لضمان الضيق المتسق للطبقات الداخلية والخارجية، وتجنب "الدحرجة الصعبة" و"نمط الأقحوان".

2. طرق القطع المتقدمة

• مادة الشفرة: استخدم شفرات مطلية بالماس فائقة الصلابة وفائقة الحدة أو شفرات سيراميك لضمان الحصول على قطع حادة وإطالة العمر وتقليل تكوين الغبار.

• تقنيات القطع:

◦ القطع بالقص: الطريقة الأكثر شيوعًا. تتميز السكاكين الدائرية العلوية والسفلية بدقة عضّها، كما هو الحال مع المقص، مع تأثير قصّ ممتاز، ونعومة وخالية من النتوءات، وغبار أقل. يجب ضبط زاوية الأداة وتداخلها بدقة.

◦ التقطيع بالشفرات: يستخدم للأغشية الرقيقة للغاية أو المغلفة بشكل خاص مع فقدان أسرع للأداة وتحكم أكثر دقة.

3. تصميم خالٍ من الغبار ونظيف

• هيكل مغلق بالكامل: الجسم الرئيسي للجهاز مغلق ويحافظ على ضغط إيجابي طفيف في الداخل لمنع دخول الغبار الخارجي.

• عصا الهواء الأيونية المتكاملة: تعمل على إزالة الكهرباء الساكنة من سطح الفيلم قبل وبعد التقطيع لمنع امتصاص الغبار.

• نظام إزالة الغبار على الخط: مزود بجهاز شفط فراغي لامتصاص الغبار المتبقي الناتج عن القطع في الوقت الفعلي بالقرب من حافة السكين.

• تصميم مضاد للمعادن: تتكون مكونات التلامس الحرجة من مواد سيراميكية أو بوليمرية لتجنب الرقائق المعدنية الناتجة عن الاحتكاك بين المعادن.

4. نظام التوجيه والإرشاد عالي الدقة (EPC)

• قم بتثبيت أجهزة استشعار ضوئية عالية الدقة أو أجهزة استشعار CCD قبل فك اللف والتقطيع واللف لتحديد موضع حافة الفيلم في الوقت الحقيقي.

• يتم تشغيل الحركة الدقيقة للأسطوانة أو المجموعة الكاملة من الأجهزة بواسطة نظام هوائي أو نظام سيرفو لضمان سير بكرة الفيلم دائمًا على طول مسار محدد مسبقًا طوال عملية الشق، مما يضمن اتساق عرض الشق.

5. نظام القيادة والتحكم الذكي

• محرك متعدد المؤازرة: يتم تشغيل كل بكرة رئيسية وبكرة سحب بواسطة محركات مؤازرة مستقلة، مع مزامنة عالية وسرعة استجابة سريعة وتحكم دقيق.

• واجهة الإنسان والآلة HMI: يمكن لنظام التحكم بشاشة اللمس المتكاملة ضبط وتخزين واستدعاء معلمات العملية المختلفة (مثل التوتر وسرعة المواصفات المختلفة للأغشية، وما إلى ذلك) لتحقيق "تغيير الإنتاج بنقرة واحدة".

• تسجيل البيانات ودمج نظام تنفيذ التصنيع (MES): تسجيل بيانات القطع (الطول والعرض ومنحنى الشد وما إلى ذلك) لكل لفة من المنتجات، وتتبع عملية الإنتاج بأكملها، والاتصال بنظام تنفيذ التصنيع (MES) لتلبية متطلبات المصانع الذكية في الصناعة 4.0.

6. الأتمتة والأجهزة المساعدة

• أنظمة التحميل والتفريغ الأوتوماتيكية (المركبات الموجهة آليًا/الآلات المتحركة): تعمل على تقليل التدخل اليدوي وتجنب الصدمات والتلوث.

• واجهة متكاملة لنظام اكتشاف العيوب عبر الإنترنت: يمكن ربطها بنظام التفتيش البصري للعثور على العيوب أثناء عملية التقطيع ووضع علامة عليها أو فرزها تلقائيًا.

• نظام الوسم والوزن: يتم وضع علامة على كل لفة من المنتج النهائي تلقائيًا بمعلومات المنتج، ويتم وزن طول المتر وحسابه تلقائيًا.

3. وصف موجز لعملية التقطيع

1. التغذية: يتم وضع الملف الرئيسي (الفيلم الخام العريض) بدقة على بكرة فك اللف عن طريق القيادة أو AGV.

2. تمرير الفيلم: يتم تمرير رأس الفيلم يدويًا أو نصف آليًا من خلال سلسلة من بكرات التوجيه، وبكرات الجر، ومصححات EPC، وحاملات أدوات التقطيع.

3. إعداد المعلمات: حدد أو أدخل مواصفات هذا القطع (العرض، الطول، الشد، وما إلى ذلك) على واجهة آلة الإنسان (HMI).

4. بدء التقطيع: تعمل المعدات تلقائيًا وفقًا للمعلمات المحددة مسبقًا لإكمال فك التوتر المستمر والتصحيح والتقطيع الدقيق وإزالة الغبار واللف وغيرها من الإجراءات.

5. التفريغ والتعبئة: بعد اكتمال عملية التقطيع، تطالب المعدات، ويقوم المشغل أو المعالج بإزالة الملف النهائي وتعبئته بالتفريغ (عادة ما يتم ذلك في غرفة نظيفة على درجة حرارة 10000) لمنع امتصاص الرطوبة والتلوث.

4. اتجاه التنمية

1. أسرع وأكثر كفاءة: تتزايد سرعات التقطيع باستمرار لتلبية متطلبات القدرة المتزايدة في السوق.

2. أكثر ذكاءً وقدرة على التكيف: يتم تقديم خوارزميات الذكاء الاصطناعي لتمكين الماكينة من تحسين وتعديل المعلمات مثل التوتر تلقائيًا استنادًا إلى الحالة الفعلية للفيلم، مثل تقلبات السُمك.

3. التكامل: يرتبط بشكل وثيق بعملية الطلاء السابقة وعملية اللف اللاحقة لتشكيل خط إنتاج متكامل.

4. مناسب لفاصلات الجيل الجديد: يتكيف مع متطلبات معالجة المواد الجديدة مثل الفواصل المركبة الرقيقة وأغشية الإلكتروليت الصلبة.

خاتمة

في سياق التطور السريع لصناعة الطاقة الجديدة، لم تعد آلة تقطيع الأغشية مجرد آلة قطع بسيطة، بل أصبحت آلة متطورة تجمع بين الآلات الدقيقة والتحكم الذكي والمعالجة غير الإتلافية وتقنيات التنظيف. يُعد حل التقطيع الذي يوفره فاصل بطاريات الليثيوم حلقة وصل رئيسية لضمان سلامة بطاريات أيونات الليثيوم وثباتها وكثافتها العالية من الطاقة، مما يُسهم بشكل مباشر في التقدم التكنولوجي والتطوير الموثوق لصناعة الطاقة الجديدة بأكملها. يُعد اختيار آلة تقطيع غشاء احترافية عالية الأداء وعالية الاستقرار خيارًا لا غنى عنه لأي مُصنّع غشاء عالي الجودة.