电池制造

电池生产自动化

无论您在哪里生产电池,Festo 都能为您服务。我们具备对口的专业知识和合适的产品,以及与之相匹配的一流服务。 在各种主要电池制造商的项目中,我们已多次证明自己。我们能够一站式完成所有任务,提供适用于在干燥室内进行电池生产的全套无铜、无锌元件。

电池生产流程

Festo 为电池生产中的每一步提供适当的自动化解决方案,无论是气动、电动还是多种技术组合。

下载手册 经济实用的电池生产解决方案 (PDF)

电池生产流程

可靠的原料进料

在电池生产过程中,液体和颗粒状原料使用气动过程阀进料,这些材料通常具有极强的磨蚀性和腐蚀性。为确保过程的可靠性,所需的自动化元件需要非常坚固,Festo 的高品质成套蝶阀(由蝶阀、旋转气缸、向导阀和感测器盒组成)便可满足这一要求。这些装置已完全预组装并经过测试,调试快速有效。气动执行则采用新型模组化控制系统 CPX-E、和 Festo 核心产品范围内经济实惠的阀岛 VTUG,搭配气管 PUN-H、接头 QS、以及单向节流阀 GRLA

精确搅拌

在搅拌过程中会产生浆料,并在随后的涂布过程中将其涂在电极箔上,而浆料分散品质的好坏,直接影响到锂离子动力电池生产品质及其产品的性能。针对将原料送入搅拌机,Festo 提供了一个由球阀、旋转气缸、向导阀和感测器盒组成的成套球阀。组装并经过测试的装置,可确保精确按照配方用量要求,以恰当的流速进给活性材料、导电剂、溶剂和粘合剂。如果需要比例控制器,可以使用定位器 CMSX

适当控制干燥

为了使电极保持干燥,需要不断抽空制程室以去除水分。为此,需要在干燥机中形成真空,这一过程由前面过程步骤中所述的成套球阀控制,使用成套蝶阀或球阀将装置中的潮湿空气排出。 Festo 提供这两种装置,安装方法由客户决定。如果需要比例控制器,定位器 CMSX 是理想的选择。

高精度压轧

干燥后,将电极箔冷却,用旋转辊压缩并均质化。在此过程中,电极箔被输送至不同的导向轮,并由调节辊精确张紧和放松。为了确保均匀的进给速度,电极箔还必须暂时存放在调节辊中。这里可以使用气动肌腱 DMSP 结合比例阀 VPPE 或新 VPPI 来完成。此外,DMSP 无摩擦,这表示它可以绝对的精度工作并获得最大的重复精度。气动执行可采用 Festo 核心产品范围内经济实惠的阀岛 VTUG 和 电磁阀 VUVG,搭配 MS 气源处理装置、气管 PUN-H、以及快插接头 NPQR

滚刀切割保护和捕网固定电极片

切割的目的是为了将宽条的电极箔切成几条窄片。切割过程可以用雷射切割完成,或者使用滚刀机械完成。为了延长滚刀的使用寿命,在此过程中,将冷却液直接喷在刀片上。冷却液必须有控制的以非常小的量喷出,Festo 的滴液头 VTOE 是完成这项任务的理想选择。如果在切割过程中机器停止,则使用捕网固定电极片。高速阀 MHE 4 和具有低摩擦特性的气缸 DSBC,用于确保快速响应时间和速度。

切割期间完美除尘

使用特殊的真空吸尘系统,收集切割过程中产生的灰尘颗粒,该真空状态可使用具球阀的成套球阀(由 SRBC、DPFD、VSNC 和 VZBD 组成)或成套蝶阀来调节。使用脉冲阀去除集尘器中堆积的灰尘,具有大流量的脉冲阀 VZWE 是完成这项任务的理想选择。整个系统可使用 CPX-E 进行控制,而系统内的所有阀 VZWE 均可透过 CPX-AP-I 模组以单信号的形式串联驱动,使安装更加容易。

极耳成型和极片分切期间快速更换工具

在下一个生产阶段,透过控制设备的上、下刀模剪切极片形成极耳。在叠片制程之前,正/负极卷料也会被裁切成单独的正/负极片材。在这一过程中,切割机械需采用重型切割或冲孔装置。由于这些装置非常沉重,以至于无法手动更换工具。

藉由 Festo 的平衡器解决方案 YHBP,在需要维修时,即使是重型工具也可以快速安全地移动和更换。气囊式气缸 EB 是拆卸这种工具的理想解决方案,因为它对高度的要求很低。换句话说,气囊式气缸可轻松安装在工具下方,同时还能够提供充足的力量举起重型零件。因此,EB 与平衡器套件 YHBP 是更换重型工具的完美组合。

精密且节能的极耳成型和极片分切

根据工厂的概念,在极耳成型过程结束后,将电极片储存在料盒中,或直接传输到下一个处理步骤。为了安全传输,利用真空将电极片固定在多孔传输带上。此过程所需的真空透过一个成套蝶阀(包括蝶阀 KVZA、旋转气缸 DFPD、向导阀 VSNC 和感测器盒 SRBC)进行调节。手动球阀 VZBF 充当排放阀,单独的真空管道由夹管阀 VZQA 调节,夹管阀由比例调压阀 VEAB 驱动。这有助于精确调节所需的真空度,并优化能耗。

高速堆叠

在生产软包电池时,会使用到堆叠制程,即电极片(正极片、隔板、负极片、隔板等)重复循环堆叠。 Festo 为这一特定流程提供完整的电气控制系统和物流系统,其中电气控制系统使用了Festo 最新内部控制协议的CPX-AP-I 阀岛,便于机械和电气设计,性能稳定,具有故障和自行诊断能力。多滑块运输系统 MCS,是一种实现工业自动化中灵活且模和物流系统化运输的完整系统解决方案,易于连接现有的内部物流系统,达成运输滑块的无缝输入和输出。

高速阀 MHJ9(切换频率高达 500 Hz),提供最大输出所需的极高速度。真空产生器 VN,产生抓取和传输电极片所需的真空。料盒的向上和向下移动,由有杆电缸 EPCC 或直线电缸 EGC 以极具成本效益的方式执行。这些过程可由 Festo 提供的一系列感测器或视觉系统监控,最后,新型控制系统 CPX-E 控制一切操作。

完美卷绕的精度

在卷绕电极片之前,会有短暂的暂停,以便用固定的切割刀具将其切割成所需长度。然后,将切割好的极片快速精准地送至绕线机。该步骤需要一种可实现同步运动的高精度装载系统,抓取系统(包括标准夹爪DHPC、单片阀 VUVG、螺杆电缸 ELGC-BS、伺服马达 EMMT-AS 和伺服驱动器 CMMT-AS)可确保这一必要精度,该步骤也由新型模组化控制系统 CPX-E 控制。

圆柱形和方形电池:精确、干净的卷绕和切割

圆柱形电池和方形电池的卷绕过程包括生产卷芯,其中包括正极片、隔板和负极片。为了精确控制电极片的移动,必须精确且平稳地移动大量的调节辊和卷料边缘。为此,气动肌腱 DMSP、比例调压阀 VPPE 和精密调压阀 LRP 组成一种创新解决方案。

DMSP 是一种完全无摩擦的驱动器,而 VPPE 的高精度调压可确保稳定一致的控制状态的松紧这些装置组合成一种非常精确的卷料控制系统。在卷绕过程中,当方形电池的卷芯达到所需厚度时,相互层叠的电极片就被切开。在此应用中,需要在一个十分有限的空间内非常精确且可靠地执行切割过程,易清洗的精巧型气缸 CDC 是完成这一任务的理想选择。 CDC 拥有平滑的表面和整合式近接开关,非常易于清洗,且能够轻松去除切割等过程中产生的电极粒子。

安全准确地填充电解液

将电池堆或卷芯插入电池外壳后,即可为电池注入电解液。电解液透过夹管阀 VZQA 计量,而夹管阀由单片阀 VUVG 或阀岛 VTUG 驱动─这些精巧阀来自 Festo 核心产品范围,具有出色性能且极具成本效益。

填注过程中的极端环境条件,要求材料具有耐腐蚀性和耐高温性。气管 PTFEN 和 316L 不锈钢接头 NPQR,是完成这项任务的理想选择。由于电解液会与水反应形成氢氟酸,因此在填充电池时,必须确保环境空气非常干燥。为确保这种情况,空气不断排空并从机器单元中排出,此过程所需的真空透过真空泵集中产生。调节功能由夹管阀 VZQA、向导阀岛 VTUG 和压力感测器 SPAN 组成的系统执行。

化成的精确可靠定位

化成是指对电池单元进行充电/放电的初始过程。电池存放在托架系统中的化成托盘上,并在化成期间重复充电和放电,这一过程需要花费几个小时。由于化成架非常大,因此需要具有长轴的高速抓取系统。 Festo 在类似系统方面提供包括装载和卸载化成托盘的多种解决方案,例如以电缸 EGC-TB 和螺杆电缸 EGC-BS、旋转气缸 DRRD 及重载夹爪 HGPT-B 组成的 3D 龙门。这些电缸由伺服马达 EMMT-AS 和伺服驱动器 CMMT-AS 驱动和控制,运动功能由具有 CODESYS 编程的新型模组化控制系统 CPX-E 执行。

精确控制的电解液废气处理过程

在形成过程中,电池内部会产生废气,我们需要在尽量减少电解液损失的前提下将废气排出。这可以透过使用空心吹管刺穿电池,在电解液也被吸出之前排出气体。随后切换系统,将吸出的电解液重新吹回电池中,同时永久除去剩余的气体。该步骤所需的真空也由真空泵产生,并由夹管阀 VZQA 和压力感测器 SPAN 控制。由于在此过程中需要小心控制真空和喷射脉冲,因此我们也推荐将比例调压阀 VEAB 与高精度压力感测器 SPAN 结合使用。

模组组装的不同抓取解决方案

生产出多个电池单体后,将它们组合成电池模块:在模块外壳中安装特定数量的圆柱形或软包电池,并透过粘合过程将其固定到位。使用角座阀 VZXA成套球阀(包括球阀、旋转气缸、向导阀和感测器盒),可以精确计量所需的粘合剂成分或粘合剂量。

使用 Festo 的抓取解决方案移动点胶头,用于放置胶点或涂覆胶珠。使用抓放装置将电池单体插入电池模块。根据轴的长度和精度需求,具有单个电缸 EGC 的龙门系统或高动态平面龙门 EXCH 也适用于执行这项任务。所有电缸系统始终采用伺服马达 EMMT-AS 和伺服驱动器 CMMT-AS

方形电池:经济高效的模组堆叠方案

模组组装过程中,需要在涂​​胶之后将多个电池压紧堆叠,Festo 的伺服压机系统 YJKP 为侧向或垂直堆叠提供经济高效的方案。 YJKP 内含 Festo 提供的三个元件:模组化控制器、操作软体和配套的机电系统,这样就形成了一个包括执行冲压的螺杆电缸、马达、马达控制器、压力感测器和控制器的产品组合,实现高达 50 kN 的电动冲压应用所需的一切。装载和卸载由具有电缸的抓放解决方案完成,例如将电缸 ELGCEGSC 连接在一起,并与真空夹爪解决方案结合使用。

2021 中国国际电池技术展览会

2021年3月19 - 21日,国际电池行业规模最大的会展活动 — 中国国际电池技术交流会/展览会( CIBF)将在深圳会展中心举行。超过1300多家展商将为您展示全球动力电池、储能电池、3C电池、各种电池材料、制造设备、动力及储能系统解决方案。费斯托(Festo)将携最新的电芯生产自动化解决方案亮相2021中国国际电池技术展览会。欢迎莅临深圳会展中心1号展馆G013展位现场参观,或登入Festo在线展厅,轻松观展。线上线下高度融合的观展渠道,无论你身处何地,都将拥有身临其境的体验。

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电池制造的速度和精度

从电芯和模块生产到插入电池系统,Festo 为整个电池制造过程提供了合适的自动化解决方案,无论是气动、电动还是混合动力。在电池制造中,高吞吐量和可重复性与高性价比解决方案同样重要。对于许多不同的过程步骤而言都是如此,从输送、供应和控制腐蚀性介质到精确的零件抓取和力控压制应用。

适用于您的应用的自动化解决方案

使用 WebCatcher 进行安全切割和夹紧

切割的目的是将一条宽的电极箔切成几条较窄的条。这种切割过程可以通过激光切割的热能方式完成,也可以用滚切刀以机械方式完成。为了延长切刀的使用寿命,在此过程中,冷却液直接喷射到刀片上。液体必须以受控的方式极少量滴注。Festo 的滴定头非常适合这项任务。如果机器在切割过程中停止,则电极条将使用所谓的 WebCatcher 进行固定。高速开关阀和气缸用于确保快速响应时间和速度。

用于切割和夹紧电极条的合适产品

使用 WebCatcher 进行安全切割和夹紧

高速堆叠

在软包电芯的生产中,使用堆叠过程。在堆叠过程中,电极片以阳极、隔板、阴极、隔板等的重复循环堆叠。Festo 为这一特殊过程步骤提供完整的电驱抓取系统,包括轴运动装置、电机和伺服驱动。所有部件都完美匹配。最大输出需要非常高的速度。这通过开关频率高达 500 Hz 的高速开关阀实现。拾取和转移电极片所需的真空是使用真空发生器产生的。

用于堆叠电极片的产品

高速堆叠

安全精确地灌装电解液

一旦电池堆或“电极片卷”被插入电池外壳,电芯就可以灌装电解液。电解液通过夹管阀定量。它使用单独的阀或阀岛来驱动。由于电解液与水反应形成氢氟酸,因此在填充电池单元时,周围的空气必须非常干燥。为了实现这一点,空气会不断地从机器单元中排出。这样做所需的真空通过真空泵集中产生。该过程由夹管阀、阀岛和压力传感器系统控制。

适合填充电解液的产品

安全精确地灌装电解液

精确控制脱气和密封

在形成过程中,气体在电 中积聚。这种气体必须清除。用空心枪刺穿电芯并排空气体,直到电解液也被抽出。然后,系统转换,将抽出的电解液泵回到电池单元中,同时剩余的气体被去除。Festo 的抓取系统有助于将电芯装载到工件托架上,以便插入过程摄像机,然后再次卸载。

适用于电芯脱气和密封的产品

精确控制脱气和密封

成功案例:未来电池生产

电动汽车正在引领潮流。然而,它们的成功取决于高性能和高性价比的蓄电池。在英国,WMG 的试点项目 AMPLiFII 正在为新一代管理蓄电池奠定基础。该项目包括・Horizon・Instruments・的创新自动化技术和・Festo・的拾放解决方案。

点击此处阅读完整的成功案例。

关于电芯制造产品的常见问题解答

对用于制造电芯的产品有什么要求?

制造电芯是一个高度敏感的过程,要求范围很广。铜、锌或导电或不导电颗粒等污染物会降低电池质量或使其无法使用。

由于没有既定的法律标准,Festo 根据既定的标准和详细的客户规范评估其产品设计。为了确保电芯生产的安全性,通常需要可用于洁净室产品和对有色金属(如铜和锌)有限制的产品。

生产环境在锂离子电池的制造中也起着关键作用。用于电芯生产的产品经常暴露在凝点低至 –80℃ 的干燥环境中。

Festo 如何定义有色金属(铜、锌、镍)的限制?

根据电解液和电极材料的不同,铜、锌和镍可能会在锂离子电池的生产中造成问题。正因如此,Festo 在产品开发中定义了限制使用铜、锌和镍的标准:主要元件不使用铜、锌或镍金属材料。然而,一些合金需要在金属基体中加入这些元素。

关于铜、锌和镍材料限制的例外情况:

  • 钢铁中所含的镍
  • 无铜亚层的化学镀镍
  • 惰性化合物,如氧化物和硫化物
  • 印刷电路板、电插头、电缆、电线和线圈

哪些产品符合 Festo 对铜、锌和镍的限制?

Festo 的许多标准产品已经满足我们对铜、锌和镍的限制。这些产品在“电池生产自动化解决方案”手册和我们在线商店的概览中都有所标记。

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电芯生产经常需要特殊的产品派生型,但不符合 Festo 定义的标准产品限制。

这些特殊的派生型已在 ID 代码中用 F1A 标记,也可以在手册和产品概览中找到。

哪些 Festo 产品适合干燥室环境?

压力凝点为 -50℃ 到 -80℃(在某些情况下)的干燥室环境是锂离子电池生产的典型环境。干燥室环境抑制了许多电解质的亲水性,并杜绝了与环境空气中的湿气发生反应而形成有害氢氟酸的风险。

Festo 的标准产品已经证明了它们在电池制造等干燥室应用中的价值。Festo 产品可用于凝点为 –80°C 甚至更低的环境,因为 Festo 的大约 60 种不同润滑剂中的 含有水作为配方的一种成分。

因此,这些润滑剂的 即使接触到非常干燥的空气也会变干。此外,没有 Festo 润滑剂需要水分或液态水来实现或保持其润滑性能。

Festo 为洁净室提供了哪些解决方案?

您可以在 ISO 7 级洁净室环境中使用来自 80 多个产品系列的 Festo 气缸、阀、抓手和驱动器、所有抓取、真空和压缩空气系统、传感器、过滤器、减压阀和接头。大多数产品适用于 6 级和 5 级环境,许多产品甚至可以用于 4 级环境。我们还可以提供定制的特殊解决方案。
所有洁净室产品均按照 ISO 14664 划分洁净室等级。最好与我们的专家核实具体要求,因为颗粒物排放取决于具体应用。这是找到可行解决方案的最快方法。

了解更多关于我们洁净室解决方案的信息

我们在电池制造方面的产品亮点

紧凑型气缸,双作用

紧凑型气缸,双作用 ADN

符合 ISO 21287 标准的 ISO 气缸,带固定式或自动调节式缓冲垫,派生型多。

紧凑型气缸,双作用

紧凑型气缸,双作用 ADN-S

系统变小,但性能更高。这是紧凑型气缸 ADN-S 的特点。它们非常小巧轻便,并且极小的运动即可提供出色的性能。这一切都要归功于一体式紧凑型壳体。

小型滑台

小型滑台 DGST

市场上最紧凑的滑台式气缸。配有集成的液压缓冲器和传感器支架以及集成的基本缓冲。最重要的是:滑台和联接板是一体式组件 — 提供极佳的抗扭刚度和无与伦比的精度。

导向杆气缸,公制

导向杆气缸,公制 DFM

导向杆气缸 DFM 具有精确的导向和极大的扭矩和侧向力吸收以及坚固紧凑的结构,值得信赖。它适用于夹紧、提升和阻挡应用。

丝杆式电缸

丝杆式电缸 ELGT-BS

丝杆式电缸结构紧凑且成本效益高,带有集成式双导轨,用于电子行业的 2D 和 3D 悬臂系统、桌面应用程序、电池生产。

电缸

电缸 ESBF

电缸 ESBF 性能强大,具有高达 17 kN 的动态进给力,可用于需要重载、可靠定位以及精密和动态响应的情况。

接近开关

接近开关 SMT-8M-A

用于 T 型槽的磁阻式气缸传感器,可以从上方插入。

压力传感器

压力传感器 SPAN

超紧凑且经济实惠的压力传感器 SPAN 具有惊人的灵活性。得益于可切换的电气输出以及用于压力测量范围和气动连接的众多选件,它可用于各种应用。

快插接头,不锈钢

快插接头,不锈钢 NPQR

坚固的不锈钢快插接头 NPQR 会积聚灰尘的边缘较少,并且对大多数介质具有很高的耐受性。因此它非常适用于食品行业,以及加工工业、电池制造业或汽车行业的应用。

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对于新兴电动汽车市场,电池生产至关重要。借助 Festo 自动化技术,释放全部生产潜能。

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经济实用的电池生产解决方案 (PDF)

电动汽车:电气化动力总成 (PDF)

高效系统的竞赛已经愈演愈烈。我们的观察表明,高效的自动化可以大大降低电池制造成本。
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