필름 슬리팅 머신의 매개변수 최적화: 리튬 배터리 분리막의 절단 품질을 개선하는 방법은 무엇인가?

리튬 배터리 분리막의 절단 품질을 개선하는 것은 박막 슬리팅 머신의 매개변수를 최적화하는 핵심 목표입니다. 절단 품질은 배터리의 안전성, 일관성 및 성능에 직접적인 영향을 미치기 때문입니다.

절단 품질이 좋지 않으면(예: 버, 분말 흘림, 주름, 접힘) 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

• 내부 단락: 금속 버 또는 다이어프램 먼지가 다이어프램을 뚫고 열 폭주가 발생합니다.

• 높은 자가방전율: 미세단락으로 인해 배터리 용량이 빠르게 감소합니다.

• 조립의 어려움: 컬링되거나 주름진 분리막은 셀 와인딩이나 적층에 영향을 미칩니다.

아래에서는 핵심 매개변수, 최적화 전략, 체계적인 방법이라는 세 가지 측면에서 매개변수 최적화를 통해 절단 품질을 개선하는 방법에 대해 자세히 설명하겠습니다.

1. 핵심 매개변수와 절삭 품질에 미치는 영향

슬리팅 공정은 본질적으로 "신장-전단" 공정으로, 매개변수 최적화를 통해 최소한의 손상으로 재료를 깨끗하게 분리할 수 있습니다.

1. 장력 조절

이는 와인딩, 슬리팅, 와인딩의 전체 공정에 적용되는 가장 중요하고 핵심적인 매개변수입니다.

• 풀림 장력: 과도한 장력은 재료의 인장 변형을 일으켜 기공률에 영향을 미칩니다. 너무 작으면 재료가 늘어지고 변형됩니다.

• 슬리팅 장력: 절단 시 소재의 팽팽함에 직접적인 영향을 미칩니다. 장력이 너무 낮으면 소재가 흔들리고 커터가 버를 쉽게 "뽑아냅니다". 장력이 너무 높으면 소재가 과도하게 늘어나 절단 후 뒤로 밀려 "말린 가장자리" 또는 "활" 모양 변형이 발생합니다.

• 되감기 장력: 마스터 롤의 조임 및 표면 평탄도에 영향을 미칩니다. 과도한 장력은 이전 층의 버(burr)를 다음 층으로 눌러 압흔이나 구멍이 생길 수 있습니다. 장력이 너무 낮으면 권취가 고르지 않고 가장자리가 찌그러집니다. 일반적으로 테이퍼 장력 제어 방식을 사용합니다. 즉, 코일 직경이 증가함에 따라 장력을 점차 줄여 내부 조임과 외부 느슨함을 보장합니다.

2. 도구 시스템 매개변수

• 도구 선택:

◦ 날 재질: 다이아몬드 코팅 또는 세라믹 코팅 날이 선호됩니다. 내마모성이 뛰어나고 예리함이 오래 유지되어 먼지와 버 발생을 효과적으로 줄여줍니다. 일반 금속 날은 빨리 마모되므로 자주 교체해야 합니다.

◦ 도구 종류: 일반적으로 사용되는 도구로는 원형 칼날 절단과 면도날 절단이 있습니다.

▪ 원형 칼날 슬리팅(전단형): 상하 원형 칼날이 가위처럼 맞물립니다. 절단 품질이 가장 우수하며 두껍고 단단한 다이어프램에 적합합니다. 핵심은 맞물림 깊이와 겹침 정도를 조절하는 것입니다.

▪ 면도날 슬리팅(스크라이빙): 단날 블레이드가 소재 아래의 단단한 바닥 롤러를 따라 절단합니다. 적용 범위가 더 넓고 조정이 더 유연합니다. 핵심은 칼날 각도와 절단 깊이입니다.

• 레이크 각도:

◦ 수직선에 대한 블레이드의 경사각입니다. 포지티브 레이크 각도(Positive Rake Angle)는 가장 일반적으로 사용되며, 절삭 저항이 낮고 열 발생이 적으며 버(Burr)가 적은 "슬라이싱 절단"을 제공합니다. 각도 선택은 다이어프램 재질 및 두께 실험에 따라 결정해야 합니다.

• 절단 깊이:

◦ 칼날이 하단 롤러를 절단하는 깊이를 나타냅니다. 원칙은 "최소 유효 절단 깊이"입니다.

▪ 너무 얕음: 계속해서 절단하여 끌림과 긴 버가 발생합니다.

▪ 너무 깊음: 블레이드와 바닥 롤러의 마찰이 심해져 다음과 같은 문제가 발생합니다.

◦ 공구 마모가 빨라지고 수명이 단축됩니다.

◦ 다이어프램을 열로 녹여 "딱딱한 버" 또는 녹은 구슬을 형성할 수 있는 많은 열을 생성합니다.

◦ 먼지가 더 많이 발생합니다.

◦ 이상적으로는 횡격막을 잘라내면 둔탁한 마찰음 대신 바삭바삭한 "바스락거리는" 소리가 들립니다.

3. 속도 매칭

• 슬리팅 라인 속도: 속도가 높을수록 장력 제어 시스템 및 공구 날카로움에 대한 요구 사항이 높아집니다. 고속에서는 약간의 지터나 불안정성이 더욱 커집니다. 품질을 유지하면서 속도를 점진적으로 높이고, 다양한 소재에 대한 최적의 속도 범위를 찾기 위해 DOE(실험 설계)를 수행하는 것이 좋습니다.

• 공구 속도 비율: 원형 칼날 슬리팅의 경우, 상대적인 미끄러짐으로 인한 마모 및 당김을 방지하기 위해 상하 칼날의 회전 속도가 재료의 선형 속도와 일치해야 합니다.

4. 기타 보조 매개변수

• 가이드 시스템(EPC): 재료가 항상 올바른 경로에서 움직이도록 보장하여 정렬 불량으로 인한 고르지 못한 트리밍이나 일방적인 버를 방지합니다.

• 환경 관리: 다이어프램은 정전기에 민감합니다. 이온 팬을 설치하여 정전기를 제거하고 다이어프램이 먼지를 흡수하거나 서로 달라붙는 것을 방지하십시오. 온도와 습도를 조절하여 재료의 습기 또는 정전기 발생을 방지하십시오.

2. 매개변수 최적화 전략 및 단계

이는 고립적으로 조정할 수 없는 체계적인 디버깅 프로세스입니다.

1. 설정

◦ 날카로운 칼: 모든 칼날이 새것이거나 다시 날을 세운 것이 최적화의 전제 조건입니다.

◦ 기계를 청소하세요: 가이드 롤러, 툴 홀더, 바닥 롤러를 철저히 청소하세요. 먼지가 있으면 품질에 영향을 미칩니다.

◦ 정확한 도구 정렬: 모든 칼날이 일직선상에 있고 바닥 롤러와 평행한지 확인하세요.

2. 초기 파라미터 설정

◦ 장비 제조업체와 재료 공급업체의 권장 값을 참조하여 다이어프램 재료(PP/PE/세라믹 코팅), 두께 및 너비를 기준으로 보수적인 초기 매개변수(낮은 속도, 중간 장력, 작은 도구 각도)를 설정합니다.

3. 긴장 최적화(코어 스텝)

◦ 먼저 장력을 조절한 다음 도구를 조절하세요!

◦ 풀기부터 모든 단계에서 장력을 미세하게 조절하여 소재가 매끄럽고 팽팽하게 하되, 찢는 지점에서 눈에 띄게 늘어지지 않도록 합니다. 손으로 소재를 가볍게 만져 팽팽한 감을 느껴보세요.

◦ 접선을 관찰하세요. 규칙적인 물결 모양의 크림프가 있다면 일반적으로 장력이 너무 강한 것입니다. 잘린 가장자리가 느슨하고 실 모양이라면 일반적으로 장력이 너무 약한 것입니다.

4. 도구 매개변수 최적화

◦ 장력을 고정하고 도구 조정을 시작하세요.

◦ 깊이 조정: 가장 얕은 깊이부터 시작하여 재료를 연속적이고 깨끗하게 절단할 수 있을 때까지 깊이를 조정합니다. 그런 다음 안전 마진으로 2~5μm를 더 추가합니다. 너무 깊이 조정하지 않도록 주의하십시오.

◦ 각도 조절: 일반적으로 30°~45° 사이로 조정합니다. 부스러기(분진)의 상태를 관찰하세요. 플레이크나 필라멘트가 아닌 미세한 가루가 생성되는 것이 이상적입니다.

5. 속도 향상 및 미세 조정

◦ 지속적으로 좋은 제품을 생산할 수 있는 매개변수 세트를 찾은 후 점차적으로 슬리팅 속도를 높입니다.

◦ 속도가 증가할 때마다 고속으로 인한 진동과 관성 효과를 보상하기 위해 장력과 공구 각도를 미세 조정해야 할 수도 있습니다.

6. 와인딩 최적화

◦ 적절한 초기 장력과 테이퍼를 설정하여 감기 효과를 관찰합니다. 압력 롤러를 사용하면 공기를 제거하고 실 엉킴과 주름 발생을 줄이는 데 도움이 됩니다.

3. 체계적인 품질 보증 방법

• 실험계획법(DOE): 경험에 의존하여 하나씩 시도하지 마십시오. DOE 방법은 장력, 속도, 절삭 깊이 및 기타 요인의 상호 작용을 고려하여 최적의 매개변수 조합을 효율적으로 찾는 데 사용할 수 있습니다.

• 매개변수 라이브러리 구축: 다양한 소재와 사양(두께, 너비)의 분리기에 대한 최적 슬리팅 매개변수를 기록하고 보관하여 표준 운영 지침(SOP)을 형성합니다. 이를 통해 교체 및 디버깅 시간을 대폭 줄일 수 있습니다.

• 프로세스 모니터링 및 검사:

◦ 온라인 검사: 라인 스캔 카메라를 사용하여 실시간으로 트림 품질을 모니터링하고 버 및 압착과 같은 문제를 적시에 감지합니다.

◦ 오프라인 감지:

▪ 현미경 검사: 고배율 현미경(100X-200X)으로 트리밍 형태를 관찰하여 버 크기와 형태를 평가하기 위해 정기적으로 샘플링을 실시합니다.

▪ 먼지 측정: 절단으로 인해 발생하는 먼지의 양을 테이프 부착 방법이나 용제 세척 방법을 사용하여 수집하여 무게를 측정합니다.

▪ 표면 검사: 와인딩 표면에 돌출부, 움푹 들어간 부분, 긁힘 등 결함이 있는지 확인합니다.

요약

리튬 배터리 분리막의 절단 품질 개선은 기계, 재료, 제어 및 기타 측면을 아우르는 체계적인 프로젝트입니다. 최적화의 핵심은 다음과 같습니다.

1. 원리 이해: "늘리기-전단"의 물리적 과정에 대한 심층적인 이해를 얻으세요.

2. 핵심을 파악하세요: 긴장 조절은 영혼이고, 도구 상태는 기초입니다.

3. 프로세스를 따르세요: "먼저 장력을 조절하고, 그다음 도구를 조절하고, 마지막으로 속도를 높이는" 과학적 디버깅 프로세스를 따르세요.

4. 과학적 방법: DOE와 온라인 테스트와 같은 도구를 사용하여 경험주의에서 데이터 중심으로 전환하세요.

5. 전면적 참여: 운영자, 공정 엔지니어, 장비 유지 관리 담당자는 문제를 분석하고 해결하기 위해 긴밀히 협력해야 합니다.

위와 같은 체계적인 매개변수 최적화를 통해 분리막의 절단 품질이 크게 향상되어 고성능, 고안전성 리튬 배터리 생산을 위한 견고한 기반을 마련할 수 있습니다.