신에너지 산업에서의 필름 슬리팅 머신 적용: 리튬 배터리 분리막 슬리팅 솔루션

서론: 슬리팅이 중요한 이유는 무엇입니까?

리튬 배터리 구조에서 분리막은 양극과 음극 사이에 위치한 미세 다공성 구조를 가진 얇은 막입니다. 분리막의 핵심 역할은 양극과 음극 사이의 접촉 단락을 방지하고 리튬 이온이 자유롭게 통과할 수 있도록 하는 것입니다. 분리막에 버(burr), 오염, 주름 또는 치수 오차와 같은 결함이 발생하면 배터리 성능 저하, 자가 방전, 심지어 열 폭주(발화 및 폭발)로 이어질 수 있습니다.

따라서 넓은 원료 필름을 필요한 좁은 완성 롤로 자르는 마지막 핵심 공정인 슬리팅 머신의 기술 수준은 최종 배터리의 수율, 품질 일관성, 안전성 및 성능을 직접적으로 결정합니다.

1. 리튬전지 분리막의 특성 및 슬리팅 과제

리튬 배터리 분리막(주로 PP/PE 또는 세라믹 코팅 필름)은 가공이 매우 어려운 소재이므로 슬리팅 공정에 대한 요구 사항이 매우 높습니다.

1. 매우 얇고 취약함: 격막의 두께는 보통 5~20μm(마이크론)로 머리카락보다 얇으며, 절개 과정에서 잡아당기고, 찢어지고, 주름지기 쉽습니다.

2. 고부가가치 소재: 분리막 비용은 배터리 총 비용의 10%-20%를 차지하며, 분리막 손실은 막대한 경제적 손실을 의미합니다.

3. 매우 높은 청결 요건: 미세한 먼지나 금속 파편 오염은 배터리 단락을 유발할 수 있습니다. 슬리팅 공정은 먼지가 없고 분진 발생량이 적어야 합니다.

4. 엄격한 치수 정확도: 너비 허용 오차는 일반적으로 ±0.1mm 또는 ±0.05mm 이내로 제어해야 합니다. 그렇지 않으면 후속 셀 와인딩이나 적층 정렬에 영향을 미칩니다.

5. 완벽한 와인딩 품질: 와인딩 장력 제어가 매우 정확해야 하며, 코일이 깔끔하고 움직임이 없어야 하며, 국화 무늬나 딱딱한 부분이 없어야 합니다. 그렇지 않으면 풀리는 현상이 불량해지고 다이어프램이 변형됩니다.

2. 전문 리튬 배터리 분리막 슬리팅 머신의 핵심 솔루션

위의 과제를 해결하기 위해 최신 고성능 다이어프램 슬리팅 머신에는 다음을 포함한 다양한 최첨단 기술과 솔루션이 통합되어 있습니다.

1. 고정밀 장력 제어 시스템

이것이 바로 슬리팅 머신의 "핵심"입니다. 이 시스템은 완전 폐쇄 루프 장력 제어를 사용하며 일반적으로 다음을 포함합니다.

• 다단계 장력 제어: 풀기, 견인에서 되감기까지 원활한 전환을 위해 여러 개의 독립적인 장력 제어 구역으로 나뉩니다.

• 고감도 장력 센서: 장력 변동으로 인해 멤브레인이 늘어나거나 이완되는 것을 방지하기 위해 실시간으로 장력을 모니터링하고 미세 조정합니다.

• 테이퍼 장력 제어: 권취 직경이 증가함에 따라 장력은 자동으로 선형적으로 감소하여 내부 및 외부 층의 일관된 조임을 보장하고 "딱딱한 롤링" 및 "국화 무늬"를 방지합니다.

2. 고급 절단 방법

• 블레이드 소재: 매우 단단하고 날카로운 다이아몬드 코팅 블레이드 또는 세라믹 블레이드를 사용하여 날카로운 절단을 보장하고 수명을 연장하며 먼지 발생을 줄입니다.

• 절단 기술:

◦ 전단 절단: 가장 일반적으로 사용되는 방법입니다. 상하 원형 칼날이 가위처럼 정밀하게 물려 전단 효과가 우수하고, 매끄럽고 버가 없으며, 먼지가 적습니다. 공구 각도와 겹침을 정밀하게 조정해야 합니다.

◦ 레이저 슬리팅: 매우 얇거나 특수 코팅된 다이어프램에 사용되어 도구 손실이 빠르고 제어가 더 정밀합니다.

3. 먼지 없는 깨끗한 디자인

• 완전 밀폐형 구조: 기기 본체는 밀폐되어 있으며, 내부에 약간의 양압을 유지하여 외부 먼지가 유입되지 않습니다.

• 통합 이온 에어 완드: 슬리팅 전후 필름 표면의 정전기를 제거하여 먼지가 흡착되는 것을 방지합니다.

• 인라인 먼지 제거 시스템: 칼날 근처에서 절단 시 발생하는 흔적 먼지를 실시간으로 흡입하는 진공 흡입 장치가 장착되어 있습니다.

• 금속 방지 설계: 중요 접촉 구성 요소는 금속 간 마찰로 인해 발생하는 금속 파편을 방지하기 위해 세라믹이나 폴리머 소재로 제작되었습니다.

4. 고정밀 유도 및 유도 시스템(EPC)

• 필름 풀기, 슬리팅, 와인딩 작업 전에 고정밀 광전 센서나 CCD 센서를 설치하여 필름 가장자리의 위치를 ​​실시간으로 감지합니다.

• 롤러 또는 전체 장치의 미세한 움직임은 공압 또는 서보 시스템으로 구동되어 필름 롤이 슬리팅 공정 전체에서 항상 미리 정해진 경로를 따라 움직이도록 하여 슬리팅 폭의 일관성을 보장합니다.

5. 지능형 구동 및 제어 시스템

• 멀티 서보 모터 구동: 각 메인 롤러와 수축 릴은 독립 서보 모터로 구동되며 높은 동기화, 빠른 응답 속도 및 정밀한 제어가 가능합니다.

• HMI 인간-기계 인터페이스: 통합 터치스크린 제어 시스템은 다양한 공정 매개변수(예: 다양한 사양의 다이어프램의 장력 및 속도 등)를 사전 설정, 저장 및 호출하여 "원클릭 생산 변경"을 실현할 수 있습니다.

• 데이터 로깅 및 MES 통합: 각 제품 롤의 슬리팅 데이터(길이, 너비, 장력 곡선 등)를 기록하고, 전체 생산 프로세스를 추적하며, MES(제조 실행 시스템)와 연결하여 Industry 4.0 스마트 팩토리의 요구 사항을 충족합니다.

6. 자동화 및 보조 장치

• 자동 적재 및 하역 시스템(AGV/조종기): 수동 개입을 줄이고 충격과 오염을 방지합니다.

• 온라인 결함 탐지 시스템의 통합 인터페이스: 시각 검사 시스템과 연동하여 슬리팅 공정 중 결함을 찾아 자동으로 표시하거나 분류할 수 있습니다.

• 라벨링 및 무게 측정 시스템: 완제품 롤마다 제품 정보가 자동으로 라벨링되고, 미터 길이는 자동으로 무게 측정 및 계산됩니다.

3. 슬리팅 공정에 대한 간략한 설명

1. 공급: 마스터 코일(넓은 원필름)은 구동 또는 AGV를 통해 풀림 릴에 정확하게 놓입니다.

2. 필름 끼우기: 필름 헤드를 일련의 가이드 롤러, 견인 롤러, EPC 교정기 및 슬리팅 툴 홀더에 수동 또는 반자동으로 끼웁니다.

3. 매개변수 설정: HMI에서 이 슬리팅의 사양(폭, 길이, 장력 등)을 선택하거나 입력합니다.

4. 슬리팅 시작: 장비는 사전 설정된 매개변수에 따라 자동으로 작동하여 일정한 장력 풀기, 교정, 정밀 슬리팅, 먼지 제거, 감기 등의 작업을 완료합니다.

5. 언로딩 및 포장: 슬리팅이 완료되면 장비에서 알림이 울리고 작업자나 조작자가 완성된 코일을 꺼내 진공 포장합니다(일반적으로 10,000 레벨의 클린룸에서 수행). 이렇게 하면 습기 흡수 및 오염을 방지할 수 있습니다.

4. 개발 동향

1. 더 빠르고 효율적: 슬리팅 속도는 시장의 성장하는 용량 수요를 충족하기 위해 끊임없이 증가하고 있습니다.

2. 더욱 스마트하고 적응성이 향상되었습니다. AI 알고리즘을 도입하여 필름의 두께 변동 등 실시간 상태에 따라 장력과 같은 매개변수를 자동으로 최적화하고 조정할 수 있게 되었습니다.

3. 통합: 상류 코팅 공정과 하류 와인딩 공정을 긴밀하게 연결하여 통합된 생산 라인을 형성합니다.

4. 신세대 분리막에 적합: 더욱 얇은 복합 분리막, 고체 전해질 막 등 신소재의 가공 요구 사항에 적응합니다.

결론

신에너지 산업의 급속한 발전 속에서 필름 슬리팅 머신은 더 이상 단순한 절단 장비가 아니라 정밀 기계, 지능형 제어, 비파괴 가공 및 세척 기술을 통합한 고급 장비입니다. 리튬 배터리 분리막이 제공하는 슬리팅 솔루션은 리튬 이온 배터리의 안전성, 균일성, 그리고 높은 에너지 밀도를 보장하는 핵심 요소이며, 신에너지 산업 전체의 기술 발전과 안정적인 발전을 직접적으로 촉진합니다. 고성능, 고안정성을 갖춘 전문 다이어프램 슬리팅 머신을 선택하는 것은 모든 고급 다이어프램 제조업체에게 필수적인 선택입니다.