LE SOLUZIONI BST ELTROMAT PER L‘INDUSTRIA DELLE BATTERIE AL LITIO

L'industria delle batterie si sta sviluppando più velocemente e dinamicamente che mai. Con la crescente importanza dell'elettromobilità e dell’archiviazione dei dati, cresce la pressione sull'industria per un rapido sviluppo delle batterie agli ioni di litio. Le distanze più lunghe e le prestazioni più elevate sono orami condizioni essenziali quali l'aumento della durata delle batterie, la loro sicurezza e la riduzione dei costi di produzione.

La soluzione per soddisfare i requisiti di riferimento è da trovarsi nella produzione industriale cosiddetta “aumentata”. Essa consente infatti una parallela riduzione dei costi ed un miglioramento della qualità in termini di economia di scala, automazione ed innovazione tecnica, nonché di efficienza energetica e delle risorse.

Produzione di elettrodi ed assemblaggio delle celle nell'industria delle batterie al litio

Durante la lavorazione dei materiali in bobina per la produzione di batterie agli ioni di litio, è necessaria una precisione assoluta per ottenere un prodotto sicuro e di alta qualità. Solo una batteria agli ioni di litio qualitativamente perfetta può soddisfare le elevate esigenze del prodotto finale, soprattutto per la mobilità elettronica.

Primo obiettivo è l'esatta guida e posizionamento dei materiali in bobina nelle singole fasi di lavorazione, in quanto i diversi componenti devono essere controllati e misurati correttamente in relazione l'uno all'altro. La BST risolve questo compito utilizzando parte della sua ampia gamma di sistemi che include ispezione, sistemi di guida nastro ed automazione.

Da un lato, i sistemi di ispezione eseguono vari compiti di misurazione, e dall’altro i dati di misurazione vengono ai dispositivi di allineamento del nastro per così ottimizzare i benefici del controllo. La connettività in rete dei sistemi BST tramite la piattaforma operativa e di visualizzazione PROSolutions (Video: ProSolutions) offre ai clienti una soluzione completa che spazia appunto dalla fornitura dei dati essenziali alla qualità della produzione ai sistemi di guida dei componenti mediante la tecnologia propinata da sensori intelligenti.

Processo di produzione delle batterie

I nostri prodotti e soluzioni sono rappresentati nelle seguenti fasi produttive:

Rivestimento

La lamina portante (rame o alluminio) è di solito spalmata tramite unità ad ugelli (impasto). Il rivestimento viene eseguito in modo continuo od intermittente ad 1 o 3 piste.

Le superfici superiore ed inferiore della lamina sono rivestite in sequenza (2 fasi di processo sulla stessa linea), una dopo l'altra su entrambi i lati (1 passaggio per pista) oppure contemporaneamente nella stazione di essiccazione ad aria (1 passaggio per pista). Dopo il processo di asciugatura, il materiale viene quindi riavvolto nuovamente.

Le nostre soluzioni per il controllo della qualità nel rivestimento includono la guida del nastro, il controllo della posizione della spalmatura fronte contro verso e l'ispezione della superficie e del bordo secondo tutte le varie opzioni di rivestimento.

Calandratura

Durante la fase di calandratura, la lamina di rame o alluminio rivestita su entrambi i lati viene compattata da una coppia di cilindri rotanti. A questo scopo, il materiale che in precedenza era stato ribobinato sulla linea di rivestimento viene svolto nuovamente sulla macina rotante e riavvolto dopo la sua calandratura.

Questa è la fase in cui il produttore vuole sfruttare appieno la velocità della macchina! Tuttavia, si trovano a questo punto di fronte la necessità di garantire che tutto funzioni in modo controllato - dallo svolgimento del materiale alla guida attraverso il processo di produzione ed infine alla sua ribobinatura.

BST eltromat offre un sistema di guida nastro completo con diversi modelli di attuatori, centraline di controllo e sensori, a coprire i requisiti più diversi. In tal modo le varie lavorazioni possono essere stabilizzate, gli scarti possono essere ridotti al minimo e gli intervalli di inattività ridotti drasticamente.

Taglio

La bobina madre ora calandrata viene a questo punto traferita alla linea di taglio. Qui un processo di levigatura (Video: Battery Slitting) provvede al taglio longitudinale del materiale con coltelli rotanti in diverse piste più strette (taglio longitudinale). Le singole bobine “figlie” vengono riavvolte separatamente dopo il processo di taglio.

Al fine di utilizzare appieno la velocità della macchina e allo stesso tempo garantire che tutte le bobine “figlie” siano riavvolte, vengono utilizzati sistemi di guidanastro BST. Inoltre, la larghezza di taglio delle singole piste può essere monitorata mediante un dispositivo di misurazione di larghezza che legge il nastro stesso o il rivestimento ed inoltre può essere controllata automaticamente tramite la visualizzazione e la piattaforma operativa del modulo PROSolutions (Video: ProSolutions​​​​​​​).

Separazione

La separazione dei singoli componenti è necessaria per produrre le celle batteria. Qui, gli anodi o catodi sono tagliati trasversalmente in fogli dalle bobine “figlie” con procedimento continuo utilizzando punzonatura o laser. Così si ottengono le cosiddette tavolette (tabs), che in seguito servono alla trasmissione elettrica delle celle batterie.

BST eltromat offre soluzioni per posizionare esattamente le bobine (Video: TabIgnoring) al taglio laser. Queste soluzioni assicurano inoltre che le tavolette (tabs) soddisfino i requisiti geometrici del e fra le lamine base e al rivestimento.

Inoltre, la soluzione di ispezione, "Misura della forma"" consente il monitoraggio delle condizioni geometriche, che possono anche essere tracciate lungo il processo tramite la visualizzazione e la piattaforma operativa PROSolutions(Video: ProSolutions). Per riavvolgere il materiale, è assolutamente necessaria la funzione standard BST di allineamento con funzione di ignora-linguette "Tab Ignoring" (Video: Tab Ignoring).

Mezzo taglio

Questo è il successivo processo di separazione per produrre una cella batteria. In una taglierina, le bobine “figlia” con le tavolette vengono smezzate e riavvolte di nuovo.

Per garantire una guida del nastro precisa, viene utilizzato il sistema di allineamento BST. La funzione standard "Tab Ignoring" (Video: Tab Ignoring) è obbligatoria per ignorare le tavolette durante il controllo/lettura del bordo. Questo è l'unico modo per posizionare con precisione il materiale davanti al coltello rotante e tagliare il materiale esattamente a metà (dal bordo del materiale o dal bordo dell’impasto). Inoltre, la larghezza di taglio delle singole bobine può essere monitorata con un sistema di misurazione di larghezza (del nastro o del rivestimento) e controllata anche tramite la visualizzazione e la piattaforma operativa PROSolutions.

Impilamento / avvolgimento / laminazione

Avvolgimento (Prismatico / cellula rotonda)

L'avvolgimento nel processo di produzione di celle prismatiche e celle rotonde avviene dopo il mezzo-taglio delle bobine “figlia”. In questa fase, le schede elettrodi ed i due separatori vengono ribobinati ad un mandrino di riavvolgimento (cella prismatica) od a un perno centrale (cella rotonda).  Come il processo di laminazione e impilamento (riferirsi al paragrafo successivo), questa fase richiede di accoppiare i due nastri alta precisione.

BST eltromat risolve questo compito collegando diversi sistemi di guidanastro (Video: connettività di guidanastro), che integrano altre funzioni come il controllo fra master e slave e la correzione offset. In questo modo, i singoli bordi possono essere facilmente controllati retroattivamente in caso di disallineamento fra i due nastri fino alla fase finale a garantire del riavvolgimento.

Laminazione e impilamento (celle a pacchetto)

In questa fase del processo la monocella viene prodotta dai materiali forniti (4 strati = 1 anodo, 1 catodo e 2 separatori) che vengono combinati ed accoppiati con alta precisione. Nel processo successivo, il pacchetto di componenti così assemblato viene quindi tagliato e impilato di conseguenza.

In questo processo è particolarmente importante accoppiare gli strati con altissima precisione. Sulla base di decenni di esperienza nel campo della guida dei nastri, BST combina diversi sistemi di allineamento in questa fase del processo e aggiunge funzioni aggiuntive come guida master/slave e correzioni offset. Le deviazioni dalle posizioni nominali dei singoli bordi possono quindi essere compensate e si può garantire l'esatta guida dei diversi componenti gli uni agli altri. Per garantire una scansione affidabile dei bordi, la BST ha sviluppato un sensore speciale particolarmente disegnato per tale processo, il quale provvede a trasmettere le informazioni relative al contrasto, larghezze e forme dei vari componenti alla piattaforma di contollo PROSolutions.