Automatische wikkelmachine voor cilindrische cellen voor 21700 en 26650 | TOB-3270Y-26

TOB-3270Y-26 Automatische cilindrische batterijcelwikkelmachine voor 21700- en 26650-productie

Productoverzicht en ideale toepassingen

Een cilindrische celwikkelmachine neemt doorlopende stroken kathode-elektrode, anode-elektrode en separator en wikkelt deze onder gecontroleerde spanning tot een nauwkeurige jellyroll—de kern van elke cilindrische lithium-ionbatterij. De TOB-3270Y-26 is een volledig automatische wikkelaar die speciaal is ontworpen voor 21700- en 26650-celformaten, verwerkt elektrodebreedtes van 30 mm tot 68 mm en produceert afgewerkte cellen met een buitendiameterbereik van φ18–φ21 mm. De machine voert de volledige wikkelcyclus uit—actief afwikkelen, spanningsregeling, stofverwijdering, correctie van randuitlijning, wikkelen, aanbrengen van afsluitingstape, stansen van tabs, automatisch snijden, kortsluitingsdetectie en sorteren van goede en defecte cellen—in één doorlopende cyclus met toezicht door een operator.

Het centrale wikkelmechanisme van de machine gebruikt een servogestuurde draaitafel met meerdere stations, waarbij elk station een wikkelnaaldset draagt. Het ontwerp met dubbele halve naald en enkelzijdige extractie maakt het mogelijk de naald uit de afgewerkte jellyroll te verwijderen zonder de strak gewikkelde lagen te verstoren, wat een van de belangrijkste factoren is voor hoge wikkelsnelheid en lage uitvalpercentages. Naaldwissel—vereist bij het overschakelen tussen celformaten—duurt minder dan vijf minuten, waardoor stilstand in een productieomgeving wordt geminimaliseerd.

Ideaal voor:

• Lithium-ionbatterijfabrikanten die 21700- of 26650-cilindrische cellen produceren voor elektrische voertuigen, energieopslagsystemen, elektrisch gereedschap en e-mobiliteit.
• Proeflijnen die opschalen van halfautomatisch wikkelen naar een volledig geautomatiseerd, traceerbaar wikkelstation met geïntegreerde foutsortering.
• Contractfabrikanten die een snelle formaatwissel (buitendiameter, breedte) nodig hebben zonder langdurige mechanische ombouw.
• Elke productielijn die momenteel problemen heeft met inconsistente uitlijning van jellyrolls, kreukvorming van separators of hoge aantallen kortsluitingsafkeur door handmatig of halfautomatisch wikkelen.

Wilt u de maximale doorvoer in cellen per minuut weten voor uw specifieke elektrodebreedte en jellyrolldiameter? Stuur uw celontwerpparameters naar onze automatiseringstechnici voor een schatting van de cyclustijd en een aanbeveling voor de indeling van het werkstation.

Waar deze machine past in de productie van cilindrische cellen

De TOB-3270Y-26 werkt in de celassemblagefase, geplaatst na elektrodecoating, kalanderen en slitten, en vóór elektrolytvulling en krimpen. De processtroom in een typische productielijn voor cilindrische cellen is:

● Elektrodevoorbereiding – Kathode- en anodebladen worden gecoat, gedroogd, gekalandeerd en geslit tot de vereiste breedte. Tabs worden op vooraf bepaalde posities langs de strook gelast.

●Wikkelen (de rol van de TOB-3270Y-26) – De geslitte elektrodestroken en separator worden in de wikkelaar gevoerd. De machine wikkelt ze tot een nauwkeurige jellyroll, brengt afsluitingstape aan, stanst indien nodig de tabposities en voert een inline kortsluitingstest uit.

●Plaatsing en tablassen – De jellyroll wordt in de cilindrische behuizing geplaatst. De kathodetab wordt aan de dop of de behuizing gelast en de anodetab wordt aan de bodem van de behuizing of een stroomonderbreker gelast.

●Elektrolytvulling en afdichting – De behuizing wordt gevuld met elektrolyt in een vacuüm- of inerte atmosfeeromgeving en de dop wordt gekrompen of met laser gelast.

●Formatie en veroudering– De afgedichte cel ondergaat initiële laad- en ontlaadcycli om de SEI te vormen en de capaciteit te stabiliseren.

De wikkelstap is bijzonder veeleisend omdat deze snelle mechanische beweging combineert met uitlijningseisen op micrometerniveau. Een verkeerd uitgelijnde jellyroll—waarbij de kathode en anode niet perfect gecentreerd zijn ten opzichte van de separator—kan leiden tot interne kortsluitingen, verminderde capaciteit of versnelde capaciteitsafname. De uitlijningsnauwkeurigheid van de TOB-3270Y-26 van ±0,3 mm voor zowel de separator als de elektrode-randen pakt dit risico rechtstreeks aan.

Materiaalstroom en verwerking:

●● Rollen met kathode- en anode-elektroden (binnendiameter φ76,2 mm, buitendiameter tot φ400 mm) worden op actieve afwikkelspindels geladen. Elke spindel is uitgerust met een spanningsregelsysteem met proportionele kleppen, waarmee de spanning in segmenten kan worden aangepast (bijv. lagere spanning tijdens het eerste wikkelen, hogere spanning tijdens de laatste lagen).

●● Separatorrollen (binnendiameter φ76,2 mm, buitendiameter tot φ300 mm, dikte 0,015–0,030 mm) worden aangevoerd vanuit een afzonderlijk afwikkelstation met geïntegreerde correctie van de randpositie.

●● Na het wikkelen wordt afsluitingstape (binnendiameter φ76,2 mm, buitendiameter tot φ150 mm, breedte 20–60 mm) aangebracht via een rolplakmechanisme dat vouwen of kreukels voorkomt.

●● Een manipulatorarm verwijdert de afgewerkte jellyroll en plaatst deze op een transportband, die goede cellen naar de verzameltafel transporteert en kortgesloten cellen naar een afkeurcontainer afvoert.

Hoe de automatische wikkelmachine werkt

●Wikkelmechanisme en draaitafel

Het hart van de machine is een servogestuurde draaitafel die tussen meerdere stations indexeert. Elk station bevat een wikkelnaaldset—de doorn waaromheen de elektrode en separator worden gewikkeld. De tafel wordt aangedreven door een servomotor die is gekoppeld aan een mechanische splitter (nokindexeerder), die de hoge positioneringsnauwkeurigheid en herhaalbaarheid levert die nodig zijn voor consistente jellyrolldimensies.

De wikkelnaald zelf heeft een ontwerp met twee halve naalden. Twee halfcilindrische naalden passen tegen elkaar en vormen samen een volledig cilindrische doorn. Wanneer het wikkelen is voltooid, wordt één halve naald vanaf één zijde verwijderd, waardoor de jellyroll kan worden verwijderd zonder de binnenste lagen mee te trekken of te verstoren. Deze extractiemethode aan één zijde is sneller en veroorzaakt minder schade dan oudere ontwerpen waarbij beide helften gelijktijdig vanaf tegenovergestelde zijden moesten worden teruggetrokken.

●Afwikkelen, spanningsregeling en afwijkingscorrectie

Elke van de drie materiaaltoevoeren—kathode-elektrode, anode-elektrode en separator—heeft een eigen actieve afwikkelmotor, spanningssensor en spanningsactuator met proportioneel ventiel. De machine kan worden geprogrammeerd met een gesegmenteerd spanningsprofiel: bijvoorbeeld lagere spanning tijdens de eerste windingen om de aanvankelijke kromming rond de naald met kleine diameter op te vangen, waarna de spanning geleidelijk wordt verhoogd om een strakke, holtevrije jellyroll te garanderen.

Een geïntegreerd systeem voor randpositiecorrectie gebruikt sensoren voor randdetectie van het materiaal om elke strook binnen ±0,3 mm gecentreerd te houden. Als de rand van een elektrode begint af te wijken door een lichte verkeerde uitlijning op de toevoerrol, past het correctiemechanisme de laterale positie van de geleiderollen in realtime aan. Deze regelstrategie met “integrale correctie” verzamelt het foutsignaal in de tijd, waardoor een snellere en nauwkeurigere reactie mogelijk is dan bij een eenvoudige proportionele correctie—belangrijk bij de hoge lineaire snelheden waartoe deze machine in staat is.

●Stofverwijdering, eindtape en stempelen

Aan het einde van elk afwikkelpad van de elektrode, vlak voordat het materiaal de wikkelzone binnengaat, verwijdert een stofverwijderingsapparaat (doorgaans een vacuümgestuurde borstel of een elektrostatische eliminator) losse deeltjes van het elektrodeoppervlak. Deze stap is essentieel om vervuiling door deeltjes te voorkomen die interne kortsluitingen kan veroorzaken.

Zodra het vooraf ingestelde aantal windingen (volgens het celontwerp) is bereikt, wordt de eindtape automatisch aangebracht. Het tape-aanbrengmechanisme gebruikt een rolplakbeweging, waarbij een rol de tape op het buitenoppervlak van de jellyroll drukt terwijl deze draait, zodat een gladde, kreukvrije afwerking ontstaat. Een stempelmechanisme markeert vervolgens de posities van de tabs of codeert de cel indien nodig, waarna een automatische snijder de elektrode- en separatorstroken doorsnijdt.

●Detectie van kortsluiting en sortering

De afgewerkte jellyroll wordt overgebracht naar een teststation voor kortsluitingsdetectie. Hier maken sondes contact met de kathode- en anodeaansluitingen en wordt een testspanning aangelegd. Het geïntegreerde detectiecircuit meet de isolatieweerstand (of lekstroom) en vergelijkt deze met een drempelwaarde. Cellen die de test niet doorstaan—wat wijst op een interne kortsluiting, meestal veroorzaakt door een metaaldeeltje of een verkeerd uitgelijnde elektrode-rand—worden automatisch afgewezen in een aparte bak. Goede cellen worden naar de verzameltafel getransporteerd. De toevoeging van een beschermkap over het teststation verhoogt de veiligheid van de operator en voorkomt dat externe elektrische ruis de meting verstoort.

●Mens-machine-interface en besturingen

De machine wordt bestuurd via een verschuifbaar HMI-paneel, dat tijdens bediening en onderhoud kan worden verplaatst voor gemakkelijke toegang. De interface toont wikkelparameters (spanning, snelheid, aantal windingen, uitlijningsstatus), productiestatistieken en foutdiagnoses. Recepten voor verschillende celvormaten kunnen worden opgeslagen en opnieuw opgeroepen, waardoor de omsteltijd wordt verkort. De elektrische kast bevindt zich aan de rechterzijde van de wikkelmachine, zodat deze de toegang van de operator tot het uitsnijgebied of het daaropvolgende proces niet belemmert.

Belangrijkste technische voordelen van de TOB-3270Y-26

●Servo-aangedreven draaitafel met splitter voor precisie bij hoge snelheid

De combinatie van een servomotor en een mechanische nokkensplitter zorgt ervoor dat elk wikkelstation met exacte herhaalbaarheid naar de juiste positie indexeert. Hierdoor worden cumulatieve positioneringsfouten geëlimineerd die kunnen optreden bij uitsluitend servo-aangedreven indexering, terwijl flexibele snelheidsaanpassing mogelijk blijft. Het resultaat is een wikkelplatform dat hoge doorvoer kan handhaven zonder de consistentie van de jellyroll op te offeren.

●Dubbele halve naald met extractie aan één zijde — snellere cyclus, minder schade

De extractiemethode aan één zijde verwijdert één halve naald terwijl de jellyroll door de andere helft wordt ondersteund, die vervolgens met minimale wrijving naar buiten schuift. Dit ontwerp vermindert het risico op delaminatie van de binnenste laag, een veelvoorkomende oorzaak van aanvankelijk capaciteitsverlies. Bovendien duurt het wisselen van naaldformaat tussen verschillende formaten (bijvoorbeeld van een diameter van 18 mm naar 21 mm) minder dan vijf minuten, waardoor stilstand in productieomgevingen met meerdere formaten aanzienlijk wordt verminderd.

●Gesegmenteerde spanningsregeling met proportionele ventielen

Wikkelspanning is geen parameter die je “eenmalig instelt en vergeet”. De TOB-3270Y-26 maakt het mogelijk de spanning in meerdere segmenten te programmeren—lage spanning voor de eerste windingen, oplopend naar een hogere spanning voor de hoofdlagen, en een eindspanning voor de buitenste windingen. Dit bootst het spanningsprofiel na dat een ervaren handmatige operator zou toepassen, maar met digitale precisie en 100% herhaalbaarheid. De proportionele ventielen reageren snel op spanningsveranderingen die door de PLC worden aangestuurd en behouden de ingestelde spanning binnen nauwe grenzen, zelfs wanneer de roldiameter op de afwikkelspoelen verandert.

●Geïntegreerde randpositiecorrectie — uitlijningsnauwkeurigheid van ±0,3 mm

De separator en beide elektroden worden binnen ±0,3 mm ten opzichte van elkaar uitgelijnd, wat de industriële norm is voor cilindrische cellen. Het geïntegreerde regelalgoritme en de randdetectie van het materiaal bieden snellere correctie dan eenvoudigere PID-regelaars, wat bijzonder waardevol is bij het verwerken van elektrodestroken die door het snijproces lichte golving of kromming kunnen vertonen.

●Inline kortsluitingsdetectie met automatische sortering

Elke jellyroll wordt getest op interne kortsluitingen voordat deze de machine verlaat. Cellen die slagen worden naar de verzameltafel getransporteerd; cellen die falen worden automatisch afgewezen. Deze 100% inspectie geeft directe feedback over de wikkelkwaliteit en voorkomt dat defecte cellen doorgaan naar het vullen met elektrolyt, waar een kortsluiting brand kan veroorzaken tijdens de formatie. De beschermkap over het teststation schermt de meting ook af tegen elektromagnetische interferentie die door de servoaandrijvingen wordt gegenereerd.

●Compact, volledig afgeschermd ontwerp met verschuifbare HMI

De voetafdruk van de machine (L2400 × B1500 × H2100 mm) is relatief compact voor een volledig automatische wikkelmachine, mogelijk gemaakt door de verticale opstelling van de afwikkelspillen en de draaitafel. Alle bewegende delen zijn omsloten door beschermkappen en het HMI-paneel schuift langs een rail voor ergonomische toegang. De elektrische kast bevindt zich aan de rechterzijde, weg van het uitsnijgebied, zodat deze de operator of de apparatuur in het volgende proces niet hindert.

●Snelle formaatwisseling — vijf minuten voor naaldwissel

Het productbereik omvat buitendiameters van φ18–φ21 mm en breedtes van 30–65 mm. Wisselen tussen producten binnen dit bereik vereist alleen het vervangen van de clipset (de geleiders die de breedte van de jellyroll bepalen) en het aanpassen van de naalddiameter via de opgeslagen recepten in de HMI. Het mechanische ontwerp van het naaldklemsysteem maakt het mogelijk de naalden binnen vijf minuten te vervangen, zoals bevestigd tijdens fabriekstests.

Materiaalspecificaties vereist voor de machine

De volgende tabel specificeert de afmetingen en toleranties van de materialen die de TOB-3270Y-26 is ontworpen om te verwerken. Alle waarden zijn in millimeters, tenzij anders vermeld.

Aanvullende materiaalvereisten:

• Het aantal lippen op één elektrodefolie mag niet meer dan 2 stuks bedragen.
• Het wordt aanbevolen dat de lip een doorlasproces gebruikt, waarbij de blootgestelde lengte minder dan 25 mm is.
• Invoer met kathode eerst en invoer met anode eerst kunnen vrij worden ingesteld door parameters te wijzigen.
• De elektrodecoating moet uniform zijn; de lengte en positie moeten goed worden gecontroleerd; de golf na het walsen moet minder dan 1 mm zijn; de kronkelbocht mag niet meer dan 0,3 mm per 1000 mm bedragen (om de wikkelprecisie niet te beïnvloeden).
• De elektrode moet continu worden gesneden; de breedteafwijking moet minder dan ±0,05 mm zijn; het materiaal mag geen duidelijke torenvormige wikkeling vertonen (niet meer dan ±1 mm); de wikkelspanning moet uniform zijn.
• Lippen moeten vlak zijn en buigen moet zoveel mogelijk worden vermeden.
• De dikte van de elektrode mag na het lassen niet worden beïnvloed.
• De afsluitingstape moet gelijkmatig worden gewikkeld, zonder duidelijke torenvorm, vouwen, kromtrekken of andere defecten.
• De elektroderol moet kleurcodemarkeringen hebben op locaties waar een tapedefect, ontbrekende lip, heldere vlekken of andere defecten aanwezig zijn, zodat defecte producten handmatig kunnen worden gedetecteerd en verwijderd.

Specificaties voor wikkelprecisie

De TOB-3270Y-26 garandeert de volgende uitlijnnauwkeurigheden onder normale bedrijfsomstandigheden met materialen die aan de bovenstaande specificaties voldoen:

Apparaatkenmerken

• De volgende functies zijn integraal onderdeel van het ontwerp van de TOB-3270Y-26 en dragen bij aan de snelheid, nauwkeurigheid en gebruiksgemak:
• De servomotor en het splitterprincipe drijven de draaitafel aan voor de positionering van stations; de positionering is nauwkeurig en de productiesnelheid is hoog.
• De wikkelnaald maakt gebruik van een geavanceerde dubbele halve-naaldmethode met extractie aan één zijde, waardoor de wikkelsnelheid wordt verbeterd.
• Het wisselen van de naald is zeer eenvoudig: de naald kan worden vervangen en de normale productie kan binnen vijf minuten worden hervat.
• Alle wikkelcomponenten zijn geüpgraded naar een glijrailstructuur met spelingcoördinatie.
• Het apparaat kan producten produceren met een buitendiameter van φ18–φ21 mm en een breedte van 30–65 mm; alleen de clip hoeft te worden vervangen en de parameters worden aangepast via de HMI; ombouw is eenvoudig.
• De mens-machine-interface is op een glijrail gemonteerd voor eenvoudigere toegang voor bijvullen, bediening en onderhoud.
• Kathode, anode en separator worden automatisch afgerold met afwijkingscorrectie; de spanning wordt geregeld via proportionele kleppen en kan in segmenten worden aangepast.
• Kortsluitdetectie wordt uitgevoerd door een geïntegreerd testmechanisme dat de cel in één stap test en ontlaadt; goed contact, laag percentage verkeerde beoordelingen; voorzien van een beschermkap.
• Integrale correctie en materiaalranddetectie worden gebruikt voor afwijkingscorrectie; het ontwerp is rationeel, de beoordeling is nauwkeurig en de correctiesnelheid is hoog.
• Aan het einde van het afrolpad van de elektrode, vóór het snijstation, is een stofverwijderingsapparaat geïnstalleerd.
• De eindband wordt aangebracht via een rolplakmethode, die bestand is tegen vouwen.
• Een manipulatorarm verzorgt het uitnemen; riemaandrijving voorkomt beschadiging van de jellyroll-kern.
• De elektrische kast bevindt zich aan de rechterzijde van de wikkelmachine, zodat deze het uitnamegebied of het daaropvolgende proces niet beïnvloedt.
• Het apparaat heeft een gebruiksvriendelijke interface, eenvoudige bediening en eenvoudig onderhoud; overal zijn beschermkappen aangebracht.

Volledige technische specificaties

Veelvoorkomende wikkeldefecten en probleemoplossing

Technische FAQ — Automatisch wikkelen van cilindrische cellen

V1: Hoe lang duurt het om over te schakelen van een 21700-formaat naar een 26650-formaat?

De TOB-3270Y-26 kan cellen produceren met buitendiameters van φ18 mm tot φ21 mm en breedtes van 30 mm tot 65 mm. Binnen dit bereik duurt een volledige omschakeling — inclusief het vervangen van de klemset, het aanpassen of vervangen van de wikkelnaald en het laden van het nieuwe recept — doorgaans minder dan 30 minuten. De naald zelf kan in minder dan vijf minuten worden vervangen. Parameters zoals spanningsprofiel, aantal windingen en uitlijningsverschuivingen worden opgeslagen in het receptgeheugen van de HMI en direct opgeroepen.

V2: Wat is de verwachte doorvoer in cellen per minuut?

De doorvoer hangt af van het aantal windingen in het jellyroll-ontwerp en de wikkelsnelheid. Voor een typische 21700-cel met een jellyroll bestaande uit ongeveer 20 windingen (kathode/anode/separator gecombineerd) en een wikkelsnelheid van 100–150 rpm bij de naald, is een doorvoer van 6–10 cellen per minuut haalbaar. Neem contact op met TOB met uw specifieke celontwerp voor een gedetailleerde cyclustijdanalyse.

V3: Kan deze machine elektrodestroken verwerken waarvan de tabs al gelast zijn, of is een afzonderlijk lasstation voor tabs vereist?

De machine is ontworpen om elektrodestroken te accepteren waarvan de tabs vooraf zijn gelast tijdens de snijfase. De machine kan maximaal 2 tabs per elektrodeplaat verwerken en de blootliggende tablengte moet minder dan 25 mm zijn. De machine last geen tabs; het lassen van tabs is een voorafgaand proces dat wordt uitgevoerd op de elektrodestrook voordat deze voor deze machine tot een rol wordt gewikkeld.

V4: Hoe verschilt het geïntegreerde correctiesysteem van een standaard randgeleidingssysteem?

Standaard randgeleidingssystemen gebruiken proportionele correctie: de geleiderol beweegt een hoeveelheid die evenredig is aan de gedetecteerde randafwijking. Integrale correctie telt de afwijking in de tijd op (integratie) in het correctiesignaal, waardoor het systeem een blijvende verschuiving kan elimineren die een puur proportioneel systeem zou tolereren. Dit is vooral nuttig voor het corrigeren van de langzame verschuiving die optreedt wanneer een elektrode-rol van volledige diameter naar kerndiameter wordt afgewikkeld. Het resultaat is een strakkere en consistentere uitlijning over de volledige rol.

V5: Is de machine compatibel met keramisch gecoate separators?

Ja, de machine kan separators verwerken binnen het gespecificeerde diktebereik (0,015–0,030 mm). Keramisch gecoate separators zijn doorgaans iets dikker en stijver dan ongecoate exemplaren, waardoor een lichte verhoging van de separatordruk nodig kan zijn om vlakheid tijdens het wikkelen te behouden. De spanning kan worden aangepast via de gesegmenteerde spanningsinstellingen van de HMI. Het stofverwijderingsapparaat en het afwijkingscorrectiesysteem werken ook effectief met gecoate separators; zorg er echter voor dat de coating goed hecht en geen deeltjes loslaat die de wikkelzone kunnen verontreinigen.

Klaar om het wikkelen van uw cilindrische cellen te automatiseren en handmatige uitlijning en kortsluitingsdefecten te elimineren? Vraag een offerte aan voor de TOB-3270Y-26, of neem contact op met onze automatiseringsingenieurs met uw gewenste celdiameter, breedte en doorvoersnelheid voor een gedetailleerd technisch voorstel en onderzoek naar lijnintegratie.

tob.amy@tobmachine.com | +86 181 2071 5609

Mogelijk hebt u ook nodig

• Automatische machine voor het maken van kathode-elektroden — Een volledig geïntegreerde coating-, kalander- en snijlijn die nauwkeurig gesneden kathode-elektrodenstrips produceert, klaar voor snel automatisch wikkelen op de TOB-3270Y-26.

• Laser-snij- en wikkelmachine voor cilindrische cellen — Een gecombineerde lasersnij- en automatische wikkelmachine die elektrodetabs in één doorlopend proces snijdt en wikkelt, waardoor voorgevormde gesneden elektroderollen niet meer nodig zijn en de nauwkeurigheid van de tabuitlijning wordt verbeterd.

• Semi-automatische wikkelmachine voor cilindrische tabloze 50320-cellen— Een flexibele, door een operator ondersteunde wikkelmachine die speciaal is ontworpen voor grote tabloze 50320-cellen, ideaal voor proeven op pilotschaal of productie in kleinere volumes van cilindrische pakketten van de volgende generatie.