Macchina per punzonatura di dischi Può produrre in modo efficiente dischi circolari di elettrodi e separatori per batterie ed è adatto alla ricerca e allo sviluppo di diverse celle a bottone. Attraverso lo studio del suo controllo di precisione, della compatibilità dei materiali e della praticità operativa, viene verificata l'adattabilità di questa apparecchiatura in scenari quali la preparazione di campioni in piccoli lotti nei laboratori di batterie e il pretrattamento di campioni TEM, fornendo riferimenti tecnici per la selezione di apparecchiature di elaborazione di precisione nel campo della ricerca e dello sviluppo sulle batterie.
1. Introduzione
Nel processo di ricerca e sviluppo di nuovi dispositivi di accumulo di energia, come le batterie agli ioni di litio e le batterie a stato solido, la precisione dimensionale di elettrodi e separatori influisce direttamente sull'efficienza di assemblaggio, sulle prestazioni elettrochimiche e sulla sicurezza delle batterie. Grazie alla loro struttura compatta, al basso consumo di campione e alla facilità di test, le celle a bottone sono diventate il supporto principale per la valutazione delle prestazioni dei materiali delle batterie e lo studio delle reazioni di interfaccia. Tuttavia, la lavorazione di elettrodi e dischi circolari separatori per celle a bottone richiede il rispetto dei requisiti tecnici di assenza di sbavature, ammaccature e elevata coerenza dimensionale. Metodi tradizionali come il taglio a forbice e la lavorazione con normali attrezzature di stampaggio tendono a danneggiare i bordi del materiale e a causare eccessive deviazioni dimensionali, che a loro volta portano a problemi come cortocircuiti e perdita di capacità.
2. Progettazione strutturale e vantaggi tecnici delle punzonatrici di precisione
2.1 Progettazione strutturale del nucleo
La progettazione strutturale dipunzonatrici di precisioneruota attorno a tre requisiti fondamentali: precisione, portabilità e durata. Adottano guide di scorrimento con cuscinetti a sfera di alta qualità al posto delle tradizionali guide di scorrimento, che possono ridurre la deviazione laterale durante il processo di punzonatura, garantire che l'errore di coassialità tra punzone e matrice rimanga a un livello basso e quindi garantire la coerenza dimensionale dei dischi circolari punzonati dal punto di vista strutturale. Allo stesso tempo, la scorrevolezza delle guide di scorrimento riduce la resistenza dell'azionamento manuale, migliora la stabilità di una singola punzonatura ed evita pieghe del materiale o danni ai bordi causati da un'applicazione non uniforme della forza.
Il corpo è realizzato con materiali completamente anticorrosione, con una protezione permanente contro la ruggine. Gli elettroliti e i reagenti di pulizia comunemente utilizzati nei laboratori di analisi delle batterie possono corrodere le apparecchiature metalliche. Tuttavia, il corpo anticorrosione può prevenire l'allentamento strutturale e il degrado della precisione delle apparecchiature dovuti alla corrosione chimica, prolungandone la durata e, allo stesso tempo, garantendo che i campioni processati non siano contaminati dalle impurità della ruggine presenti nel corpo.
L'apparecchiatura è dotata di un'interfaccia standardizzata per la punzonatura, che supporta la rapida sostituzione di punzoni personalizzati entro un certo intervallo. Il posizionamento della punzonatura e del punzone adotta un design ""pin-hole fit"". Quando si sostituisce la punzonatura, non è richiesta alcuna calibrazione aggiuntiva e il passaggio dalla punzonatura con elettrodo alla punzonatura con separatore può essere completato rapidamente, soddisfacendo la richiesta di preparazione rapida di campioni multispecifica in laboratorio.
2.2 Analisi dei vantaggi tecnici
Rispetto alle tradizionali apparecchiature per la lavorazione dei dischi delle batterie, le punzonatrici di precisione presentano notevoli vantaggi tecnici. In termini di capacità di lavorazione ad alta precisione, i bordi dei dischi circolari punzonati dall'apparecchiatura sono privi di bave e ammaccature e la tolleranza dimensionale è controllata entro un intervallo ristretto. Per gli elettrodi delle batterie, le bave sui bordi possono perforare il separatore e causare cortocircuiti, mentre un'eccessiva tolleranza dimensionale influisce sull'effetto di bagnatura dell'elettrolita. La capacità di lavorazione ad alta precisione di questa apparecchiatura può efficacemente evitare questi rischi.
In termini di compatibilità con i materiali, l'apparecchiatura può essere adattata a lamine metalliche sottili e separatori di diversi spessori. I diversi sistemi di batterie presentano differenze significative nei requisiti di spessore dei materiali e l'ampia gamma di spessori di adattamento di questa apparecchiatura può soddisfare le esigenze di lavorazione dei sistemi di batterie più diffusi.
L'apparecchiatura è di piccole dimensioni e leggera, appartiene alle apparecchiature da laboratorio miniaturizzate e può essere inserita in una glove box per operare attraverso una camera di transizione di un diametro specifico. Nella ricerca e sviluppo sulle batterie, alcuni materiali sensibili devono essere processati in atmosfera di gas inerte. L'adattabilità dell'apparecchiatura alla glove box consente la processazione in situ di materiali sensibili, garantendo la stabilità chimica dei campioni.
Inoltre, l'apparecchiatura adotta una modalità di funzionamento a pressione manuale, senza bisogno di alimentazione esterna o aria compressa, e il processo di funzionamento è semplice. Anche i ricercatori senza esperienza professionale nell'uso di apparecchiature possono padroneggiarlo abilmente dopo un breve periodo di formazione. La sua struttura compatta può essere posizionata direttamente in spazi ristretti come cappe aspiranti da laboratorio e piattaforme operative a glove box, senza occupare spazio aggiuntivo.
3.Scenari applicativi delle punzonatrici di precisione nella ricerca e nello sviluppo delle batterie
3.1 Preparazione standardizzata delle celle a bottone
La struttura di una cella a bottone è composta da: involucro dell'elettrodo negativo - elettrodo negativo - separatore - elettrodo positivo - spessore - involucro dell'elettrodo positivo. Diversi modelli di celle a bottone hanno requisiti chiari per le dimensioni di elettrodi e separatori. I dischi circolari degli elettrodi lavorati dalla punzonatrice di precisione possono creare un ragionevole spazio di assemblaggio con gli involucri degli elettrodi positivo e negativo di diversi modelli di celle a bottone, il che non solo evita il contatto diretto tra l'elettrodo e l'involucro, ma garantisce anche che l'elettrolita possa bagnare completamente il materiale dell'elettrodo. Allo stesso tempo, i dischi circolari separatori lavorati possono coprire completamente gli elettrodi positivo e negativo, bloccando efficacemente la conduzione elettronica tra gli elettrodi positivo e negativo e prevenendo cortocircuiti della batteria.
3.2 Valutazione delle prestazioni dei materiali della batteria
Nella ricerca e sviluppo di materiali per batterie, i test sulle prestazioni elettrochimiche dei materiali devono essere basati su elettrodi di dimensioni costanti. In caso contrario, è difficile distinguere se la differenza di prestazioni sia causata dal materiale stesso o da errori di lavorazione. L'elevata capacità di lavorazione della punzonatrice di precisione consente un controllo preciso del carico di materiale attivo. Il carico di materiale attivo dell'elettrodo è correlato all'area dell'elettrodo. I dischi circolari dell'elettrodo lavorati dall'apparecchiatura presentano una piccola deviazione dimensionale, corrispondente a una piccola deviazione di area, e l'errore di calcolo del carico può essere controllato entro un intervallo ridotto, molto inferiore a quello del metodo di taglio tradizionale, garantendo l'accuratezza del calcolo della capacità specifica del materiale.
Nello studio comparativo delle prestazioni di un separatore, le prestazioni del separatore, come la permeabilità all'aria e la resistenza meccanica, devono essere valutate indirettamente attraverso test con celle a bottone, e la consistenza dimensionale del separatore influisce direttamente sulla ripetibilità dei risultati del test. I dischi circolari del separatore lavorati dalla punzonatrice di precisione possono garantire che l'area e lo stato del bordo del separatore siano coerenti in ogni test, migliorando la comparabilità dei dati sperimentali.
4. Precauzioni per l'uso dell'attrezzatura e suggerimenti per la manutenzione
4.1 Precauzioni per l'uso
Durante l'utilizzo dell'attrezzatura, lo spessore del materiale deve essere rigorosamente controllato e l'intervallo di spessore di punzonatura specificato dall'attrezzatura deve essere rispettato. Per fogli metallici che superano il limite massimo di spessore, la punzonatura forzata può causare la deformazione del punzone e danni alla matrice; per separatori eccessivamente sottili, è necessario posizionare un sottile strato di carta sotto il materiale per evitare che il separatore si attacchi al punzone dopo la punzonatura.
Quando si utilizza l'attrezzatura all'interno del vano portaoggetti, è necessario inserirla lentamente attraverso la camera di transizione per evitare deviazioni delle guide di scorrimento causate dalla collisione dell'attrezzatura con la parete interna del vano portaoggetti. Allo stesso tempo, l'atmosfera di gas inerte all'interno del vano portaoggetti può ridurre la lubrificazione delle guide di scorrimento dell'attrezzatura. È possibile applicare regolarmente una piccola quantità di grasso per vuoto alle guide di scorrimento per mantenerle lisce.
Dopo ogni utilizzo, la superficie della matrice deve essere pulita con un panno antipolvere imbevuto di etanolo per rimuovere i residui di materiale degli elettrodi o i detriti del separatore, in modo da evitare la riduzione della precisione di punzonatura causata dall'accumulo di detriti. Quando la matrice non viene utilizzata per un lungo periodo, deve essere conservata in un contenitore asciutto per evitare la formazione di ruggine o la contaminazione da polvere.
4.2 Suggerimenti per la manutenzione
Si raccomanda di tarare la precisione dell'attrezzatura una volta ogni 6 mesi. Per misurare le dimensioni effettive di punzonatura della matrice vengono utilizzati blocchetti di riscontro standard. Se la deviazione dimensionale supera l'intervallo specificato, è necessario regolare il perno di posizionamento tra punzone e matrice o contattare il produttore per una taratura professionale.
La superficie delle guide di scorrimento deve essere pulita ogni mese da polvere e impurità e deve essere applicata una piccola quantità di olio lubrificante speciale per guide di scorrimento per evitare l'usura causata dalla secchezza delle guide di scorrimento; se si riscontra che le guide di scorrimento sono bloccate, è necessario interromperne immediatamente l'uso e verificare se vi sono corpi estranei bloccati o se le guide di scorrimento sono deformate.
Il punzone e la matrice dell'attrezzatura sono parti soggette a usura. Dopo un utilizzo prolungato, il tagliente potrebbe usurarsi, con conseguente formazione di bave sul bordo del disco circolare punzonato. Si consiglia di sostituire punzone e matrice regolarmente, in base al numero di punzonature, per garantire la precisione della lavorazione.
