卷绕工艺手册

FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:REV.CHANGEDESCRIPTIONISSUEDATEPREPAREDBYAPPROVEDBYA0新发行/NewRelease2021.7.5FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:2OF28汇集工序过程要点、常见异常处理流程、NCR及marking边界物料、报废分类。2适用范围：所有型号，含75Ah/106Ah/5.9Ah/142Ah/9.6Ah3工序介绍：3.1工艺目的及功能卷绕工艺目的及功能，将阴极，阳极和隔膜按照螺旋形式，卷绕在一起，形成阴极隔膜阳极交替排列的电芯结构；在最小的空间，实现阴阳极片最大的正对空间；并且有效地控制阴极，阳极，隔膜长度方向和宽度方向的错位隔膜包极片，阳极包阴极。3.2卷绕的实现过程分切后极片和隔膜大卷卷料挂载在卷绕机的放卷轴，极片或隔膜并经过数个至数十个过辊，延伸至卷针附近，按照隔膜阴极极片隔膜阳极的叠加顺序，通过机械入料动作，包裹在卷针表面，并通过卷针的转动，形成n圈裸电芯结构。4过程要点△4.1卷绕设备的介绍4.1.1卷绕设备的分类目前业内卷绕设备主要分为三类，根据电芯类型可分为消费类软包电芯卷绕机，圆柱形电芯卷绕机，方形大电池卷绕机FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:3OF28欣旺达主要是用先导的方形大电芯卷绕机，主要用于方形大电池裸电芯的自动卷绕。设备采用两副或以上卷针、单侧抽针的结构，正负极极片和隔膜主动放卷、自动纠偏，极片由驱动辊轮机构或夹紧送料机构引入卷绕部分，与隔膜一同按规定工艺要求进行自动卷绕，卷绕完成后自动换工位，隔膜切断和贴终止胶带，成品裸电芯（JellyRoll）自动下料到流拉盘（即Flowtray由储料架自动供给或回流拉带供给完成裸电芯的预压功能，并由下料机械手将裸电芯和流拉盘组合件放置到外部拉带上。按设备的自动化程度，可以分为手动卷绕机（MF）和自动卷绕机（RF）类型MFAFRF全称ManualwindingAutofeedingwindingRollfeedingwinging优点1、柔性高，品种切换快速2、张力小，电芯不容易变形1、适用于极片裁大片手工分切模式2、电芯尺寸控制相对要好1、效率高2、电芯尺寸精度控制好缺点1、边距、宽度、overhang等电芯尺寸控制工序能力不足；2、有隔膜翻折隐患，3、人工成本高，效率低1、占地面积大2、效率不高1、切换品种调节困难2、设备购买、维护成本高备注一般用于小批量生产或试验料，目前Proto和BM应用比较常见。过渡设备，目前基本已经淘汰量产设备，目前多与RW集成一体机4.1.2卷绕机设备的介绍和设置要点方形动力电芯卷绕设备主要由卷绕机构、自动换工位机构、极片/隔膜放卷机构、自动换卷机构、极片自动纠偏机构、张力控制机构、自动测张力机构、在线Overhang检测功能、送料及物料自动切断机构、贴终止胶带机构、自动卸料机构、预压机构、裸电芯和流拉盘转移机构等机构组成。a.自动换卷机构——实现卷料的固定、自动放卷、自动换卷功能；b.自动纠偏机构——对走带边缘进行实时检测、控制和显示，实现极片边缘在走带过程中的实时修正。左右极片均采用多级纠偏机构（三级或以上）c.张力控制机构——有效控制走带张力，并能实现逐圈进行张力设置调控的功能。张力过大，会造成裸电芯变形；张力过小，放卷和纠偏效果变差；FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:4OF28d.极耳抚平和导向机构——实现对极耳（包括下垂极耳）的抚平和导向功能。e.送料机构——控制卷绕过程中送料位及物料间相对位置不能发生变化；精确控制送料长度；阳极极片入料过程中从辅助吹气气流，控制极片入料方向；f.卷针卷绕机构——卷绕过程，为极片和隔膜提供卷绕载体；通过控制卷针的大小可以制造不同大小的裸电芯；卷针装配厚度精度控制在±0.03mm内，宽度控制在±0.05mm内；g.正负极极片和隔膜不良品单卷与剔除功能——设备通过检测来料坏品表面贴附的不良标记，加以预警，并通过单卷形式予以剔除；h.极片切断机构——通过感应器，感应切断标示(Mark孔或极耳数)，在目标位置实现切断。要求：在极片涂膜区切断时无明显掉粉现象，且金属箔毛刺超出膜片≤7μm;非涂膜区金属箔毛刺≤20μm.）i.隔膜切断机构——采用热切刀切断机构（切刀经验温度170～200℃)；切断后的两层隔膜之间保证80%以上粘结在一起；j.终止胶带粘贴机构——卷料胶带开卷后按所需长度自动备好胶带，并在裸电芯收尾处贴上终止胶带。要求：贴胶有效固定隔膜尾端；其中卷绕过程中的张力控制，纠偏控制，卷针结构对电芯的安全和性能影响因素最大：>卷绕过程中的张力控制张力控制是卷绕过程重要的生产工艺指标。张力控制的效果直接影响到产品的质量。一方面，卷绕过程必须保持适度的张力，克服卷绕过程极片隔膜过辊时产生的摩擦力，以及维持隔膜个极片处于适度的紧绷状态以避免影响纠偏系统极片隔膜边缘感应器的检测准确性。另一方面，卷绕过程张力又不易过大，张力过大，裸电芯内部处于过度紧绷状态，卷针跟裸电芯分离时，裸电芯释放张力的过程易发生变形，如内圈卷曲成S形。因此，张力控制是卷绕过程的重要环节；张力控制系统基本工作原理如图。张力检测臂和与之相连的角度传感器构成一个间接的张力检测系统，张力臂的位置变化将间接体现张力的变化。放卷时，控制器将根据角度传感器检测的角度值和平衡位置的给定的角度值的偏差，控制放卷位置的直流伺服电机跟随卷针的卷绕线速度，实现卷绕过程的张力控制。图.膜卷张力控制系统示意图FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUALWINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:5OF28卷绕张力控制系统的稳定性的影响因素张力系统控制系统稳定性，除了受张力控制系统自动的控制能力的影响，比如反馈调节控制模型，以及硬件机构的精确度和灵敏性等等，也还收到卷针结构的影响。卷针结构的各向异形，会造成卷绕过程线速度的急上急下，是造成卷绕过程张力变化的根本原因。因此，卷针结构，会显著影响张力控制的稳定性；此外，卷绕速度也会影响张力控制的稳定性，卷绕角速度越快，卷针各向异形产生的线速度的绝对差值也会被放大，张力波动也会越大，也会显著的增加张力控制的难度。实际上，为了更好的控制各向异形卷针的张力的稳定性，卷绕过程也会采用变角度速度的卷绕模式，通过角速度的变化来抵消卷针各向异形产生的线速度差。卷针张力设置，卷绕张力设置目前有两种：一种是恒张力；另一种是变张力；恒张力设置使用圈数较小的裸电芯，设置简单，易于操作。变张力设置，主要适于圈数较大的电芯设计，通过逐圈减少卷绕张力，有利于解决裸电芯变形问题。>卷绕过程的纠偏控制纠偏控制是为了解决极片隔膜，从放卷到卷针收卷位置过程中跑偏的问题。极片隔膜跑偏后会使得宽度方向上隔膜不能覆盖极片，阳极涂布区不能覆盖阴极。跑偏主要是因为极片隔膜横向左右张力不均，以及过辊的平行度等的影响。纠偏控制系统主要是通过光电传感器检测卷绕过程极片或隔膜的边缘位置，将信号反馈给控制器，控制器根据实际位置和目标位置的偏差，基于控制模型进行计算，并通过调节系统的传动机构来调整极片和隔膜的位置。目前EV卷绕机，极片常采用3级纠偏控制系统：放卷位置纠偏控制系统，中间位置纠偏系统，入料位置纠偏系统。3个位置的纠偏系统，基本原理是一样，但具体的纠偏辊的设计，会基于各个位置空间结构的进行。纠偏控制除了受设备控制器自身的逻辑计算模型，纠偏硬件系统的控制能力外。极片和隔膜的来料也会显著影响纠偏控制，比如说来料的波浪边影响光电感应器的检测精度，来料的弧形度也会导致控制位置和实际卷入位置的差异。此外适度的张力大力，使极片和隔膜处于绷紧状态也有助于纠偏系统的控制。>卷针设计卷针结构主要关乎以下几个方面，卷针的周长直接决定裸电芯的宽度尺寸(圈数和厚度不变)；卷针的形状影响张力的波动,以及卷绕后电芯结构的稳定性。目前ATL常用的卷针形状主要有：菱形，椭圆形，跑道形，圆形(研WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:6OF28究中)。好大小>卷绕机各项基本功能及参数设置界面介绍PRJPRJ-PI-000FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:7OF28许显示累计生产的合格数量，可显示累计生产的单卷数量，可自动模式下，按下此键，再按下启动，翻转执行一次自动卷绕过程中，负极纠偏达到极限位置，可以使纠自动卷绕过程中，正极纠偏达到极限位置，可以使纠张力设定界面包括正负极，上下隔离膜的张力大小设定，张力模式设定，变张力系数，变张力分段方式等设定，以及卷绕过程实时的张力反馈值显示。张力设定参考指导值如下（具体设置以规格牌为准FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:8OF28负极放卷430~63020——恒张力负极收卷430~63020-2减张力正极放卷450~65020——恒张力正极收卷450~65020-2减张力上隔膜放卷120~16020-1.2减张力下隔膜放卷120~16020-1.2减张力图2：张力设定界面示意图>卷绕设定界面卷绕设定界面中是有关卷绕工艺参数的设定，包括正极工艺参数设定，负极工艺参数设定，卷绕参数设定，压花气压设定等。其中正负极工艺参数需要设定的是直接影响产品参数的设定，主要与极片的长度，对极耳的抚平保护相关；卷绕设备参数主要设定的是设备的运行机械参数，可能间接影响产品参数，主要与各部分机构速度，加速度，运行时间有关；图3：卷绕设定界面图4：压花辊参数设定界面卷绕正负极工艺参数设置说明和参考值（下表为参考值，实际设置以工序规格牌为准略插入后吹气将极片和隔膜贴紧对应的卷绕角度略————FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:9OF28————————————————略————————卷绕设备参数设置说明和参考值（下表为参考值，实际设置以工序规格牌为准略3——卷绕功能页面设定FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:10OF28项目说明XX气缸手动可进入相对应模块手动控制气缸伸缩动作，具体功能说明参看设备说明书XX单步控制可进入相对应模块单步控制设备动作，具体功能说明参看设备说明书XX伺服可进入相对应伺服电机设备动作，具体功能说明参看设备说明书卷绕角度设定可进入卷绕相关角度设定采样设定可进入正负极，隔离膜定长采样界面CCD可进入CCD相关规格设定，数值实时显示画面卷绕工艺设定可进入卷绕工艺参数设定页面，与菜单栏中“卷绕设定”一致计数画面可进入生产计数，切刀计数，极耳个数计数画面内部设定可进入高级功能设定，对应检测类，功能类，其他类设定，开启和屏蔽功能WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:11OF28No.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:12OF284.2正极单卷：因来料、调机调试、设备、换卷、尾料固定报废等因素造成的非黄标极片报废4.2.1来料接带要求4.2.2尾料消耗方法4.2.3自动换卷.FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:13OF284.3拔针不良4.3.1定义拔针不良，也叫抽芯不良，卷针卷完电芯后，卷针退出的过程中由于静电力和摩擦力的作用，把内圈隔离膜带出，甚至把内圈的极片带出，当带出极片时，宽度方向上Overhang会受到影响，从而有安全风险；4.3.2FTA拔针不良主要与隔膜和卷针的静电吸附力和摩擦力有关FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:14OF28>卷针拔针过程中，卷针与隔膜摩擦力较大，从而带出隔膜导致抽芯不良；>隔膜表面残余静电过大，从而吸附在卷针表面，拔针时带出隔膜导致抽芯；4.3.3改善措施>卷针外侧贴TFL结论：卷针表面和内针贴铁氟龙，对抽芯改善效果不明显>更换外卷针结论：更换外卷针，对抽芯改善效果不明显>使用离型剂替换酒精清洁FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:15OF28结论：使用离型剂替换酒精清洁，对抽芯改善不明显>卷绕张力对抽芯的影响结论：卷绕张力大小对抽芯影响不明显>隔膜来料静电&批次差异结论：来料批次连续，同一天使用多个批次隔膜，未见明显异常隔膜通过离子棒后静电减少，但测试过程波动极大，存在一定的检测困难>隔膜静电力&车间湿度结论：车间湿度越低，隔膜静电力越大，抽芯比例越高;FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:16OF28>拔针过程增加压隔膜+夹持机构拔针下料过程：卷绕结束，卷针拔针至卷芯中间并接近底部时，机构左侧压辊压隔膜，右侧夹持机构下夹辊插入卷芯，贴合内圈表面，上夹辊贴紧卷芯外表面，卷针拔出，卷芯同步夹持下料；4.4极耳翻折/破损4.5极耳错位4.5.1极耳错位的定义极耳错位指的是多极耳卷绕过程中卷芯极耳边缘位置重叠不整齐，存在错位；4.5.2极耳错位的分类极耳错位常见可分为三种，正负极（双极性）单边错位，正负极（双极性）U型错位，单极性极耳错位；单极性极耳错位往往与模切尺寸异常，单个或者多个极耳间距超规格导致极耳错位；双极性极耳错位与卷针大小，极片和隔膜厚度的匹配性，极片间隙等多因素相关；FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:17OF284.5.3极耳错位FTA模切极耳间距是通过按卷针周长，极片厚度和隔离膜厚度设计等差数列的形式完成设计，当卷针周长和极片厚度，隔离膜厚度偏离设计值时，模切尺寸将会出现不匹配的现象，从而导致出现极耳错位；一般当设备定型后，卷针周长即固定，制程通过严格控制卷绕前的极片厚度和隔离膜厚度从而维持极耳错位量在可接受的范围内；目前调节极耳错位的方法主要如下三个：（1）出现单边错位时：通过在卷针上张贴和撕掉铁氟龙来调整极耳错位；（2）出现单边错位时：通过调整pattern辊气压来调整极片间的间隙，调整极耳错位；（3）出现U型错位时：通过更换隔膜批次或者调整模切尺寸来调整极耳错位；卷针半径与极耳错位呈线性关系，极片厚度与极耳错位呈现线性关系，1个JR中有两层隔膜，隔膜厚度与极耳错位呈现平方关系，当来料（极片，隔膜）与卷针半径相互影响时，就会引起U型错位；极耳错位的标准，通过设计和制程两个维度来建立，在设计端，要考虑极耳错位最恶劣的情况下，能够保证焊印能够100%落到每一片极耳上；超焊贴胶需要100%覆盖住极耳；在制程上，各个工序的工装夹具，不能与错位的极耳有干涉；FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:18OF284.5.4极耳错位改善措施（1）隔膜厚度分档搭配生产（2）极耳错位返工4.6内圈打皱卷绕后内圈极片打皱是卷绕常见的一个缺陷，常见的打皱原因是：（1）张力过大导致卷芯S形打皱；（2）内圈入料位置形成极片之间的台阶导致卷芯打皱；FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:19OF284.7外圈极片打皱4.7.1外圈极片打皱定义外圈极片打皱通常指的是外圈负极片打皱，此种类型的打皱在卷绕后就有发生，在经过预热烘烤和热压整形后更为显著。4．7.2外圈极片打皱FTA4.7.3外圈极片打皱改善措施收尾平移辊的角度和压力1、收尾平移辊压力过大，会对外圈极片挤压的力增加，当收尾极片存在一定的冗余和松弛时，压辊会直接压皱极片；2、平移辊压卷芯的角度，如平移辊压卷芯的位置太靠JR宽度中间，容易在JR宽度中间形成凹坑，在热压时增加打皱的概率；3、检查平移辊前后窜动情况，如存在前后窜动时，收尾压卷芯时存在纵向错位压皱极片；收尾和翻转同步为了提升机台的PPM，卷绕收尾和卷针更换同步进行，此动作虽然能够减少收尾动作的耗时，但是收尾端是无张力束缚的自由状态，在收尾的时候同时翻转，一方面会造成收尾极片对齐度的错位，一方面会造成长度方向上的冗余打皱；FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUALWINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:20OF28预压扁气缸的速度和同步卷绕下料拔针后，先对电芯进行初步整形预压扁，再进行预压整形，预压扁动作由两个气缸控制，一个气缸控制中间的整形杆，另一个气缸控制大面的压板，当整形杆比大面压板先动作时，就会对电芯宽度方向中间形成压印，在热压后更容易形成打皱；4.7.4外圈极片打皱风险评估热压后极片打皱电芯在满充后凹面负极面积多于正极，存在黑斑未嵌锂现象，凸面负极面积少于正极，部分电芯存在析锂现象；FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:21OF28满充后将电芯置于高低温烘箱中做温度循环，未见明显安全风险；4.8隔膜来料&预警胶来料隔膜接带，存在卷入电芯情况，造成不必要报废，因此DWG中对供应商隔膜接带前设置预警胶需求，满足卷绕先识别预警胶（可撕且不影响隔膜性能）后将接带进行隔膜单卷剔除。4.8.1预警胶需求间距计算WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:22OF284.8.2示例，75Ah隔膜单卷需求长度FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:23OF284.9黄标漏杀因来料/设备检测失效等因素导致黄标坏品卷入电芯的报废；4.9.1来料打标外露要求极片分条侧（TD）外露5±2mm，黄色半粘性胶纸4.9.2来料打标长度方向要求长度方向（MD）靠近卷绕前mark孔距离（0.5-2m）内，满足卷绕感应器识别距离FormNo.:QF-T-WI-02EWINDINGPROCESSMANUALWINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:24OF285常见异常处理方案①领料之前需与分条工序发料人共同确认料卷极耳状态以及极片外观，若有不良，通知②对于让步接收的异常物料，需要前工序工程师在NCR单③实验物料需在出货牌做好醒目标识，生产领料时通知相关工FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUALWINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:25OF28FormNo.:PRJ-PI-000WINDINGPROCESSMANUAL卷绕工艺手册DOCNO.:SHEET:26OF28①不良品标识：卷绕不良品主要在两个地方产生，卷绕机台处和卷绕后目检处，确认后需要报废的不良品需要②不良品放置：卷绕产生不良品放置于机台和目检处的红色不良物料盒中，以便于MRB①报废MRB统计频次：卷绕不良项在生产报表中以每班次为单位统计，生产过程②报废MRB统计方法：生产过程每机台每清理一次报废电芯，需要在如间，生产总数，和报废的数量，生产总数随着时间推移叠加，报废明细随着时间段独立填写，注意，生产总数和正极单卷总数可以直接在机台上读取数据，其他不良报废根据卷芯上标记类型进行统计数量注意：下图为卷绕不良报废记录表的模板，供参考③报废MRB汇总：一个班次生产完毕后，生