21700 및 26650용 자동 원통형 셀 권취기 | TOB-3270Y-26

TOB-3270Y-26 21700 및 26650 생산용 자동 원통형 배터리 셀 권취기

제품 개요 및 이상적인 적용 분야

원통형 셀 권취기는 양극 전극, 음극 전극 및 분리막의 연속 스트립을 받아 제어된 장력 하에서 정밀한 젤리롤로 권취하며, 이는 모든 원통형 리튬 이온 배터리의 핵심입니다. TOB-3270Y-26은 21700 및 26650 셀 규격에 맞게 설계된 완전 자동 권취기로, 30 mm에서 68 mm까지의 전극 폭을 처리하고 외경 φ18–φ21 mm 범위의 완성 셀을 생산합니다. 이 장비는 활성 언와인딩, 장력 제어, 먼지 제거, 가장자리 정렬 보정, 권취, 종단 테이프 부착, 탭 스탬핑, 자동 절단, 단락 감지 및 양품과 불량 셀 분류까지의 전체 권취 과정을 하나의 연속적인 작업자 관리 사이클에서 수행합니다.

기계의 핵심 권취 메커니즘은 여러 스테이션으로 구성된 서보 구동 회전 테이블을 사용하며, 각 스테이션에는 권취 니들 세트가 장착됩니다. 이중 반쪽 니들, 단면 인출 설계는 단단히 권취된 층을 손상시키지 않고 완성된 젤리롤에서 니들을 제거할 수 있게 하며, 이는 높은 권취 속도와 낮은 불량률을 가능하게 하는 주요 요소 중 하나입니다. 셀 규격 전환 시 필요한 니들 교체 작업은 5분 이내에 완료되어 생산 환경에서의 가동 중단 시간을 최소화합니다.

적합 대상:

• 전기차, 에너지 저장 시스템, 전동 공구 및 전기 이동 수단용 21700 또는 26650 원통형 셀을 생산하는 리튬 이온 배터리 제조업체.
• 반자동 권취에서 완전 자동화되고 추적 가능한 권취 스테이션으로 확장하며 통합 불량 분류 기능이 필요한 파일럿 라인.
• 긴 기계 재설정 작업 없이 빠른 규격 전환(외경, 폭)이 필요한 위탁 제조업체.
• 수동 또는 반자동 권취로 인해 불균일한 젤리롤 정렬, 분리막 주름 또는 높은 단락 불량률 문제를 겪고 있는 모든 생산 라인.

특정 전극 폭과 젤리롤 직경에서 분당 최대 생산 셀 수를 알고 싶으신가요? 셀 설계 매개변수를 당사의 자동화 엔지니어에게 보내주시면 사이클 시간 산정과 작업 스테이션 배치 권장안을 제공해 드립니다.

원통형 셀 제조 공정에서 이 장비가 위치하는 단계

TOB-3270Y-26은 셀 조립 단계에서 작동하며, 전극 코팅, 캘린더링 및 슬리팅 공정 이후, 전해액 주입 및 크림핑 공정 이전에 배치됩니다. 일반적인 원통형 셀 생산 라인의 공정 흐름은 다음과 같습니다:

● 전극 준비– 양극 및 음극 시트는 코팅, 건조, 캘린더링 및 필요한 폭으로 슬리팅됩니다. 탭은 스트립을 따라 미리 지정된 위치에 용접됩니다.

●권취(TOB-3270Y-26의 역할)– 슬리팅된 전극 스트립과 분리막이 권취기로 공급됩니다. 장비는 이를 정밀한 젤리롤로 권취하고, 종단 테이프를 부착하며, 필요한 경우 탭 위치를 스탬핑하고, 인라인 단락 테스트를 수행합니다.

●삽입 및 탭 용접– 젤리롤은 원통형 캔 내부에 삽입됩니다. 양극 탭은 캡 또는 캔에 용접되고, 음극 탭은 캔 바닥 또는 전류 차단 장치에 용접됩니다.

●전해액 주입 및 밀봉– 캔은 진공 또는 불활성 분위기 환경에서 전해액으로 충전되고, 캡은 크림핑 또는 레이저 용접으로 밀봉됩니다.

●화성 및 에이징– 밀봉된 셀은 SEI를 형성하고 용량을 안정화하기 위해 초기 충전 및 방전 사이클을 거칩니다.

권취 단계는 고속 기계 운동과 미크론 수준의 정렬 요구 사항을 결합하기 때문에 특히 까다롭습니다. 정렬이 어긋난 젤리롤(양극과 음극이 분리막 기준으로 완벽하게 중앙에 위치하지 않은 경우)은 내부 단락, 용량 감소 또는 용량 저하 가속을 초래할 수 있습니다. TOB-3270Y-26의 분리막 및 전극 가장자리 모두에 대한 ±0.3 mm 정렬 정확도는 이러한 위험을 직접적으로 해결합니다.

자재 흐름 및 취급:

●양극 및 음극 전극 롤(내경 φ76.2 mm, 외경 최대 φ400 mm)은 활성 언와인딩 스핀들에 장착됩니다. 각 스핀들은 비례 밸브를 사용하는 장력 제어 시스템을 갖추고 있어 장력을 구간별로 조정할 수 있습니다(예: 초기 권취 시 낮은 장력, 최종 층 권취 시 높은 장력).

●분리막 롤(내경 φ76.2 mm, 외경 최대 φ300 mm, 두께 0.015–0.030 mm)은 통합 가장자리 위치 보정 기능이 있는 별도의 언와인딩 스테이션에서 공급됩니다.

●권취 후 종단 테이프(내경 φ76.2 mm, 외경 최대 φ150 mm, 폭 20–60 mm)는 접힘이나 주름을 방지하는 롤링 페이스트 메커니즘을 통해 부착됩니다.

●매니퓰레이터 암이 완성된 젤리롤을 제거하여 벨트 컨베이어에 올려놓습니다. 컨베이어는 양품 셀을 수집 테이블로 운반하고 단락 셀은 불량품 수거함으로 분류합니다.

자동 권취기의 작동 원리

●권취 메커니즘 및 회전 테이블

기계의 핵심은 여러 스테이션 사이를 인덱싱하는 서보 구동 회전 테이블입니다. 각 스테이션은 전극과 분리막이 감기는 맨드릴인 권취 니들 세트를 보유합니다. 테이블은 기계식 스플리터(캠 인덱서)와 연결된 서보 모터로 구동되며, 일관된 젤리롤 치수를 위해 필요한 높은 위치 정확도와 반복성을 제공합니다.

권취 니들 자체는 이중 반쪽 니들 설계입니다. 두 개의 반원통형 니들이 서로 결합하여 완전한 원통형 맨드릴을 형성합니다. 권취가 완료되면 한쪽에서 반쪽 니들 하나를 빼내어, 가장 안쪽 층을 끌거나 손상시키지 않고 젤리롤을 자유롭게 제거할 수 있습니다. 이 단일 측면 추출 방식은 양쪽에서 동시에 두 반쪽을 빼내야 했던 기존 설계보다 빠르고 손상이 적습니다.

●풀림, 장력 제어 및 편차 보정

세 가지 소재 공급부(양극 전극, 음극 전극, 분리막)는 각각 자체 능동 풀림 모터, 장력 센서, 비례 밸브 제어 장력 액추에이터를 갖추고 있습니다. 장비는 구간별 장력 프로파일로 프로그래밍할 수 있습니다. 예를 들어 작은 직경의 니들 주위에서 초기 곡률을 형성하는 첫 몇 회전 동안에는 낮은 장력을 적용하고, 이후 점차 장력을 증가시켜 빈 공간이 없는 단단한 젤리롤을 형성할 수 있습니다.

일체형 가장자리 위치 보정 시스템은 소재 가장자리 감지 센서를 사용하여 각 스트립을 ±0.3 mm 이내로 중앙에 유지합니다. 공급 롤의 미세한 정렬 불량으로 전극 가장자리가 흔들리기 시작하면 보정 메커니즘이 가이드 롤러의 측면 위치를 실시간으로 조정합니다. 이 “일체형 보정” 제어 전략은 시간에 따라 오차 신호를 누적하여 단순 비례 보정보다 더 빠르고 정확한 응답을 가능하게 하며, 이는 이 장비가 구현할 수 있는 높은 선속도에서 중요합니다.

●먼지 제거, 종단 테이프 및 스탬핑

각 전극 풀림 경로 끝부분, 즉 소재가 권취 영역에 들어가기 직전에 먼지 제거 장치(일반적으로 진공 보조 브러시 또는 정전기 제거기)가 전극 표면의 느슨한 입자를 제거합니다. 이 단계는 내부 단락을 유발할 수 있는 입자 오염을 방지하는 데 매우 중요합니다.

셀 설계에 따른 사전 설정 회전 수에 도달하면 종단 테이프가 자동으로 부착됩니다. 테이프 부착 메커니즘은 롤링 접착 방식을 사용하며, 롤러가 회전하면서 젤리롤 외부 표면에 테이프를 눌러 부착하여 매끄럽고 주름 없는 마감을 보장합니다. 이후 스탬핑 메커니즘이 필요한 경우 탭 위치를 표시하거나 셀에 코드를 부여하고, 자동 커터가 전극 및 분리막 스트립을 절단합니다.

●단락 감지 및 선별

완성된 젤리롤은 단락 검사 스테이션으로 이동됩니다. 여기서 프로브가 양극 및 음극 단자에 접촉하고 시험 전압을 인가합니다. 통합 감지 회로는 절연 저항(또는 누설 전류)을 측정하고 이를 임계값과 비교합니다. 시험에 불합격한 셀(금속 입자 또는 정렬되지 않은 전극 가장자리로 인해 발생하는 경우가 많은 내부 단락을 나타냄)은 자동으로 별도 수거함으로 배출됩니다. 정상 셀은 수집 테이블로 이송됩니다. 검사 스테이션 위에 보호 커버를 추가하면 작업자 안전성이 향상되고 외부 전기 노이즈가 측정을 방해하는 것을 방지합니다.

●인간-기계 인터페이스 및 제어

장비는 슬라이딩 HMI 패널을 통해 제어되며, 작동 및 유지보수 중 편리한 접근을 위해 위치를 변경할 수 있습니다. 인터페이스에는 권취 매개변수(장력, 속도, 회전 수, 정렬 상태), 생산 통계 및 고장 진단 정보가 표시됩니다. 다양한 셀 형식에 대한 레시피를 저장하고 불러올 수 있어 교체 시간을 줄일 수 있습니다. 전기 캐비닛은 권취기의 오른쪽에 배치되어 있으며, 블랭킹 영역이나 후속 공정에 대한 작업자의 접근을 방해하지 않도록 위치합니다.

TOB-3270Y-26의 주요 엔지니어링 장점

●고속 정밀도를 위한 서보 구동 회전 테이블과 스플리터

서보 모터와 기계식 캠 스플리터의 조합은 각 권취 스테이션이 정확한 반복 정밀도로 위치에 인덱싱되도록 합니다. 이는 순수 서보 구동 인덱싱에서 발생할 수 있는 누적 위치 오차를 제거하면서도 유연한 속도 조절을 가능하게 합니다. 그 결과 젤리롤의 일관성을 유지하면서 높은 생산량을 지속할 수 있는 권취 플랫폼을 제공합니다.

●이중 반쪽 니들 단일 측면 추출 — 더 빠른 사이클, 더 적은 손상

단일 측면 추출 방식은 젤리롤이 다른 반쪽 니들에 의해 지지되는 동안 한쪽 반쪽 니들을 제거하고, 이후 최소한의 마찰로 밀어냅니다. 이 설계는 초기 용량 손실의 일반적인 원인인 가장 안쪽 층의 박리 위험을 줄입니다. 또한 형식 변경 시 니들 교체(예: 직경 18 mm에서 21 mm로 변경)는 5분 이내에 완료되어 다형식 생산 환경에서 가동 중단 시간을 크게 줄입니다.

●비례 밸브를 사용한 구간별 장력 제어

권취 장력은 “한 번 설정하고 잊는” 매개변수가 아닙니다. TOB-3270Y-26은 장력을 여러 구간으로 프로그래밍할 수 있습니다. 초기 회전에는 낮은 장력, 주요 층에는 점차 증가하는 높은 장력, 최외곽 회전에는 최종 장력을 적용합니다. 이는 숙련된 수작업 작업자가 적용하는 장력 프로파일을 모방하지만 디지털 정밀도와 100% 반복성을 제공합니다. 비례 밸브는 PLC가 지시하는 장력 변화에 빠르게 응답하여 풀림 스풀의 롤 직경이 변하더라도 설정된 장력을 좁은 범위 내에서 유지합니다.

●일체형 가장자리 위치 보정 — ±0.3 mm 정렬 정확도

분리막과 두 전극은 서로 ±0.3 mm 이내로 정렬되며, 이는 원통형 셀 산업의 기준 수준입니다. 일체형 제어 알고리즘과 소재 가장자리 감지는 단순한 PID 제어기보다 빠른 보정을 제공하며, 특히 슬리팅 공정으로 인해 약간의 물결 모양이나 캠버가 발생할 수 있는 전극 스트립을 처리할 때 유용합니다.

●인라인 단락 감지 및 자동 선별

모든 젤리롤은 장비를 떠나기 전에 내부 단락 검사를 받습니다. 합격한 셀은 수집 테이블로 이송되고, 불합격 셀은 자동으로 배출됩니다. 이 100% 검사는 권취 품질에 대한 즉각적인 피드백을 제공하며, 단락으로 인해 화성 과정 중 화재가 발생할 수 있는 전해액 주입 공정으로 불량 셀이 진행되는 것을 방지합니다. 시험 스테이션 위의 보호 커버는 또한 서보 드라이브에서 발생하는 전자기 간섭으로부터 측정을 보호합니다.

●슬라이딩 HMI를 갖춘 컴팩트하고 완전 보호형 설계

장비 크기(L2400 × W1500 × H2100 mm)는 수직으로 배치된 풀림 스핀들과 회전 테이블 덕분에 완전 자동 권취기 기준으로 비교적 컴팩트합니다. 모든 이동 부품은 보호 커버로 둘러싸여 있으며, HMI 패널은 레일을 따라 이동하여 인체공학적 접근이 가능합니다. 전기 캐비닛은 오른쪽에 배치되어 블랭킹 영역에서 떨어져 있으므로 작업자나 후속 장비의 작업을 방해하지 않습니다.

●신속한 형식 전환 — 니들 교체 5분

제품 범위는 외경 φ18–φ21 mm 및 폭 30–65 mm를 지원합니다. 이 범위 내 제품 간 전환은 클립 세트(젤리롤 폭을 결정하는 가이드)를 교체하고 HMI에 저장된 레시피를 통해 니들 직경을 조정하는 것만으로 가능합니다. 니들 클램핑 시스템의 기계 설계는 공장 인수 시험에서 확인된 바와 같이 니들을 5분 이내에 교체할 수 있도록 합니다.

장비에 필요한 소재 사양

다음 표는 TOB-3270Y-26이 처리하도록 설계된 소재의 치수와 공차를 지정합니다. 별도로 표시하지 않는 한 모든 값은 밀리미터 단위입니다.

추가 소재 요구 사항:

• 단일 전극 시트의 탭 개수는 2개를 초과해서는 안 된다.
• 탭은 관통 용접 공정을 적용하는 것이 권장되며, 노출 길이는 25 mm 미만이어야 한다.
• 파라미터를 수정하여 양극 우선 투입과 음극 우선 투입을 자유롭게 설정할 수 있다.
• 전극 코팅은 균일해야 하며, 길이와 위치를 정밀하게 제어해야 한다. 롤링 후 물결 모양 변형은 1 mm 미만이어야 하며, 지그재그 굽힘은 1000 mm당 0.3 mm 미만이어야 한다(권취 정확도에 영향을 주지 않도록 함).
• 전극은 연속적으로 절단되어야 하며, 폭 오차는 ±0.05 mm 미만이어야 한다. 소재에는 뚜렷한 타워 형태 권취가 없어야 하며(±1 mm 이내), 권취 장력은 균일해야 한다.
• 탭은 평평해야 하며, 가능한 한 구부러짐을 피해야 한다.
• 용접 후에도 전극의 두께가 영향을 받아서는 안 된다.
• 종단 테이프는 균일하게 감겨야 하며, 뚜렷한 타워 형태, 접힘, 뒤틀림 또는 기타 결함이 없어야 한다.
• 전극 롤에는 테이핑 결함, 탭 누락, 밝은 점 또는 기타 결함이 있는 위치에 색상 코드 식별 표시가 있어야 하며, 이를 통해 불량 제품을 수동으로 검출하고 제거할 수 있어야 한다.

권취 정확도 사양

TOB-3270Y-26은 위 사양을 충족하는 소재를 사용하고 정상 작동 조건에서 다음 정렬 정확도를 보장한다:

장비 특성

• 다음 특징은 TOB-3270Y-26 설계에 통합되어 있으며, 속도, 정확도 및 사용 편의성 향상에 기여합니다:
• 서보 모터와 분할기 원리로 구동되는 회전 테이블은 스테이션 인덱싱을 수행하며, 위치 정확도가 높고 생산 속도가 빠릅니다.
• 권취 니들은 고급 이중 반쪽 니들, 단면 인출 방식을 채택하여 권취 속도를 향상시킵니다.
• 니들 교체가 매우 편리합니다. 5분 이내에 니들을 교체하고 정상 생산을 재개할 수 있습니다.
• 모든 권취 부품은 간극 조정이 적용된 슬라이딩 레일 구조로 업그레이드되었습니다.
• 장비는 외경 φ18–φ21 mm, 폭 30–65 mm의 제품을 생산할 수 있으며, 클립만 교체하고 HMI를 통해 파라미터를 조정하면 됩니다. 전환이 편리합니다.
• 인간-기계 인터페이스는 슬라이딩 레일에 장착되어 보충, 조작 및 유지보수 접근이 더욱 용이합니다.
• 양극, 음극 및 분리막은 편차 보정 기능과 함께 자동으로 풀리며, 장력은 비례 밸브를 통해 제어되고 구간별로 조정할 수 있습니다.
• 단락 검출은 통합 시험 메커니즘을 통해 수행되며, 한 단계에서 셀 시험과 방전을 진행합니다. 접촉성이 우수하고 오판율이 낮으며 보호 커버가 장착되어 있습니다.
• 통합 보정 및 소재 가장자리 검출을 사용하여 편차를 보정합니다. 설계가 합리적이고 판단이 정확하며 보정 속도가 빠릅니다.
• 전극 언와인딩 경로 끝부분의 절단 스테이션 앞에 분진 제거 장치가 설치되어 있습니다.
• 종단 테이프는 롤링 부착 방식으로 적용되어 접힘에 강합니다.
• 매니퓰레이터 암이 블랭킹을 처리하며, 벨트 구동 방식으로 젤리롤 코어의 손상을 방지합니다.
• 전기 박스는 권취기 오른쪽에 위치하여 블랭킹 영역이나 후속 공정에 영향을 주지 않습니다.
• 장비는 사용자 친화적인 인터페이스, 간단한 조작 및 유지보수를 갖추고 있으며, 전체에 보호 커버가 설치되어 있습니다.

완전한 기술 사양

일반적인 와인딩 결함 및 문제 해결

엔지니어링 FAQ — 자동 원통형 셀 와인딩

Q1: 21700 형식에서 26650 형식으로 전환하는 데 얼마나 걸립니까?

TOB-3270Y-26은 외경 φ18 mm에서 φ21 mm, 폭 30 mm에서 65 mm 범위의 셀을 생산할 수 있습니다. 이 범위 내에서 클립 세트 교체, 와인딩 니들 조정 또는 교체, 새 레시피 로딩을 포함한 전체 전환은 일반적으로 30분 이내에 완료됩니다. 니들 자체는 5분 이내에 교체할 수 있습니다. 장력 프로파일, 회전 수, 정렬 오프셋과 같은 파라미터는 HMI 레시피 메모리에 저장되어 즉시 불러올 수 있습니다.

Q2: 예상 처리량은 분당 셀 몇 개입니까?

처리량은 젤리롤 설계의 회전 수와 와인딩 속도에 따라 달라집니다. 약 20회전(양극/음극/분리막 조합)으로 구성된 일반적인 21700 셀의 경우, 니들에서 100–150 rpm의 와인딩 속도로 분당 6–10개의 셀 생산이 가능합니다. 상세한 사이클 시간 분석을 위해 특정 셀 설계 정보를 TOB에 문의하십시오.

Q3: 이 장비는 탭이 이미 용접된 전극 스트립을 처리할 수 있습니까, 아니면 별도의 탭 용접 스테이션이 필요합니까?

이 장비는 슬리팅 단계에서 탭이 사전 용접된 전극 스트립을 투입할 수 있도록 설계되었습니다. 전극 시트당 최대 2개의 탭을 수용할 수 있으며, 노출된 탭 길이는 25 mm 미만이어야 합니다. 이 장비는 탭을 용접하지 않습니다. 탭 용접은 전극 스트립을 이 장비에서 권취하기 전에 수행되는 상류 공정입니다.

Q4: 통합 보정 시스템은 일반적인 가장자리 가이드 시스템과 어떻게 다릅니까?

일반적인 가장자리 가이드 시스템은 비례 보정을 사용합니다. 가이드 롤러가 감지된 가장자리 오차에 비례하는 양만큼 이동합니다. 적분 보정은 시간에 따른 오차를 보정 신호에 누적하여 추가하며, 이를 통해 순수 비례 시스템에서 허용되는 지속적인 오프셋을 제거할 수 있습니다. 이는 전극 롤이 전체 직경에서 코어 직경으로 풀릴 때 발생하는 느린 드리프트를 보정하는 데 특히 유용합니다. 그 결과 전체 롤에 걸쳐 더 정밀하고 일관된 정렬이 가능합니다.

Q5: 이 장비는 세라믹 코팅 분리막과 호환됩니까?

예, 이 장비는 지정된 두께 범위(0.015–0.030 mm)의 분리막을 처리할 수 있습니다. 세라믹 코팅 분리막은 비코팅 분리막보다 약간 더 두껍고 뻣뻣한 경향이 있어 와인딩 중 평탄도를 유지하기 위해 분리막 장력을 약간 증가시켜야 할 수 있습니다. 장력은 HMI의 구간별 장력 설정을 통해 조정할 수 있습니다. 먼지 제거 장치와 편차 보정 시스템도 코팅 분리막에서 효과적으로 작동합니다. 그러나 코팅이 잘 접착되어 있고 와인딩 영역을 오염시킬 수 있는 입자가 떨어지지 않는지 확인해야 합니다.

원통형 셀 권취를 자동화하고 수동 정렬 및 단락 결함을 제거할 준비가 되셨나요? TOB-3270Y-26에 대한 견적을 요청하거나, 목표 셀 직경, 폭 및 처리량을 알려 주시면 당사의 자동화 엔지니어가 상세한 기술 제안 및 라인 통합 검토를 제공해 드립니다.

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

다음 항목도 필요할 수 있습니다

• 자동 양극 전극 제조 기계 — 정밀 슬리팅된 양극 전극 스트립을 생산하는 완전 통합 코팅, 캘린더링 및 슬리팅 라인으로, TOB-3270Y-26에서 고속 자동 권취에 바로 사용할 수 있습니다.

• 원통형 셀 레이저 절단 및 권취 기계 — 레이저 슬리팅과 자동 권취기를 결합하여 하나의 연속 공정으로 전극 탭을 절단하고 감는 장비로, 사전 슬리팅된 전극 롤이 필요 없으며 탭 정렬 정확도를 향상시킵니다.

• 50320 원통형 탭리스 셀용 반자동 권취기— 대형 50320 탭리스 셀 전용으로 설계된 유연한 작업자 보조 권취기로, 파일럿 규모 시험 또는 차세대 원통형 팩의 소량 생산에 이상적입니다.