匯川機(jī)器人應(yīng)用方案 ——鋰電池上下料方案
一、行業(yè)背景
摘要
本方案主要對動力鋰電行業(yè)產(chǎn)線機(jī)器人應(yīng)用做介紹,從鋰電的整個產(chǎn)業(yè)鏈的工藝進(jìn)行分解,最后對目前匯川的機(jī)器人的一個鋰電應(yīng)用案例進(jìn)詳細(xì)講解。
1.國內(nèi)動力鋰電池行業(yè)概況
最近幾年,鋰離子電池市場規(guī)模增長的最大動力確定無疑將來自電動汽車市場。預(yù)計到2017年,動力鋰離子電池就將以2071萬kWh的需求量和22%的市場份額超越智能手機(jī)而成為鋰離子電池最大的細(xì)分市場;到2020年將以31.4%的市場份額超越整個消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場,屆時需求總量將超過6200萬kWh。
2.行業(yè)發(fā)展趨勢及痛點
(1)正極材料發(fā)展趨勢:
對于動力鋰電池,在乘用車方面,國外以改性錳酸鋰和三元鋰電為主要材料。國內(nèi)主要以磷酸鐵鋰為主要材料,不過因為磷酸鐵鋰能量密度低,現(xiàn)在的趨勢已經(jīng)向三元鋰電轉(zhuǎn)變。
而在電動客車方面:因為客車的體積大,通過多放置電池可以解決能量密度低的問題,而且客車每天里程多,充電次相對數(shù)多,磷酸鐵鋰因其安全性和循環(huán)壽命將會是最合適的選擇。
(2) 負(fù)極材料發(fā)展趨勢
由于石墨的技術(shù)成熟、穩(wěn)定性好、價格優(yōu)勢明顯。人造石墨相比于天然石墨價格更貴,但是一致性更好,所以是動力鋰電池的首選負(fù)極材料。
(3) 電解質(zhì)材料發(fā)展趨勢
電解液由電解質(zhì)鋰鹽、高純度的有機(jī)溶劑和必要的添加劑等原料組成。電解質(zhì)鋰鹽主要是六氟磷酸鋰,占電解液的成本40%。而整體電解液占鋰電池成本約10%左右。
(4) 隔膜材料發(fā)展趨勢
干法工藝較為成熟,國產(chǎn)化率高,在目前動力鋰電池市場上占據(jù)主流地位。但是濕法工藝生產(chǎn)的隔膜性能要更好,并且隨著陶瓷涂覆技術(shù)的成熟,干法工藝的主流地位將會受到挑戰(zhàn)。
二、關(guān)鍵設(shè)備工藝
1.動力鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈全景
鋰電池結(jié)構(gòu)一般是:正極材料+負(fù)極材料+電解質(zhì)+隔膜+殼體組成;
鋰電池工作原理:
充電時:
正極的含鋰化合物有鋰離子脫出,鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動到負(fù)極生成鋰原子;
負(fù)極的碳材料呈層狀結(jié)構(gòu),它有很多微孔,使得晶體狀鋰原子嵌入其中。
放電時:嵌在負(fù)極碳層中的鋰原子失電子后回到正極。
鋰電池化學(xué)反應(yīng)方程式
2.主要制造設(shè)備和工藝流程
動力鋰電池的上下游關(guān)系
鋰電池生產(chǎn)工藝流程
極耳預(yù)焊:在軟包電池進(jìn)行制作中,需要使用超聲波焊接機(jī)對其極耳進(jìn)行預(yù)焊,再將極耳引片和預(yù)焊后的極耳焊接在一起。預(yù)焊可以起到整形的作用,有利于蓋板極耳引片與極耳之間的焊接,同時在其焊接前后與流水線的銜接中,會涉及到使用SCARA機(jī)器人對其進(jìn)行上下料的操作。
極耳頂蓋焊接:在經(jīng)過前道極耳預(yù)焊的工藝后,分別將銅質(zhì)扁平環(huán)與鋁制扁平環(huán)套設(shè)在鋰電池卷芯的負(fù)極耳與正極耳上,將套好銅質(zhì)扁平環(huán)與鋁制扁平環(huán)的卷芯進(jìn)行預(yù)壓,使銅質(zhì)扁平環(huán)、鋁制扁平環(huán) 分別與所述卷芯連接穩(wěn)固,將電池頂蓋上的負(fù)極引出線、正極引出線分別放在所述銅質(zhì)扁平環(huán)、鋁制扁平 環(huán)的中心位置,最后對銅質(zhì)扁平環(huán)與鋁制扁平環(huán)的中心位置進(jìn)行焊接,使壓有銅質(zhì)扁平 環(huán)與鋁制扁平環(huán)的的極耳與電池頂蓋引出線焊接在一起。
頂蓋焊接,氣密性檢測:在前面一系列的工作后,對鋰電池進(jìn)行頂部的焊接封裝,并對其進(jìn)行將流水線上焊接完成后的電池夾持到內(nèi)部流水線輸送系統(tǒng)上,依次對其進(jìn)行定位,氣密性,短路相關(guān)測試,并在檢測完成后將良品抓回回到主流水線上,不良品抓除到廢料盒中。
三、機(jī)器人應(yīng)用需求分析
補(bǔ)料機(jī)需求分析:
首先補(bǔ)料機(jī)位于密封釘焊接到清洗烘干的這段工藝中間,后續(xù)為成品電池組的區(qū)域,所以不能容許有任何損壞的電池流入到后續(xù)工藝中去,在密封釘?shù)暮附又锌赡軙霈F(xiàn)以下情況:
(1)未完成焊接;
(2)因電池表面有殘留的電解液,會出現(xiàn)焊接不穩(wěn);
(3)激光焊出現(xiàn)異常,焊接位置不準(zhǔn)確,漏氣等。
所以在完成密封釘焊接后,會有一段人工檢查流程,將不良品挑選出來,讓補(bǔ)料機(jī)對其進(jìn)行補(bǔ)料,將人工解放出來,以便能夠?qū)罄m(xù)來料進(jìn)行檢測,提高整個工作效率,降低認(rèn)得疲勞度。
四、鋰電機(jī)器人上下料解決方案
1:項目介紹
補(bǔ)料機(jī):因鋰電池在生產(chǎn)過程中的前段激光封口機(jī)側(cè)會出現(xiàn)焊接不良情況,待人工檢查后,會挑選出不良品,故在其后設(shè)置一個補(bǔ)料機(jī)構(gòu),將料盒中缺少的電池補(bǔ)齊。
2:系統(tǒng)框架
1:工藝框架
2:電氣拓?fù)?/strong>
3:系統(tǒng)信號交互及邏輯
3:系統(tǒng)配置及選型
1)本體臂長選擇
2)機(jī)器人底座中心至備料區(qū)(A)、放料區(qū)(B)的最遠(yuǎn)位置
3)底座中心的距離分別為A=380、B=377mm
4)綜上機(jī)器人臂長應(yīng)選400mm。
整個配置清單:
序號 | 名稱 | 型號 | 數(shù)量 | 備注 |
1 | 機(jī)器人本體 | IR100-3-40Z15TS | 1 | scara機(jī)器人400mm臂長本體 |
2 | 機(jī)器人電柜 | IRCB10-A4SH2-4111 | 1 | 機(jī)器人控制柜-IRCB10-A4S-4111-4軸400臂長scara機(jī)器人控制柜 |
4:驗收標(biāo)準(zhǔn) 和結(jié)果
1:精度:1mm
2:效率:400PCS/H(空跑情況下)
3:.工位預(yù)約
5:現(xiàn)場應(yīng)用視頻或者照片
6:方案特色
(1)采用工位預(yù)約模式,方便工人操作,3分鐘學(xué)會機(jī)器人操作;
(2)替代白夜兩班人工,節(jié)約人力成本;
提交
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