侯 磊

（三星環(huán)新（西安）動(dòng)力電池有限公司，陜西西安 710016）

0 引言

復(fù)合卷曲機(jī)（Multilab winder）是鋰離子電池生產(chǎn)中重要且關(guān)鍵的設(shè)備之一，其主要任務(wù)是將電池正負(fù)極極片及隔離膜卷繞成軟卷（J/R），切出極耳（notching）與卷繞一次完成，如圖1 所示。但在切出極耳過程中，經(jīng)常出現(xiàn)切斷異?，F(xiàn)象：如切不斷、切極耳后的邊角料（scrap）帶入等問題，這時(shí)就必須停機(jī)檢查激光反射鏡片（bending mirror）是否污染，清潔或更換后重新對(duì)中（校準(zhǔn)）光路，再測(cè)試正常后，設(shè)備恢復(fù)稼動(dòng)。鏡片（Mirror）清掃及光路校準(zhǔn)程序復(fù)雜且耗時(shí)，正負(fù)極鏡片共4 塊清掃大約需要3 h，具體步驟：拆除鏡片蓋子，清掃或更換鏡片，4 步法校準(zhǔn)光路（2 次反射+2 次透射），安裝鏡片蓋子，DOP（動(dòng)態(tài)切割技術(shù)）Z 軸加工位置測(cè)試。

目前為防止切出極耳切斷異常，編制了清掃計(jì)劃，每月清掃1 次鏡片，我廠共計(jì)26 臺(tái)機(jī)，鏡片清掃設(shè)備停機(jī)損失每年936 h。切出極耳維護(hù)任務(wù)繁重，設(shè)備停機(jī)損失多，設(shè)備稼動(dòng)率低。因此改善切出極耳激光光路，具有重要意義。

1 切出極耳激光光路系統(tǒng)

切出極耳激光光路系統(tǒng)主要由激光發(fā)生器（laser）、準(zhǔn)直儀（collimator）、反射鏡片1/2（bending mirror 1/2）、掃描儀（scanner）以及光纖（fiber）組成，如圖2 所示。

圖1 切出極耳示意圖

圖2 切出極耳激光光路系統(tǒng)

激光發(fā)生器發(fā)射激光進(jìn)入準(zhǔn)直儀校直，經(jīng)過兩次45°鏡片反射后到達(dá)掃描儀，掃描儀內(nèi)的2 個(gè)振鏡X、Y 控制角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池極耳的動(dòng)態(tài)切割（激光掃描+極板運(yùn)動(dòng)）。其中激光發(fā)生器在經(jīng)過2次鏡片反射時(shí)，光路裸露，容易被切割的粉塵及異物污染、灼傷，導(dǎo)致切出極耳切不斷。由于鏡片反射單元結(jié)構(gòu)復(fù)雜，曾做過多次密封改善，收效甚微。

2 切出極耳激光光路優(yōu)化改進(jìn)

2.1 鏡片去除

從大量切出極耳維修經(jīng)驗(yàn)得出結(jié)論：導(dǎo)致切出極耳切不斷最主要的問題就是鏡片污染。鏡片表面一旦被異物污染，激光照射到異物上，激光分散到鏡片上的能量會(huì)加大，從而灼傷鏡片表面鍍膜，激光到達(dá)極片上的能量下降，導(dǎo)致切不斷。因此去除鏡片可從根本上杜絕鏡片污染問題，設(shè)計(jì)新的激光光路如圖3 所示。

2.2 光路校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保證切割精度，激光光路必須校準(zhǔn)后使用，因此需要設(shè)計(jì)鏡片去除后專用的光路校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，即光路JIG。其作用是調(diào)整Y軸及Z 軸，使得激光對(duì)準(zhǔn)光靶中心小圓孔，最后通過X 軸滑臺(tái)前進(jìn)頂緊密封光路，激光校準(zhǔn)方法如圖4 所示。設(shè)計(jì)光路JIG的最大問題是解決光纖彎折空間過小的問題，1000 W 光纖要求最小彎折半徑R≥150 mm，目前設(shè)備切出極耳部空間僅為120 mm。通過反復(fù)比較分析，優(yōu)選方案，最終設(shè)計(jì)出可伸縮式滑臺(tái)調(diào)整結(jié)構(gòu)，光靶對(duì)中完成后，滑臺(tái)前移頂進(jìn)掃描儀，節(jié)約空間30 mm，保證光纖有足夠的彎折空間。同時(shí)這樣設(shè)計(jì)也可實(shí)現(xiàn)掃描儀-準(zhǔn)直儀集成化，保證光路密封。

2.3 密封設(shè)計(jì)

密封在整個(gè)設(shè)計(jì)改造中至關(guān)重要，是成敗的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)三道密封，保證“絕對(duì)”密封。①準(zhǔn)直儀、密封墊壓緊密封；②掃描儀-準(zhǔn)直儀連接部密封膠帶密封；③鏡片盒子、光纖、冷卻水管以及防漏傳感器出線口等全面膠帶密封。

2.4 冷卻水、光纖輔助改造

準(zhǔn)直儀及QBH（光纖連接頭）的冷卻水路及光纖也需要相應(yīng)的改造，從設(shè)備后側(cè)移至設(shè)備前側(cè)，冷卻水管延長4～6 m。光纖需要特別防護(hù)，防止過度彎折，穿線時(shí)需增加套管防護(hù)。另外冷卻水防泄漏盒子及傳感器需一起移設(shè)。

2.5 Z 軸傳感器調(diào)整及護(hù)罩改造

由于光路從前側(cè)右邊出線，因此必須考慮光纖干涉問題，將切出極耳護(hù)罩側(cè)面切出缺口。為了減少缺口尺寸，統(tǒng)一美觀，可調(diào)整Z 軸加工位置的上下限位傳感器位置至較小范圍，如圖5所示。改造完成后，還要重新測(cè)試一下DOP，找出最佳的Z 軸切割位置。

3 改造效果及收益

采用新的切出極耳光路系統(tǒng)，激光切割能量下降30%，如圖6 所示。因?yàn)榻?jīng)過1 次鏡片反射，激光能量下降5%～10%，2次反射下降10%～20%，能量下降延長設(shè)備使用壽命；軟卷投入不良率下降1.058×10-9（改善前后三個(gè)月對(duì)比數(shù)據(jù)），激光能量無衰減，切斷效果好，帶入少，不良率明顯下降；鏡片清掃設(shè)備損失減少：3 Hr×1 次/月×12 月×26 臺(tái)=936 Hr；鏡片備品消耗節(jié)儉金額：2000 元×100 塊/年=20 萬元（注：26 臺(tái)每年平均鏡片消耗100 塊）。

圖3 改進(jìn)后的切出極耳激光光路

圖4 激光光路校準(zhǔn)方法

圖5 Z 軸傳感器調(diào)整示意圖[-10,13]

圖6 激光能量下降30%

4 結(jié)束語

復(fù)合卷曲機(jī)切出極耳激光光路優(yōu)化改進(jìn)后，降低了軟卷不良率，大大減少激光反射鏡片清掃的設(shè)備損失時(shí)間，節(jié)省鏡片的備品消耗費(fèi)用，同時(shí)也提高設(shè)備稼動(dòng)率。收到很好的效果與收益，公司26 臺(tái)卷曲機(jī)已全部自行改造完成，計(jì)劃下一步將在海外工廠全部水平展開。