Máquina perforadora de discos Puede producir eficientemente discos circulares de electrodos y separadores de batería, y es adecuado para la investigación y el desarrollo de diversas pilas de botón. Mediante el estudio de su control de precisión, compatibilidad de materiales y facilidad de operación, se verifica la adaptabilidad de este equipo en escenarios como la preparación de muestras de lotes pequeños en laboratorios de baterías y el pretratamiento de muestras TEM, lo que proporciona referencias técnicas para la selección de equipos de procesamiento de precisión en el campo de la investigación y el desarrollo de baterías.
1. Introducción
En el proceso de investigación y desarrollo de nuevos dispositivos de almacenamiento de energía, como las baterías de iones de litio y las baterías de estado sólido, la precisión dimensional de los electrodos y separadores afecta directamente la eficiencia del ensamblaje, el rendimiento electroquímico y la seguridad de las baterías. Gracias a su estructura compacta, bajo consumo de muestra y facilidad de prueba, las pilas de botón se han convertido en el soporte principal para evaluar el rendimiento del material de las baterías y estudiar las reacciones en la interfaz. Sin embargo, el procesamiento de los discos circulares de electrodos y separadores para pilas de botón requiere cumplir con los requisitos técnicos de ausencia de rebabas, abolladuras y alta consistencia dimensional. Los métodos tradicionales, como el corte con tijeras y el procesamiento con equipos de estampado convencionales, son propensos a dañar los bordes del material y a una desviación dimensional excesiva, lo que a su vez provoca problemas como cortocircuitos en las baterías y pérdida de capacidad.
2. Diseño estructural y ventajas técnicas de las punzadoras de precisión
2.1 Diseño estructural del núcleo
El diseño estructural deperforadoras de precisiónSe basa en tres requisitos fundamentales: precisión, portabilidad y durabilidad. Utilizan rieles deslizantes de alta calidad con rodamientos de bolas en lugar de los tradicionales, lo que reduce la desviación lateral durante el punzonado, minimiza el error de coaxialidad entre el punzón y la matriz y garantiza la consistencia dimensional de los discos circulares perforados desde el punto de vista estructural. Asimismo, la suavidad de los rieles deslizantes reduce la resistencia de la operación manual, mejora la estabilidad de un solo punzonado y evita arrugas en el material o daños en los bordes causados por la aplicación desigual de la fuerza.
El cuerpo está fabricado con materiales totalmente anticorrosivos, con protección permanente contra la oxidación. Los electrolitos y reactivos de limpieza que se utilizan habitualmente en los laboratorios de baterías pueden corroer los equipos metálicos. Sin embargo, el cuerpo anticorrosivo previene el aflojamiento estructural y la degradación de la precisión del equipo debido a la corrosión química, prolonga su vida útil y, al mismo tiempo, garantiza que las muestras procesadas no se contaminen con impurezas de óxido del cuerpo.
El equipo cuenta con una interfaz de matriz estandarizada que permite la rápida sustitución de matrices personalizadas dentro de un rango determinado. El posicionamiento de la matriz y el punzón adopta un diseño de ajuste de orificios de pasador. Al sustituir la matriz, no se requiere calibración adicional, y la transición del punzonado de electrodos al punzonado de separadores se realiza rápidamente, satisfaciendo así la demanda de preparación rápida de muestras multiespecificadas en el laboratorio.
2.2 Análisis de ventajas técnicas
En comparación con los equipos tradicionales de procesamiento de discos de batería, las perforadoras de precisión ofrecen importantes ventajas técnicas. Gracias a su capacidad de procesamiento de alta precisión, los bordes de los discos circulares perforados por el equipo están libres de rebabas y abolladuras, y la tolerancia dimensional se controla dentro de un rango estrecho. En el caso de los electrodos de batería, las rebabas en los bordes pueden perforar el separador y causar cortocircuitos, y una tolerancia dimensional excesiva afectará la humectación del electrolito. La capacidad de procesamiento de alta precisión de este equipo permite evitar eficazmente estos riesgos.
En cuanto a la compatibilidad de materiales, el equipo se adapta a láminas metálicas delgadas y separadores de diferentes espesores. Los requisitos de espesor del material varían considerablemente según el sistema de baterías, y el amplio rango de adaptación de espesores de este equipo permite cubrir las necesidades de procesamiento de los sistemas de baterías convencionales.
El equipo es pequeño y ligero, pertenece a los equipos de laboratorio miniaturizados y puede colocarse en una caja de guantes para operar a través de una cámara de transición de un diámetro específico. En la investigación y el desarrollo de baterías, algunos materiales sensibles deben procesarse en una atmósfera de gas inerte. La adaptabilidad del equipo a la caja de guantes permite el procesamiento in situ de materiales sensibles, garantizando así la estabilidad química de las muestras.
Además, el equipo adopta un modo de operación de presión manual, sin necesidad de fuente de alimentación externa ni aire comprimido, y su funcionamiento es sencillo. Incluso investigadores sin experiencia profesional en el manejo de equipos pueden dominarlo con soltura tras una breve capacitación. Su estructura compacta permite su instalación en espacios reducidos, como campanas extractoras de laboratorio y plataformas de operación con guantera, sin ocupar espacio adicional.
3.Escenarios de aplicación de las punzadoras de precisión en la investigación y el desarrollo de baterías
3.1 Preparación estandarizada de pilas de botón
La estructura de una pila de botón consta de: caja de electrodo negativo - electrodo negativo - separador - electrodo positivo - cuña - caja de electrodo positivo. Los diferentes modelos de pilas de botón tienen requisitos claros para el tamaño de los electrodos y separadores. Los discos circulares de electrodo, procesados por el punzón de precisión, permiten formar un espacio de montaje razonable con las cajas de electrodos positivo y negativo de los diferentes modelos de pilas de botón, lo que no solo evita el contacto directo entre el electrodo y la caja, sino que también garantiza que el electrolito humedezca completamente el material del electrodo. Al mismo tiempo, los discos circulares separadores procesados pueden cubrir completamente los electrodos positivo y negativo, bloqueando eficazmente la conducción electrónica entre ellos y previniendo cortocircuitos en la batería.
3.2 Evaluación del rendimiento del material de la batería
En la investigación y el desarrollo de materiales para baterías, las pruebas de rendimiento electroquímico deben basarse en electrodos de tamaño consistente. De lo contrario, es difícil determinar si la diferencia de rendimiento se debe al propio material o a errores de procesamiento. La alta precisión del punzón permite un control preciso de la carga de material activo. Esta carga está relacionada con su área. Los discos circulares de electrodo procesados presentan una pequeña desviación dimensional, correspondiente a una pequeña desviación de área, y el error de cálculo de la carga se puede controlar dentro de un rango bajo, mucho menor que el del método de corte tradicional, lo que garantiza la precisión del cálculo de la capacidad específica del material.
En el estudio comparativo del rendimiento de los separadores, sus características, como la permeabilidad al aire y la resistencia mecánica, deben evaluarse indirectamente mediante pruebas con celdas de botón. La consistencia dimensional del separador afecta directamente la repetibilidad de los resultados. Los discos circulares del separador, procesados por el punzón de precisión, garantizan la consistencia del área y el estado del borde en cada prueba, lo que mejora la comparabilidad de los datos experimentales.
4. Precauciones para el uso del equipo y sugerencias de mantenimiento
4.1 Precauciones de uso
Al utilizar el equipo, se debe controlar estrictamente el espesor del material y respetar el rango de espesor de punzonado especificado. En el caso de láminas metálicas que superen el límite de espesor, el punzonado forzado puede deformar el punzón y dañar la matriz. En el caso de separadores demasiado delgados, se debe colocar una fina capa de papel debajo del material para evitar que se adhiera al punzón después del punzonado.
Al utilizar el equipo dentro de la guantera, colóquelo lentamente a través de la cámara de transición para evitar que los rieles deslizantes se desvíen al chocar con la pared interior. Además, la atmósfera de gas inerte dentro de la guantera puede reducir la lubricidad de los rieles deslizantes. Se puede aplicar regularmente una pequeña cantidad de grasa de vacío a los rieles deslizantes para mantenerlos lisos.
Después de cada uso, limpie la superficie de la matriz con un paño limpio humedecido en etanol para eliminar los residuos del electrodo o del separador, a fin de evitar la reducción de la precisión de punzonado causada por la acumulación de residuos. Si la matriz no se utiliza durante un periodo prolongado, guárdela en un lugar seco para evitar la oxidación o la contaminación por polvo.
4.2 Sugerencias de mantenimiento
Se recomienda calibrar la precisión del equipo cada seis meses. Se utilizan bloques patrón estándar para medir el tamaño real de punzonado de la matriz. Si la desviación dimensional supera el rango especificado, se debe ajustar el pasador de posicionamiento entre el punzón y la matriz o contactar al fabricante para una calibración profesional.
La superficie de los rieles deslizantes debe limpiarse de polvo e impurezas cada mes, y se debe aplicar una pequeña cantidad de aceite lubricante especial para rieles deslizantes para evitar el desgaste causado por la sequedad de los rieles deslizantes; si se encuentra que los rieles deslizantes están atascados, se debe detener el uso inmediatamente y verificar si hay materia extraña atascada o si los rieles deslizantes están deformados.
El punzón y la matriz del equipo son piezas de desgaste. Tras un uso prolongado, el filo puede desgastarse, lo que provoca rebabas en el borde del disco circular perforado. Se recomienda reemplazar el punzón y la matriz periódicamente según el número de punzonados para garantizar la precisión del procesamiento.
