HYPX1500 匣缽壓機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)分析

梁超寰，蘇龍保，招俊杰，張素平

(佛山市恒力泰機(jī)械有限公司，佛山528031)

1 前言

鋰電池是以二氧化錳為正極材料，以鋰金屬或其合金為負(fù)極材料，使用非水電解質(zhì)溶液的電池。能反復(fù)充放電是鋰離子電池的優(yōu)勢，使其在消費(fèi)電子產(chǎn)品和電動汽車中廣泛使用?，F(xiàn)今全球牽起電動汽車和混合動力汽車發(fā)展浪潮，其動力來源主要是鋰電池，特別是磷酸鐵鋰電池的出現(xiàn)，更推動了鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在《2013—2017 年中國鋰電池行業(yè)產(chǎn)銷需求與投資預(yù)測分析報告》數(shù)據(jù)統(tǒng)計中，在2012 年，我國新能源汽車、電網(wǎng)儲能、特種車等領(lǐng)域的成品鋰電池組市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到35 億元。隨著鋰離子電池的發(fā)展和廣泛使用，燒成鋰離子電池用的匣缽也日益供不應(yīng)求。

大部分正極材料的生產(chǎn)都是通過承載在匣缽中并在窯爐中通過煅燒的方法制備，稱為固相合成法，是目前鋰電正極材料生產(chǎn)最常用的方法。堇青石、莫來石為當(dāng)前正極材料燒制用匣缽的主要材料，一般通過摩擦式壓機(jī)或液壓機(jī)壓制成型。因此，匣缽壓機(jī)隨著鋰電池的發(fā)展，呈現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。

2.HYPX1500 匣缽壓機(jī)技術(shù)參數(shù)

為滿足市場對匣缽壓機(jī)的需求，佛山市恒力泰機(jī)械有限公司研發(fā)出HYPX1500 型壓機(jī)(主機(jī)外觀如圖1 所示)，采用恒力泰專利技術(shù)（一種匣缽壓制成型方法、設(shè)備及匣缽，專利號：CN202011486639.7），為四梁（上橫梁、下橫梁、上動梁、下動梁）四柱結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在陶瓷壓機(jī)和墻材壓機(jī)領(lǐng)域已成熟運(yùn)用多年。由于匣缽的壓制過程，與陶瓷磚和墻材、耐火材料頗為接近，因此，將成熟的陶瓷磚、墻材壓機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)移植至匣缽壓機(jī)，是HYPX1500匣缽壓機(jī)研制成功的保障。除此以外，恒力泰公司根據(jù)匣缽的形狀及成型特點(diǎn)進(jìn)行了針對性設(shè)計，保障了匣缽壓機(jī)對匣缽壓制的適應(yīng)性。

圖1 HYPX1500 匣缽壓機(jī)

匣缽行業(yè)的壓制成型設(shè)備通常選用摩擦式壓機(jī)或液壓機(jī)。恒力泰公司根據(jù)匣缽成型的要求和工藝，結(jié)合自身在陶瓷液壓機(jī)領(lǐng)域的優(yōu)勢，針對性的開發(fā)了適合匣缽生產(chǎn)的液壓系統(tǒng)，保證了匣缽成型的質(zhì)量和效率。

HYPX1500 匣缽壓機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下：

(1)最大壓制力15000kN(1500tf)；

(2)上動梁最大行程350mm；

(3)下動梁最大行程400mm；

(4)立柱中心距1950 mm×400 mm；

(5)最大?？虺叽?00 mm×740mm；

(6)最大脫模力1000 kN；

(7)頂出最大行程320mm；

(8)模芯最大頂力3000kN；

3.技術(shù)特點(diǎn)

3.1 活動?？?/h3>

傳統(tǒng)陶瓷壓機(jī)，磚為扁長方體，脫模時可利用頂出和沖頭夾持磚坯脫模。而匣缽，由于其凹腔結(jié)構(gòu)，頂出力只作用于四壁面，如果仍然采用頂出和上動梁夾持磚坯脫模，則因脫模時，匣缽內(nèi)凹腔會形成空腔，底面和四壁將失去模芯作為約束，如果此時頂出和上模夾持動作不夠一致，則容易造成磚坯崩塌。解決辦法是，模芯、頂出和上模不動，保持夾持磚坯，以?？蛑鲃酉陆档姆绞絹砻撃！?/p>

HYPX1500 將?？蛑糜谙聞恿海聞恿簽槭芸乜蓜?，使?？蚩梢元?dú)立下降以便脫模，并且?？蜻€有主動跟隨和被動跟隨模式，便于磚坯壓制時，適應(yīng)磚坯的膨脹和應(yīng)力釋放。

3.2 邊角壓制

匣缽在用于承載正極材料燒制時，常采用堆疊放置，為使堆疊時，上層匣缽不至于對下層匣缽密封使熱量傳遞不到匣缽內(nèi)，匣缽壁面邊上，需開有缺口（圖2）。

圖2 壁面缺口

壁面開缺口后，缺口處和邊角處成型后有高度差。一般匣缽布料時，四壁和邊角布料高度一致，如果這兩處共用同一個沖頭，則壓制時粉料的壓縮率就會不一樣，這樣就容易造成應(yīng)力差，致使匣缽裂。恒力泰公司針對這個工況，為HYPX1500 開發(fā)了邊角獨(dú)立壓制機(jī)構(gòu)，使缺口處和邊角有不同的壓制行程，保證壓縮率一致，不會產(chǎn)生應(yīng)力差裂紋。

3.3 自動布料和取坯

傳統(tǒng)匣缽生產(chǎn)以人工布料、取坯為主，效率低、勞動強(qiáng)度大、工人工作具有危險性。布料的主要動作包括：模具清理、涂脫模劑、布耐腐蝕底料、布主料、刮平等等。整個過程約二十秒，過程繁瑣，步驟繁多，難以保證產(chǎn)品質(zhì)量的前后一致性。HYPX1500 為解決此問題，配備了自動布料和取坯系統(tǒng)，從而為客戶提供更高的生產(chǎn)效率和更低的使用成本，為鋰電池的加速推廣提供支撐。

3.4 液壓系統(tǒng)數(shù)字仿真計算的應(yīng)用

傳統(tǒng)壓機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計，受限于相關(guān)設(shè)計軟件的發(fā)展，設(shè)計計算時只能計算壓機(jī)穩(wěn)態(tài)時的工況，對系統(tǒng)的動態(tài)性能，無法有效估計。或依據(jù)使用經(jīng)驗，進(jìn)行改進(jìn)式的設(shè)計，當(dāng)遇到未使用過的工況時，因為無經(jīng)驗借鑒，無法高效設(shè)計，往往需要在壓機(jī)生產(chǎn)出來之后再花大量時間測試改進(jìn)，導(dǎo)致設(shè)計周期長，耗費(fèi)大。

HYPX1500 液壓系統(tǒng)設(shè)計時，采用了先進(jìn)的數(shù)字仿真計算技術(shù)（圖3）。根據(jù)客戶對壓機(jī)速度越來越高的要求，利用數(shù)字仿真技術(shù)，根據(jù)磚坯成型工況，精確計算泵所需排量、蓄能器放置位置、增壓器壓力配比等，提前驗證壓機(jī)的壓制頻率是否滿足客戶要求。一些壓力沖擊和動態(tài)性能，也能通過數(shù)字仿真技術(shù)提前計算出來，大大縮短了開發(fā)周期和費(fèi)用，降低了用戶使用成本和現(xiàn)場調(diào)試成本。

圖3 數(shù)字仿真計算技術(shù)

4 結(jié)語

HYPX1500 型匣缽壓機(jī)是恒力泰針對鋰電匣缽市場推出的機(jī)型，精準(zhǔn)定位于生產(chǎn)主流鋰電匣缽，滿足市場需求。目前，該機(jī)型已經(jīng)順利投產(chǎn)，全面助力鋰電匣缽壓機(jī)的發(fā)展。