Innovative Anwendung von Schneid- und Aufwickelmaschinen im Bereich neuer Energiematerialien: Stärkung des „unsichtbaren Handwerkers“ der Präzisionsfertigung

Mit dem Wandel der globalen Energiestruktur hin zu sauberer und kohlenstoffarmer Energie entwickelt sich die neue Energiewirtschaft in beispiellosem Tempo. Schlüsselbereiche wie Lithium-Ionen-Batterien, Wasserstoff-Brennstoffzellen und Photovoltaikmodule stellen extrem hohe Anforderungen an die präzise Materialverarbeitung. In diesem Kontext avancieren Schneid- und Aufwickelmaschinen, die traditionell in der Papier-, Film- und anderen Industrien weit verbreitet sind, durch technologische Innovation und intelligente Transformation stillschweigend zu unverzichtbaren „unsichtbaren Handwerkern“ in der Herstellung neuer Energiematerialien.

Von Tradition zu Innovation: Technologische Modernisierungen erfüllen anspruchsvolle Anforderungen

Herkömmliche Schneid- und Aufwickelmaschinen realisieren hauptsächlich die Funktionen des Längsschneidens, Aufwickelns und Wickelns von Materialien. Im Bereich der neuen Energien geht es jedoch nicht mehr um gewöhnliches Papier oder Kunststofffolien, sondern um extrem dünne, spröde oder funktionelle Materialien mit speziellen Beschichtungen, wie zum Beispiel:

• Batterieseparator (bis zu 5 Mikrometer dick)

• Elektrodenstromkollektor (Kupferfolie, Aluminiumfolie, Dicke 6-12 Mikrometer)

• Photovoltaische Rückseitenfolie (mehrschichtige Verbundstruktur)

• Brennstoffzellen-Protonenaustauschmembran (feuchtigkeitsempfindlich)

Diese Materialien stellen extrem hohe Anforderungen an Schnittqualität, Spannungsregelung, Sauberkeit und Effizienz. Aus diesem Grund wurden bei der neuen Generation von Schneid- und Aufwickelmaschinen in mehreren Bereichen bahnbrechende Innovationen erzielt:

1. Hochpräzises Spannungsregelungs- und Korrektursystem

Durch den Einsatz einer mehrstufigen, unabhängigen Spannungsregelung im geschlossenen Regelkreis und einer hochpräzisen visuellen Korrekturtechnologie wird sichergestellt, dass die Spannungsschwankungen beim Schneiden von ultradünnen und knittrigen Materialien innerhalb von ±0,5 % gehalten werden. Dadurch werden Materialdehnung, Faltenbildung oder Brüche aufgrund ungleichmäßiger Spannung vermieden und die Wickelqualität und -ausbeute erheblich verbessert.

2. Laser- und Ultraschall-Schneidtechnologie

Als Antwort auf das Problem der Grate, des Staubs und der Wärmeeinflusszonen beim herkömmlichen Schneiden mit Klingen bietet die Laserschneidtechnologie eine berührungslose und hochpräzise Kaltbearbeitung, die sich besonders für spröde Beschichtungsmaterialien und ultradünne Metallfolien eignet. Ultraschallschneiden ermöglicht durch hochfrequente Vibrationen einen sauberen Schnitt und reduziert die Staubbelastung deutlich, was für die Herstellung von Batterieelektroden mit extrem hohen Reinheitsanforderungen entscheidend ist.

3. Intelligente Fehlererkennung und Big-Data-Analyse

Integrierte Online-Inspektionssysteme (wie CCD-Kameras und Infrarotscanner) überwachen Oberflächenfehler wie Poren, Kratzer und ungleichmäßige Beschichtungen in Echtzeit und verknüpfen diese mit Produktionsdaten. Mithilfe von Algorithmen des maschinellen Lernens kann das System Werkzeugverschleiß und Anlagenanomalien vorhersagen und so den Wandel von der Fehlererkennung zur Fehlerprävention vollziehen.

4. Vollständig geschlossenes Reinraum-Anpassungsdesign

Für Materialien, die gegenüber Staub „null Toleranz“ aufweisen, wie beispielsweise Batterieseparatoren, verwendet die neue Gerätegeneration eine vollständig abgedichtete Struktur, ein lokales Mikro-Überdruckdesign und ist mit einem ionischen Luftreinigungsgerät ausgestattet. Sie kann direkt in einem Reinraum der Klasse 10.000 oder sogar 1.000 installiert werden, um eine Sekundärverschmutzung zu vermeiden.

Innovative Anwendungsszenarien: Förderung der neuen Energieerzeugung zur Verbesserung von Qualität und Effizienz

In der Wertschöpfungskette der Lithiumbatterieindustrie ist die Schneid- und Wickelmaschine die Kernanlage für die Elektrodenherstellung (nach der Beschichtung) und die Separatorproduktion. Beispielsweise ermöglicht der innovative Einsatz von Technologien wie „intermittierendes Wickeln“ und „Online-Massensortierung“ beim Schneiden und Beschichten von Elektroden die automatische Entfernung defekter Teile ohne Maschinenstopp und die zerstörungsfreie Verbindung einwandfreier Produkte. Dadurch wird die Produktionseffizienz um bis zu 30 % gesteigert. Bei der Membran werden Technologien wie „Mikrospannung“ und „Kantenverstärkungswicklung“ eingesetzt, um das durch die ungleichmäßige Schrumpfung der nassen Membran verursachte Aufrollen effektiv zu verhindern.

Im Bereich der Photovoltaik wird beim Schneiden von Photovoltaik-Rückseitenfolien (wie TPT- und KPK-Strukturen) das durch unterschiedliche Elastizitätsmodule der einzelnen Schichten verursachte relative Verrutschen durch synchrones Schneiden und Spannungsregelung von Mehrschichtmaterialien vermieden und die Integrität der Verbundstruktur sichergestellt. Gleichzeitig wurde für die immer beliebter werdenden flexiblen Photovoltaikmodule ein Schneidverfahren für ultradünne Polymersubstrate mit einer minimalen Schnittbreite von bis zu 0,5 mm entwickelt, das die Herstellung von Mikro-Photovoltaik-Arrays ermöglicht.

Im Bereich der Wasserstoffbrennstoffzellen reagieren Protonenaustauschmembranen (PEMs) äußerst empfindlich auf Feuchtigkeit und Temperatur. Die spezielle Schneid- und Aufwickelmaschine führt alle Arbeitsschritte in einer Klimakammer mit konstanter Temperatur und Luftfeuchtigkeit durch und nutzt berührungslose Übertragungs- und Antistatiktechnologie, um die chemische Stabilität und physikalische Integrität des Membran-Elektrodenkernmaterials während des Schneidprozesses zu gewährleisten.

Zukunftstrend: Intelligenz und integrierte Integration

Zukünftig wird sich die Innovation von Schneid- und Aufwickelmaschinen stärker auf „intelligente Fertigung“ und „Produktionslinienintegration“ konzentrieren:

• Digitaler Zwilling und adaptive Steuerung:Durch den Aufbau eines digitalen Zwillingsmodells der Anlage werden die Schneidparameter in Echtzeit simuliert und optimiert, und die Prozessparameter werden bei unterschiedlichen Materialzusammensetzungen automatisch angepasst.

• Tiefe Integration mit den Front- und Back-Prozessen:Die Schneid- und Aufwickelmaschine wird nicht länger eine eigenständige Einheit sein, sondern nahtlos mit Beschichtungs-, Stanz-, Laminier- und anderen Prozessen verbunden und bildet so eine durchgängige Produktionslinie. Beispielsweise kann in der Batterieherstellung eine direkte Verbindung vom Polschneiden zur Zelllaminierung realisiert werden, um Transportwege und Beschädigungen zu reduzieren.

• Umweltfreundliches und energiesparendes Design:Einführung eines Energierückgewinnungssystems zur Rückführung von Bremsenergie in das Stromnetz; Entwicklung eines sauberen Schneidverfahrens, das wasserlos und frei von chemischen Lösungsmitteln ist und dadurch den gesamten CO2-Fußabdruck reduziert.

• Zukunftsweisende Gestaltung neuer Materialien:Mit zunehmender Reife neuer Technologien wie Festkörperbatterien und Perowskit-Photovoltaik entwickeln Gerätehersteller bereits jetzt hochpräzise Schneidlösungen, die sich für spröde, dünnere oder flexible, dehnbare neue Materialien eignen.

Epilog

Auf dem Weg zu High-End- und Präzisionsfertigung in der neuen Energietechnik hat sich die Schneid- und Wickelmaschine von einem einfachen Schneidwerkzeug zu einer Schlüsselkomponente entwickelt, die Präzisionstechnik, intelligente Steuerung und Online-Tests integriert. Ihre kontinuierliche Innovation verbessert nicht nur direkt die Materialausnutzung, die Produktionseffizienz und die Produktkonsistenz, sondern legt auch den Grundstein für die Leistungssteigerung und Kostensenkung nachgelagerter Zellen und Photovoltaikmodule. Ein Branchenexperte formulierte es so: „Im Bereich der neuen Energien kann jedes Mikrometer Präzision eine prozentuale Steigerung der Energiedichte bedeuten. Die Schneid- und Wickelmaschine, ein oft übersehener ‚unsichtbarer Handwerker‘, prägt mit ihren sich stetig weiterentwickelnden Fähigkeiten das Bild der neuen Energieära.“