鋰電銅箔溶銅智能加料系統設計

中圖分類號：TF631 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945(2025)14-0129-04

Abstract:Lithiumbaterycopperfoilisanimportantcomponentthataffectstheperformanceof lithiumbaterysystems.In itsproductionprocess，disolvedcopprfeding isakeylink.Thetraditional processusesmanualoperation，whichhas shortcomingssuchashighlaborintensity，lowefciency，andpooreconomicbenefits.Throughthetransformationofthe construction processandthenewdesignofthecranehoistingacessory，thispaperdesignsasetofinteligentchargingsystem forlithiumbaterycopperfoildissolvedcopper，andcarriesoutanexampletransformationandupgrade.Theadvantagesofthis systemare:Intellgentcontrolmakesthefeeding processmorestableandreliable，andreducesinterferencefromhumanfactors. Real-timepersonnelidentificationintheworkareaandsafetyinterlockingwithintellgentsystemsaswellassafetymeasures suchasemergencystopbutons，efectivelyensurethesafetyofoperators.Highlyprecisemeasuringequipmentandoptimized fedingprocessimproveproductioneficiencyandreduceproductioncosts.Theinteligentcontrolsystemcanmonitorthe operatingstatusofcoppermeltingequipmentinrealtime，discoverandhandleabnormalconditionsinatimelymaner，and ensurecontinuityandstabiltyintheproductionprocessThissystemisafedingsystemprocessthatintegratesoperatiosafety andhighefciencyandisofgreatsignificancetoimprovingtheproductionqualityandeficiencyoflithiumbatterycopperfoil.

Keywords: lithium battery copper foil; dissolved copper;intelligent feeding system; crane spreader;design

鋰電池是新能源汽車、消費電子等產業的儲能關鍵支撐，是實現碳達峰碳中和目標的重要基礎技術[1-3]。在鋰電池組中，實現高能量密度的重要組成部件之一是集流體，作為活性材料的載體，發揮著匯集活性材料產生的電流并輸出更大電流的重要作用，是高能量密度鋰電池的關鍵輔材[4-5]。電解銅箔導電性能高、電位適中、質地柔軟、性質穩定和價格低廉，是鋰電池負極集流體的首選[6-8]。

在鋰電銅箔的生成過程中，溶銅加料是一個關鍵環節，其質量和效率直接影響到銅箔的性能和生成成本。傳統的溶銅加料方式全程人工行車操作，存在加料不均勻、效率低下、易引入雜質并威脅作業人員的安全等問題。隨著環保、安全、質量管理要求的日益提高，企業生產過程的綠色化、無人化、智能化成為企業技術升級的新目標。因此，開發一種集智能化、作業安全與高效率于一體的加料系統工藝，對提高鋰電銅箔生產的安全、質量和效率具有重要意義。

1鋰電銅箔溶銅智能加料系統硬件設計

智能化控制系統設計是鋰電銅箔溶銅智能加料系統的關鍵，主要從以下幾個方面展開。

1.1銅卷儲備架的設計與定位

規范來料銅卷的規格、外形尺寸、綁帶要求等，設計銅卷儲備架。儲備架每個銅卷安放位置設計1個光電傳感器，用于監測儲備架上方是否有銅卷，為遠程自動化抓取銅卷提供必要信息數據。通過作業區域目標點位置的預設點和現場工藝相結合。根據現場作業區域的銅卷儲備架位置進行坐標標定，獲取每個儲備架中心坐標 X，Y，Z ，如圖1和圖2所示。

銅卷吊環

銅卷

綁帶 C口口口 □ 0000000000 0000000000 0000000000

1.2 高精度行車系統的設計

行車主要由大車（左右運行）小車（前后運行）吊具3部分組成，大車、小車、吊具控制運行精度在 ±2 cm內，提高了智能化控制精度和作業高效性。行車作業運行過程中的實時位置采集，使用激光測距，在大小車及吊具側都安裝了激光測距儀，實時采集到大車左右向距離 (X) 、小車前后移動距離（Y）吊具高度距離 (Z) 。

改進行車采用歐式起重器結構，大車和小車使用絕對值旋轉編碼器和光電傳感器定位系統，重復定位精度 10mm ，行車和吊具之間除鋼絲繩外，另設計一套可伸縮剛性伸縮筒結構，配備PLC電氣防搖擺控制系統，行車在各工況下可以穩定運行，減少吊具由于加減速慣性帶來的擺動負面效果。

1.3 吊具的設計

吊具采用優質碳素鋼設計拼焊加工，額定承載能力2t，采用單臺電機減速機，雙向運動滾珠絲桿傳動結構，保證傳動效率的前提下，既能減少驅動源數量，簡化電氣控制，也可以達到吊具二側結構同步張開和關閉的設計需求。在吊具上方處設計安裝限位傳感器，除電機自帶的編碼器電氣控制限位外，限位傳感器分別對吊具張開最大位置和關閉最小位置進行二次限位保護。吊具下側面位置設計2個線性運動機構和旋轉刀盤結構，用于銅卷投料前，旋轉刀盤的電機啟動，帶動刀盤快速轉動，線性運動機構將刀盤推移到銅卷綁帶位置，直至綁帶全部剪斷，旋轉刀盤自動回位并停止轉動。吊具底面設計安裝接近傳感器，用于檢測吊具與下方的距離。圖3為行車吊具圖。吊具采用優質碳素鋼設計拼焊加工，額定承載能力2t，采用單臺電機減速機，雙向運動滾珠絲桿傳動結構，保證傳動效率的前提下，既能減少驅動源數量，簡化電氣控制，也可以達到吊具二側結構同步張開和關閉的設計需求，在吊具上方處設計安裝4個行程限位傳感器，除電機自帶的編碼器電氣控制限位外，4個行程限位傳感器分別對吊具張開最大位置和關閉最小位置進行二次限位保護，吊具二側壁各安裝1個接近傳感器，當電機帶動吊具關閉與銅卷到設計距離位置時，傳感器感應到發出信號，PLC接收信號控制電機停止運動，吊具底面位置設計2個線性運動機構和旋轉刀盤結構，用于銅卷投料前，旋轉刀盤的電機啟動，帶動刀盤快速轉動，線性運動機構將刀盤推移到銅卷綁帶位置，直至綁帶全部剪斷，旋轉刀盤自動回位并停止轉動。

行車取料時，通過已標定的銅卷坐標和銅卷儲備架光電傳感器檢測信號，行車根據系統程序自動去已編號并且有銅卷的位置抓取銅卷，先將吊具張開至最大位置，吊裝鋼絲繩和剛性伸縮筒將吊具降至銅卷下方，吊具上電機滾珠絲桿機構控制吊具二側關閉，當吊具二側接近傳感器感應到信號時，同步發出信號，

PLC接受信號控制電機滾珠絲桿停止運動并自鎖，吊具張開位置固定，完成銅卷的自動取料和固定。

行車轉運銅卷時，融銅罐已打開且融銅罐各罐坐標完成標定，行車根據程序自動將銅卷提起轉運到二樓熔煉區需要加裝銅卷的融銅罐正上方，通過吊具上面攝像頭監控圖像，操作員選擇融銅罐內缺料位置需要加料的序號點，通過遠程操作平臺點擊需要投料的具體位置，行車自動將銅卷移動至最終投料點坐標上方，即完成銅卷轉運。

吊具剪綁帶時，旋轉刀盤電機自動啟動，帶動刀盤快速轉動，線性運動機構將刀盤推移到銅卷綁帶位置，直至綁帶全部剪斷，旋轉刀盤自動回位并停止轉動，接著電機滾珠絲桿啟動，吊具張開，銅卷在重力的作用下完成投料。

通過對罐蓋和重型緊固螺絲壓緊結構優化設計，結合行車吊具定制化的結構，在罐蓋上方設計吊裝工作圓盤，增加立筋結構，調高圓盤吊裝位置高度，方便吊具自動抓取罐蓋。同時罐蓋下表面設計6組導向斜面結構，增加焊接工藝圓盤，保證每組罐蓋結構改造的尺寸統一性。

另外，移除原重型緊固螺絲壓緊結構，在融銅罐上增加6組快速強力抱夾鉗機構，抱夾鉗由優質碳素鋼設計加工，使用省力杠桿原理，抱夾鉗二側設計行程和壓力可調節壓簧，安裝測試時，通過調節擰緊螺母位置，即可改變抱夾鉗的壓緊力，每組抱夾鉗可承載 100～200kg 壓緊力。抱夾鉗上方設計錐形導向面，當吊具對罐蓋進行封蓋時，起到罐蓋徑向輔助導向定位功能。

行車抓取罐蓋時，已完成各個罐蓋坐標標定和手動吊裝測試，根據系統自動化程序，行車吊具自動運動到需要抓取罐蓋的正上方，小車卷筒電機轉動，吊裝鋼絲繩和剛性伸縮筒下放到可抓取罐蓋的位置坐標點，吊具的電機滾珠絲桿推動吊具關閉至罐蓋吊裝工作圓盤圓周側面，即可完成對罐蓋的抓取，

當吊具提升時，吊具底面結構拉動罐蓋上移，行車的大小車運動帶動原罐蓋轉運，當吊具移動至旁邊罐蓋正上方坐標位置時，吊具下降，原罐蓋下表面6組導向斜面結構與另外一個罐蓋吊裝工作圓盤導向定位和固定，完成罐蓋的疊加。此時原罐蓋的融銅罐已經打開，吊具自動取料銅卷投放，當投放結束時，吊具到原罐蓋疊加位置抓取原罐蓋移動至原融銅罐上方，吊具自動下降，原罐蓋通過原融銅罐6組快速強力抱夾鉗的錐形導向面結構導向定位，在重力作用下滑落到融銅罐安裝槽內，完成封蓋流程，最后使用快速強力抱夾鉗手柄壓桿迅速將罐蓋與融銅罐壓緊固定。

2鋰電銅箔溶銅智能加料系統優點

2.1 智能化

圖4為自動化控制系統的操作平臺，主要由遠程操作臺、自動化控制系統、數據存儲服務器和視頻監控系統幾部分組成。

采用高速精準的計量設備，減少加料過程中的等待時間，提高生產效率。

優化加料流程，減少不必要的操作環節，降低生產成本。

通過數據分析和預測，提前規劃生產計劃和物料需求，確保生產過程的連續性和穩定性。

2.2 作業安全

采用遠程自動控制的方式向溶銅罐加料，避免加料過程中銅線崩開傷人，減少環境污染和降低作業人員的健康風險。

配備緊急停機按鈕和報警系統，確保在緊急情況下能夠迅速切斷電源，保障作業人員的人身安全。

增加人員識別系統，在整個作業區，行車作業過程中實時監測，如果人員闖入的情況下，自動化控制系統自動暫停流程并提示告知作業人員。

3結論

本文設計了一套鋰電銅箔溶銅智能加料系統，并進行了實例改造升級。通過對施工工藝改造和行車吊具新設計，將勞動強度大、效率低、經濟效益不佳的傳統工藝流程升級成集智能化、作業安全與高效率于一體的加料系統工藝，對提高鋰電銅箔的生產質量和效

率具有重要意義。

該系統的優點有： ① 智能化控制使得加料過程更加穩定、可靠，減少了人為因素的干擾。 ② 作業區域實時人員識別與智能化系統進行安全聯鎖，以及緊急停機按鈕等安全措施有效保障了作業人員的安全。 ③ 高精準的測量設備和優化的加料流程提高了生產效率、降低了生產成本。 ④ 智能化控制系統能夠實時監測溶銅設備的運行狀態，及時發現并處理異常情況，確保了生產過程中的連續性和穩定性。

參考文獻：

[1]楊蕾，朱茂蘭，翁威，等.鋰電池用電解銅箔性能調控研究進 展[J].材料導報，2024，38(10)：113-121.

[2]KE C，SHAO R，ZHANG Y，et al. Synergistic engineeringof heterointerface and architecture in new-type ZnS/Sn heterostructures in situ encapsulated in nitrogen-doped carbontoward high-efficient lithium- ionstorage[J].Advanced

（上接128頁）

坡穩定性提高，坡體最大變形及塑性應變區域整體上移。

2)邊坡穩定性安全系數隨著坡率的增加逐漸增大，坡率為1:0.8、1:0.9、1:1.0的邊坡相較于1:0.75時坡腳總functionalmaterials，2022，32(38).

[3] WANG Z S，XING BL，ZENG H H，et al. Space-con-finedcarbonizationstrategyforsynthesisofcarbonnanosheets from glucose and coal tar pitch for high-perfor-mance lithium -ion batteries [J].Applied Surface Science，2021，547.

[4]王臣，袁美蓉，馬茵婷.集流體在鋰電池中的研究進展和應用[J].化工管理，2023(36):151-155.

[5]唐致遠，賀艷兵，劉元剛，等.負極集流體銅箔對鋰離子電池的影響[J].腐蝕科學與防護技術，2007，19(4)：265-268.

[6] TANG Z Y，HE Y B，LIU Y G，et al.Effects of copperfoil as cathode current collector on performance of li-ionbatteries [J].Corrosion Science and Protection Technology，2007，19(4):265-268.

[7]陳守東，查辰宇，盧日環.金屬極薄帶在鋰離子電池中的應用與研究進展[J].材料導報，2023，37(23)：121-126.

[8]熊明華，馮連朋，李華清.電池集流體材料的研發與應用[J].化工新型材料，2023，51(S1):241-247.

位移分別減小了 4.5%，45.5%，63.6% 0

3)隨著土體強度衰減程度的增加，邊坡穩定性呈線性降低；土體強度衰減系數分別 95% 90%時邊坡變形總位移相較于未衰減時分別增加 68.2% 和 227.3% 。

參考文獻：

[1]趙尚毅，鄭穎人，時衛民，等.用有限元強度折減法求邊坡穩定安全系數[J].巖土工程學報，2002(3)：343-346.

[2]曾亞武，田偉明.邊坡穩定性分析的有限元法與極限平衡法的結合[J].巖石力學與工程學報，2005(S2)：5355-5359.

[3]馬建勛，賴志生，蔡慶娥，等.基于強度折減法的邊坡穩定性三維有限元分析[J].巖石力學與工程學報，2004(16)：2690-2693.

[4]孫宏磊，呂江，趙暉，等.干濕循環對高填方路堤邊坡穩定性影響研究[J].浙江工業大學學報，2021，49(1):66-71.

[5]袁志輝，倪萬魁，唐春，等.干濕循環下黃土強度衰減與結構強度試驗研究[J].巖土力學，2017，38(7)：1894-1902，1942.

[6]許健，李誠鈺，王掌權，等.原狀黃土凍融過程抗剪強度劣化機理試驗分析[J.土木建筑與環境工程，2016，38(5)：90-98

[7]姜恒超.基于FLAC3D路基邊坡安全系數影響因素分析[J].鐵道科學與工程學報，2017，14(11)：2358-2362.

[8]徐宏，夏瓊，王旭.邊坡安全系數影響因素敏感性分析[J].鐵道建筑，2021，61(8):98-101.