Litiumioniakkujen tuotantoprosessissa pinnoitusprosessi on keskeinen osa akkujen suorituskykyä ja turvallisuutta. Litiumakkujen pinnoituskoneen liikkeenohjausalustan vakaus on ratkaiseva tekijä pinnoitteen tarkkuudessa. Graniitti ja valurauta yleisesti käytettyinä alustamateriaaleina ovat niiden mittapysyvyyden eroavaisuudet, jotka ovat herättäneet paljon huomiota. Tässä artikkelissa analysoidaan perusteellisesti graniitin mittapysyvyyden merkittävää parannusta valurautaan verrattuna litium-akkujen pinnoituskoneiden liikkeenohjausalustalla materiaalien ominaisuuksien, kokeellisten tietojen ja käytännön sovellustapausten avulla.
Materiaaliominaisuudet määräävät vakauden perustan
Valurautaa perinteisenä teollisuusmateriaalina käytettiin aikoinaan laajalti liikkeenohjausalustojen alalla sen erinomaisen valukyvyn ja kustannusetujen ansiosta. Valurautamateriaaleilla on kuitenkin luontaisia puutteita. Sen sisäinen rakenne sisältää suuren määrän grafiittihiutaleita, jotka vastaavat sisäisiä halkeamia ja vähentävät materiaalin kokonaisjäykkyyttä. Samaan aikaan valuraudan lämpölaajenemiskerroin on suhteellisen korkea, noin 10-12 × 10⁻⁶/℃. Litiumparistojen pinnoitteen pitkäaikaisen käytön aikana syntyvän lämmön kertyessä se on altis lämpömuodonmuutokselle. Lisäksi valuraudan sisällä on valujännitystä. Ajan myötä jännityksen vapautuminen aiheuttaa peruuttamattomia muutoksia alustan kokoon, mikä vaikuttaa pinnoitteen tarkkuuteen.
Graniitti on luonnonmateriaali, joka on muodostunut geologisten prosessien kautta satojen miljoonien vuosien aikana. Sen sisäinen kiderakenne on tiheä ja tasainen, ja sillä on luonnostaan korkea stabiilius. Graniitin lineaarinen laajenemiskerroin on vain 0,5–8 × 10⁻⁶/℃, mikä on 1/2–1/3 valuraudan vastaavasta, ja se on erittäin epäherkkä lämpötilan muutoksille. Graniitti on puolestaan kovarakenteinen, ja sen puristuslujuus on jopa 1 050–14 000 kilogrammaa neliösenttimetriä kohden. Se kestää tehokkaasti ulkoisia voimia ja tärinää, mikä tarjoaa vankan ja vakaan perustan liikkeenohjausalustalle. Sen sisällä ei ole juurikaan jäännösjännitystä, eikä se aiheuta mittamuutoksia jännityksen vapautumisen vuoksi, mikä varmistaa alustan mittapysyvyyden materiaalin ytimestä käsin.
Kokeelliset tiedot vahvistavat suorituskykyerot
Tutkimusryhmä suoritti erityisen kokeen vertaillakseen visuaalisesti graniitin ja valuraudan mittapysyvyyseroja. Valittiin kaksi saman spesifikaation mukaista litium-akkujen pinnoituskoneen liikkeenohjausalustaa, jotka oli valmistettu graniitista ja valuraudasta, ja testattiin niitä samoissa ympäristöolosuhteissa. Koe simuloi litium-akkujen pinnoituskoneen todellista toimintatilannetta. Laitetta käytettäessä jatkuvasti seurattiin alustan koon muutoksia eri ajankohtina.
Kokeelliset tulokset osoittavat, että 24 tunnin jatkuvan käytön jälkeen laitteen toiminnan tuottaman lämmön vuoksi valurautamateriaalialustan pintalämpötila nousi noin 15 ℃, mikä johti alustan pituussuuntaisen mittaan 0,03 mm:n kasvuun. Samoissa olosuhteissa graniittialustan koon vaihtelu on lähes olematonta ja sen koon vaihtelualue on alle 0,005 mm. 1000 tunnin pitkäaikaisten vanhenemistestien jälkeen valurautaalustan tasaisuusvirhe kasvoi alkuperäisestä 0,01 mm:stä 0,05 mm:iin sisäisen jännityksen vapautumisen ja lämpömuodonmuutoksen kertymisen vuoksi. Graniittialustan tasaisuusvirhe pysyy aina 0,015 mm:n sisällä, ja mittapysyvyyden etu on ilmeinen.
Merkittäviä saavutuksia käytännön sovelluksissa
Suuren litium-akkuja valmistavan yrityksen varsinaisessa tuotannossa käytettiin aikoinaan valurautaisia liikkeenohjausalustoja. Laitteiden käyttöajan kasvaessa pinnoitteen tarkkuus heikkeni vähitellen, mikä johti epätasaiseen pinnoitteen paksuuteen, akkuelektrodilevyjen huonoon koostumukseen ja jopa 8 %:n viallisten tuotteiden määrään. Tämän ongelman ratkaisemiseksi yritys korvasi joidenkin laitteiden liikkeenohjausalustat graniittimateriaaleilla.
Vaihdon jälkeen laitteiston mittapysyvyys on parantunut merkittävästi. Kuuden kuukauden tuotantosyklin aikana graniittialustaa käyttävä pinnoituskone piti pinnoitteen paksuusvirheen aina ±2 μm:n sisällä, ja viallisten tuotteiden määrä laski merkittävästi alle 3 prosenttiin. Samaan aikaan, koska graniittialustat eivät vaadi yhtä usein tapahtuvaa tarkkuuskalibrointia ja huoltoa kuin valurautaiset alustat, ne säästävät yrityksille merkittävästi laitteiden ylläpitokustannuksia ja seisokkiaikoja vuosittain ja lisäävät tuotannon tehokkuutta yli 15 prosenttia.
Yhteenvetona voidaan todeta, että litium-akkujen pinnoituskoneiden liikkeenohjausalustojen sovelluksissa graniitti erinomaisten materiaaliominaisuuksiensa ansiosta on mittapysyvyydeltään merkittävästi parempi kuin valurauta. Olipa kyseessä sitten materiaalin luonne, kokeelliset tiedot tai käytännön sovellusvaikutukset, graniitti tarjoaa luotettavan takuun litium-akkujen pinnoitusprosessien tarkkuudelle ja vakaalle tuotannolle. Litium-akkuteollisuuden tuotelaatuvaatimusten jatkuvan parantamisen myötä graniitista valmistetuista liikkeenohjausalustoista on tulossa alan valtavirtavalinta.
Julkaisun aika: 22.5.2025