I. Was ist eine Knopfzellen-Crimpzange?
ACrimpzange für Knopfzellen ist ein sEin Spezialgerät, das durch mechanischen Druck die äußere Hülle (Hülle des positiven Elektrodenpols) einer Knopfzelle fest gegen die Dichtungsstruktur (Deckel des negativen Elektrodenpols, Dichtungsring) presst, um die Batterie abzudichten. Das Funktionsprinzip basiert auf der Technologie der plastischen Verformungsversiegelung: Durch gleichmäßigen Druck auf den Rand der Batteriehülle mittels einer Form entsteht eine Presspassung zwischen Hülle und Dichtungsring. Dadurch wird der Auslaufkanal des Elektrolyten blockiert, ohne dass ein zu starker Druck entsteht, der die innere Elektrodenstruktur beschädigen könnte.
Je nach Anwendungsszenario und Automatisierungsgrad werden Knopfzellen-Crimpmaschinen hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt:
Manuelle CrimpmaschinenDiese Geräte sind kompakt und erzeugen Druck durch manuelles Drehen eines Griffs oder Betätigen eines Hebels, typischerweise im Bereich von 0–5 kN. Sie eignen sich für die Probenvorbereitung in kleinen Chargen im Labor, beispielsweise für die Montage von Knopfzellen in der Materialforschung und -entwicklung.
Halbautomatische Kantenpresse: Ausgestattet mit einem elektrischen oder pneumatischen Antriebssystem, lässt sich der Druck über ein digitales Bedienfeld mit einer Genauigkeit von ±0,1 kN einstellen. Sie unterstützt den kontinuierlichen Einzelstationsbetrieb mit einer Kantenpressleistung von 10–30 Stück pro Stunde und eignet sich für Pilotanlagen oder Kleinserienfertigung.
Vollautomatische Crimpmaschine: Sie integriert den gesamten Prozess von Zuführung, Positionierung, Crimpen und Qualitätskontrolle in ein vollautomatisches System und ist mit einem optischen Positioniersystem ausgestattet, das eine Genauigkeit von ±0,01 mm erreicht. Dank der Druckregelung im geschlossenen Regelkreis produziert sie 100–500 Zellen pro Stunde. Sie findet breite Anwendung in der Großserienfertigung von Knopfzellen für Unterhaltungselektronik und Medizintechnik.
II. Kernfunktionen der Crimpmaschine für Knopfzellen
Die einzigartige Struktur von Knopfzellen (geringe Größe und hohe Dichtigkeitsanforderungen) bedingt die entscheidende Rolle der Crimpmaschine, die während des gesamten Zyklus von Sicherheit, Leistung und Lebensdauer der Batterie eine wichtige Rolle spielt. Dies lässt sich insbesondere in drei Kernbereiche unterteilen:
1. Gewährleistung der Dichtigkeit und Beseitigung des Risikos eines Elektrolytaustritts.
Elektrolytverlust ist die Hauptursache für den Ausfall von Knopfzellen. Die Crimpmaschine gewährleistet eine zuverlässige Dichtungsbarriere durch präzise Steuerung der drei Parameter Druck, Crimptiefe und Crimpgeschwindigkeit.
Physikalische Abdichtung: Die Crimpmatrize biegt den Rand des Außengehäuses nach innen und komprimiert die Dichtung (üblicherweise aus PP, PE oder Fluorkautschuk) fest zwischen dem positiven Gehäuse und dem negativen Deckel. Dadurch entsteht eine dreifache Abdichtungsstruktur aus Metall, Gummi und Metall, wobei die Leckrate unter 0,1 % gehalten wird.
Chemischer Schutz: Einige hochwertige Crimpmaschinen sind mit einer Druckrückkopplungs-Anpassungsfunktion ausgestattet. Bei kleineren Defekten der Dichtung gleicht das Gerät den Druck automatisch aus, um einen lokalen Druckabfall zu verhindern, der zum Kontakt von Elektrolyt mit Luft führt und die Selbstentladung der Batterie auf unter 2 % pro Monat reduziert.
2. Stabilisierung der Elektrodenstruktur und Verbesserung der elektrochemischen Leistung der Batterie
Die Elektroden (positive Elektrode, negative Elektrode und Separator) von Knopfzellenbatterien sind schichtweise angeordnet. Die Gleichmäßigkeit des Drucks beim Kantenpressen beeinflusst direkt den Kontaktwiderstand der Elektroden und die Effizienz der Ionenleitung.
Kontaktwiderstand kontrollieren: Eine hochwertige Kantenpressmaschine mit einer Druckgleichmäßigkeit von unter 5 % gewährleistet einen dichten Kontakt der Elektroden mit den Stromkollektoren und vermeidet so einen erhöhten Kontaktwiderstand durch lokale Spalten. Typischerweise lässt sich der Kontaktwiderstand unter 50 mΩ stabilisieren. Dadurch wird die Polarisation beim Laden und Entladen reduziert und die Leistungsfähigkeit der Batterie verbessert. Beispielsweise kann die Kapazitätserhaltung bei 1C von 85 % auf 95 % gesteigert werden.
Schutz der Integrität des Separators: Die Soft-Start-Funktion der Kantenpressmaschine verhindert, dass übermäßiger, kurzzeitiger Druck zum Bruch des Separators führt (der Separator ist in der Regel nur 10-20 μm dick). Dadurch wird ein direkter Kontakt zwischen den positiven und negativen Elektroden und die Entstehung von Kurzschlüssen verhindert, wodurch die Zyklenlebensdauer der Batterie verlängert wird.
3. Anpassung an verschiedene Spezifikationen und Erfüllung vielfältiger Anwendungsszenarien
Knopfzellenbatterien in verschiedenen Anwendungsbereichen (z. B. 3-V-Lithium-Mangan-Batterie CR2032, Lithium-Iodid-Batterien für medizinische Zwecke) weisen erhebliche Größenunterschiede auf (Durchmesser: 6–20 mm, Dicke: 1–5 mm). Die Crimpmaschine muss daher flexibel anpassbar sein.
Formkompatibilität: Unterstützt schnellen Formwechsel in weniger als 5 Minuten und ist für Knopfzellengehäuse unterschiedlicher Durchmesser und Stärken geeignet. Einige Geräte sind auch mit kundenspezifischen Formen kompatibel, beispielsweise mit Spezialformen für unregelmäßig geformte Knopfzellen.
Parametereinstellbarkeit: Der Verpressdruck (0-20 kN), die Verpresstiefe (0-2 mm) und die Verpressgeschwindigkeit (5-50 mm/min) können über ein digitales Steuerungssystem angepasst werden, um den Verpressanforderungen von Gehäusen aus unterschiedlichen Materialien (z. B. Aluminiumgehäuse, Edelstahlgehäuse) gerecht zu werden und eine Gehäuseverformung zu vermeiden. Die Verformung wird auf unter 0,05 mm begrenzt.
III. Wie wählt man eine Crimpzange für Knopfzellen aus?
Bei der Auswahl einer Knopfzellencrimpzange ist eine umfassende Beurteilung anhand der Anwendungsszenarien (Labor/Pilotproduktion/Serienproduktion), der Batteriespezifikationen, der Leistungsanforderungen und weiterer Faktoren erforderlich. Im Folgenden werden die Auswahlkriterien anhand von fünf Kerndimensionen erläutert und konkrete Empfehlungen für verschiedene Anwendungsszenarien gegeben:
1. Kernauswahlkriterien: Umfassende Bewertung von der Leistung bis zu den Kosten
Hinsichtlich der Genauigkeit der Druckregelung sind Druckbereich, Gleichmäßigkeit und Wiederholgenauigkeit entscheidende Indikatoren. Hochwertige Geräte weisen typischerweise einen Druckbereich von 0–20 kN, eine Gleichmäßigkeit von unter 5 % und eine Wiederholgenauigkeit von ±1 % auf. Im Laborumfeld sollten Geräte mit hoher Präzision (±0,1 kN) bevorzugt werden, während in der Serienproduktion ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Präzision und Effizienz gefunden werden muss.
Bei Formsystemen sind Formmaterial und Austauschbarkeit entscheidende Kriterien. Hochwertige Formen bestehen häufig aus Hartlegierungen mit einer Verschleißfestigkeit von über 5000 Zyklen pro Satz und einer Austauschzeit von unter 5 Minuten. Achten Sie beim Kauf darauf, dass die Form mit den Spezifikationen der Zielbatterie kompatibel ist.
2. Szenenspezifische Auswahlempfehlungen: Präzise Bedarfsabstimmung zur Vermeidung von Ressourcenverschwendung
Szenario für Laborforschung und -entwicklung (monatliche Produktionsmenge < 1000 Stück):
Die Kernanforderungen sind Kleinserienfertigung, Kompatibilität mit verschiedenen Spezifikationen und hochpräzises Verpressen. Es wird empfohlen, manuelle oder halbautomatische Verpressmaschinen zu wählen, wobei besonderer Wert auf die Druckgenauigkeit (bis zu ±0,1 kN) und die Kompatibilität mit den Formen gelegt werden sollte.
Szenario für eine Pilotlinie (monatliche Produktionsmenge 10.000 - 100.000 Stück):
Die wichtigste Anforderung ist die Balance zwischen Produktionseffizienz und Anlagenflexibilität. Es wird empfohlen, halbautomatische Crimpmaschinen zu wählen, die mit einem elektrischen Antriebssystem (Kapazität von 20–30 Stück pro Stunde) und einer Druckrückkopplungs-Regelfunktion ausgestattet sein sollten.
Szenario für eine groß angelegte Produktion (monatliche Produktionsmenge ca. 100.000 Stück):
Die wichtigsten Anforderungen sind hohe Kapazität, hohe Stabilität und Vollautomatisierung. Es wird empfohlen, vollautomatische Crimpmaschinen zu wählen, die über ein optisches Positioniersystem (Genauigkeit ±0,01 mm), eine Online-Leckageerkennung (Erkennungseffizienz 100 %) und eine MES-Systemintegrationsfunktion verfügen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Auswahl von Crimpmaschinen für Knopfzellen dem Prinzip der Bedarfsorientierung, der maximalen Leistungsfähigkeit und des angemessenen Kosten-Nutzen-Verhältnisses folgen sollte. Ob in der Laborforschung oder der Serienproduktion – nur durch die präzise Abstimmung der Geräteleistung auf die tatsächlichen Anforderungen kann die Qualität der Knopfzellenbatterien gewährleistet und gleichzeitig ein optimales Verhältnis zwischen Effizienz und Kosten erzielt werden.
