Im Produktionsprozess von Lithium-Ionen-Batterien beeinflusst der Beschichtungsprozess als zentrales Element direkt die Leistung und Sicherheit der Batterien. Die Stabilität der Bewegungssteuerungsplattform der Lithiumbatterie-Beschichtungsanlage spielt eine entscheidende Rolle für die Beschichtungsgenauigkeit. Granit und Gusseisen, häufig verwendete Plattformmaterialien, haben aufgrund ihrer unterschiedlichen Dimensionsstabilität viel Aufmerksamkeit erregt. Dieser Artikel analysiert die signifikante Verbesserung der Dimensionsstabilität von Granit im Vergleich zu Gusseisen auf der Bewegungssteuerungsplattform von Lithiumbatterie-Beschichtungsanlagen anhand von Materialeigenschaften, experimentellen Daten und praktischen Anwendungsfällen.
Materialeigenschaften bestimmen die Grundlage der Stabilität
Gusseisen, ein traditioneller Industriewerkstoff, wurde aufgrund seiner hervorragenden Gusseigenschaften und Kostenvorteile einst häufig im Bereich der Bewegungssteuerungsplattformen eingesetzt. Gusseisen weist jedoch inhärente Mängel auf. Die innere Struktur enthält viel Lamellengraphit, was zu inneren Rissen führt und die Gesamtsteifigkeit des Materials verringert. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Gusseisen ist mit etwa 10-12 × 10⁻⁶/℃ relativ hoch. Durch die Wärmestauung, die durch den Langzeitbetrieb der Beschichtung von Lithiumbatterien entsteht, neigt es zu thermischer Verformung. Darüber hinaus entstehen im Inneren von Gusseisen Gussspannungen. Mit der Zeit führt der Spannungsabbau zu irreversiblen Veränderungen der Plattformgröße und beeinträchtigt die Beschichtungsgenauigkeit.
Granit ist ein natürliches Material, das durch geologische Prozesse über Hunderte von Millionen von Jahren entstanden ist. Seine innere Kristallstruktur ist dicht und gleichmäßig, und er weist eine hohe Stabilität auf. Der lineare Ausdehnungskoeffizient von Granit beträgt nur 0,5–8 × 10⁻⁶/℃, also etwa 1/2–1/3 des von Gusseisen. Granit ist zudem äußerst unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen. Gleichzeitig hat Granit eine harte Textur und eine Druckfestigkeit von bis zu 1.050–14.000 Kilogramm pro Quadratzentimeter. Granit widersteht effektiv äußeren Krafteinwirkungen und Vibrationen und bietet so eine solide und stabile Grundlage für die Bewegungssteuerungsplattform. Es ist nahezu eigenspannungsfrei und es kommt nicht zu Dimensionsänderungen durch Spannungsfreisetzung. Dadurch ist die Dimensionsstabilität der Plattform von Natur aus gewährleistet.
Experimentelle Daten bestätigen die Leistungsunterschiede
Um die Unterschiede in der Dimensionsstabilität zwischen Granit und Gusseisen optisch zu vergleichen, führte das Forschungsteam ein spezielles Experiment durch. Zwei Motion-Control-Plattformen der Lithiumbatterie-Beschichtungsanlage mit gleicher Spezifikation wurden ausgewählt – aus Granit bzw. Gusseisen – und unter gleichen Umgebungsbedingungen getestet. Das Experiment simulierte den tatsächlichen Arbeitsablauf der Lithiumbatterie-Beschichtungsanlage. Durch den Dauerbetrieb der Anlage wurden die Größenänderungen der Plattform zu verschiedenen Zeitpunkten überwacht.
Die Versuchsergebnisse zeigen, dass sich die Oberflächentemperatur der Gusseisenplattform nach 24 Stunden Dauerbetrieb aufgrund der durch den Betrieb der Anlage erzeugten Wärme um ca. 15 °C erhöht, was zu einer Vergrößerung der Längsabmessung der Plattform um 0,03 mm führt. Unter denselben Bedingungen ist die Größenabweichung der Granitplattform nahezu vernachlässigbar, und ihre Größenschwankungsbreite liegt unter 0,005 mm. Nach 1000 Stunden Langzeitalterungstests vergrößerte sich der Ebenheitsfehler der Gusseisenplattform aufgrund der Freisetzung innerer Spannungen und der Ansammlung thermischer Verformungen von anfänglich 0,01 mm auf 0,05 mm. Der Ebenheitsfehler der Granitplattform bleibt stets innerhalb von 0,015 mm, was die Dimensionsstabilität deutlich verbessert.
Bemerkenswerte Erfolge in der Praxis
In der Produktion eines großen Lithiumbatterieherstellers kamen früher gusseiserne Bewegungssteuerungsplattformen zum Einsatz. Mit zunehmender Betriebsdauer der Anlage nahm die Beschichtungsgenauigkeit jedoch allmählich ab. Dies führte zu ungleichmäßiger Schichtdicke, mangelhafter Konsistenz der Batterieelektrodenblätter und einer Fehlerquote von bis zu 8 %. Um dieses Problem zu lösen, ersetzte das Unternehmen die Bewegungssteuerungsplattformen einiger Anlagen durch Granitmaterialien.
Nach dem Austausch wurde die Dimensionsstabilität der Anlage deutlich verbessert. Während eines sechsmonatigen Produktionszyklus hielt die Beschichtungsmaschine mit Granitplattform den Schichtdickenfehler stets innerhalb von ±2 μm, und die Fehlerquote sank deutlich auf unter 3 %. Da Granitplattformen weniger häufige Präzisionskalibrierung und Wartung erfordern als Gusseisenplattformen, sparen sie Unternehmen jährlich erhebliche Wartungskosten und Ausfallzeiten und steigern die Produktionseffizienz um mehr als 15 %.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Granit bei der Anwendung als Bewegungssteuerungsplattform für Lithiumbatterie-Beschichtungsmaschinen aufgrund seiner hervorragenden Materialeigenschaften Gusseisen hinsichtlich der Dimensionsstabilität deutlich übertrifft. Ob aus Sicht der Materialbeschaffenheit, experimenteller Daten oder praktischer Anwendungseffekte – Granit bietet eine zuverlässige Garantie für die hochpräzise und stabile Produktion von Lithiumbatterie-Beschichtungsprozessen. Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Produktqualitätsanforderungen in der Lithiumbatterieindustrie werden Bewegungssteuerungsplattformen aus Granit in der Branche zur gängigen Wahl.
Veröffentlichungszeit: 22. Mai 2025