CN101071883A - 电池电芯卷绕方法及采用该方法的电池电芯卷绕机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池电芯卷绕方法，在该方法中，正极片和负极片从卷针的两侧卷绕到卷针上。本发明还提供采用这种电池电芯卷绕方法的电池电芯卷绕机，该卷绕机包括与卷针的转动中心线相对固定、分别用于承载正负极片的第一极片组件和第二极片组件，第一极片组件和第二极片组件分别位于卷针的两侧。该电池电芯卷绕方法及电池电芯卷绕机改变了现有技术卷绕法卷绕时正极片和负极片位于卷针同侧、相互之间上下重叠的位置关系，克服了正、负极片之间的空间较为狭小的不足，提供了实现正负极片自动上料和离子交换膜自动牵引的可能性，避免人手与离子交换膜和正负极片的过多直接接触，有利于提高电芯卷绕质量，提高生产效率。

Description

电池电芯卷绕方法及采用该方法的电池电芯卷绕机

技术领域

本发明涉及一种电池电芯卷绕技术，尤其是一种有利于提高卷绕过程自动化程度的电池电芯卷绕方法及采用该方法的电池电芯卷绕机。

背景技术

将正负极片和离子交换膜卷绕成电池电芯是电池生产过程中的重要工序之一。现有技术中多采用折叠式卷绕法，图1是实施这种折叠式卷绕法的卷绕机，该卷绕机包括定位滚轮1、卷针2、第一托板3、第二托板4、第三托板5、夹钳6和卷盘7，主要工作过程如下：

1、手动将卷盘7上的离子交换膜a从第一托板3和第二托板4之间拉出、再经过卷针2的上方拉至定位滚轮1上；

2、装夹卷针2的压板，离子交换膜a的相应部位被夹持在卷针2上；

3、手动在第一托板3上摆放负极片b(离子交换膜a位于负极片b的下方)；

4、手动将离子交换膜a在步骤1中被拉至定位滚轮1上的一端从第二托板4和第三托板5之间穿过，拉至夹钳6位置处并将其夹持在夹钳6上；

5、手动在第三托板5上表面摆放正极片c；

6、启动与卷针2连动的卷绕电机开始卷绕；

7、卷绕结束后手动剪断离子交换膜a，取出卷好的电池电芯。

在卷绕过程中，位于卷针同侧的正极片、负极片及离子交换膜是上下重叠关系(相应地，这种卷绕方法也被称之为折叠式卷绕法)，卷绕时必须将离子交换膜先后从第一托板3和第二托板4之间、第二托板4和第三托板5之间穿过，而第一托板3和第二托板4之间、第二托板4和第三托板5之间的空间较为狭小(如果第一托板3、第二托板4和第三托板5相互之间的距离太大将使卷绕过程难以顺利实施)，亦即正、负极片之间的空间较为狭小，要实现离子交换膜的自动牵引和正负极片的自动上料难度是非常大的。因此，实际生产过程中都是手动牵引离子交换膜、手动摆放正负极片。另外，大量的手动操作动作必然导致人手与离子交换膜和正负极片的过多直接接触，这将对离子交换膜和正负极片的精确定位及电池质量造成不利影响，也使生产效率降低。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是提供一种有利于提高卷绕过程自动化程度的电池电芯卷绕方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电池电芯卷绕方法，该方法通过卷针转动将正极片和负极片卷绕到卷针上而制得电芯；在卷针转动的过程中，使正极片和负极片从卷针的两侧卷绕到卷针上。

在本发明电池电芯卷绕方法中，卷针转动时正极片和负极片从卷针的两侧卷绕到卷针上，不会产生正、负极片之间的空间较为狭小的情况，从而使实现正负极片的自动上料成为现实可能。当电池电芯中采用离子交换膜、在正负极片卷绕过程中将离子交换膜铺展于正负极片之间与正负极片一起卷绕到电池电芯上时，也可以实现离子交换膜的自动牵引。

本发明电池电芯卷绕方法包括以下过程：在卷针开始卷饶之前，将离子交换膜固定在卷针上且在卷针的两侧各展开相应长度；将正极片的一端端头和负极片的一端端头分别置于卷针的转动中心线的两侧，使展开在卷针一侧的离子交换膜位于正极片和负极片二者中的一个极片的上方、使展开在卷针另一侧的离子交换膜位于正极片和负极片二者中的另一个极片的下方。这样可以实现正极片和负极片从卷针的两侧卷绕到卷针上，同时正极片和负极片被离子交换膜隔离而相互绝缘。

要把正负极片卷绕到卷针上，必须使卷针转动时能够带动正负极片卷绕。因此，本发明电池电芯卷绕方法中，在卷针开始卷绕正负极片前还包括以下步骤使得正负极片被夹持以便卷绕到卷针上：

(1)将正极片展开在卷针的一侧并使正极片的一端端头位于卷针的转动中心线附近；

(2)使卷针的卷针保持水平并将正极片位于卷针转动中心线附近的一端压在卷针下方；

(3)离子交换膜的相应部位固定在卷针上，使离子交换膜在正极片的上方展开相应长度、使离子交换膜在卷针的另一侧展开相应长度；

(4)将负极片展开在卷针另一侧并使负极片的一端端头位于卷针的转动中心线附近、使负极片位于卷针另一侧的离子交换膜的上方；

(5)卷针沿顺时针方向转动180°，负极片位于卷针的转动中心线附近的一端被卷针和离子交换膜所夹持；卷针继续沿顺时针方向转动在180°正极片位于卷针的转动中心线附近的一端被卷针和离子交换膜所夹持。

在卷绕过程中离子交换膜膜体张力稳定与否电池电芯的卷绕质量。为了使离子交换膜膜体保持较为稳定的张力，本发明电池电芯卷绕方法包括对离子交换膜在卷绕过程中所受到的张力进行调节的过程。

本发明电池电芯卷绕方法可以采用拉膜机构将离子交换膜展开在卷针的两侧，拉膜机构采用电机作为牵引动力，离子交换膜料卷置于放卷机构上；对离子交换膜在卷绕过程中所受到的张力进行调节的方法包括：拉膜机构设置力矩电机(在拉膜机构牵引离子交换膜到预定位置后该力矩电机可提供使离子交换膜张紧的转矩)，或者采用伺服电机来驱动所述卷针(该伺服电机可提供使离子交换膜张紧的保持力)，或者采用张力调节辊及张力调节辊驱动电机来进行张力调节(离子交换膜所受张力波动时，张力调节辊驱动电机驱动张力调节辊使离子交换膜张紧或放松，从而保持离子交换膜张力较为稳定)，或者在放卷机构中设置可使离子交换膜张紧的力矩电机(离子交换膜所受张力波动时，力矩电机可以提供使离子交换膜张力稳定的转矩)。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种有利于提高卷绕过程自动化程度的电池电芯卷绕机。

为此，本发明提供一种电池电芯卷绕机，包括可绕固定中心线转动的卷针，以及与卷针的转动中心线相对位置固定、分别用于承载电芯正负极片的第一极片组件和第二极片组件，第一极片组件和第二极片组件分别位于卷针的两侧。采用这样的结构可以使正极片和负极片从卷针的两侧卷绕到卷针上。

本发明电池电芯卷绕机包括用于承载离子交换膜料卷的放卷机构，以及可将离子交换膜从放卷机构上自动拉出并使被拉出的离子交换膜在卷针的两侧展开相应长度的自动拉膜机构。工作时，在卷针开始卷绕前离子交换膜被自动拉膜机构展开在卷针两侧，卷针两侧的正负极片分别位于离子交换膜的上方和下方，电芯卷绕结束后正极片和负极片被离子交换膜隔离而相互绝缘。

本发明电池电芯卷绕机可设置机架，机架上固定安装有可对离子交换膜起纠偏导向作用的一组导向轮和驱动卷针转动的卷绕电机，卷针固定连接在卷绕电机的转轴上，卷绕电机转轴的中心线与卷针共面。

卷针固定连接在卷绕电机的转轴上的优选方式为：卷绕电机转轴的中心线与卷针的一条侧边重合。这样，分别位于卷针两侧的正负极片在卷绕初始阶段可以很方便地被卷针和固定在卷针上的离子交换膜夹持。

可以在拉膜机构中设置力矩电机，在拉膜机构牵引离子交换膜到预定位置后该力矩电机可提供使离子交换膜张紧的转矩；可采用伺服电机来驱动所述卷针转动，该伺服电机可提供使离子交换膜张紧的保持力；可以在放卷机构中设置卷盘和固定在机架上的放卷力矩电机，卷盘枢接在放卷力矩电机的转轴上，离子交换膜置于卷盘上，离子交换膜所受张力波动时，力矩电机可以提供使离子交换膜张力稳定的转矩；可以在放卷机构中设置用于调节离子交换膜的张力的张力调节辊和张力调节电机，张力调节电机固定在机架上，张力调节辊受张力调节电机驱动，离子交换膜所受张力波动时，张力调节辊驱动电机驱动张力调节辊使离子交换膜张紧或放松，从而保持离子交换膜张力较为稳定。

可以在第一极片组件中设置固定在机架上的第一料板，在第二极片组件中设置固定在机架上的第二料板，第一料板和第二料板分别设有真空吸附系统。工作时，真空吸附系统可分别将正、负极片吸附在第一料板或第二料板上，起到定位作用。

为了使正、负极片中位于离子交换膜下方者在卷绕起始阶段能有效地被离子交换膜和针板夹持，在第一料板和第二料板二者中与该极片对应的料板靠近卷针的部位设置可将该极片吹向离子交换膜的吹气系统。

自动拉膜机构包括固定在机架上的动力机构、活动安装在机架上并可在动力机构驱动下沿自动拉膜机构拉伸离子交换膜的方向发生位移的安装板；该安装板上设有可夹紧离子交换膜的机械手指及可通过缸体、活塞杆的相对运动来控制机械手指的位置状态的夹紧气缸。

安装板上设有可使机械手指和夹紧气缸沿着与自动拉膜机构拉伸离子交换膜的方向垂直的方向发生位移的升降机构。

升降机构包括分别固定在安装板上的升降气缸和可使升降气缸的活动部分定位于中间位置的定位气缸。这样，升降气缸可使机械手指和夹紧气缸在与自动拉膜机构拉伸离子交换膜的方向垂直的方向定位于三个工作位置。

为了避免正负极片和离子交换膜的末端在卷绕结束阶段从电芯上脱落、松散，本发明电池电芯卷绕机设置在卷绕结束阶段可将正负极片和离子交换膜的末端压紧在电芯上的压轮组件。

本发明电池电芯卷绕机可设置自动控制放卷机构、自动拉膜机构、卷绕电机、真空吸附系统、吹气系统、机械手指、夹紧气缸、升降机构和压轮组件工作的自动控制系统。

本发明电池电芯卷绕方法及采用该方法的电池电芯卷绕机，对于离子交换膜预先涂覆、镀覆或缠绕在极片表面然后再进行极片卷绕的电池电芯制造法也是适用的。

本发明电池电芯卷绕方法及采用该方法的电池电芯卷绕机，改变了现有技术折叠式卷绕法卷绕时正极片和负极片位于卷针同侧、相互之间上下重叠的位置关系，克服了正、负极片之间的空间较为狭小的不足，提供了实现离子交换膜自动牵引和正负极片自动上料的可能性，避免人手与离子交换膜和正负极片的过多直接接触，有利于提高电芯卷绕质量，提高生产效率。

附图说明

为了便于说明，本发明使用下述的较佳实施例及附图作以详细描述。

图1是现有技术折叠式卷绕法的卷绕过程的示意简图。

图2是本发明电池电芯卷绕机一种实施方式的立体示意图。

图3是图2所示电池电芯卷绕机的另一个方向的立体示意图。

图4是图2所示电池电芯卷绕机中的第一料板21的立体示意图。

图5是图2所示电池电芯卷绕机中的自动拉膜机构的立体示意图。

图6是图5所示自动拉膜机构中的夹持、剪切部件的立体示意图。

图7是图6中的固定刀杆51和活动刀杆54的A-A剖视示意图。

图8是图2所示电池电芯卷绕机中的卷针组件的立体示意图。

图9是图8所示卷针组件的俯视示意图。

图10是图2所示电池电芯卷绕机夹持正负极片的过程示意简图。

具体实施方式

图2一图10示出了本发明电池电芯卷绕机的一种实施方式。

该电池电芯卷绕机包括机架8、第一料板组件、第二料板组件、自动拉膜机构、卷针组件、放卷机构、空气动力系统(起驱动各气缸、抽真空、吹气的作用，该系统未在附图中示出)、机械手(完成取放正负极片及将卷绕完毕的电池电芯从卷针70上取下等动作，该机械手在附图中未示出)、自动控制系统(附图中未示出)。自动控制系统控制本发明电池电芯卷绕机的工作过程。

如图2和图3所示，机架8底部的四个角上都设置有脚杯9和脚轮10，脚杯9和机架8形成螺纹配合。通过旋调脚杯9改变脚杯9的杯口与机架8之间的距离，可以使四个脚杯9将整个电池电芯卷绕机平稳支撑，或者由四个脚轮10支撑整个电池电芯卷绕机(此时电池电芯卷绕机可推动)。机架8上固定设有立板11。

第一料板组件如图4所示，包括固定在立板11上的用于堆放极片的第一安装板20、第一料板21、将第一料板21固定在第一安装板20上的第一侧板22。在靠近卷针70的一端，第一料板21的侧面固定有第一挡板23，每块正极片(或负极片)都是先放置于第一料板21上、然后从第一料板21上被卷绕到卷针70上的，卷绕时第一侧板22和第一挡板23分别从两侧对正极片(或负极片)起导正定位作用。在靠近卷针70的一端，第一料板21接触正极片(或负极片)的板面上设有三排真空孔24(空气动力系统可在自动控制系统控制下使真空孔24抽真空)，卷绕时三排真空孔24抽真空，对第一料板21上的正极片(或负极片)产生吸附作用以产生阻滞正极片(或负极片)卷绕到卷针70上的反向阻力，从而使正极片(或负极片)能够较为平整地卷绕到卷针70上。在靠近卷针70的一端，第一料板21的端面上还设有吹气孔25(空气动力系统可在自动控制系统控制下从吹气孔25向外吹气)。在与第一挡板23相对的侧面，第一料板21上还固定有真空导向轮轴气缸26和滚筒导向轮轴气缸27，真空导向轮轴气缸26和滚筒导向轮轴气缸27的活塞杆分别与真空导向轮轴28和滚筒导向轮轴29固定连接；滚筒导向轮轴气缸27为双向气缸，因此滚筒导向轮轴29在竖直方向可以定位于上中下三个位置；真空导向轮轴28的下表面设有真空孔(附图中未示出)以吸附离子交换膜；滚筒导向轮轴29可转动，真空导向轮轴28是不可转动的。图2中的第一安装板20上堆放有正极片。

第二料板组件如图2和图3所示，包括固定在立板11上的用于堆放极片的第二安装板30、第二料板31、将第二料板31固定在第二安装板30上的第二侧板32。在靠近卷针70的一端，第二料板31的外侧面固定有第二挡板33，每块负极片(或正极片)都是先放置于第二料板31上、然后从第二料板31上被卷绕到卷针70上的，卷绕时第二侧板32和第二挡板33分别从两侧对负极片(或正极片)起导正定位作用。在靠近卷针70的一端，第二料板31接触负极片(或正极片)的板面上设有三排真空孔34(如图2所示)，卷绕时该三排真空孔34抽真空，对第二料板31上的负极片(或正极片)产生吸附作用以产生阻滞负极片(或正极片)卷绕到卷针70上的反向阻力，从而使负极片(或正极片)能够较为平整地卷绕到卷针70上。图2中的第二安装板30上堆放有负极片。

工作时，正极片可从第一料板21和第二料板3 1二者之一上卷绕到卷针70上，相应地，负极片则从第一料板21和第二料板31二者中的另一个上卷绕到卷针70上。

自动拉膜机构如图5、图6和图7所示。在立板11上固定有横板40，自动拉膜机构的动力机构包括固定在横板40的背向立板11的侧面上的线性导轨41、固定在横板40上的牵引伺服电机42和牵引力矩电机43、分别套设在牵引伺服电机42和牵引力矩电机43的转轴上的两个同步带轮44，与两个同步带轮44形成传动配合的同步带45。在线性导轨41的滑块上连接有安装板46，安装板46可沿着线性导轨41发生移动的，安装板46上固定有升降气缸47、定位气缸48和第二线性导轨49，升降气缸47的活塞杆末端固定连接桥接板50，第二线性导轨49的滑块上连接有固定板(固定板在附图中未示出)，固定板与桥接板50固定连接使得固定板可沿着第二线性导轨49发生移动，固定板上固定连接有固定刀杆51和夹剪气缸52，固定刀杆51的一端通过枢轴53枢接有活动刀杆54，活动刀杆54的一端通过传动块55与夹剪气缸52活塞杆的末端连接。这样，升降气缸47活塞杆的升降可带动固定板及固定刀杆51、活动刀杆54、夹剪气缸52沿着第二线性导轨49上下移动。当升降气缸47活塞杆完全伸出时固定刀杆51、活动刀杆54、夹剪气缸52处于最高位(见图6中的左图)；当升降气缸47和定位气缸48的活塞杆都缩回各自缸体时固定刀杆51、活动刀杆54、夹剪气缸52处于最低位；当升降气缸47活塞杆回缩、定位气缸48活塞杆完全伸出时可使固定刀杆51、活动刀杆54、夹剪气缸52定位于中间位置(见图6中的右图)。

如图7所示，固定刀杆51的侧面上安装有压板512，固定刀杆51和压板512之间形成切割刀片57的刀刃可伸入其中的空腔58，固定刀杆51的下端面设有真空孔513，真空孔513可抽真空将离子交换膜吸附在固定刀杆51的下端面；活动刀杆54上固定有与活动刀杆54上端面垂直的切割刀片57，活动刀杆54的侧面上用铆钉540活动铆接有浮动压板541，浮动压板541的上表面设有硅胶垫542，切割刀片57的刀刃露出活动刀杆54上端面；浮动压板541与活动刀杆54上端面之间有0.5mm的间隙543，在外力作用下浮动压板541与活动刀杆54可绕铆钉540作小范围的相对转动，这样在夹持离子交换膜时可使浮动压板541通过硅胶垫542对固定刀杆51产生一个均匀的压力，以补偿装配及机加工可能造成的误差。活动刀杆54可在夹剪气缸52驱动下围绕枢轴53转动，当活动刀杆54与固定刀杆51接近时，浮动压板541与固定刀杆51的下端面互相贴近。工作时，离子交换膜从活动刀杆54(浮动压板541)与固定刀杆51之间穿过，活动刀杆54在夹剪气缸52驱动下围绕枢轴53转动而与固定刀杆51不断接近、离子交换膜被切割刀片57切断、切割刀片57的刀刃伸入空腔58中、浮动压板541与固定刀杆51的下端面贴合、料卷上离子交换膜的自由端被夹持在活动刀杆54(浮动压板541)与固定刀杆51的下端面之间(被切下的离子交换膜将被卷绕到电池电芯上)。

如图6所示，在安装板46的下端设有气动手指61。当气动手指61闭合时，气动手指61夹持在同步带45上，此时同步带45的运动可带动安装板46及其上的部件做相应的运动；当气动手指61张开时，安装板46及其上的部件不受同步带45运动的影响。在安装板46的下端还设有感应板62，在机架8上设有与自动控制系统电连接的五个分别对应于安装板46运行轨迹的左端点、中间位置、中点停留位置、剪切位置、右端点的接近开关(附图中未示出)，接近开关在与感应板62接触时向自动控制系统发出安装板46的位置信号，自动控制系统在接收接近开关发出的位置信号的基础上下达相应的工作指令。

图8和图9示出了本发明电池电芯卷绕机的卷针组件，包括卷针70、弹簧压板71、夹板72、轴心线与卷针70的一条侧边重合且与卷针70固定连接的转动轴73(如图9所示，图中虚线为转动轴73的轴心线)、固定在立板11上的卷绕伺服电机74(见图2和图3)，在图8和图9中夹板72将卷针70和弹簧压板71装夹在一起。卷绕伺服电机74转轴与转动轴73同心连接，转动轴73可在卷绕伺服电机74的转轴带动下转动，因此卷绕伺服电机74转轴可带动卷针70转动。图5中的安装孔700为卷针70在立板11上的安装孔。

在立板11上还固定安装有压轮气缸(附图中未示出)，压轮76(见图2和图3)与压轮气缸的活塞杆形成杠杆配合，杠杆的支点固定在立板11上，在压轮气缸的活塞杆驱动下压轮76可围绕杠杆支点摆动。压轮76可在压轮气缸的驱动下接近或远离卷针70，在卷绕过程的结束阶段，离子交换膜被剪断，压轮76在压轮气缸的驱动下紧压在卷针70上，卷绕在卷针70上的正极片、负极片及离子交换膜三者的末端被压轮76压紧在卷针70上以防止松散或着脱落。

放卷机构如图2和图3所示，包括卷盘80和固定在机架8上的放卷力矩电机81，卷盘80枢接在放卷力矩电机81的转轴上。在卷针70和卷盘80之间，机架8上固定有可对离子交换膜起纠偏导向作用的一组导向轮82。机架8上还设有张力调节辊83和张力调节气缸(位于立板11的背面，附图中未示出)，张力调节辊83和张力调节气缸的活塞杆形成杠杆配合，杠杆的支点固定在立板11上，在张力调节气缸活塞杆驱动下张力调节辊83可围绕杠杆支点摆动。工作时，离子交换膜料卷置于卷盘80上，卷盘80上的离子交换膜的自由端穿过一组导向轮82后被自动拉膜机构的固定刀杆51和活动刀杆54夹持。离子交换膜所受张力波动时，放卷力矩电机81可以提供使离子交换膜张力稳定的转矩，也可以由张力调节气缸驱动张力调节辊83使离子交换膜张紧或放松，从而保持离子交换膜张力较为稳定。

本实施方式电池电芯卷绕机采用本发明电池电芯卷绕方法，工作过程如下(以正极片从第一料板组件上卷绕到卷针70上、负极片从第二料板组件上卷绕到卷针70上为例，自动控制系统控制相关部件的动作)：

1、相关部件的起始位置状态

a.在真空导向轮轴气缸26和滚筒导向轮轴气缸27的驱动下，真空导向轮轴28和滚筒导向轮轴29升至最高点；

b.压轮气缸收缩使压轮76升至最高点(压轮76处于离卷针70最远的位置)；

c.气动手指61夹紧在同步带45上，使安装板46、固定刀杆51、活动刀杆54、夹剪气缸52、升降气缸47和定位气缸48可以随着同步带45的转动而移动；

d.升降气缸47和定位气缸48的活塞杆全部伸出，固定刀杆51、活动刀杆54、夹剪气缸52处于最高位；

e.离子交换膜料卷被手动放置于卷盘80上，离子交换膜的自由端在操作人员手动牵引下，绕过一组导向轮82后从固定刀杆51和活动刀杆54的右侧穿入二者之间后被二者夹持，固定刀杆51下端面真空孔抽真空以吸附离子交换膜；

f.升降气缸47和定位气缸48动作，使夹剪气缸52、固定刀杆51和活动刀杆54处于中间位置(此时升降气缸47活塞杆回缩、定位气缸48活塞杆完全伸出)；

g.自动控制系统根据机架8上的接近开关的位置信号控制牵引伺服电机42使自动拉膜机构保持在起始位置，自动拉膜机构停止在起始位置时牵引伺服电机42也提供牵拉离子交换膜的保持力，放卷力矩电机81提供使离子交换膜卷紧在卷盘80上的反向张力，该反向张力小于牵引伺服电机42牵拉离子交换膜的保持力；

2、卷针70开始卷绕前正负极片及离子交换膜的定位、卷针70和离子交换膜对正负极片的夹持

该过程中卷针70和离子交换膜夹持正负极片的端头的过程如图10所示，图中虚线示意卷针70的转动中心线的位置。

a.正极片堆放在第一安装板20上，首先机械手从第一安装板20上取一片正极片放在第一料板21上，并使正极片的右端的侧边贴近卷针70的转动中心线(即卷针70在图10之(1)位置状态下的左侧边)，此时的离子交换膜、正极片、负极片和卷针70的位置关系请参见图10之(1)，图中a为离子交换膜、b为负极片、c为正极片；然后第一料板21上的真空孔24抽真空将正极片吸住；

b.卷针70从图10之(1)的位置状态逆时针转动180°，使卷针70保持水平并将正极片右端压在卷针70下方，此时的离子交换膜、正极片、负极片和卷针70的位置关系请参见图10之(2)，图中a为离子交换膜、b为负极片、c为正极片；滚筒导向轮轴29降至最低点；

c.固定刀杆51和活动刀杆54夹持着离子交换膜在牵引伺服电机42及同步带45的牵引下拉动离子交换膜左行，从真空导向轮轴28和滚筒导向轮轴29之间穿过停留在中间位置(位于滚筒导向轮轴29左侧)，然后滚筒导向轮轴29上升至中间位置、真空导向轮轴28降至最低点，真空导向轮轴28和滚筒导向轮轴29分别与离子交换膜的上下两面接触而将离子交换膜绷紧，起到对离子交换膜定向导正的作用；

d.固定刀杆51和活动刀杆54夹持着离子交换膜在牵引伺服电机42及同步带45的牵引下拉动离子交换膜继续左行，至左端点停止(此时离子交换膜从上方将正极片完全覆盖并超出正极片的左端)，然后用夹板72将弹簧压板71装夹在卷针70上使离子交换膜的相应部位被固定夹紧在卷针70和弹簧压板71之间；

e.负极片堆放在第二安装板30上，机械手从第二安装板30上取一片负极片放在第二料板31上，并使负极片的左端的侧边贴近卷针70的转动中心线(即卷针70在图10之(3)位置状态下的右侧边)，此时的离子交换膜、正极片、负极片和卷针70的位置关系请参见图10之(3)，图中a为离子交换膜、b为负极片、c为正极片，图中的离子交换膜被夹持在卷针70上；然后第二料板31上的真空孔34抽真空将负极片吸住；

f.气动手指61松开(与同步带45脱离)，卷针70从图10之(3)的位置状态沿转动中心线(卷针70在图10之(3)位置状态下的右侧边)顺时针方向转动180°，负极片左端被卷针70和离子交换膜所夹持，该过程中安装板46、固定刀杆51、活动刀杆54、夹剪气缸52、升降气缸47和定位气缸48在离子交换膜的牵引下沿着线性导轨41右行；

g.卷针70继续沿顺时针方向转动，第一安装板20的吹气孔开始吹气以将正极片的右端紧贴于其上方的离子交换膜，卷针70从图10之(3)的位置状态沿转动中心线(即卷针70在图10之(3)位置状态下的右侧边)顺时针方向转动360°至水平方向时正极片右端被卷针70和离子交换膜所夹持，然后吹气孔停止吹气，该过程中安装板46、固定刀杆51、活动刀杆54、夹剪气缸52、升降气缸47和定位气缸48在离子交换膜的牵引下沿着线性导轨41右行。

3、卷绕阶段

卷针70继续沿顺时针方向转动；当自动拉膜机构运行至中点停留位置(此时正负极片大部分已被卷绕到卷针70上，卷绕过程接近尾声)，压轮气缸伸出，使压轮76紧压在卷针70上，卷绕在卷针70上的正负极片及离子交换膜三者的末端被压轮76压紧在卷针70上以防止松散或着脱落。

4、结束阶段

夹剪气缸52失压，活动刀杆54对固定刀杆51无压力，但活动刀杆54并不打开，固定刀杆51下端面的真空孔停止抽真空；

真空导向轮轴28下表面的真空孔抽真空，吸附离子交换膜；

气动手指61闭合，气动手指61夹持在同步带45上，此时安装板46、固定刀杆51、活动刀杆54、夹剪气缸52、升降气缸47和定位气缸48停止右行；

卷针70继续转动，将离子交换膜的左端从固定刀杆51和活动刀杆54之间向右拉出，卷绕到卷针70上；

升降气缸47活塞杆完全伸出，固定刀杆51、活动刀杆54、夹剪气缸52处于最高位(见图6中的左图)；

夹剪气缸52的活塞杆缩回，活动刀杆54打开(远离固定刀杆51)；

牵引伺服电机42及同步带45驱动安装板46、固定刀杆51、活动刀杆54、夹剪气缸52、升降气缸47和定位气缸48右行，(固定刀杆51经过压轮76上方)，到达剪切位置(此时固定刀杆51和活动刀杆54位于卷针70与导向轮82之间)；

卷针70停转，升降气缸47和定位气缸48二者的活塞杆完全缩回，固定刀杆51、活动刀杆54、夹剪气缸52下降到最低位，固定刀杆51的下端面可与离子交换膜接触；

气动手指61张开(目的是消除固定刀杆51、活动刀杆54的运动定位误差)；

固定刀杆51下端面的真空孔抽真空，将卷针70与导向轮82之间的离子交换膜吸附；

夹剪气缸52活塞杆伸出，驱动活动刀杆54绕枢轴53向固定刀杆51转动，浮动压板541向固定刀杆51的下端面贴近，直至离子交换膜在卷针70与导向轮82之间被切割刀片57的刀刃切断、切割刀片57的刀刃伸入空腔58中、固定刀杆51与活动刀杆54(浮动压板541)将吸附在固定刀杆51下端面的离子交换膜端头夹持(被切下的离子交换膜将被卷绕到电池电芯上)，此时固定刀杆51和活动刀杆54的位置状态如图6的右图所示；

定位气缸48活塞杆完全伸出，将固定刀杆51、活动刀杆54、夹剪气缸52顶升至中间位；

卷针70继续顺时针转动，卷绕圈数达到额定圈数后停止，此时正负极片和被剪下的离子交换膜被完全卷绕到卷针70上；

气动手指61闭合，气动手指61夹持在同步带45上，牵引伺服电机42及同步带45驱动安装板46、固定刀杆51、活动刀杆54、夹剪气缸52、升降气缸47和定位气缸48右行(目的是为将完成卷绕的电池电芯从卷针70上取下腾出足够空间)；

压轮气缸活塞杆缩回使压轮76升至最高点；真空导向轮轴28和滚筒导向轮轴29升至最高点位置；

机械手从卷针70上取出完成卷绕的电池电芯，该电池电芯卷绕完毕。此时，离子交换膜仍被固定刀杆51和活动刀杆54(浮动压板541)夹持，自动拉膜机构左行，开始下一个电池电芯的卷绕周期。

Claims (17)

1、一种电池电芯卷绕方法，该方法通过卷针转动将正极片和负极片卷绕到所述卷针上而制得电芯；其特征在于：在所述卷针转动的过程中，使所述正极片和负极片从所述卷针的两侧卷绕到所述卷针上。

2、根据权利要求1所述的电池电芯卷绕方法，其特征在于：该方法包括以下过程：在所述卷针开始卷饶之前，将离子交换膜固定在所述卷针上且在所述卷针的两侧各展开相应长度；将所述正极片的一端端头和所述负极片的一端端头分别置于所述卷针的转动中心线的两侧，使展开在所述卷针一侧的所述离子交换膜位于所述正极片和负极片二者中的一个极片的上方、使展开在所述卷针另一侧的所述离子交换膜位于所述正极片和负极片二者中的另一个极片的下方。

3、根据权利要求1或2所述的电池电芯卷绕方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)将所述正极片展开在所述卷针的左侧并使所述正极片的一端端头位于所述卷针的转动中心线附近；

(2)使所述卷针保持水平并将所述正极片位于所述卷针转动中心线附近的一端压在所述卷针下方；

(3)所述离子交换膜的相应部位固定在所述卷针上，使所述离子交换膜在所述正极片的上方展开相应长度、使所述离子交换膜在所述卷针的右侧展开相应长度；

(4)将所述负极片展开在所述卷针右侧并使所述负极片的一端端头位于所述卷针的转动中心线附近、使所述负极片位于所述卷针右侧的所述离子交换膜的上方；

(5)所述卷针沿顺时针方向转动180°，所述负极片位于所述卷针的转动中心线附近的一端被所述卷针和离子交换膜所夹持；所述卷针继续沿顺时针方向转动在180°所述正极片位于所述卷针的转动中心线附近的一端被所述卷针和离子交换膜所夹持。

4、根据权利要求3所述的电池电芯卷绕方法，其特征在于：该方法包括对所述离子交换膜在卷绕过程中所受到的张力进行调节的过程。

5、根据权利要求4所述的电池电芯卷绕方法，其特征在于：采用拉膜机构将所述离子交换膜展开在所述卷针的两侧，所述拉膜机构采用电机作为牵引动力，所述离子交换膜料卷置于放卷机构上；对所述离子交换膜在卷绕过程中所受到的张力进行调节的方法包括：所述拉膜机构设置力矩电机，或者采用伺服电机来驱动所述卷针转动，或者采用张力调节辊及张力调节辊驱动电机来进行张力调节，或者在所述放卷机构中设置可使所述离子交换膜张紧的力矩电机。

6、采用权利要求1所述电池电芯卷绕方法的电池电芯卷绕机，包括可绕固定中心线转动的卷针，以及与所述卷针的转动中心线相对位置固定、分别用于承载所述电芯的正负极片的第一极片组件和第二极片组件，其特征在于：所述第一极片组件和第二极片组件分别位于所述卷针的两侧。

7、根据权利要求6所述的电池电芯卷绕机，其特征在于：该电池电芯卷绕机包括用于承载所述离子交换膜料卷的放卷机构，以及可将所述离子交换膜从所述放卷机构上自动拉出并使被拉出的所述离子交换膜在所述卷针的两侧展开相应长度的自动拉膜机构。

8、根据权利要求7所述的电池电芯卷绕机，其特征在于：该电池电芯卷绕机包括机架，该机架上固定安装有可对所述离子交换膜起纠偏导向作用的一组导向轮和可驱动所述卷针转动的卷绕电机；所述卷针固定连接在所述卷绕电机的转轴上，所述卷绕电机转轴的中心线与所述卷针共面。

9、根据权利要求8所述的电池电芯卷绕机，其特征在于：所述卷绕电机转轴的中心线与所述卷针的一条侧边重合。

10、根据权利要求9所述的电池电芯卷绕机，其特征在于：所述拉膜机构设有力矩电机；采用伺服电机来驱动所述卷针；所述放卷机构包括卷盘和固定在所述机架上的放卷力矩电机，所述卷盘枢接在所述放卷力矩电机的转轴上；所述放卷机构包括用于调节所述离子交换膜的张力的张力调节辊和张力调节电机，所述张力调节电机固定在所述机架上，所述张力调节辊受所述张力调节电机驱动。

11、根据权利要求10所述的电池电芯卷绕机，其特征在于：所述第一极片组件包括固定在所述机架上的第一料板，第二极片组件包括固定在所述机架上的第二料板，所述第一料板和第二料板分别设有真空吸附系统。

12、根据权利要求11所述的电池电芯卷绕机，其特征在于：所述第一料板和第二料板二者之一上靠近所述卷针的部位设有可将正极片或负极片吹向所述离子交换膜的吹气系统。

13、根据权利要求12所述的电池电芯卷绕机，其特征在于：所述自动拉膜机构包括固定在所述机架上的动力机构、活动安装在所述机架上并可在所述动力机构驱动下沿所述自动拉膜机构拉伸所述离子交换膜的方向发生位移的安装板；该安装板上设有可夹紧离子交换膜的机械手指及可通过缸体、活塞杆的相对运动来控制所述机械手指的位置状态的夹紧气缸。

14、根据权利要求13所述的电池电芯卷绕机，其特征在于：所述安装板上设有可使所述机械手指和夹紧气缸沿着与所述自动拉膜机构拉伸所述离子交换膜的方向垂直的方向发生位移的升降机构。

15、根据权利要求14所述的电池电芯卷绕机，其特征在于：所述升降机构包括分别固定在所述安装板上的升降气缸和可使所述升降气缸的活动部分定位于中间位置的定位气缸。

16、根据权利要求15所述的电池电芯卷绕机，其特征在于：该电池电芯卷绕机包括在卷绕结束阶段可将所述正负极片和离子交换膜的末端压紧在所述电芯上的压轮组件。

17、根据权利要求16所述的电池电芯卷绕机，其特征在于：该电池电芯卷绕机包括自动控制所述放卷机构、自动拉膜机构、卷绕电机、真空吸附系统、吹气系统、机械手指、夹紧气缸和升降机构工作的自动控制系统。

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