CN101399372A - 一种锂片加工装置 - Google Patents

Abstract

一种锂片加工装置，包括机座及其上的机台，在机台上设置有控制气氛箱，在被该控制气氛箱罩住的机台上依次设置有锂片卷辊和锂片送料装置、锂片裁切装置、相并列的锂片卷筒装置和钢壳输送装置，之后还依序排列有锂片入钢壳装置、锂片辊压装置、出料装置等。其中，控制气氛箱与机台间气密封连接且箱内充满干燥空气或相对于金属锂属惰性的干燥气体。本发明有效解决了传统手工加工过程中极易出现的锂片粘刀、成型和剥离困难及手工效率低下、综合成本高的问题，既大幅度减轻了工人的劳动强度，也极大地提高了生产效率，有效地降低了产品的综合成本。

Description

一种锂片加工装置技术领域本发明涉及一种锂片加工装置，特别是指以金属锂为负极的锂电池用 锂片的全自动巻筒加工装置。 背景技术以金属锂为负极的锂电池是上世纪才研制开发出的高能电池，它以开 路电压高，比能量高，工作温度范围宽，放电电压平稳，自放电率低等优 点，已被广泛应用于各种领域，特别是航空航天、军事、长寿命仪器仪表、 物流追踪、汽车电子等领域。作为电池活性物质的金属锂具有很软的物理 性质和很活泼的化学性质，使锂片加工受到重重限制，以至目前在市场上 仍鲜见锂片加工装置，经检索中国专利文献也未见相关的报导。截至目前 为止，锂片的加工仍是手工操作，原因在于作为电池负极活性物质的金属 锂片很软，容易粘结在各种材质上，所以制作电池的时候，负极金属锂的 裁切、巻曲、定位、入壳等工作很难实现机械化和自动化。现方法是将需 裁剪的锂片置于充满保护气氛的箱体内，操作者双手戴上胶质手套后手持 通用界刀伸入箱内通过透明窗观察将锂片按需要的尺寸裁成形，再将成形 的锂片按需要折弯定型后放入己制作好的电池壳内，然后再进行后续加 工。在此过程中，锂片极易粘刀和粘结在其它碰触到的材料上，成型和剥 离困难，可见现行的锂片加工和电池装配方法工艺基本上仍无奈地处于落 后的手工操作阶段、效率低下、综合成本高。 发明内容本发明需解决的问题是提供一种可实现锂片全自动化加工和装配的 锂片加工装置，以提高成型率和加工效率。根据上述需解决的问题设计了一种锂片加工装置，包括机座和设置在 机座上的机台，在机台上设置有控制气氛箱，在被所述的控制气氛箱罩住的机台上依次设置有锂片送料装置A、锂片裁切装置B及相并列的锂片巻 筒装置C和钢壳输送装置D，之后还依序排列有锂片入钢壳装置E、锂片 辊压装置F、出料装置G。其中，控制气氛箱与机台间气密封连接且箱内 充满干燥空气或其它相对于金属锂惰性的干燥气体，例如氮气N2，氩气 Ar等。所述的锂片送料装置A包括依序排列的锂片巻辊、巻辊架和自动送料 装置，锂片巻料缠绕在巻辊之上并进入自动送料装置。该自动送料装置由 设置在机台上的机架、该机架上依序设置的排列式传动滚轮组、前压料气 缸、滑台气缸、后压料气缸组成，该自动送料装置锂片通过滚轮组将锂片 送入对锂片进行定长裁切的锂片裁切装置；当然，也可借助锂片自身的刚 性直接向前递送。所述的锂片裁切装置B的主体为设置在机台上的模架，在模架上固定 设置有裁锂片下模和由气缸驱动的裁锂片上模；裁锂片下模的刃口与裁锂 片上模的刃口呈剪刀错位配合并对伸出裁锂片下模刃口的定长锂片进行 裁切，裁切下的锂片落入锂片巻筒装置。所述的锂片巻筒装置C与锂片裁切装置B相互衔接，锂片巻筒装置包 括设置在机台上的机架，固设在移锂导轨上用于承接锂片裁切装置裁下的 锂片的真空型巻锂片下模、固定在机架上的巻锂棒和巻锂片上模、巻锂片 左模、巻锂片右模，巻锂片上模、巻锂片左模和巻锂片右模与各自的推动 气缸活塞杆固定连接，各推动气缸固定在机架上，接到锂片的巻锂片下模 被移锂导轨送至巻锂棒的正下方，巻锂片下模与固定在移锂导轨上的推动 气缸活塞杆固定连接，各模以巻锂棒为中心呈十字分布。所述的钢壳输送装置D为常规震动螺旋送料器。所述的锂片入钢壳装 置E包括设置在机台上的机架和固定在机架上的推送气缸，在推送气缸的 活塞杆上依序安装有旋转气缸、固定在旋转气缸上的薄形气缸、固定在薄 形气缸上用于钢壳定位的手指气缸，薄形气缸将手指气缸向前推送套入巻 锂棒使锂片进入钢壳；锂片入钢壳装置E还包括设置在机架上用于将已装 好锂片的钢壳送出的锂片推出气缸，锂片推出气缸与推送气缸的轴向投影 相互垂直。所述的锂片入钢壳装置E与锂片辊压装置F前后衔接，在机台上固定 设置有机架，在机架上固定设有锂片辊压装置，该锂片辊压装置包括承接 旋转气缸和薄型气缸相配合送来的钢壳的辊压棒、驱动辊压棒旋转的辊压 电机、与辊压棒配合的辊压气缸及辊压轮，辊压电机和辊压棒固定在机架 上。所述的锂片辊压装置F与出料装置G前后衔接，设置在固定在机台上 的机架上的出料装置G包括将钢壳从辊压棒上退出的钢壳推出气缸，输送

带及输送电机。本发明有效解决了传统手工加工过程中极易出现的粘刀、成型和剥离 困难及手工效率低下、综合成本高的问题，既大幅度减轻了工人的劳动强 度，也极大地提高了生产效率，有效地降低了产品的综合成本。实际工作 中，传统手工需4人进行操作的工艺（裁锂片，巻锂片，入壳，辊压），而本发明改为由一部设备完成，效率提高30%以上，且为全自动操作，在设备稳 定运行的情况下，1人可看护操作4部以上设备,大幅度提高了生产效率， 而且提高了产品的质量一致性。 附图说明附图1是本发明装配立体结构形态示意图；附图2是图1的俯视投影 示意图；附图3是本发明中锂片送料装置部分的装配立体结构形态示意图； 附图4是本发明中锂片裁切装置及锂片巻筒装置装配全剖平面示意结构简 图；附图5是本发明中钢壳输送装置和锂片入钢壳装置部分的装配立体结 构形态示意图；附图6是本发明中锂片辊压装置的装配立体结构形态示意 图；附图7是本发明中出料装置的装配立体结构形态示意图。 具体实施方式本发明的主旨是提供一种自动化程度高、生产效率高的锂片自动加工 设备，该设备应用于以金属锂为负极的锂电池制造。在制造锂电池时，须 将作为电池负极活性物质的金属锂Li片附着在电池钢壳的内侧或者巻成 一定形状之后再放入电池壳的内部，但因金属锂片很软，容易粘结在各种 材质上。所以制作该锂电池的时候，负极金属锂的裁切、巻曲、定位、入壳等工作很难实现机械化和自动化。本发明须解决的问题有：使用气（液） 动和机械传送等方法，配合合适的模具和夹具实现全过程的自动化和机械 化；使用可解决锂粘结问题的材料制作接触金属锂材料的刀具和模具等， 以解决锂容易粘结在机器上的问题。参照附图。其中，在机台上依次设置有锂片送料装置A、锂片裁切装 置B及相并列的锂片巻筒装置C和钢壳输送装置D，之后还依序排列有锂 片入钢壳装置E、锂片辊压装置F、出料装置G。所述的锂片送料装置A包括依序排列的锂片巻辊Al、巻辊架A2和自 动送料装置A3，自动送料装置由设置在机台上的机架、该机架上依序设置 的排列式传动滚轮组A31、前压料气缸A33、滑台气缸A32、后压料气缸

A34组成，该自动送料装置锂片通过滚轮组将锂片送入对锂片进行定长裁 切的锂片裁切装置；锂片裁切装置B的主体为设置在机台上的模架，在模 架上固定设置有裁锂片下模Bl和由气缸驱动的裁锂片上模B2;锂片巻筒 装置C包括固设在移锂导轨C0上用于承接锂片裁切装置裁下的锂片的真 空型巻锂片下模C1、固定在机架上的巻锂棒C2和巻锂片上模C3、巻锂片 左模C4、巻锂片右模C5;钢壳输送装置D为常规震动螺旋送料器，在输 送导轨上有电池钢壳Dl;锂片入钢壳装置E包括设置在机台上的机架和固 定在机架上的推送气缸El，在推送气缸的活塞杆上依序安装有旋转气缸 E2、固定在旋转气缸上的薄形气缸E3、固定在薄形气缸上用于钢壳定位的 手指气缸E4，薄形气缸将手指气缸向前推送套入巻锂棒使锂片进入钢壳， 锂片入钢壳装置E还包括设置在机架上用于将己装好锂片的钢壳送出的锂 片推出气缸E5;锂片辊压装置F包括承接旋转气缸和薄型气缸相配合送来 的钢壳的辊压棒F2、驱动辊压棒旋转的辊压电机Fl、与辊压棒配合的辊 压气缸F3及辊压轮F4，辊压电机和辊压棒固定在机架上；出料装置G包 括将钢壳从辊压棒上退出的钢壳推出气缸Gl ，输送带及输送电机。参照图1，本发明的机台固定安装在机座上，在机台上设置有控制气 氛箱，并在控制气氛箱与机台间气密封连接且箱内充满干燥空气或其它适 宜的干燥气体如氮气、惰性气体等。为了描述的方便，在图中己将该控制 气氛箱拿掉。本发明的工作原理或工作过程简述为：在干燥气氛中，锂片巻料由自 动送料装置自动定长后进行裁切，巻锂片下模通真空，裁好的锂片通过真 空吸附在巻锂片下模上，通过传动装置将巻锂下模移到巻锂片工位，下模 向上动作碰到巻锂棒，将锂片巻成U形，然后巻锂左、右模及其气缸同时 动作，将锂巻成0形，巻锂上模及气缸起筑固效果的作用，巻筒动作完成 后，通过外力（气动或液压）将锂筒推出并送入钢壳中，再用压辊将锂筒 轧压贴合于钢壳内壁，至此钢壳即可进入下道工序装入隔膜和正极活性物 质、电解液的工序。下面参照各附图简述具体的操作程序。首先，将金属锂带料放在锂片巻辊Al上，锂带借助排列式传动滚轮 组A31进入自动送料装置A3，于是压料气缸A33压住锂带，滑台气缸A32 将锂片向前输送设定好的长度，压料气缸压住锂带由锂片裁切装置B进行

裁切，由此完成一个送料循环。其次，在锂片裁切装置B中，裁锂片下模Bl固定设置在模架上，裁锂片上模B2由气缸驱动，该气缸也固定设置在模架上；裁锂片下模的刃口与裁锂片上模的刃口呈剪刀错位配合并对伸出裁锂片下模刃口的定长锂片进行裁切，裁切下的锂片落入锂片巻筒装置c。第三，锂片巻筒装置C包括设置在机台上的机架，用于承接锂片裁切 装置裁下的锂片的真空型巻锂片下模C1，真空型巻锂片下模C1固设在移 锂导轨C0上并随之做来回线性移动，巻锂片下模Cl还与固定在移锂导轨 上的推动气缸的活塞杆固定连接。接到裁后落下锂片的巻锂片下模随移锂 导轨返回以巻锂棒C2为中心的锂片裁切装置内，巻锂棒固定在机架上， 巻锂片上模C3、巻锂片下模C1、巻锂片左模C4、巻锂片右模C5以巻锂棒 为中心呈十字分布，且巻锂片上模、巻锂片左模和巻锂片右模与各自的推 动气缸活塞杆固定连接，各推动气缸固定在机架上。第四，锂片入钢壳装置E包括设置在机台上的机架和固定在机架上的 推送气缸El，在推送气缸的活塞杆上依序安装有旋转气缸E2、固定在旋 转气缸上的薄形气缸E3、固定在薄形气缸上用于钢壳定位的手指气缸E4， 薄形气缸将手指气缸向前推送套入巻锂棒使锂片进入钢壳Dl;锂片入钢壳 装置E还包括设置在机架上用于将已装好锂片的钢壳送出的锂片推出气缸 E5，锂片推出气缸与推送气缸的轴向投影相互垂直。锂片巻好后，推送气缸向前推动使手指气缸夹住钢壳，然后推送气缸带 动手指气缸退回；薄型气缸接着动作，将手指气缸向与推送气缸垂直的方 向送出，套入巻锂片棒，完成锂片入壳的动作，之后薄型气缸与锂片推送 气缸同时动作，将钢壳及锂片同时推出，接着旋转气缸旋转180°将钢壳 及锂片送入锂片辊压装置F。第五，锂片辊压装置F固设在机架上，机架固设于机台上。包括承接 旋转气缸和薄型气缸相配合送来的钢壳的辊压棒F2、驱动辊压棒旋转的辊 压电机Fl、与辊压棒配合的辊压轮F4受辊压气缸F3的推动压在辊压棒， 辊压电机固定在机架上。随着旋转气缸旋转180° ，薄型气缸动作将钢壳套入辊压棒后退回， 辊压气缸动作，辊压轮将钢壳压在辊压棒上，电机开始旋转，辊压完成后， 电机停止旋转，辊压气缸及辊压轮退回，钢壳推出气缸动作，将钢壳推出。

这时钢壳进入了出料装置G，固设在机架上（机架固设在机台上）的出料装置G包括将钢壳从辊压棒上退出的钢壳推出气缸Gl ，输送带及输送电机，即最后其内已装好锂片的钢壳进入出料装置内被两端密封后送出。另外在具体实施时，锂片裁切装置及锂片巻筒装置采用陶瓷(氧化锆） 上釉或工程塑料（玻纤增强型聚丙稀）制成，解决了锂片裁切中易粘刀的 问题，实现了锂片裁切的自动化生产。其余与锂片接触部份均采用工程塑 料尼龙制作，必要时在工程塑料尼龙的表面复合一层聚乙烯薄膜，解决了 金属锂或者锂合金在自动化过程中不易送料及输送的问题。还需阐明的 是，本发明也可以用于加工常用于电池领域的锂合金，及以金属锂为负极的锂电池制造，例如锂/亚硫酰氯电池(Li/S0Cl2)、锂/二氧化锰(Li/Mn02) 电池、锂/二氧化硫（Li/S02)电池、锂/硫磺（Li/S)电池、锂/硫酰氯 (Li/S02Cl2)电池、锂/硫聚合物电池、锂/二硫化铁电池（Li/FeS2)、锂/ 碘(Li/l2)电池等，既可应用于一次锂电池的制造，同样也可以应用于二次 锂电池的制造过程中。上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其他 实现方式，需要说明的是，在没有脱离本发明发明构思的前提下，任何显 而易见的替换均在本

Claims (10)

1、一种锂片加工装置，包括机座和设置在机座上的机台，其特征是：在机台上设置有控制气氛箱，在被所述的控制气氛箱罩住的机台上依次设置有锂片送料装置A、锂片裁切装置B及相并列的锂片卷筒装置C和钢壳输送装置D，之后还依序排列有锂片入钢壳装置E、锂片辊压装置F、出料装置G。

2、 根据权利要求1所述的锂片加工装置，其特征是：所述的控制气 氛箱与机台间气密封连接且箱内充满干燥空气或相对于金属锂属惰性的 干燥气体。

3、 根据权利要求2所述的锂片加工装置，其特征是：所述的锂片送料装置A包括依序排列的锂片巻辊（Al)、巻辊架（A2)和自动送料装置 (A3)，锂片巻料缠绕在巻辊之上并进入自动送料装置。

4、 根据权利要求3所述的锂片加工装置，其特征是：所述的自动送 料装置由设置在机台上的机架（A35)、该机架上依序设置的排列式传动滚 轮组（A31)、前压料气缸（A33)、滑台气缸（A32)、后压料气缸（A34) 组成，该自动送料装置将锂片通过滚轮组送入对锂片进行定长裁切的锂片 裁切装置。

5、 根据权利要求4所述的锂片加工装置，其特征是：所述的锂片裁 切装置B的主体为设置在机台上的模架，在模架上固定设置有裁锂片下模(Bl)和由气缸驱动的裁锂片上模（B2);裁锂片下模的刃口与裁锂片上 模的刃口呈剪刀错位配合并对伸出裁锂片下模刃口的定长锂片进行裁切， 裁切下的锂片落入锂片巻筒装置。

6、 根据权利要求5所述的锂片加工装置，其特征是：所述的锂片巻 筒装置C与锂片裁切装置B相互衔接，锂片巻筒装置包括设置在机台上的 机架，固设在移锂导轨（C0)上用于承接锂片裁切装置裁下的锂片的真空 型巻锂片下模（Cl)、固定在机架上的巻锂棒（C2)和巻锂片上模（C3)、 巻锂片左模（C4)、巻锂片右模（C5)，巻锂片上模、巻锂片左模和巻锂片 右模与各自的推动气缸活塞杆固定连接，各推动气缸固定在机架上，接到 锂片的巻锂片下模被移锂导轨送至巻锂棒的正下方，巻锂片下模与固定在 移锂导轨上的推动气缸活塞杆固定连接，各模以巻锂棒为中心呈十字分 布。

7、 根据权利要求1〜6中任一项所述的锂片加工装置，其特征是：所述的钢壳输送装置D为常规震动螺旋送料器。

8、 根据权利要求7所述的锂片加工装置，其特征是：所述的锂片入钢壳装置E包括设置在机台上的机架和固定在机架上的推送气缸（El)， 在推送气缸的活塞杆上依序安装有旋转气缸（E2)、固定在旋转气缸上的 薄形气缸（E3)、固定在薄形气缸上用于钢壳定位的手指气缸（E4)，薄形 气缸将手指气缸向前推送套入巻锂棒使锂片进入钢壳；锂片入钢壳装置E 还包括设置在机架上用于将已装好锂片的钢壳送出的锂片推出气缸（E5)， 锂片推出气缸与推送气缸的轴向投影相互垂直。

9、 根据权利要求8所述的锂片加工装置，其特征是：所述的锂片入 钢壳装置E与锂片辊压装置F前后衔接，在机台上固定设置有机架，在机 架上固定设有锂片辊压装置，该锂片辊压装置包括承接旋转气缸和薄型气 缸相配合送来的钢壳的辊压棒（F2)、驱动辊压棒旋转的辊压电机（Fl)、 与辊压棒配合的辊压气缸（F3)及辊压轮（F4)，辊压电机和辊压棒固定 在机架上。

10、 根据权利要求9所述的锂片加工装置，其特征是：所述的锂片辊 压装置F与出料装置G前后衔接，出料装置G固定在机架上，该机架上固 定设置在机台上包括将钢壳从辊压棒上退出的钢壳推出气缸（Gl),输送 带及输送电机。