CN102969538A

CN102969538A - 锂离子动力电池的电芯叠片机

Info

Publication number: CN102969538A
Application number: CN2012104182616A
Authority: CN
Inventors: 喻世民; 张强; 肖江连
Original assignee: HONGBRO PRECISION MACHINERY MANUFACTURING FACTORY
Current assignee: HONGBRO PRECISION MACHINERY MANUFACTURING FACTORY
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2032-10-26
Also published as: CN102969538B

Abstract

本发明涉及电池制造机械技术领域，其提供了锂离子动力电池的电芯叠片机，包括：叠片台机构、极片料盒机构、二次定位机构、取片机械臂、多片检测机构、隔膜放卷机构、隔膜卷绕机构、隔膜切断机构、贴胶机构、电芯转移机构及电芯输送带，所述取片机械臂包括正极取片机械臂及负极取片机械臂。本发明设置正、负极取片机械臂，各包括两组备片吸盘、两组叠片吸盘，可使叠片台机构A和叠片机构B同时进行叠片，提升电芯的组装效率。

Description

锂离子动力电池的电芯叠片机

技术领域

本发明涉及电池制造机械技术领域，尤其涉及一种用于生产锂离子动力电池电芯的机器。

背景技术

目前，大型锂离子动力电池的制造过程中，通常采用叠片机将锂离子电池电芯的正、负极片与隔离膜做Z形叠片装配，制作成电芯。常用的锂离子动力电芯叠片机中，设备的左右两取片机械臂机构在正极、负极两料槽中拾取极片，经二次定位工作台精确定位后，在叠片台上交替放料；叠片台在两机械臂左右运动配合两机械臂动作，并使隔离膜形成Z形将正负极片隔开；设备如此循环动作实现极组的叠片组装，当叠片数量达到设定的数值后，由电芯转移机械手将极组转至卷绕隔膜工位；卷绕机械手将极组夹紧，在极组外包隔膜，待极组外所包的隔膜达到设定的圈数后，裁刀裁断隔膜，设备自动进入下一个极组的组装；与此同时在已经外包隔膜的机组上贴终止防松胶纸，形成完整的电芯；设备一次只能生产一个电芯。

然而由电芯的Z型叠片组装结构决定了叠片机在制作电芯时的工作模式和效率；随着燃油类不可再生能源的进一步使用而出现供应紧张以及对环境的污染，导致市场对大型锂离子动力电池需要猛增，现行叠片机的结构生产效率难以满足市场需要。若置两台则需要占用更多厂房位置和操作人员，造成资源上的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种生产效率高、产品一致性好、运行稳定、适用高性能动力电池、成本低的多工位电芯叠片机，即以叠片台机构为中心，构成两个或者多个并行系统同时工作，可以一次生产两个乃至多个电芯。

本发明所述的锂离子动力电池的电芯叠片机，其包括：

叠片台机构，其设置有两个且对称放置，采用高速直线伺服模块组驱动，用以实现锂电池电芯的正负极片的定位、压紧及与隔离膜的Z形叠片装配工艺，形成电芯；

极片料盒机构，用以正、负极片的供料储存；

二次定位机构，包括光电传感器，检测缺片或多重吸片，设置在叠片台及极片料盒机构之间，将极片精确定位；

取片机械臂，包括正极取片机械臂及负极取片机械臂，每个取片机械臂包括两组备片吸盘及两组叠片吸盘，四个吸盘分别在极片料盒机构、二次定位平台、叠片台机构取放极片和完成叠片；

多片检测机构，设置在料盒及二次定位机构之间，机械手从料盒抓到极片片时自动检测是否缺片、多片，缺片时自动重新取片，多片时自动放回料盒继续抓料并将多余的极片分离，若长时间不能分离开，则进行报警；

隔膜放卷机构，设置在叠片台的上方，在电芯进行叠片和尾卷时连续供料，主动放卷；

隔膜卷绕机构，设置在所述负极取片机械臂后，将叠片完成的电芯卷绕隔离膜；

隔膜切断机构，设置在所述负极取片机械臂与所述隔膜卷绕机构之间，在电芯完成卷绕隔离膜的将隔膜裁断；

贴胶机构，将完成尾卷隔膜的电芯贴终止胶带；

电芯转移机构，将叠片后的极组按顺序夹取转移到所述隔膜卷绕机构外包隔膜、转移至贴胶机构贴胶、将完成的电芯移放到出料拉带上；

电芯输送带，将完成组装工艺的电芯存储或者将电芯转入下一工位。

作为一种优选方案，所述极片料盒机构包括正极料盒和负极料盒，正负极料盒均为插入式便携料盒，极片料盒机构成整体滑拉式，便于更换。

作为一种优选方案，所述极片料盒机构包括极片上料辅助装置及极片上料顶升机构，极片上料辅助装置为分片毛刷，避免吸多片；上料顶升机构设置在极片料盒下方，根据料盒中极片高度调整极片位置。

作为一种优选方案，所述隔膜放卷机构包括浮辊、低摩擦气缸、电位器，浮辊在送料过程中吸收送料瞬间启动产生的张力，防止打滑，电位器实时监测位移量，反馈信号给放卷马达使工作张力保持恒定。

作为一种优选方案，所述隔膜放卷机构包括纠偏系统，对隔膜进行纠偏，保证叠片、卷绕时正、负极片与隔膜整齐一致。

作为一种优选方案，所述二次定位机构包括光电传感器，检测缺片或多重吸片。

作为一种优选方案，所述正极取片机械臂和负极取片机械臂的备片吸盘及两组叠片为真空吸盘；取片机械臂由一个伺服马达驱动四组吸盘同时动作。

作为一种优选方案，所述正极取片机械臂和负极取片机械臂包括极片折弯机构，设置在所述正、负取片机械臂的备片吸盘位置。

作为一种优选方案，所述隔膜卷绕机构包括双夹持机构，双夹持机构将电芯两侧全部夹持形成保护。

作为一种优选方案，所述隔膜卷绕机构包括隔膜尾卷张力机构、滚轮，隔膜尾卷张力机构具有空腔结构，表面开设吸盘或小孔，通入真空并吸附隔膜形成张力，双夹持机构同步驱动，滚轮压整隔膜，将叠片完成的电芯卷绕隔离膜中。

本发明的有益效果是：设置正、负极取片机械臂各包括两组备片吸盘、两组叠片吸盘，在料盒、二次定位平台A、二次定位平台B、叠片台机构A、叠片台机构B之间取放极片；叠片台机构A和叠片机构B同时进行叠片，当叠片台机构A完成一个电芯的叠片组装时，叠片台机构B也完成了一个电芯的组装，效率提升了一倍；而且与两台叠片机相比之下，正负极取片机械臂需要四套机构，包括四套传动装置，使用本发明则仅需两套；极片料盒机构也如上所述，降低了大量成本，同时大大缩减了设备所需空间，而且现在只需一名工作人员操作即可，因此更具优势。

附图说明

图1是本发明的主视示意图；

图2是本发明的极片料盒机构示意图；

图3是本发明的叠片台机构示意图；

图4是本发明的正极取片机械臂机构示意图；

图5是正极取片机械臂机构的侧视图；

图6是本发明的负极取片机械臂机构示意图；

图7是本发明的隔膜放卷机构示意图；

图8是隔膜放卷机构的侧视图；

图9是本发明的电芯转移机构示意图；

图10是本发明的卷绕机构示意图。

附图标号说明：

具体实施方式

本发明所述的锂离子动力电池的电芯叠片机，如图1所示，其揭示了本发明之较佳实施例的具体结构，包括有极片料盒机构10、正极二次定位机构20、负极二次定位机构30、A叠片台机构40、B叠片台机构50、正极取片机械臂60、负极取片机械臂70、隔膜放卷机构80、电芯输送带90、卷绕机构A 100、卷绕机构B 110、电芯转移机构A 120、电芯转移机构B 130、贴胶机构A 140、贴胶机构B 150。

所述极片料盒机构10用于提供待叠片的不同类型的极片，其包括极片上料辅助装置及极片上料顶升机构11，极片上料辅助装置为分片毛刷，避免吸多片；上料顶升机构11设置在极片料盒10的下方，根据料盒中极片高度调整极片位置。例如动力电池电芯的叠片工艺中，正极极片料盒14提供正极片，负极极片料盒15提供负极片，两料盒可分别设置在固定的位置，也可以以其他方式设置在传送机构中以便从上一工位及时运送极片。正极取片机械臂60、负极取片机械臂70分别包括正极备片吸盘64、正极备片吸盘66、负极备片吸盘74、负极备片吸盘76，吸取极片时极片上料顶升机构11将待取极片顶升至合适高度以便取片，当备片吸盘吸取极片后上料辅助机构12配合正极片折弯机构67、负极片折弯机构77动作，将多片剥离，避免吸多片。

所述正极二次定位机构A 20、负极二次定位机构A 25、正极二次定位机构B 30、负极二次定位机构B 35包括光电传感器，检测缺片或多重吸片，用于将待叠极片的单片进行精确定位。

所述隔膜放卷机构80，其包括摆臂81、摆辊82、直流无刷马达85、电位器86和低摩擦气缸87，摆辊在送料过程中吸收送料瞬间启动产生的张力，防止打滑，电位器86实时监测位移量，反馈信号给放卷马达放料，使工作张力保持恒定，确保电池叠合松紧度均匀一致；其还包括纠偏感应器83、纠偏系统84，以对隔膜进行纠偏，保证叠片、卷绕时正、负极片与隔膜整齐一致。

所述叠片台机构A 40、B叠片台机构50在正极取片机械臂60与负极取片机械臂70之间往返运动，采用高速直线伺服模块组驱动实现高速、精确、稳定运行在正负极片之间往复运动，其包括伺服马达41、正极压爪42、负极压爪43，两压爪负责压紧并定位极片及隔膜，实现锂电池电芯的正、负极片与隔离膜的做Z形叠片装配工艺，形成电芯。

所述正极取片机械臂60包括两组备片吸盘，分别是正极备片吸盘A 64、正极备片吸盘B 66，两组叠片吸盘分别是正极叠片吸盘A 62、正极叠片吸盘B 68；取料件为真空吸盘；机械臂由一个正极片伺服马达61驱动四组吸盘机构同时动作；所述正极备片吸盘A 64、正极备片吸盘B 66分别包括正极片折弯机构67，备片吸盘吸取极片后将极片轻微折弯，将多余的极片分离。

所述负极取片机械臂60包括两组备片吸盘分别是负极备片吸盘A 74、负极备片吸盘B 76，两组叠片吸盘分别是负极叠片吸盘A 72、负极叠片吸盘B 78；取料件为真空吸盘；机械臂由一个负极片伺服马达71驱动四组吸盘机构同时动作；所述负极备片吸盘A 74、负极备片吸盘B 76包括负极片折弯机构77，备片吸盘吸取极片后将极片轻微折弯，将多余的极片分离。

所述备片吸盘是从极片料盒机构10中吸取极片，待取片机械臂转换工位后，将极片放置到二次定位工作台上，以便二次定位工作台对极片进行定位；所述叠片吸盘是将已完成定位的极片吸取，待机械臂转换工位后，在叠片台上进行叠片的机构。

所述卷绕机构100包括双夹持机构，双夹持机构将电芯两侧全部夹持形成保护。

作为一种优选方案，所述卷绕机构100还包括隔膜尾卷张力机构102、滚轮，隔膜尾卷张力机构具有空腔结构，表面开设吸盘或小孔，通入真空并吸附隔膜形成张力，双夹持机构同步驱动，滚轮压整隔膜，将叠片完成的电芯卷绕隔离膜中。

本方案叠片机的叠片工艺包括以下流程：

如图1所示，所述负极取片机械臂70的工作状态为：负极叠片吸盘A 72位于负极二次定位A 25处，将完成定位的负极片吸取；负极备片吸盘A 74位于负极极片料盒15处，负极备片吸盘A 74从负极极片料盒15中吸取负极片；负极备片吸盘B 76位于负极二次定位B 35处，将负极片放置到负极二次定位B35的工作台上完成负极片的定位；负极叠片吸盘B 78位于B叠片台机构50处，与B叠片台机构50配合完成一个负极片的叠片。当以上四组吸盘的动作全部完成时，由负极片伺服马达71驱动负极取片机械臂70向左移动一个工位，此时负极叠片吸盘A 72位于叠片台A 40处，与A叠片台机构40配合完成一个负极片的叠片；负极备片吸盘A 74位于负极二次定位A 25处，将负极片放置到负极二次定位A 25工作台上完成负极片的定位；负极备片吸盘B 76位于负极极片料盒15处，负极备片吸盘B 76从负极极片料盒15中吸取负极片；负极叠片吸盘B 78位负极于二次定位B 35处，将完成定位的负极片吸取；当以上四组吸盘的动作全部完成时，由负极片伺服马达71驱动负极取片机械臂70向右移动一个工位，循环以上所述动作，配合A叠片台机构40、B叠片台机构50进行负极片的叠片。

如图1所示，所述正极取片机械臂60的工作状态为：正极叠片吸盘A 62位于A叠片台机构40处，与A叠片台机构40配合完成一个正极片的叠片；正极备片吸盘A 64位于正极二次定位A 20处，将正极片放置到正极二次定位A 20的工作台上完成正极片的定位；正极备片吸盘B 66位于正极极片料盒14处，正极备片吸盘B 66从正极极片料盒14中吸取极片；正极叠片吸盘B 68位于正极二次定位B 30处，将完成定位的正极片吸取；当以上四组吸盘的动作全部完成时，由正极片伺服马达61驱动正极取片机械臂60向右移动一个工位，此时正极叠片吸盘A 62位正极二次定位A 20处，将完成定位的正极片吸取；正极备片吸盘A 64位于正极料盒13处，正极备片吸盘A 64从正极极片料盒14中吸取极片；正极备片吸盘B 66位于正极二次定位B 30处，将正极片放置到正极二次定位B 30的工作台上完成正极片的定位；正极叠片吸盘B 68位于B叠片台机构50处，与B叠片台机构50配合完成一个正极片的叠片；当以上四组吸盘的动作全部完成时，由正极片伺服马达61驱动正极取片机械臂60向右移动一个工位，循环以上所述动作，配合A叠片台机构40、B叠片台机构50进行正极片的叠片。

所述的正极两取片机械臂60、负极取片机械臂70在正极极片料盒14、负极极片料盒15中拾取极片，经正极二次定位A 20、负极二次定位A 25（或者正极二次定位B 30、负极二次定位B 30）精确定位后，在A叠片台机构40（或者B叠片台机构50）上交替放料；隔膜放卷机构80在正极两取片机械臂60、负极取片机械臂70左右运动配合两机械臂动作，并使隔离膜形成Z形将正负极片隔开；设备如此循环动作实现极组的叠片组装，当叠片数量达到设定的数值后，由电芯转移机构A 120（或者电芯转移机构B 130）将极组转至卷绕隔膜工位；卷绕机构100将极组夹紧，在极组外包隔膜，待极组外所包的隔膜达到设定的圈数后，裁隔膜机构73将隔膜裁断，设备自动进入下一个极组的组装；与此同时在已经外包隔膜的机组上贴终止防松胶纸，形成完整的电芯。

如图1所示，设备以A叠片台机构40、B叠片台机构50为中心，构成两个并行的系统，两系统可以同时进行工作，也可以只使用一个系统工作，即当其中一个系统故障时，另一系统不受影响，仍可以正常工作，当两个系统同时工作，将产生一倍的效率。

以上所述并非对本发明的技术范围作任何限制，凡依据本发明技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims

1.锂离子动力电池的电芯叠片机，包括：

极片料盒机构，用以正、负极片的供料储存；

二次定位机构，设置在叠片台及极片料盒机构之间，将极片精确定位；

取片机械臂，包括正极取片机械臂及负极取片机械臂，每个取片机械臂包括两组备片吸盘及两组叠片吸盘，四个吸盘分别在料盒机构、二次定位平台、叠片台机构取放极片和完成叠片；

贴胶机构，将完成尾卷隔膜的电芯贴终止胶带；

2.如权利要求1所述的锂离子动力电池的电芯叠片机，其特征在于：所述极片料盒机构包括正极料盒和负极料盒，正负极料盒均为插入式便携料盒，极片料盒机构成整体滑拉式，便于更换。

3.如权利要求1所述的锂离子动力电池的电芯叠片机，其特征在于：所述极片料盒机构包括极片上料辅助装置及极片上料顶升机构，极片上料辅助装置为分片毛刷，避免吸多片；上料顶升机构设置在极片料盒下方，根据料盒中极片高度调整极片位置。

4.如权利要求1所述的锂离子动力电池的电芯叠片机，其特征在于：所述隔膜放卷机构包括浮辊、低摩擦气缸、电位器，浮辊在送料过程中吸收送料瞬间启动产生的张力，防止打滑，电位器实时监测位移量，反馈信号给放卷马达使工作张力保持恒定。

5.如权利要求1所述的锂离子动力电池的电芯叠片机，其特征在于：所述隔膜放卷机构包括纠偏系统，对隔膜进行纠偏，保证叠片、卷绕时正、负极片与隔膜整齐一致。

6.如权利要求1所述的锂离子动力电池的电芯叠片机，其特征在于：所述二次定位机构包括光电传感器，检测缺片或多重吸片。

7.如权利要求1所述的锂离子动力电池的电芯叠片机，其特征在于：所述正极取片机械臂和负极取片机械臂的备片吸盘及两组叠片吸盘为真空吸盘；取片机械臂由一个伺服马达驱动四组吸盘同时动作。

8.如权利要求1所述的锂离子动力电池的电芯叠片机，其特征在于：所述正极取片机械臂和负极取片机械臂包括极片折弯机构，设置在所述正、负取片机械臂的备片吸盘位置。

9.如权利要求1所述的锂离子动力电池的电芯叠片机，其特征在于：所述隔膜卷绕机构包括双夹持机构，双夹持机构将电芯两侧全部夹持形成保护。

10.如权利要求1所述的锂离子动力电池的电芯叠片机，其特征在于：所述隔膜卷绕机构包括隔膜尾卷张力机构、滚轮，隔膜尾卷张力机构具有空腔结构，表面开设吸盘或小孔，通入真空并吸附隔膜形成张力，双夹持机构同步驱动，滚轮压整隔膜，将叠片完成的电芯卷绕隔离膜。