CN103811794A - 用于卷绕可再充电电池的电极的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于卷绕可再充电电池的电极的装置和方法。根据本发明示范性实施例的电极卷绕装置包括：第一卷料轴部和第二卷料轴部，设置为彼此面对且具有被电极组件卷绕的外表面；第一夹具和第二夹具，设置在第一卷料轴部和第二卷料轴部之间且配置为固定电极组件的前端；以及第一移动部，配置为调整第一卷料轴部和第二卷料轴部之间的间隔。

Description

用于卷绕可再充电电池的电极的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于卷绕电极的装置和方法，更具体地，涉及用于卷绕可再充电电池的电极的装置和方法。
背景技术
与不能再充电的一次电池不同，可再充电电池能够重复地充电和放电。小容量可再充电电池用于诸如移动电话、笔记本电脑和摄像机的便携式小型电子设备，大容量电池广泛地用于驱动混合型汽车的发动机的电源。
可再充电电池具有电极组件，该电极组件包括正电极、负电极和隔板。电极组件以隔板插置在正电极和负电极之间的状态被卷绕，或者正电极和负电极交替地层叠且使隔板插置在其间。
对于卷绕电极的工艺，电极通过利用夹具固定电极的前端然后旋转卷料轴（winding reel）而被卷绕。由于前端被夹具固定，所以在卷绕工艺期间过度的张力被施加到电极，从而使电极变形。
具体地，安装在棱柱形壳体中的电极组件通过形成为具有拐角的平行四边形型或形成为叶片型的卷料轴来卷绕。在该情形下，由于过度的张力被施加到拐角部，所以产生使电极变形的问题。
此外，形成为圆形或椭圆形的卷料轴主要用于圆柱形电池。当电极组件通过形成为圆形或椭圆形的卷料轴卷绕时，产生相对小的张力。然而，当卷绕成圆形或椭圆形的电极组件被压平时，由于在弯曲部处间隔被加宽，所以产生不必要地增大长度的问题。
在本背景部分公开的以上信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此，它可以包含不构成对于本领域的普通技术人员来说已经在该国中已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明致力于提供能够减小张力作用和变形的卷绕装置以及卷绕方法。
本发明的示范性实施例提供一种电极卷绕装置，该电极卷绕装置包括：第一卷料轴部和第二卷料轴部，设置为彼此面对且具有被电极组件卷绕的外表面；第一夹具和第二夹具，设置在第一卷料轴部和第二卷料轴部之间且配置为固定电极组件的前端；以及第一移动部（first transfer part），配置为调整第一卷料轴部和第二卷料轴部之间的间隔。
第一卷料轴部或第二卷料轴部的外表面可以形成为曲面形状，第一卷料轴部或第二卷料轴部可以形成为弯曲成弧形的曲面板形。
第一移动部可以包括：导螺杆（lead screw），包括第一螺杆部和第二螺杆部，该第一螺杆部中形成有沿第一方向旋转的螺纹，该第二螺杆部中形成有沿与第一方向相反的第二方向旋转的螺纹；第一驱动器，与第一螺杆部耦接以沿第一螺杆部移动且连接到第一卷料轴部；第二驱动器，与第二螺杆部耦接以沿第二螺杆部移动且连接到第二卷料轴部；以及电机，配置为旋转导螺杆。第一移动部可以包括配置为移动第一卷料轴部和第二卷料轴部的液压缸或气压缸。
电极卷绕装置还可以包括第二移动部，该第二移动部配置为调整第一夹具和第二夹具之间的间隔，第一夹具和第二夹具可以安装成通过第二移动部而朝向第一卷料轴部和第二卷料轴部的外部伸出。
第二移动部可以包括：导螺杆，包括第一螺杆部和第二螺杆部，该第一螺杆部中形成有沿第一方向旋转的螺纹，该第二螺杆部中形成有沿与第一方向相反的第二方向旋转的螺纹；第一驱动器，与第一螺杆部耦接以沿第一螺杆部移动且连接到第一夹具；第二驱动器，与第二螺杆部耦接以沿第二螺杆部移动且连接到第二夹具；以及电机，配置为旋转导螺杆。
第二移动杆可以包括配置为移动第一夹具和第二夹具的液压缸或气压缸，第一夹具和第二夹具可以形成为板形且位于相同的平面上。
本发明的另一示范性实施例提供一种电极卷绕方法，该方法包括：通过将电极插入第一夹具和第二夹具之间来固定电极；通过旋转彼此面对的第一卷料轴部和第二卷料轴部，第一次卷绕所述电极；以及通过使第一卷料轴部和第二卷料轴部之间的间隔变窄并使第一夹具和第二夹具之间的间隔变宽，第一次调整间隔。
电极卷绕方法还可以包括：在所述第一次调整间隔之后，通过旋转第一卷料轴部和第二卷料轴部来第二次卷绕电极，以及通过使第一卷料轴部和第二卷料轴部之间的间隔进一步变窄以及使第一夹具和第二夹具之间的间隔进一步变宽，第二次调整间隔。
根据本发明的示范性实施例，可以通过移动卷料轴部和夹具而容易地将电极组件卷绕成椭圆形。
此外，可以根据卷料轴部和夹具的移动速度和移动距离通过使用一个卷绕装置来卷绕具有不同标准的电极组件。
另外，由于夹具最初固定电极组件的前端然后在卷绕工艺期间解除固定力，所以可以通过去除施加到拐角部的过度张力而防止电极组件变形。
附图说明
图1是透视图，示出根据本发明第一示范性实施例的电极卷绕装置；
图2是局部透视图，示出根据本发明第一示范性实施例的电极卷绕装置的第一移动部；
图3是透视图，示出根据本发明第一示范性实施例的电极卷绕装置的第二移动部；
图4A示出电极位于根据本发明第一示范性实施例的电极卷绕装置的第一夹具和第二夹具之间的状态，图4B示出电极固定在根据本发明第一示范性实施例的电极卷绕装置的第一夹具和第二夹具之间的状态，图4C示出电极卷绕装置旋转的状态，图4D示出第一卷绕轴部和第二卷绕轴部之间的间隔变窄的状态，图4E示出第一卷绕轴部和第二卷绕轴部之间的间隔变得更窄的状态；
图5是透视图，示出根据本发明第二示范性实施例的电极卷绕装置。
具体实施方式
在下文将参照附图更全面地描述本发明，在附图中显示出本发明的示范性实施例。如本领域技术人员将理解的，所描述的实施例可以以各种不同的方式修改，而都不脱离本发明的精神或范围。此外，相同的附图标记在说明书和附图中指代相同的元件。
图1是透视图，示出根据本发明第一示范性实施例的电极卷绕装置。
参照图1，根据第一示范性实施例的电极卷绕装置包括：彼此面对设置的第一卷料轴部21和第二卷料轴部22；第一夹具23和第二夹具24，设置在卷料轴部21和22之间且配置为固定电极组件10的前端；以及第一移动部30，配置为调整第一卷料轴部21和第二卷料轴部22之间的间隔。
第一卷料轴部21和第二卷料轴部22具有外圆周表面，该外圆周表面具有曲面，第一卷料轴部21和第二卷料轴部22形成为实质上弯曲成弧状的曲面板形。设置为彼此面对的第一卷料轴部21和第二卷料轴部22彼此间隔开而成为一虚拟圆（virtual circle）的部分。
第一夹具23和第二夹具24设置在卷料轴部21和22之间且形成为交叉卷料轴部21和22之间的空间的矩形板形。第一夹具23形成为沿着从卷料轴部21和22的一侧的端部到中心的方向的板形，第二夹具24形成为沿着从卷料轴部21和22的另一侧的端部到中心的方向的板形。
第一夹具23和第二夹具24平行地设置在相同的平面上，第一夹具23的下端和第二夹具24的上端设置为彼此面对。
图2是局部透视图，示出根据本发明第一示范性实施例的电极卷绕装置的第一移动部。
第一移动部30包括导螺杆（lead screw）37、与导螺杆37耦接的第一驱动器35和第二驱动器36、以及配置为转动导螺杆37的电机38。导螺杆37形成为带螺纹的杆形并包括第一螺杆部37a和第二螺杆部37b，该第一螺杆部37a具有沿第一方向旋转的螺纹，该第二螺杆部37b具有沿与第一方向相反的第二方向旋转的螺纹。第一螺杆部37a的螺纹和第二螺杆部37b的螺纹沿彼此相反的方向旋转。当第一螺杆部37a是右旋螺杆时，第二螺杆部37b是左旋螺杆。基于导螺杆37的纵向方向的中心，第一螺杆部37a形成在一侧，第二螺杆部37b形成在另一侧。
第一驱动器35形成为插入第一螺杆部37a且围绕插入的第一螺杆部37a的螺母型，第二驱动器36形成为插入第二螺杆部37b且围绕插入的第二螺杆部37b的螺母型。因此，当导螺杆37旋转时，第一驱动器35和第二驱动器36沿彼此相反的方向移动，因而第一驱动器35和第二驱动器36之间的间隔变得更窄或更宽。
第一驱动器35通过第一支撑杆31连接到第一卷料轴部21，第二驱动器36通过第二支撑杆32连接到第二卷料轴部22。第一支撑杆31和第二支撑杆32分别固定到第一卷料轴部21的一端和第二卷料轴部22的一端，并平行设置。
图3是局部透视图，示出根据本发明第一示范性实施例的电极卷绕装置的第二移动部。
参照图3，配置为调整第一夹具23和第二夹具24之间的间隔的第二移动部40安装在第一夹具23和第二夹具24的一侧，第二移动部40包括导螺杆47、与导螺杆47耦接的第一驱动器45和第二驱动器46、以及配置为转动导螺杆47的电机48。
导螺杆47形成为带螺纹的杆形并包括第一螺杆部47a和第二螺杆部47b，该第一螺杆部47a具有沿第一方向旋转的螺纹，该第二螺杆部47b具有沿与第一方向相反的第二方向旋转的螺纹。第一螺杆部47a的螺纹和第二螺杆部47b的螺纹沿彼此相反的方向旋转。当第一螺杆部47a是右旋螺杆时，第二螺杆部47b是左旋螺杆。基于导螺杆47的纵向方向的中心，第一螺杆部47a形成在一侧，第二螺杆部47b形成在另一侧。
第一驱动器45形成为插入第一螺杆部47a且围绕插入的第一螺杆部47a的螺母型，第二驱动器46形成为插入第二螺杆部47b且围绕插入的第二螺杆部47b的螺母型。因此，当导螺杆47旋转时，第一驱动器45和第二驱动器36沿彼此相反的方向移动，因而第一驱动器45和第二驱动器46之间的间隔变得更窄或更宽。
第一驱动器45通过第一支撑杆41连接到第一夹具23，第二驱动器46通过第二支撑杆42连接到第二夹具24。第一支撑杆41和第二支撑杆42分别固定到第一夹具23的一端和第二夹具24的一端，并平行设置。
图4A示出电极位于根据本发明第一示范性实施例的电极卷绕装置的第一夹具和第二夹具之间的状态，图4B示出电极固定在根据本发明第一示范性实施例的电极卷绕装置的第一夹具和第二夹具之间的状态，图4C示出电极卷绕装置旋转的状态，图4D示出第一卷绕轴部和第二卷绕轴部之间的间隔变窄的状态，图4E示出第一卷料轴部和第二卷料轴部之间的间隔变得更窄的状态。
将参照图4A至图4E描述根据本发明第一实施例的电极卷绕方法。根据本示范性实施例的电极卷绕方法包括：固定步骤，将电极插入第一夹具23和第二夹具24之间以固定电极；第一卷绕步骤，旋转彼此面对的第一卷料轴部21和第二卷料轴部22以缠绕所述电极；第一间隔调整步骤，使第一夹具23和第二夹具24之间的间隔变宽同时使第一卷料轴部21和第二卷料轴部22之间的间隔变窄。
在电极组件10如图4A所示地位于第一夹具23和第二夹具24之间的状态下，通过使第一夹具23和第二夹具24之间的间隔如图4B所示地变窄，固定步骤固定电极组件10使其不离开第一夹具23和第二夹具24之间的位置。
这里，电极组件10包括正电极11、负电极12以及设置在正电极11和负电极12之间的隔板13，并且电极组件10具有正电极11、隔板13、负电极12和隔板13交替层叠的结构。此外，电极组件10形成为沿一个方向的长带形状以被卷绕。
第一卷绕步骤在第一夹具23和第二夹具24固定电极组件10的状态下旋转第一卷料轴部21和第二卷料轴部22，如图4C所示。第一卷绕步骤旋转卷料轴部21和22一至五次。另外，在卷绕电极组件10时，第一夹具23和第二夹具24也与第一卷料轴部21和第二卷料轴部22一起旋转。
第一间隔调整步骤使第一夹具23和第二夹具24之间的间隔变宽同时使第一卷料轴部21和第二卷料轴部22之间的间隔变窄。因此，第一夹具23和第二夹具24之间的间隔变得更宽，使得第一夹具23和第二夹具24不再固定电极组件10，电极组件10没有被展开而是被电极组件10之间的摩擦力支撑。此外，因为第一卷料轴部21和第二卷料轴部22之间的间隔变窄，所以卷绕的电极组件10的形状从圆形改变成椭圆形。
此外，根据本示范性实施例的电极卷绕方法还包括通过旋转第一卷料轴部21和第二卷料轴部22来卷绕电极组件的第二卷绕步骤，第二卷绕步骤在第一间隔调整步骤之后实施。第二卷绕步骤和第一间隔调整步骤可以同时执行。也就是说，通过旋转卷料轴部21和22，可以减小第一卷料轴部21和第二卷料轴部22之间的间隔并增大第一夹具23和第二夹具24之间的间隔。
此外，根据本示范性实施例的电极卷绕方法还包括第二间隔调整步骤，在该第二间隔调整步骤中使第一卷料轴部21和第二卷料轴部22之间的间隔进一步变窄以及使第一夹具23和第二夹具24之间的间隔进一步变宽。
第二间隔调整步骤使第一卷料轴部21和第二卷料轴部22之间的间隔进一步变窄以及使第一夹具23和第二夹具24之间的间隔进一步变宽，如图4E所示。此时，第一夹具23和第二夹具24朝向第一卷料轴部21和第二卷料轴部22的外部伸出。第一夹具23从第一卷料轴部21和第二卷料轴部22的一个侧端伸出，第二夹具24从第一卷料轴部21和第二卷料轴部22的另一侧端伸出。因此，电极组件10能够卷绕成更细长的椭圆形。
此时，由于电极组件10的前端不是被夹具23和24固定而是通过电极组件10之间的摩擦力支撑，所以即使通过具有拐角部的夹具23和24延长了长度，也能够防止由施加到拐角部的张力引起的电极组件10的变形。
另外，第二间隔调整步骤可以与第一卷料轴部21和第二卷料轴部22的旋转一起执行。当卷绕的次数大时，第一卷料轴部21和第二卷料轴部22的移动速度相对较慢，当卷绕的次数小时，第一卷料轴部21和第二卷料轴部22的移动速度相对较快。
如上所述，根据本示范性实施例，可以通过移动第一卷料轴部21和第二卷料轴部22以及移动第一夹具23和第二夹具24而容易地将电极组件10卷绕成椭圆形，并可以根据卷料轴部21和22以及夹具23和24的移动速度和移动距离通过使用一个卷绕装置来卷绕具有不同标准的电极组件。
此外，由于第一夹具23和第二夹具24最初固定电极组件10的前端然后在卷绕工艺期间解除固定力，所以能够通过去除施加到拐角部的过度张力来防止电极组件10的变形。
图5是透视图，示出根据本发明第二示范性实施例的电极卷绕装置。
参照图5，根据第二示范性实施例的电极卷绕装置包括：彼此面对设置的第一卷料轴部21和第二卷料轴部22；第一夹具23和第二夹具24，设置在卷料轴部21和22之间且配置为固定电极组件10的前端；第一移动部50，配置为调整第一卷料轴部21和第二卷料轴部22之间的间隔；以及第二移动部60，配置为调整第一夹具23和第二夹具24之间的间隔。
由于根据本示范性实施例的电极卷绕装置具有与根据第一示范性实施例的电极卷绕装置基本上相同的结构，仅仅除了第一移动部50和第二移动部60的结构之外，所以将省略相同结构的重复描述。
第一移动部50包括：缸55；与缸55耦接的第一移动杆56和第二移动杆57；第一支撑杆51，配置为连接第一移动杆56和第一卷料轴部21；以及第二支撑杆52，配置为连接第二移动杆57和第二卷料轴部22。
缸55包括液压缸或气压缸，第一移动杆56和第二移动杆57形成为圆杆形状。第一移动杆56和第二移动杆57连接到缸55的纵向方向的两端，第一移动杆56和第二移动杆57的长度通过缸55调整。
此外，第一移动杆56垂直连接到第一支撑杆51，第二移动杆57垂直连接到第二支撑杆52。第一支撑杆51平行于第一卷料轴部21固定到第一卷料轴部21的纵向方向的一个侧端，第二支撑杆52平行于第二卷料轴部22固定到第二卷料轴部22的纵向方向的一个侧端。另外，第一支撑杆51和第二支撑杆52彼此平行地设置。
因此，当缸55拉动（pull）第一移动杆56和第二移动杆57时，第一卷料轴部21和第二卷料轴部22之间的间隔减小，当缸55推动（push）第一移动杆56和第二移动杆57时，第一卷料轴部21和第二卷料轴部22之间的间隔增大。
另外，第二移动部60包括缸65、与缸65耦接的第一移动杆66和第二移动杆67、第一支撑杆61以及第二支撑杆62，该第一支撑杆61配置为连接第一移动杆66和第一夹具23，该第二支撑杆62配置为连接第二移动杆67和第二夹具24。
缸65包括液压缸或气压缸，第一移动杆66和第二移动杆67形成为圆杆形状。第一移动杆66和第二移动杆67连接到缸65的纵向方向的两端，第一移动杆66和第二移动杆67的长度通过缸65调整。
此外，第一移动杆66垂直连接到第一支撑杆61，第二移动杆67垂直连接到第二支撑杆62。第一支撑杆61平行于第一夹具23固定到第一夹具23的纵向方向的一个侧端，第二支撑杆62平行于第二夹具24固定到第二夹具24的纵向方向的一个侧端。另外，第一支撑杆61和第二支撑杆62彼此平行地设置。
因此，当缸65拉动第一移动杆66和第二移动杆67时，第一夹具23和第二夹具24之间的间隔减小，当缸65推动第一移动杆66和第二移动杆67时，第一夹具23和第二夹具24之间的间隔增大。
虽然已经结合目前被认为是实际的实施例描述了本发明，但是将理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反地，本发明旨在覆盖包括在权利要求及其等同物的精神和范围内的各种变形和等同布置。
附图标记
10：电极组件                                  11：正电极
12：负电极                                    13：隔板
21：第一卷料轴部                              22：第二卷料轴部
23：第一夹具                                   24：第二夹具
30、50：第一移动部                             31、41、51、61：第一支撑杆
32、42、52、62：第二支撑杆                     35、36、45、46：第一驱动器
37、47：导螺杆                                 37a、47a：第一螺杆部
37b、47b：第二螺杆部                           38、48：电机
40、60：第二移动部                             55、65：缸
56、66：第一移动杆                             57、67：第二移动杆

Claims (12)

1.一种电极卷绕装置，包括：
第一卷料轴部和第二卷料轴部，设置为彼此面对且具有被电极组件卷绕的外表面；
第一夹具和第二夹具，设置在所述第一卷料轴部和所述第二卷料轴部之间且配置为固定所述电极组件的前端；以及
第一移动部，配置为调整所述第一卷料轴部和所述第二卷料轴部之间的间隔。
2.根据权利要求1所述的电极卷绕装置，其中：
所述第一卷料轴部或所述第二卷料轴部的外表面形成为曲面形状。
3.根据权利要求1所述的电极卷绕装置，其中：
所述第一卷料轴部或所述第二卷料轴部形成为弯曲成弧形的曲面板形。
4.根据权利要求1所述的电极卷绕装置，其中：
所述第一移动部，包括：
导螺杆，包括第一螺杆部和第二螺杆部，该第一螺杆部中形成有沿第一方向旋转的螺纹，该第二螺杆部中形成有沿与所述第一方向相反的第二方向旋转的螺纹；
第一驱动器，与所述第一螺杆部耦接以沿所述第一螺杆部移动且连接到所述第一卷料轴部；
第二驱动器，与所述第二螺杆部耦接以沿所述第二螺杆部移动且连接到所述第二卷料轴部；以及
电机，配置为旋转所述导螺杆。
5.根据权利要求1所述的电极卷绕装置，其中：
所述第一移动部包括配置为移动所述第一卷料轴部和所述第二卷料轴部的液压缸或气压缸。
6.根据权利要求1所述的电极卷绕装置，还包括：
第二移动部，配置为调整所述第一夹具和所述第二夹具之间的间隔。
7.根据权利要求6所述的电极卷绕装置，其中：
所述第一夹具和所述第二夹具被安装为通过所述第二移动部而朝向所述第一卷料轴部和所述第二卷料轴部的外部伸出。
8.根据权利要求6所述的电极卷绕装置，其中：
所述第二移动部，包括：
导螺杆，包括第一螺杆部和第二螺杆部，该第一螺杆部中形成有沿第一方向旋转的螺纹，该第二螺杆部中形成有沿与所述第一方向相反的第二方向旋转的螺纹；
第一驱动器，与所述第一螺杆部耦接以沿所述第一螺杆部移动且连接到所述第一夹具；
第二驱动器，与所述第二螺杆部耦接以沿所述第二螺杆部移动且连接到所述第二夹具；以及
电机，配置为旋转所述导螺杆。
9.根据权利要求6所述的电极卷绕装置，其中：
所述第二移动杆包括配置为移动所述第一夹具和所述第二夹具的液压或气压缸。
10.根据权利要求6所述的电极卷绕装置，其中：
所述第一夹具和所述第二夹具形成为板形且位于相同的平面上。
11.一种电极卷绕方法，包括：
通过将电极插入第一夹具和第二夹具之间来固定所述电极；
通过旋转彼此面对的第一卷料轴部和第二卷料轴部，第一次卷绕所述电极；以及
通过使所述第一卷料轴部和所述第二卷料轴部之间的间隔变窄并且使所述第一夹具和所述第二夹具之间的间隔变宽，第一次调整间隔。
12.根据权利要求11所述的电极卷绕方法，还包括：
在所述第一调整间隔之后，通过旋转所述第一卷料轴部和所述第二卷料轴部第二次卷绕所述电极，以及通过使所述第一卷料轴部和所述第二卷料轴部之间的间隔进一步变窄以及使所述第一夹具和所述第二夹具之间的间隔进一步变宽，第二次调整间隔。
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