CN104143627A - 锂离子电池涂布机及其收卷装置、收卷方法和极片卷 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池涂布机及其收卷装置、收卷方法和极片卷,收卷装置包括纠偏控制器及其控制的卷绕机构和用于设置在极卷边缘对应位置的设定距离处以检测极卷边缘位置的纠偏传感器,纠偏传感器设置于一横向往复运动机构上,经涂布后的极片基材在卷绕过程中横向往复移动形成相邻层与层之间边缘错位卷绕结构的极片卷。本发明的锂离子电池涂布机及其收卷装置和收卷方法利用横向移动机构控制纠偏传感器横向往复运动,纠偏控制器实时控制卷绕机构跟随纠偏传感器往复运动,这样就实现了极卷由边缘对齐卷绕变成了边缘错位螺旋卷绕,能分散涂布边缘偏厚造成的厚度累积,避免传统涂布收卷对齐卷绕过程中因边缘所受拉力过大造成的问题。

Description

锂离子电池涂布机及其收卷装置、收卷方法和极片卷
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池涂布机及其收卷装置、收卷方法和极片卷。
背景技术
锂离子动力电池是20世纪开发成功的新型高能电池。70年代进入实用化,因其具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点,已广泛应用于军事化和民用小型电器中,如移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等,部分代替了传统电池。大容量锂离子电池已在电动汽车中试用,将成为21世纪电动汽车的主要动力电源之一,并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。
随着二十世纪微电子技术的发展,小型化的设备日益增多,对电源提出了很高的要求,锂离子动力电池随之进入了大规模的生产实用阶段。锂离子电池是由正极片、负极片、隔膜纸、电解液、外壳等主要部分组成,正、负极片均是通过涂覆方式将正、负浆料涂覆在金属箔上,故极片的涂布在锂离子动力电池的电芯制程中是非常关键的工序。涂布是在电池生产过程中,将成卷的基材,铜箔、铝箔涂上一层特定功能的浆料,保证极片表面平整、光滑、敷料均匀、附着力好,干燥、不脱料、不掉料、无积尘、无气泡并烘干收卷。
涂布机的工艺流程如下:安放在放卷装置上的极片基材经过辊牵出,经自动纠偏后进入浮辊张力系统,调整放卷张力后进入涂布头,极片浆料按涂布系统的设定程序进行涂布。涂后的湿极片进入烘箱由热风进行干燥,干燥后的极片经张力系统调整张力,同时控制收卷速度,使它与涂布速度同步,极片经纠偏系统自动纠偏使基材保持在中心位置,由收卷装置进行整齐收卷。
目前,公知的涂布机收卷装置是由纠偏系统、张力控制系统和卷绕机构等组成,纠偏系统包括纠偏传感器、纠偏控制器、伺服驱动系统及纠偏装置,纠偏传感器用于检测极卷边缘位置,读出极卷实际位置与设定位置的偏移量,将偏移量转换成与之成正比的电信号,再将电信号输入给纠偏系统的纠偏控制器,信号经过放大、校准后,纠偏控制器把信号传给伺服驱动系统,伺服驱动系统根据信号的大小,驱动纠偏装置的伺服电机正反转,从而控制极卷边缘与纠偏传感器保持对齐,使卷绕机构以边缘对齐的卷绕方式卷出极卷。张力控制系统是保证极卷卷绕过程中保持恒张力,防止拉力过大造成断代。但是在涂布过程中,由于刚涂出的料较湿会向边缘流动或由于机头挡板等原因,引起涂布边缘偏厚的问题,在边缘对齐卷绕过程中,造成极卷边缘厚度累计,使边缘承担的拉力加大,造成边缘掉料或断带,所制得的极片厚度不均,厚度相差大,直接影响到电池的质量好坏,因此将严重影响产品质量,降低生产效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种涂布机收卷装置,以解决现有收卷装置不能克服极卷边缘厚度偏厚而造成边缘张力过大引起浆料脱落及断带问题,同时提供一种使用该收卷装置的涂布机、收卷方法和所卷绕出的极片卷。
为了实现以上目的,本发明所提供的涂布机收卷装置的技术方案如下:包括纠偏控制器及其控制的卷绕机构和用于设置在极卷边缘对应位置的设定距离处以检测极卷边缘位置的纠偏传感器,所述纠偏传感器设置于一横向往复运动机构上。
所述横向往复运动机构包括卷绕控制单元、横移控制电机及安装在横移控制电机上的伸缩装置,纠偏传感器固定于伸缩装置上,卷绕控制单元与横移控制电机控制连接用于控制其周期性正反转,横移控制电机用于驱动伸缩装置前后限位移动,伸缩装置带动纠偏传感器往复运动;所述伸缩装置具有一个与横移控制电机驱动连接的伸缩杆,伸缩杆上安装有磁铁;伸缩装置的前端和末端分别安装有用于与伸缩杆上安装的磁铁限位接触的左限位传感器和右限位传感器。
所述卷绕控制单元包括启停主电路、用于切换电机正反转控制单元的电机运行控制支路、电机反向控制支路和两限位支路;启停主电路中串接有常闭停止开关和常开启动开关,间隔时间继电器的线圈支路和运行时间继电器的线圈支路并联后串接在启停主电路中,间隔时间继电器的第一常开触点串接于运行时间继电器的线圈支路上,运行时间继电器的第一常闭触点串接于间隔时间继电器的线圈支路上;两限位支路上各自均串接有一个限位开关和一个限位继电器的线圈;电机反向控制支路中串接有电机反向继电器的线圈和其中一个限位继电器的常闭触点及另一个限位继电器常开触点,且常开触点上并联有电机反向继电器的第一常开触点;间隔时间继电器的第二常开触点和运行时间继电器的第二常闭触点以及由电机反向继电器控制的单刀双掷切换开关均串接于电机运行控制支路上。
所述卷绕控制单元还包括有由指示灯和指示灯继电器组成的指示灯电路,所述指示灯继电器的线圈与间隔时间继电器的线圈支路并联,所述指示灯继电器的常开触点和指示灯的串联支路与常开启动开关和指示灯继电器的线圈组成的串联支路并联。
本发明所提供的涂布机的技术方案如下:包括放卷装置和收卷装置,所述收卷装置包括纠偏控制器及其控制的卷绕机构和用于设置在极卷边缘对应位置的设定距离处以检测极卷边缘位置的纠偏传感器,所述纠偏传感器设置于一横向往复运动机构上。
所述横向往复运动机构包括卷绕控制单元、横移控制电机及安装在横移控制电机上的伸缩装置,纠偏传感器固定于伸缩装置上,卷绕控制单元与横移控制电机控制连接用于控制其周期性正反转,横移控制电机用于驱动伸缩装置前后限位移动,伸缩装置带动纠偏传感器往复运动;所述伸缩装置具有一个与横移控制电机驱动连接的伸缩杆,伸缩杆上安装有磁铁;伸缩装置的前端和末端分别安装有用于与伸缩杆上安装的磁铁限位接触的左限位传感器和右限位传感器。
所述卷绕控制单元包括启停主电路、用于切换电机正反转控制单元的电机运行控制支路、电机反向控制支路和两限位支路;启停主电路中串接有常闭停止开关和常开启动开关,间隔时间继电器的线圈支路和运行时间继电器的线圈支路并联后串接在启停主电路中,间隔时间继电器的第一常开触点串接于运行时间继电器的线圈支路上,运行时间继电器的第一常闭触点串接于间隔时间继电器的线圈支路上;两限位支路上各自均串接有一个限位开关和一个限位继电器的线圈;电机反向控制支路中串接有电机反向继电器的线圈和其中一个限位继电器的常闭触点及另一个限位继电器常开触点,且常开触点上并联有电机反向继电器的第一常开触点;间隔时间继电器的第二常开触点和运行时间继电器的第二常闭触点以及由电机反向继电器控制的单刀双掷切换开关均串接于电机运行控制支路上。
所述卷绕控制单元还包括有由指示灯和指示灯继电器组成的指示灯电路,所述指示灯继电器的线圈与间隔时间继电器的线圈支路并联,所述指示灯继电器的常开触点和指示灯的串联支路与常开启动开关和指示灯继电器的线圈组成的串联支路并联。
本发明所提供的锂离子电池涂布机的极片收卷方法的技术方案如下:一种锂离子电池涂布机的极片收卷方法,经涂布后的极片基材在卷绕过程中横向往复移动形成相邻层与层之间边缘错位卷绕结构的极片卷。
本发明所提供的利用锂离子电池涂布收卷装置所卷绕出的极片卷的技术方案如下:所述极片卷层与层之间逐步叠加,且极片卷层与层的边缘相互错位呈悬空状态。
本发明的锂离子电池涂布机及其收卷装置和收卷方法利用一个横向移动机构控制纠偏传感器横向左右往复运动,进而控制纠偏控制器实时控制卷绕机构跟随纠偏传感器往复运动,这样就实现了极卷由边缘对齐卷绕变成了边缘错位螺旋卷绕,能分散涂布边缘偏厚造成的厚度累积,并使极卷边缘始终处于悬空状态,避免传统涂布收卷对齐卷绕过程中因边缘所受拉力过大造成极卷边缘浆料崩裂或断带问题。
附图说明
图1为本发明涂布机横向往复运动机构实施例的结构示意图;
图2为本发明伸缩装置的结构示意图;
图3为本发明的卷绕控制单元电路原理图;
图4为本发明的电机正反转控制单元电路原理图;
图5为本发明所得到的极片卷结构图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
本发明的涂布机收卷装置包括纠偏控制器及其控制的卷绕机构和用于设置在极卷边缘对应位置的设定距离处以检测极卷边缘位置的纠偏传感器,纠偏传感器设置于一横向往复运动机构上。
如图1所示为本发明涂布机横向往复运动机构实施例的结构图,由图可知,该横向往复运动机构包括卷绕控制单元1、横移控制电机2及安装在横移控制电机上的伸缩装置3,纠偏传感器4固定于伸缩装置3上,卷绕控制单元1与横移控制电机2控制连接用于控制其周期性正反转,横移控制电机2用于驱动伸缩装置3前后限位移动,伸缩装置3带动纠偏传感器4往复运动。
如图2所示,本实施例的伸缩装置具有一个与横移控制电机2驱动连接的伸缩杆6,伸缩杆6上安装有磁铁9;伸缩装置3的前端和末端分别安装有用于与伸缩杆上安装的磁铁限位接触的第一限位传感器7和第二限位传感器8,两限位传感器均采用霍尔传感器。其中,电机丝杠5与横移控制电机2的转子固定连接,电机丝杠5与伸缩杆6通过螺纹连接,随着电机丝杠5的旋转带动伸缩杆6的往复运动,纠偏传感器4与伸缩杆6固定连接,能够随着伸缩杆6的移动而移动,磁铁9镶嵌在伸缩杆6的表面,霍尔传感器7与霍尔传感器8固定在伸缩杆支撑装置10上,当伸缩杆上的磁铁靠近霍尔传感器时,卷绕控制单元能够控制横移控制电机旋转方向发生变化,从而实现横移控制电机的往复运动。
本实施例的卷绕控制单元如图3所示,包括启停主电路、用于切换电机正反转控制单元的电机运行控制支路、电机反向控制支路和两限位支路;启停主电路中串接有常闭停止开关S1和常开启动开关S2,间隔时间继电器KT1的线圈支路和运行时间继电器KT2的线圈支路并联后串接在启停主电路中,间隔时间继电器KT1的第一常开触点KT1A串接于运行时间继电器的线圈支路上,运行时间继电器KT2的第一常闭触点KT2A串接于间隔时间继电器的线圈支路上;两限位支路上各自均串接有一个限位开关(左限位开关X1和右限位开关X2)和一个限位继电器(左限位继电器KM2和右限位继电器KM3)的线圈;电机反向控制支路中串接有电机反向继电器KM4的线圈和其中一个限位继电器(本实施例为KM2)的常闭触点K2及另一个限位继电器KM3的常开触点K3,且KM3的常开触点K3上并联有电机反向继电器KM4的第一常开触点K41;间隔时间继电器KT1的第二常开触点KT1B和运行时间继电器KT2的第二常闭触点KT2B以及由电机反向继电器KM4控制的单刀双掷切换开关K42均串接于电机运行控制支路上。
如图4所示,电机正反转控制单元串接在电机运行控制支路上用于控制横移控制电机的主电路实现电机的正反转,由于本实施例的横移控制电机本身具有三根线,一根是公共线,电机反转线圈RT1和正转线圈RT2的公共端接交流220V火线,电机反向继电器KM4的常闭触点AC接反转线圈RT1,常开触点AB接正转线圈RT2,CAP为启动电容,其中K42的公共端A接在电机运行控制支路上,当控制电机反向继电器KM4线圈通电时,常开触点AB闭合,正转线圈RT2通电,电机正转,反之,电机反转。
卷绕控制单元还包括有一个由指示灯D和指示灯继电器KM1组成的指示灯电路,指示灯继电器KM1的线圈与间隔时间继电器KT1的线圈支路并联,指示灯继电器KM1的常开触点K1和指示灯D的串联支路与常开启动开关S2和指示灯继电器KM1的线圈组成的串联支路并联。
本实施例的卷绕控制单元是整个设备的核心,将其安装于一个由不锈钢外壳组成的控制盒中。
本发明还提供一种涂布机,包括放卷装置和收卷装置,收卷装置包括纠偏控制器及其控制的卷绕机构和用于设置在极卷边缘对应位置的设定距离处以检测极卷边缘位置的纠偏传感器,纠偏传感器设置于一如上所述的横向往复运动机构上。卷绕控制单元与横移控制电机控制连接用于控制其周期性正反转,横移控制电机用于驱动伸缩装置前后限位移动,伸缩装置带动纠偏传感器往复运动,纠偏控制器控制卷绕机构随纠偏传感器往复运动。
本发明的工作原理如下:卷绕控制单元控制横移控制电机2有规律的正反转,横移控制电机2旋转带动伸缩装置3有规律的往复运动,伸缩装置3上安装有纠偏传感器4,纠偏传感器检测伸缩装置的前进与后退位置,把信号反馈给纠偏控制器,由于纠偏传感器固定在伸缩装置上,伸缩装置带动纠偏传感器进行周期性的往返运动,而纠偏控制器又实时控制卷绕机构跟随纠偏传感器往复运动,这样就实现了极卷由边缘对齐卷绕变成了边缘错位螺旋卷绕,这种卷绕方式能分散边缘厚度累积,并使极卷边缘始终处于悬空状态,以此达到减少边缘所受拉力。
本发明的工作过程如下:点动启动开关S2,绿色启动指示灯亮,指示灯继电器KM1自锁,间隔时间继电器KT1接通电源开始计时,达到设定值时间隔时间继电器KT1常开触点KT1A和KT1B闭合,此时时间继电器KT2接通电源开始计时,电机运行控制支路导通,横移控制电机电源接通,电机开始反转,带动纠偏传感器4移向右限位。运行时间继电器KT2达到设定值时,KT2常闭触点KT2A和KT2B断开,电机运行控制支路断开,电机断电停止旋转,时间继电器KT1断电复位,重新计时,开始新一轮运转。当右限位霍尔传感器检测到伸缩装置伸缩杆上的磁铁时,右限位开关X2闭合,KM3得电,其常开触点K3闭合后,KM4得电,KM4的常开触点K41闭合,且单刀双掷切换开关K42的A、B点连接,电机开始正转,当磁铁与左限位霍尔传感器限位接触时,左限位开关X1闭合,KM2的常闭触点K2断开,KM4断电,使KM4的常开触点K41断开,且单刀双掷切换开关K42的A、C点连接,电机又开始反转,依次类推,在运行时间继电器的运行设定时间内由电机不断正反转带动纠偏传感器往复运动,进而由纠偏控制器又实时控制卷绕机构跟随纠偏传感器往复运动,实现了极卷有边缘对齐卷绕变成了边缘错位螺旋卷绕。
本实施例的时间继电器KT1可任意设置电机旋转间隔时间,时间继电器KT2可任意设置电机运转时间,精度可达0.01秒,因此可根据生产需要任意调节电机运转距离,操作简便,能使极卷在卷绕时边缘卷成螺纹状,减少边缘拉力,保证收卷时不崩裂。
如图5所示为利用本发明的卷绕装置和卷绕方法得到的极片卷结构图,由图可知,该极片卷的边缘层与层之间依次产生错位,先是由外向内依次产生错位,层与层之间逐步叠加,控制电路控制极卷由外向内错位到传感器限位时,在控制极卷由内向外产生逐步错位叠加,依此达到极卷边缘成悬空状态,从而避免因边缘厚度累积造成的拉力过大、极卷边缘浆料脱落、极卷边缘裂纹导致的断带等问题。
本发明的横移往复运动机构是通过一个横移控制电机(即正反转电机)及相关的控制单元为例进行说明,当然也可以采用一个直流电机带动一个偏心轮结构或者曲柄滑块结构,通过电机的单方向转动实现纠偏传感器的往复运动,同样可以实现错位卷绕的目的,上述类似变换为本领域技术人员的常用技术手段,落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种涂布机收卷装置,包括纠偏控制器及其控制的卷绕机构和用于设置在极卷边缘对应位置的设定距离处以检测极卷边缘位置的纠偏传感器,其特征在于:所述纠偏传感器设置于一横向往复运动机构上。
2.根据权利要求1所述的涂布机收卷装置,其特征在于:所述横向往复运动机构包括卷绕控制单元、横移控制电机及安装在横移控制电机上的伸缩装置,纠偏传感器固定于伸缩装置上,卷绕控制单元与横移控制电机控制连接用于控制其周期性正反转,横移控制电机用于驱动伸缩装置前后限位移动,伸缩装置带动纠偏传感器往复运动;所述伸缩装置具有一个与横移控制电机驱动连接的伸缩杆,伸缩杆上安装有磁铁;伸缩装置的前端和末端分别安装有用于与伸缩杆上安装的磁铁限位接触的左限位传感器和右限位传感器。
3.根据权利要求2所述的涂布机收卷装置,其特征在于:所述卷绕控制单元包括启停主电路、用于切换电机正反转控制单元的电机运行控制支路、电机反向控制支路和两限位支路;启停主电路中串接有常闭停止开关和常开启动开关,间隔时间继电器的线圈支路和运行时间继电器的线圈支路并联后串接在启停主电路中,间隔时间继电器的第一常开触点串接于运行时间继电器的线圈支路上,运行时间继电器的第一常闭触点串接于间隔时间继电器的线圈支路上;两限位支路上各自均串接有一个限位开关和一个限位继电器的线圈;电机反向控制支路中串接有电机反向继电器的线圈和其中一个限位继电器的常闭触点及另一个限位继电器常开触点,且常开触点上并联有电机反向继电器的第一常开触点;间隔时间继电器的第二常开触点和运行时间继电器的第二常闭触点以及由电机反向继电器控制的单刀双掷切换开关均串接于电机运行控制支路上。
4.根据权利要求2或3所述的涂布机收卷装置,其特征在于:所述卷绕控制单元还包括有由指示灯和指示灯继电器组成的指示灯电路,所述指示灯继电器的线圈与间隔时间继电器的线圈支路并联,所述指示灯继电器的常开触点和指示灯的串联支路与常开启动开关和指示灯继电器的线圈组成的串联支路并联。
5.一种涂布机,包括放卷装置和收卷装置,所述收卷装置包括纠偏控制器及其控制的卷绕机构和用于设置在极卷边缘对应位置的设定距离处以检测极卷边缘位置的纠偏传感器,其特征在于:所述纠偏传感器设置于一横向往复运动机构上。
6.根据权利要求5所述的涂布机,其特征在于:所述横向往复运动机构包括卷绕控制单元、横移控制电机及安装在横移控制电机上的伸缩装置,所述纠偏传感器与纠偏控制器控制连接;纠偏传感器固定于伸缩装置上,卷绕控制单元与横移控制电机控制连接用于控制其周期性正反转,横移控制电机用于驱动伸缩装置前后限位移动,伸缩装置用于带动纠偏传感器往复运动,所述纠偏控制器用于控制卷绕机构随纠偏传感器往复运动;所述伸缩装置具有一个与横移控制电机驱动连接的伸缩杆,伸缩杆上安装有磁铁;伸缩装置的前端和末端分别安装有用于与伸缩杆上安装的磁铁限位接触的左限位传感器和右限位传感器。
7.根据权利要求6所述的涂布机,其特征在于:所述卷绕控制单元包括启停主电路、用于切换电机正反转控制单元的电机运行控制支路、电机反向控制支路和两限位支路;启停主电路中串接有常闭停止开关和常开启动开关,间隔时间继电器的线圈支路和运行时间继电器的线圈支路并联后串接在启停主电路中,间隔时间继电器的第一常开触点串接于运行时间继电器的线圈支路上,运行时间继电器的第一常闭触点串接于间隔时间继电器的线圈支路上;两限位支路上各自均串接有一个限位开关和一个限位继电器的线圈;电机反向控制支路中串接有电机反向继电器的线圈和其中一个限位继电器的常闭触点及另一个限位继电器常开触点,且常开触点上并联有电机反向继电器的第一常开触点;间隔时间继电器的第二常开触点和运行时间继电器的第二常闭触点以及由电机反向继电器控制的单刀双掷切换开关均串接于电机运行控制支路上。
8.根据权利要求6或7所述的涂布机,其特征在于:所述卷绕控制单元还包括有由指示灯和指示灯继电器组成的指示灯电路,所述指示灯继电器的线圈与间隔时间继电器的线圈支路并联,所述指示灯继电器的常开触点和指示灯的串联支路与常开启动开关和指示灯继电器的线圈组成的串联支路并联。
9.一种锂离子电池涂布机的极片收卷方法,其特征在于:经涂布后的极片基材在卷绕过程中横向往复移动形成相邻层与层之间边缘错位卷绕结构的极片卷。
10.一种利用如权利要求1所述的涂布机收卷装置所卷绕出的极片卷其特征在于:所述极片卷层与层之间逐步叠加,且极片卷层与层的边缘相互错位呈悬空状态。
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