CN106575788A - 用于形成卷绕结构的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于生产卷绕型元件的方法和装置（1000）。该方法包括：提供多个第一电腹板元件；把第一电腹板元件中的至少一个布置在输送元件（40）上，其中，所布置的第一电腹板元件的第一或第二面与输送元件以面对面的关系布置；提供多个第二电腹板元件；把第二电腹板元件中的至少一个布置在输送元件上，与所布置的第一电腹板元件有预定间距并且与输送元件呈面对面的关系，其中，该预定间距至少与该第一电腹板元件的长度一样长；以及，以与所布置的电腹板元件呈面对面的关系布置电绝缘隔离腹板元件。

Description

用于形成卷绕结构的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于卷绕结构的方法和装置的领域。本发明特别涉及蓄电装置的卷绕型芯结构的领域。

背景技术

卷绕结构，例如电池和电容器，是众所周知的。这类结构包括必须以预定关系布置以为成品装置提供所需功能的两个或更多组成元件。在某些情况下，这个功能的一部分是，通常使用第三组成元件使一个组成元件与另一组成元件进行电分隔。扁电池，这样称呼是因为它们的大体扁平的形状因素，它们目前可以使用包括阳极、阴极和隔板材料的芯来制造，使用相对低效的非连续成批处理来布置。由于组装卷绕元件的成本必须转入最终产品的价格，并且由于卷绕元件的制造所必需的的时间与成本相关，所以，需要制造卷绕元件的高速处理。

发明内容

一种用于制造卷绕元件的方法和装置。该方法包括以下步骤：提供多个第一电腹板元件，每个都具有第一面、第二面、长度和宽度；把这些第一电腹板元件中的至少一个布置在输送元件上，该输送元件具有输送方向和横输送方向，其中，所布置的第一电腹板元件的第一或第二面中的一个与输送元件以面对面的关系布置；提供多个第二电腹板元件，这些第二电腹板元件中的每个都具有第一面、第二面、长度和宽度；把这些第二电腹板元件中的至少一个布置在输送元件上，与所布置的第一电腹板元件有预定间距并且与输送元件呈面对面的关系，其中，该预定间距至少与该第一电腹板元件的长度一样长；以及，以与所布置的电腹板元件呈面对面的关系布置电绝缘隔离腹板元件。

该装置包括：具有行进方向的腹板输送元件；沿着行进方向与腹板输送元件相邻布置的第一腹板放下元件；沿着行进方向与腹板输送元件相邻布置且在第一腹板放下元件下游的第二腹板放下元件；沿着行进方向与腹板输送元件相邻布置且在第二腹板放下元件下游的第三腹板放下元件；以及，布置在第三腹板放下元件下游且适于抓握和转动腹板元件以卷绕这些腹板元件的组合的腹板卷绕元件。

附图说明

图1提供了本发明的一个实施例的示意性侧视图。

图2提供卷绕型芯元件的部件的示意性平面图。

具体实施方式

用于形成电池芯元件的装置，该装置包括：具有行进方向的腹板输送元件；沿着行进方向与腹板输送元件相邻布置的第一腹板放下元件；沿着行进方向与腹板输送元件相邻布置且在第一腹板放下元件下游的第二腹板放下元件；沿着行进方向与腹板输送元件相邻布置且在第二腹板放下元件下游的第三腹板放下元件；以及，布置在第三腹板放下元件下游且适于抓握和转动腹板元件以卷绕这些腹板元件的组合的腹板卷绕元件。

腹板输送元件可包括具有水平表面的带式或环绕链式输送元件，在该水平表面上可堆放多个组成腹板元件。输送元件的运动在行进方向上传送堆放的元件。腹板输送元件可包括真空系统，其功能性地连接到带孔输送元件，从而，真空可作用在布置在输送元件上的腹板元件（多个）上，其方式使得有助于稳定所堆放的腹板元件（多个）相对于输送元件的位置。腹板输送元件可使用常规的工业用气动、液压或电动系统来驱动，如本领域中已知的。腹板输送元件的控制可以是通过工业可编程控制系统或其它工业控制系统。在一个实施例中，腹板输送元件可被机械地耦合到腹板放下元件。在一个实施例中，腹板输送元件可被数字地耦合到腹板放下元件，利用耦合到腹板输送系统和/或伺服电机系统的具有并入其中的位置解析元件的部分的旋转位置编码器或解析器。在这个实施例中，腹板输送元件的任一部分的绝对位置和/或相对于该装置的其余部分的相对位置可被监控并且用作该装置的决策层次的一部分。

一系列腹板元件放下台可邻近腹板输送元件设置。每个腹板元件放下台可适于把特定组成腹板安置在腹板输送元件上。

腹板元件放下台可配置成安置离散或连续的腹板元件在腹板输送元件上。在一个实施例中，一个或多个腹板元件放下台可配置成把腹板元件的连续供给切割成离散的部分，并随后把每个切割部分安置在腹板输送元件上。

腹板元件放下台的操作和配置将根据待生产的卷绕型元件的所期望的结构来确定。

在一个实施例中，包括阳极电极元件和阴极电极元件的卷绕型元件与电极隔板元件一起将被卷绕成芯元件。 在一个实施例中，卷绕型元件的水平编译（horizontalcompilation）将被组装，然后卷绕成元件。在本实施例中，第一腹板元件放下台切割阳极材料的连续供给，并且把切割的离散阳极材料部分放下在真空辅助腹板输送元件上。这些阳极部分安置在腹板输送元件上，这些部分之间有特定间距间隔。该间距可被描述为电极长度和卷绕长度的组合。本文所使用的电极长度指的是与电极元件的行进方向上的长度相对应的行进方向上的长度。本文所使用的卷绕长度指的是至少与卷绕相邻的隔板部分-电极组成结构所需的隔板材料的长度相对应的长度。在具有多个阳极电极元件和阴极电极元件的卷绕型结构中，卷绕长度将变化，长度从该结构的最内部分向最外部分增大。在水平组件完成后，将其卷绕成卷绕型元件。卷绕型元件包括交替的阳极元件和阴极元件的堆叠，在它们周围卷绕着螺旋卷绕型隔板元件。阳极元件和阴极元件包括大致平坦的元件，具有两个尺寸（长度和宽度），这些尺寸基本上大于第三尺寸（厚度）。在卷绕组装件时，隔板元件在接触电极元件的一面与卷绕型堆叠的边缘之间交替变化。当进行堆叠的卷绕时，堆叠的总厚度增加，并且隔板材料的必须沿着堆叠的边缘跨越的长度增加。对于水平组件，电极元件之间的隔板材料长度的这个逐步增加必须考虑。当水平组件的组成元件安置在腹板输送元件上时，这个必要考虑是由卷绕长度的逐步增加来提供的。电极元件之间的不同的卷绕长度大约对应于与每个卷绕长度相关联的卷绕型结构的厚度。

在一个实施例中，首先安置的阳极元件与下一个随后的阳极元件通过两个电极长度和三个卷绕长度的组合而分离。这三个卷绕长度都具有不同的绝对长度。这三个不同的卷绕长度对应于隔板材料的长度，这对于与上述卷绕长度相关联的卷绕型结构的厚度大致是所需的。第三阳极元件邻近第二阳极元件布置，但是与第二阳极元件分隔适当的卷绕长度。两个电极和三个卷绕长度的模式于是把这对阳极电极元件与下一阳极电极元件分隔。根据期望卷绕型结构中的阳极元件和阴极元件的总数，两个阳极元件分隔开卷绕长度并且然后是与两个电极长度交替的三个卷绕长度的模式，将继续由阳极腹板元件放下台进行安置，直到与卷绕型元件堆叠的最外电极元件相对应的最终阳极电极元件安置在腹板输送元件上。

当所布置的这串阳极电极元件在行进方向上前进时，它邻近第二腹板元件放下台经过。第二腹板元件放下台将阴极材料的供给切割成离散电极部分并且把这些部分安置在腹板输送元件上。相关联的水平组件的第一阴极部分安置在腹板输送元件上，在第一阳极元件上游的距离是卷绕长度和电极长度。第二阴极元件安置在第一阴极元件的上游并且与它分隔卷绕长度。下一对阴极电极元件安置在后来的两对阳极电极元件之间的空间中，具有的模式是阳极元件、卷绕长度、阴极元件、卷绕长度、阳极元件、卷绕长度、阴极元件、卷绕长度、阳极元件。这种安放模式继续，形成阳极元件和阴极元件的水平列，布置的整体模式是单个阳极元件、电极间距、交替的阴极和阳极元件对以及单个阳极元件，每个单个的电极长度与相邻的电极长度分隔适当长度的卷绕长度。

当这串排列的电极元件在行进方向上前进时，它邻近第三腹板元件放下台经过。第三台把隔板元件安置在排列的电极元件的上表面上。在一个实施例中，粘接剂可在安放隔板之前通过安置在第二放下台下游且第三放下台上游的粘接剂涂覆台而安放在电极元件的上表面上。粘接剂涂覆台可包括耦合到粘接剂泵和粘接剂供应储存器的一个或多个粘接剂喷嘴。这个喷射系统可应用液态粘接剂到至少一些经过的电极元件的上表面，以促进隔板元件与电极元件之间的结合。在一个实施例中，当电极材料被提供给第一和/或第二放下台时，电极材料可包含在表面上的粘接剂，从而，电极材料的所布置的离散部分包括上粘接剂表面。

在一个实施例中，隔板材料可包括粘接剂表面，并且可以安置在排列的电极元件上，使粘接剂表面面向电极元件的上表面。

在一个实施例中，可以不用粘接剂来促进电极元件与隔板元件之间的结合。

在一个实施例中，电极元件可以使用热和或压力被层压到隔板。在本实施例中，层压过程完成，以确保电极留在用于卷绕操作的正确位置。如果腹板元件放下操作包括使用胶，那么，用来粘结电极到隔板的加热预层压可以不是必须的。层压机包括上加热辊和下加热辊。这些辊的任一个或两个可包含在特定位置形成粘接的图案，或者可以是对整个粘接都是光滑的。当水平组件在这两个辊之间行进时，层压机通过压力和/或温度的组合形成电极与隔板的热密封。这个热密封可以是材料的热塑性粘接或单独施加的粘接剂的活化。

在一个实施例中，隔板元件可安置在第一腹板元件放下台的腹板输送元件上。在本实施例中，阳极电极元件和阴极电极元件可由第二和第三腹板元件放下台以如上所述的水平阵列直接安置在隔板元件上，而不是在腹板输送元件上。

在一个实施例中，与隔板材料的堆放相关的腹板元件放下台可以包括腹板切割元件，适于把隔板元件的离散部分与材料供应分隔，当在腹板输送元件上为每个离散的水平组件分配了足够的隔板材料的时候或之后。

在一个实施例中，切割隔板元件的后缘可以与正经过的水平组件的最后阳极元件的后缘对齐。在本实施例中，隔板材料的后续部分的前缘可安置成对齐且对准下一个阵列的阳极元件和阴极元件的第一阳极电极元件的前缘。隔板放下台的旋转速度可以根据需要调节，以实现前缘和后缘的对齐，同时，适应下游组件的最后阳极与上游组件的第一阳极之间的任何居间间距。

完成后的水平组件沿着行进方向被输送到卷绕台。卷绕台可以包括一个或多个卷绕元件。在一个实施例中，单个卷绕元件包括至少一个抓握组件。抓握组件包括至少一个抓握头，该抓握头包括一对夹爪，平行且沿着行进方向，从而使得水平组件的横向边缘在上、下夹爪之间穿过。这些夹爪可为气动、液压或电致动的，以在第一阳极在它们之间经过时夹在经过的组件上。抓握组件可包括耦合到低压或真空源的端口系统，以在后续卷绕操作期间进一步帮助稳定水平组件元件。卷绕元件可以适于转动抓握组件，使得水平组件被卷绕成卷绕型元件。在一个实施例中，卷绕元件执行二分之一旋转每电极元件。 在旋转的卷绕完成时，这些夹爪可被致动以释放当下的卷绕型组件。

在一个实施例中，当每个组件接合卷绕台时，隔板元件可以连续地安放在腹板输送元件或电极元件阵列上并且被切割形成离散的水平组件。在一个实施例中，在下游水平组件被停下从而使得隔板切割元件能够切割隔板时的时间间隔期间，腹板隔板缘垛可以用于堆积隔板材料。在隔板已被切割之后，现有离散组件的运动和上游隔板元件的前缘都向下游进行。

在一个实施例中，卷绕元件可以安置在具有横向于行进方向的旋转轴线的卷绕开卷机上，卷绕元件的旋转轴线也横向于行进方向。在本实施例中，开卷机的旋转，此时卷绕元件也旋转。开卷机的旋转远离输送元件的路径运送卷绕元件，然后在卷绕元件的转动完成使其返回路径，这样卷绕型元件可以安放在腹板输送元件或新的卷绕型元件输送元件上，在腹板输送元件的平面上或附近。在本实施例中，开卷机的旋转在旋转抓握头与腹板输送元件之间形成间隙。

在一个实施例中，卷绕台包括安置在腹板输送元件的每侧上的卷绕元件，使得电极的每个侧缘上的第一阳极电极元件的抓握头夹紧部分和相对的卷绕元件一起作用以卷绕该水平组件。在本实施例中，相对的卷绕元件中的每一个都可被驱动，或者，一者可被驱动，且相对的元件在该被驱动元件的影响下旋转。卷绕元件可以使用气动、液压或电力动力被直接驱动。位置编码器或解析器可以并入卷绕元件的机构中，使得控制系统能够监控元件的旋转位置和旋转数量并且对这个信息起作用。

在一个实施例中，卷绕台包括多个如上所述的卷绕元件。在本实施例中，各个卷绕元件在卷绕开卷机上排列。在开卷机的每次旋转期间，多个卷绕元件实现多个水平组件的卷绕，由此降低开卷机必须工作的转速以适应任何指定数量的即将到来的水平组件。

在一个实施例中，行距控制（电极元件间距）是由腹板元件放下单元控制的。用于放置电极元件的这些单元包括上支承辊、下模辊和转印鼓。支承辊由两个气缸加载和卸载。当气缸排空时，硬弹簧保持辊在开启位置。模辊开有端口（ported）以提供真空耦合电极元件接触表面，这在电极被切割时把电极保持在辊上。然后，电极在被转印鼓拾起后被释放。转印鼓用真空保持电极。电极将通过来自转印鼓的吹气而被传送到主腹板真空输送机。

切割支承和模的转速是固定的，从而，每次切割相同长度的电极。 放下鼓具有足够的直径，从而它能够保持至少一个完整的电极围绕其圆周，还具有附加的圆周以允许适当的间距。放下鼓是独立地伺服马达驱动的，以便它能够加速和减速，以提供每个电极之间的不同间距。间距的这种变化对维修是非常关键的，从而，电极将被正确堆叠在最终的卷绕型电池构造中。

在一个实施例中，水平组件可以跨越腹板输送元件与卷绕元件之间的过渡间隙。在本实施例中，在抓握头动作之前，组件前进穿过腹板输送元件与卷绕元件之间的间隙，以获得对水平组件的边缘的一部分的控制。

所描述的装置可以用于形成卷绕型元件。在一个实施例中，一种用于形成卷绕型电池芯的方法包括的步骤是：提供第一电腹板元件的连续供应或多个第一电腹板元件；如果提供连续供应，这个供应随后被分成多个离散元件。每个元件具有第一面、第二面、长度和宽度。第一电腹板元件安置在输送元件上。输送元件具有输送方向和横输送方向。所布置的第一电腹板元件的第一或第二面布置成与输送元件面对面的关系。提供第二电腹板元件的连续供给或多个第二电腹板元件。在提供连续供应的实施例中，供应随后被分成多个离散元件。 每个第二电腹板元件也具有第一面、第二面、长度和宽度。每个第二电腹板元件安置在输送元件上，与所布置的第一电腹板元件呈预定间距并与输送元件呈面对面的关系。该预定间距至少与该第一电腹板元件的长度一样长。提供电绝缘隔板元件的供应，并且安置成与所布置的电腹板元件呈面对面的关系。如所描述的，隔板元件可以粘接到电极元件，或者可以不用粘接来安置。隔板和电极可以被热层压或者保持彼此未连接。

在一个实施例中，该方法包括的更多步骤是：抓握第一电腹板元件的边缘；旋转第一电腹板元件；卷绕第一和第二电腹板元件与绝缘隔板元件的组合为卷绕型电池芯元件。

在一个实施例中，该方法可包括，首先安置隔板元件，随后把电极元件安置在隔板上。在本实施例中，也可以如所述的卷绕复合结构。

所描述的装置和方法得到多个卷绕型电池芯元件。每个这样的元件包括：多个阳极元件；多个阴极元件；和隔板元件。阳极元件和阴极元件面对面堆叠安置，并且，隔板元件以螺旋卷绕安置在阳极元件与阴极元件的面之间，隔板环绕着阳极元件和阴极元件。

如图1所示，卷绕装置1000，放下台：10，20和30，安置在输送元件40的上方。阳极、阴极和隔板元件的水平阵列（未示出）行进到图的左边到卷绕元件50。 卷绕元件50包括多个抓握元件55，用于抓握阵列的一部分，以实现该阵列卷绕成电池元件芯组件。

如图2所示，卷绕型组件2000包括阳极元件100、阴极元件200以及隔板元件300的堆叠，隔板元件以螺旋方式围绕阳极元件和阴极元件卷绕。

示例性阴极材料包括锂插层材料，例如锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂镍氧化物或者由上述氧化物的组合物形成的复合氧化物。阴极材料可以被涂覆在阴极集电体上，也就是由铝、镍或它们的组合制得的箔片，以形成阴极。示例性阳极材料包括锂金属或锂合金和锂插层材料，例如碳、石油焦、活性炭、石墨或其他碳。阳极材料可涂覆在阳极集电体上，也就是由铜、金、镍、铜合金或其组合制得的箔片，以形成阳极。隔板层可以包括微孔聚乙烯膜、微孔聚丙烯膜或多层膜，或用于固体聚合物电解质或凝胶型聚合物电解质的高分子膜如聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈或聚合物膜聚偏氟乙烯六氟丙烯共聚物。

本文所公开的尺寸和数值不旨在被理解为严格地限于所述的精确数值。相反，除非另外指明，每个这样的尺寸旨在表示所引用的数值和围绕该数值的功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的尺寸旨在表示“约40mm”。本文引用的每个文献，包括任何交叉引用的或相关的专利或申请，在此作为参考全部并入本文，除非明确地排除或以其它方式限定。任何文献的引用均不是承认其是相对于所公开或所要求保护的本发明的现有技术，或者，其单独地或与任何其他参考或引用的任何组合的方式提出、建议或公开任何此类发明。此外，就本文献中的术语的任何含义或定义与作为参考并入的文献中的相同术语的任何含义或定义相冲突来说，应当以本文献中该术语的含义或定义为准。

虽然本发明的具体实施例已被说明和描述，但是，会对本领域技术人员显而易见的是，各种其它的变化和修改可以在不脱离本发明的精神和范围的前提下作出。因此，旨在在所附权利要求中覆盖所有这些变化和修改在本发明的范围之内。

Claims (5)

1.用于形成电池芯的方法；该方法的特征在于包括以下步骤：

a.提供多个第一电腹板元件，每个都具有第一面、第二面、长度和宽度；

b.把这些第一电腹板元件中的至少一个布置在输送元件上，该输送元件具有输送方向和横输送方向，其中，所布置的第一电腹板元件的第一或第二面中的一个与输送元件以面对面的关系布置；

c.提供多个第二电腹板元件，这些第二电腹板元件中的每个都具有第一面、第二面、长度和宽度；

d.把这些第二电腹板元件中的至少一个布置在输送元件上，与所布置的第一电腹板元件有预定间距并且与输送元件呈面对面的关系，其中，该预定间距至少与该第一电腹板元件的长度一样长；以及，

e.以与所布置的电腹板元件呈面对面的关系布置电绝缘隔离腹板元件。

2.根据权利要求1所述的方法，包括的更多步骤是：抓握第一电腹板元件的边缘；旋转第一电腹板元件；卷绕第一和第二电腹板元件与绝缘隔板元件的组合。

3.用于形成电池芯元件的装置，该装置包括：

a.具有行进方向的腹板输送元件；

b.沿着行进方向与腹板输送元件相邻布置的第一腹板放下元件；

c.沿着行进方向与腹板输送元件相邻布置且在第一腹板放下元件下游的第二腹板放下元件；

d.沿着行进方向与腹板输送元件相邻布置且在第二腹板放下元件下游的第三腹板放下元件；以及，

e.布置在第三腹板放下元件下游且适于抓握和转动腹板元件以卷绕这些腹板元件的组合的腹板卷绕元件。

4.根据权利要求3所述的装置，进一步地包括：腹板输送元件与腹板卷绕元件之间的间隙。

5.一种电池芯元件，该元件的特征在于包括：

a.多个阳极元件；

b.多个阴极元件；

c.隔板元件；

其中，阳极元件和阴极元件面对面堆叠安置，并且，隔板元件以螺旋卷绕安置在阳极元件与阴极元件的面之间。