CN108987817B - 一种锂电池的叠片装置及叠片方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂电池的叠片装置及叠片方法，装置部分由机架，设置于机架下部的若干支撑组件，设置于机架上部的若干成型组件，以及设置于支撑组件和成型组件之间的叠片平台组成；本发明能够实现对隔膜及正、负极极片的快速折叠，具有效率提升空间较大、对电芯的兼容性好、结构简单可靠等优点，可以有效的取代传统的“Z形”叠片模式下的取片、定位、隔膜折叠等复杂的操作工序，大幅提升了生产效率。

Description

一种锂电池的叠片装置及叠片方法

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，特别是一种锂电池的叠片装置及叠片方法。

背景技术

锂离子电池的电芯是由正极极片、隔膜、负极极片构成的，目前锂电池多采用叠片式电芯：即将隔膜进行“Z形”折叠，然后分别插入正、负极极片。

但是该种电芯的制备过程复杂，需要大量时间和精力来执行顺序堆叠过程，不易实现机械化操作，生产效率低下。实际生产过程中，执行叠片的效率大多在1秒/片左右，而电芯是由多个正、负极极片堆叠而成，目前的“Z形”叠片方法已经无法有效的提升生产效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种锂电池的叠片装置及叠片方法，能够实现隔膜和极片的快速折叠，提高电芯制造效率。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种锂电池的叠片装置，包括：机架；

若干个支撑组件，所述支撑组件固定于机架的下部；任意所述的支撑组件均包括两个支撑导轨，分别活动连接于两个支撑导轨上的两个支撑滑块，以及用于驱动两个支撑滑块沿支撑导轨移动的第一驱动组件；任意所述的支撑滑块上均通过第一升降组件连接有第一安装板，第一升降组件驱动第一安装板沿竖直方向运动；所述第一安装板上通过第一翻转组件连接有支撑薄板，两个所述的支撑薄板相对设置并在两个第一翻转组件的驱动下分开或合拢；

若干个成型组件，所述成型组件固定于机架的上部；任意所述的成型组件均包括两个成型导轨，分别活动连接于两个成型导轨上的两个成型滑块，以及用于驱动两个成型滑块沿成型导轨移动的第二驱动组件；各所述的成型导轨和支撑导轨的输送方向均相同；任意所述的成型滑块上均固定有第二安装板，所述第二安装板上固定有第二升降组件，所述第二升降组件连接有第二翻转组件，第二升降组件驱动第二翻转组件沿竖直方向运动；所述第二翻转组件连接有成型薄板，两个所述的成型薄板相对设置并在第二翻转组件的驱动下分开或合拢；

叠片平台，所述叠片平台固定于机架上且位于支撑导轨和成型导轨之间。

优选的，所述第一驱动组件包括第一横移伺服电机，与第一横移伺服电机连接的第一丝杆，以及与第一丝杆通过螺纹连接的第一连接板；所述第一连接板的两端分别连接两个支撑滑块；所述第二驱动组件包括第二横移伺服电机，与第二横移伺服电机连接的第二丝杆，以及与第二丝杆通过螺纹连接的第二连接板；所述第二连接板的两端分别连接两个成型滑块。

优选的，所述第一升降组件包括顶升气缸，所述顶升气缸竖直固定于支撑滑块上，所述第一安装板固定于顶升气缸的活塞杆端；所述第一翻转组件包括竖直固定于第一安装板上的第一启合气缸，所述第一启合气缸的活塞杆端固定有第一齿条，所述第一安装板的顶端安装有与所述第一齿条相啮合的第一定齿轮，所述支撑薄板固定于第一定齿轮上。

优选的，所述第二升降组件包括固定于第二安装板上的升降伺服电机，与升降伺服电机连接的升降丝杆，与所述升降丝杆通过螺纹连接的升降板，所述第二翻转组件固定于升降板上；所述第二翻转组件包括竖直固定于升降板上的第二启合气缸，所第二启合气缸的活塞杆端固定有第二齿条，所述升降板的底端安装有与所述第二齿条相啮合的第二定齿轮，所述成型薄板固定于第二定齿轮上。

优选的，所述叠片平台与支撑薄板相邻的一侧设有凸台。

一种锂电池的叠片装置的叠片方法，包括以下步骤：

S1、将正极极片和负极极片分别间隔热压在隔膜的上、下表面，形成隔膜料带；

S2、输送隔膜料带经过各支撑组件的上方，各支撑组件的两个支撑薄板处于合拢状态且保持高度与叠片平台的上表面高度一致，各支撑组件的支撑薄板由第一驱动组件驱动分别运动至隔膜料带上的正、负极极片之间的间隔处，与叠片平台最近的两个支撑薄板紧贴叠片平台；保持任意相邻的两个支撑薄板之间有一个正极极片和一个负极极片；

S3、各成型组件的两个成型薄板处于合拢状态，在第二驱动组件的驱动下，各成型组件的两个成型薄板分别运动至隔膜料带上的正、负极极片之间的间隔处，且成型薄板与支撑薄板交替排布；在第二升降组件和第二驱动组件的驱动下，各成型组件的成型薄板下降插入所对应的正、负极极片之间的间隔，并朝叠片平台方向移动；同时在第一驱动组件的驱动下，各支撑组件的支撑薄板同样朝叠片平台方向移动；

S4、在支撑组件和成型组件的联合动作下，将隔膜料带折叠并压在叠片平台的侧面，完成叠片；

S5、完成叠片后，各成型组件的两个成型薄板在第二翻转组件的驱动下分开；同时在第二升降组件的驱动下，各成型组件上升从折叠后的隔膜料带中抽出；除相对叠片平台最远端的支撑组件以外，其余各支撑组件的两个支撑薄板在第一翻转组件的驱动下分开；同时在第一升降组件的驱动下，各支撑组件下降从折叠后的隔膜料带中抽出；以待下一次叠片操作。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的装置及方法省去了传统“Z形”叠片的极片转移、定位等工序，因此叠片动作更少，叠片效率得到了大幅提升；

2、本装置的支撑组件和成型组件搭配使用，二者的数量可以根据需要调整，同一类型的组件结构统一、简单，方便互换；

3、本装置对电芯的兼容性强，更换支撑薄板及成型薄板尺寸，即可实现生产不同产品的换型；

4、本装置中采用的支撑组件、成型组件越多，对电芯的叠片效率则越高，因此具有更大的效率提升空间。

附图说明

图1是本发明的立体图；

图2是本发明的侧视图；

图3是本发明的正视图；

图4是本发明中支撑组件的立体图；

图5是本发明中支撑组件的侧视图；

图6是本发明中支撑组件的正视图；

图7是单套支撑组件的结构示意图；

图8是本发明中成型组件的立体图；

图9是本发明中成型组件的侧视图；

图10是本发明中成型组件的正视图；

图11是单套成型组件的立体图；

图12是叠片平台的立体图；

图13是支撑薄板和成型薄板的横截面图；

图14是电芯的结构示意图；

图15是电芯叠片前的来料状态示意图；

图16是隔膜料带初始状态下的位置示意图；

图17是叠片过程示意图；

其中：10-机架、20-成型组件、21-成型轨道、22-成型滑块、23-第二驱动组件、231-第二横移伺服电机、232-第二丝杆、233-第二连接板、24-第二升降组件、241-升降伺服电机、242-升降丝杆、243-升降板、25-第二安装板、26-第二翻转组件、261-第二启合气缸、262-第二齿条、263-第二定齿轮、27-成型薄板、30-支撑组件、31-支撑导轨、32-支撑滑块、33-第一驱动组件、331-第一横移伺服电机、332-第一丝杆、333-第一连接板、34-第一升降组件、341-顶升气缸、35-第一安装板、36-第一翻转组件、361-第一启合气缸、362-第一齿条、363第一定齿轮、37-支撑薄板、40-叠片平台、41-凸台、50-隔膜、60-正极极片、70-负极极片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

参照图1-图3所示的一种锂电池的叠片装置，包括：机架10，成型组件20，支撑组件30以及叠片平台40。

本实施中以三套支撑组件30和两套成型组件20为例来进行说明，实际可以根据需要调整支撑组件30和成型组件20的数量。

参照图4-图6所示，所述支撑组件30固定于机架10的下部。任意所述的支撑组件均包括两个支撑导轨31，分别活动连接于两个支撑导轨31上的两个支撑滑块32，以及用于驱动两个支撑滑块32沿支撑导轨移动的第一驱动组件33。

作为本实施例的优选实施方式，所述第一驱动组件33包括第一横移伺服电机331，与第一横移伺服电机331连接的第一丝杆332，以及与第一丝杆332通过螺纹连接的第一连接板333；所述第一连接板333的两端分别连接两个支撑滑块32。

任意所述的支撑滑块32上均通过第一升降组件34连接有第一安装板35，第一升降组件34驱动第一安装板35沿竖直方向运动；所述第一安装板35上通过第一翻转组件36连接有支撑薄板37，两个所述的支撑薄板37相对设置并在两个第一翻转组件36的驱动下分开或合拢。

作为本实施例的优选实施方式，参照图7所示，所述第一升降组件34包括顶升气缸341，所述顶升气缸341竖直固定于支撑滑块32上，所述第一安装板35固定于顶升气缸341的活塞杆端；所述第一翻转组件36包括竖直固定于第一安装板35上的第一启合气缸361，所述第一启合气缸361的活塞杆端固定有第一齿条362，所述第一安装板35的顶端安装有与所述第一齿条362相啮合的第一定齿轮363，所述支撑薄板37固定于第一定齿轮363上。此外，考虑到相对叠片平台40最远端的支撑组件作为最终压紧叠片的部件，可以不需要升降功能，则可以在该支撑组件上除去第一升降组件34，将第一安装板35直接固定在支撑滑块32上，设计第一安装板35高度达到预定升起高度即可。

参照图8-图10所示，所述成型组件20固定于机架10的上部。任意所述的成型组件20均包括两个成型导轨21，分别活动连接于两个成型导轨21上的两个成型滑块22，以及用于驱动两个成型滑块22沿成型导轨21移动的第二驱动组件23。

作为本实施例的优选实施方式，所述第二驱动组件23包括第二横移伺服电机231，与第二横移伺服电机231连接的第二丝杆232，以及与第二丝杆232通过螺纹连接的第二连接板233。所述第二连接板233的两端分别连接两个成型滑块22。

各所述的成型导轨21和支撑导轨31的输送方向均相同。任意所述的成型滑块22上均固定有第二安装板25，所述第二安装板25上固定有第二升降组件24。

所述第二升降组件24连接有第二翻转组件26，第二升降组件24驱动第二翻转组件26沿竖直方向运动。所述第二翻转组件26连接有成型薄板27，两个所述的成型薄板27相对设置并在第二翻转组件26的驱动下分开或合拢。

作为本实施例的优选实施方式，参照图11所示，所述第二升降组件24包括固定于第二安装板25上的升降伺服电机241，与升降伺服电机241连接的升降丝杆242，与所述升降丝杆242通过螺纹连接的升降板243，所述第二翻转组件26固定于升降板243上。

所述第二翻转组件26包括竖直固定于升降板243上的第二启合气缸261，所第二启合气缸261的活塞杆端固定有第二齿条262，所述升降板243的底端安装有与所述第二齿条262相啮合的第二定齿轮263，所述成型薄板27固定于第二定齿轮263上。

参照图13所示，支撑薄板37和成型薄板27的横截面设计为纺锤形结构，目的是为了在极片折叠时，减少薄板在启合过程中与极片的摩擦阻力。

所述叠片平台40固定于机架10上且位于支撑导轨31和成型导轨21之间；叠片平台40与支撑薄板37相邻的一侧设有凸台41，以避免叠片过程中出现运动干涉。

本发明的叠片方法如下：

参照图14所示，电芯主要由隔膜50、正极极片60、负极极片70按如图所示进行折叠，其中正极极片60、负极极片70均为双侧涂覆，即箔材的上、下两侧都均匀涂覆有活性物质。首先，参照图15所示，将正极极片60和负极极片70分别间隔热压在隔膜50的上、下表面，形成隔膜料带。

随后，参照图16所示，利用机械手拉出隔膜料带输送经过各支撑组件30的上方，各支撑组件30的两个支撑薄板37处于合拢状态且保持高度与叠片平台40的上表面高度一致，各支撑组件30的支撑薄板37由第一横移伺服电机331驱动分别运动至隔膜料带上的正、负极极片之间的间隔处，与叠片平台40最近的两个支撑薄板37紧贴叠片平台40；保持任意相邻的两个支撑薄板37之间有一个正极极片60和一个负极极片70。

各成型组件20的两个成型薄板27处于合拢状态，在第二横移伺服电机231的驱动下，各成型组件20的两个成型薄板27分别运动至隔膜料带上的正、负极极片之间的间隔处，且成型薄板27与支撑薄板37交替排布，互不干涉。

在升降伺服电机241和第二横移伺服电机231的驱动下，各成型组件20的成型薄板27下降插入所对应的正、负极极片之间的间隔，并朝叠片平台40方向移动；同时在第一横移伺服电机331的驱动下，各支撑组件30的支撑薄板37同样朝叠片平台40方向移动。

参照图17所示，在支撑组件30和成型组件20的联合动作下，将隔膜料带折叠并压在叠片平台40的侧面凸台41上，完成叠片。

叠片过程中，支撑薄板37、成型薄板27是同时动作的，如图17所示：支撑薄板E紧靠在叠片平台40的表面而保持不动；支撑薄板C向叠片平台40方向运动的速度为2V；支撑薄板D向叠片平板40方向运动的速度为4V；相对的成型薄板A的向下运动速度为V、向叠片平台40方向运动的速度为V；成型薄板B的向下运动速度为V、向叠片平台40方向运动的速度为3V。

完成叠片后，各成型组件20的两个成型薄板27在第二启合气缸261的驱动下分开；同时在升降伺服电机241的驱动下，各成型组件20上升从折叠后的隔膜料带中抽出。

除相对叠片平台40最远端的支撑组件(支撑薄板D)以外，其余各支撑组件30的两个支撑薄板37在第一启合气缸361的驱动下分开；同时在顶升气缸341的驱动下，各支撑组件30下降从折叠后的隔膜料带中抽出，以待下一次叠片操作。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种锂电池的叠片装置，包括机架，其特征在于，还包括：

若干个支撑组件，所述支撑组件固定于机架的下部；任意所述的支撑组件均包括两个支撑导轨，分别活动连接于两个支撑导轨上的两个支撑滑块，以及用于驱动两个支撑滑块沿支撑导轨移动的第一驱动组件；任意所述的支撑滑块上均通过第一升降组件连接有第一安装板，第一升降组件驱动第一安装板沿竖直方向运动；所述第一安装板上通过第一翻转组件连接有支撑薄板，两个所述的支撑薄板相对设置并在两个第一翻转组件的驱动下分开或合拢；

若干个成型组件，所述成型组件固定于机架的上部；任意所述的成型组件均包括两个成型导轨，分别活动连接于两个成型导轨上的两个成型滑块，以及用于驱动两个成型滑块沿成型导轨移动的第二驱动组件；各所述的成型导轨和支撑导轨的输送方向均相同；任意所述的成型滑块上均固定有第二安装板，所述第二安装板上固定有第二升降组件，所述第二升降组件连接有第二翻转组件，第二升降组件驱动第二翻转组件沿竖直方向运动；所述第二翻转组件连接有成型薄板，两个所述的成型薄板相对设置并在第二翻转组件的驱动下分开或合拢；

叠片平台，所述叠片平台固定于机架上且位于支撑导轨和成型导轨之间。

2.根据权利要求1所述的一种锂电池的叠片装置，其特征在于：所述第一驱动组件包括第一横移伺服电机，与第一横移伺服电机连接的第一丝杆，以及与第一丝杆通过螺纹连接的第一连接板；所述第一连接板的两端分别连接两个支撑滑块；所述第二驱动组件包括第二横移伺服电机，与第二横移伺服电机连接的第二丝杆，以及与第二丝杆通过螺纹连接的第二连接板；所述第二连接板的两端分别连接两个成型滑块。

3.根据权利要求1所述的一种锂电池的叠片装置，其特征在于：所述第一升降组件包括顶升气缸，所述顶升气缸竖直固定于支撑滑块上，所述第一安装板固定于顶升气缸的活塞杆端；所述第一翻转组件包括竖直固定于第一安装板上的第一启合气缸，所述第一启合气缸的活塞杆端固定有第一齿条，所述第一安装板的顶端安装有与所述第一齿条相啮合的第一定齿轮，所述支撑薄板固定于第一定齿轮上。

4.根据权利要求1所述的一种锂电池的叠片装置，其特征在于：所述第二升降组件包括固定于第二安装板上的升降伺服电机，与升降伺服电机连接的升降丝杆，与所述升降丝杆通过螺纹连接的升降板，所述第二翻转组件固定于升降板上；所述第二翻转组件包括竖直固定于升降板上的第二启合气缸，所第二启合气缸的活塞杆端固定有第二齿条，所述升降板的底端安装有与所述第二齿条相啮合的第二定齿轮，所述成型薄板固定于第二定齿轮上。

5.根据权利要求1所述的一种锂电池的叠片装置，其特征在于：所述叠片平台与支撑薄板相邻的一侧设有凸台。

6.根据权利要求1所述的一种锂电池的叠片装置的叠片方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将正极极片和负极极片分别间隔热压在隔膜的上、下表面，形成隔膜料带；

S2、输送隔膜料带经过各支撑组件的上方，各支撑组件的两个支撑薄板处于合拢状态且保持高度与叠片平台的上表面高度一致，各支撑组件的支撑薄板由第一驱动组件驱动分别运动至隔膜料带上的正、负极极片之间的间隔处，与叠片平台最近的两个支撑薄板紧贴叠片平台；保持任意相邻的两个支撑薄板之间有一个正极极片和一个负极极片；

S3、各成型组件的两个成型薄板处于合拢状态，在第二驱动组件的驱动下，各成型组件的两个成型薄板分别运动至隔膜料带上的正、负极极片之间的间隔处，且成型薄板与支撑薄板交替排布；在第二升降组件和第二驱动组件的驱动下，各成型组件的成型薄板下降插入所对应的正、负极极片之间的间隔，并朝叠片平台方向移动；同时在第一驱动组件的驱动下，各支撑组件的支撑薄板同样朝叠片平台方向移动；

S4、在支撑组件和成型组件的联合动作下，将隔膜料带折叠并压在叠片平台的侧面，完成叠片；

S5、完成叠片后，各成型组件的两个成型薄板在第二翻转组件的驱动下分开；同时在第二升降组件的驱动下，各成型组件上升从折叠后的隔膜料带中抽出；除相对叠片平台最远端的支撑组件以外，其余各支撑组件的两个支撑薄板在第一翻转组件的驱动下分开；同时在第一升降组件的驱动下，各支撑组件下降从折叠后的隔膜料带中抽出；以待下一次叠片操作。

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