CN109175001A - 一种保护片的压平装置和方法 - Google Patents

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徐玮剑
秦伟贤
廖霞霞
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Abstract

本发明公开了一种保护片的压平装置和方法，其中，所述压平装置包括工作台、压合机构和夹具；所述夹具安装在所述工作台上，所述夹具包括两个分别用于定位电芯的第一限位部和用于定位位于所述电芯端部的极耳和保护片的第二限位部，所述第二限位部位于两个所述第一限位部之间；所述压合机构包括位于所述夹具上方的压平件，所述压平件与所述第二限位部相对设置；所述压平件能够沿第一方向移动以将所述保护片压平。本发明实施例利用压平装置将因超声波焊接翘曲的保护片进行压平，在确保焊印拉力的前提下，有效抑制了因保护片变形刺穿包膜、进而造成短路的风险。

Description

一种保护片的压平装置和方法
技术领域
本发明涉及动力电池极耳的焊接技术领域，特别涉及一种保护片的压平装置和压平方法。
背景技术
一般地，锂电池正极保护片与正极极耳、负极保护片与负极极耳之间均采用超声波焊接工艺进行连接，为防止出现脱落、断裂或短路，通常焊后需在超声波焊接区域正反面贴蓝胶，继而进行极耳折弯、电芯合芯等后续工艺。
但由于超声波焊接的工艺特性，正极保护片和负极保护片容易弯曲，如焊接时，超声波焊头直接作用在保护片上，保护片与焊头接触的区域受到向下的集中作用力，而焊头作用面以外的区域四周无约束，导致保护片四周较严重的翘曲变形，特别是正极保护片因受其材质影响变形比负极保护片更为严重，焊接过程中发生的正极保护片和负极保护片变形、翘曲，会导致在电芯合芯过程中，翘曲的保护片刺破胶带或包膜，造成电池短路，降低产品优率。在电池中，变形的保护片会占用极耳折弯空间，造成后续加工困难，如图1所示，电池装配时，电芯a外侧会有包膜c，若保护片b变形较大时强行折弯极耳d，容易造成极耳d窜出包膜c或甚至造成包膜c撕裂，提高了电池短路的安全隐患。另外，保护片b严重变形将导致焊印周围平整区域面积缩小，焊接拉力测试难以实施。
目前，常通过调整超声波焊接过程工艺参数的方法降低保护片的变形，这种方法虽然能缓解保护片的变形，但最多也只能将保护片变形量降低至1～2mm，无法消除保护片刺破包膜、提高电池安全隐患的缺陷。况且，降低超声波焊接过程工艺参数会因为超声焊印拉力较小，经常出现因虚焊导致的停产事故。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种压平装置。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明第一方面实施例提供了一种保护片的压平装置，所述压平装置包括工作台、压合机构和夹具；所述夹具安装在所述工作台上，所述夹具包括两个分别用于定位电芯的第一限位部和用于定位位于所述电芯端部的极耳和所述保护片的第二限位部，所述第二限位部位于两个所述第一限位部之间；所述压合机构包括位于所述夹具上方的压平件，所述压平件与所述第二限位部相对设置；所述压平件能够沿第一方向移动以将所述保护片压平。
上述方案中，所述第一限位部包括夹紧件和用于安装所述电芯的限位平台，所述夹紧件安装在所述限位平台上，所述夹紧件能够沿第二方向移动以将所述电芯固定在所述夹紧件和所述第二限位部之间。
上述方案中，所述第一限位部还包括弹性件，所述弹性件一端固定在所述限位平台上，所述弹性件的另一端与所述夹紧件相连。
上述方案中，所述第一限位部还包括伸缩缸，所述伸缩缸一端固定在所述限位平台上，所述伸缩缸的另一端与所述夹紧件相连。
上述方案中，所述压平装置还包括至少两个定位销，所述定位销安装在所述工作台上，所述夹具上设有与所述定位销对应的定位孔，每个所述定位销均穿设于相应的所述定位孔。
上述方案中，所述压合机构还包括驱动件和导向杆，所述驱动件包括伸缩杆，所述伸缩杆和所述导向杆均与所述压平件相连，且所述导向杆与所述伸缩杆平行。
上述方案中，所述压平装置用于实现以下过程：
将所述保护片与所述电芯的极耳进行超声波焊接连接；
用所述压平装置将翘曲的所述保护片压平。
本发明第二方面实施例还提供了一种保护片的压平方法，所述压平方法包括：
将保护片与电芯的极耳进行超声波焊接连接；
用压平装置将翘曲的所述保护片压平。
上述方案中，将保护片与电芯的极耳超声波焊接时，调整超声波振幅为20～60μm、焊接压力为15～60psi、焊接能量为300～800J。
上述方案中，所述压平装置为第一方面实施例中所述的压平装置。
本发明实施例提供了一种保护片的压平装置和方法，利用压平装置将因超声波焊接翘曲的保护片进行压平，在确保焊印拉力的前提下，有效抑制了因保护片变形刺穿包膜、进而造成短路的风险。压平装置中，夹具的第一限位部用于定位电芯，第二限位部用于定位极耳和保护片，压平件与第二限位部相对以便压平件沿第一方向移动时能够与第二限位部配合将保护片压平。
附图说明
图1为现有技术中极耳窜出包膜的结构示意图；
图2为本发明实施例中压平装置的一个可选的结构示意图；
图3为图2中A-A向的剖视图；
图4为图2中B-B向的剖视图；
图5为本发明实施例中电芯与夹具装配时的爆炸图；
图6为本发明实施例中压平装置另一个可选的结构示意图；
图7为图6中工作台和压合机构的结构示意图；
图8为图6中夹具和电芯配合时的俯视图。
附图标记：电芯100；负极保护片110；正极保护片120；正极连接片130；负极连接片140；负极极耳150；正极极耳160；把手170；卡扣件180；夹具200；第一限位部210；夹紧件211；弹性件212；限位平台213；第一限位块214；第二限位块215；弹性部216；第二限位部220；定位孔230；压合机构300；压平件310；调节阀320；缓冲器330；升降油缸340；导向杆350；伸缩杆360；工作台400；按钮面板410；控制按钮411；定位销420。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
实施例一
本实施例提供一种压平方法和压平装置，电芯100为锂电池的电芯，电芯100包括极耳，极耳均位于电芯100的端部，保护片焊接在极耳的上部，连接片焊接在极耳的下部，每个电芯100的极耳均包括正极极耳160和负极极耳150，相应地，每个正极极耳160上设置一个正极保护片120，每个负极极耳150上设置一个负极保护片110，连接片包括与相对的两个电芯100的正极极耳160同时焊接的正极连接片130，和与相对的两个电芯100的负极极耳150同时焊接的负极连接片140。本实施例中，电芯100并不限于以上结构。
压平方法中，先利用超声波焊接设备，将电芯100的正极极耳160与正极保护片120进行焊接、将负极极耳150和负极保护片110进行焊接，焊接保护片的同时也将正极连接片130焊接在正极极耳160的下方，负极连接片140焊接在负极极耳150的下方。以对锂电池正极极耳160与正极保护片130进行超声波焊接为例，超声波焊接工艺参数为：超声波振幅50μm、焊接压力45psi、焊接能量500J、输出功率4000W。焊接完成后用压平装置将翘曲的保护片进行压平。本实施例压平后的正极保护片120的侧周部较平整，无明显翘曲。
为了解决保护片变形，还可以在超声波焊接过程中在保护片上增加压装结构，避免焊接过程中保护片发生变形。
采用本发明实施例的压平方法能为极耳后续折弯预留出充足的空间，降低了折弯过程中极耳的窜出风险。而且，采用该方法，还能在超声波焊接区域周围预留出充足的余量，继而保证后续焊接拉力测试得以顺利进行。此外，该方法效率高、耗能少、经济适用、只需在超声波焊接过程后新增压平工位或设备，无需对原有焊接设备或焊接工位实施大规模复杂改造，实施简单高效。能有效提高锂电池产品优率，具有明显的市场运用价值。
上述方法中使用的压平装置可以选用包括但不限于如图2至图7所示的压平装置。具体地，压平装置包括工作台400、压合机构300和夹具200；夹具200安装在工作台400上，夹具200包括两个并列设置的第一限位部210和位于两个第一限位部210之间的第二限位部220；每个第一限位部210上均设置一个电芯100，两个电芯100设置极耳的一端相靠近，极耳从第一限位部210延伸至第二限位部220。
压合机构300包括位于夹具200上方的压平件310，图2中未示出压合机构300。如图3和图4所示，其中图3和图4中未示出工作台400。压平件310与第二限位部220相对设置；压平件310能够沿第一方向移动以将保护片压平。第一方向具体为图3中双箭头所指的上下方向，压平件310自上向下移动时能够与第二限位部220接触以将翘曲的保护片压平，压平后，压平件310自下向上移动，压平件310与第二限位部220脱离。压平件310保证了压平过程中极耳、保护片和连接片保持平整，压平件310的结构可以有多种形式，如图3和图4所示的压平件310底部设有四个支脚，每个支脚对应一个保护片，如图6和图7所示，压平件310包括两个支脚，每个支脚同时与两个保护片相对应。
一般地，压合机构300还包括驱动件和导向杆350，驱动件包括伸缩杆360，伸缩杆360和导向杆350均与压平件310相连，且导向杆350与伸缩杆360平行。导向杆350用于对压平件310的移动过程进行导向。驱动件通过伸缩杆360带动压平件310上下运动。导向杆350连接驱动件和压平件310，驱动件通过压杆350带动压平件310上下移动，驱动件可以选择升降气缸或升降油缸340。
如图2至图4所示，第一限位部210包括夹紧件211和限位平台213，夹紧件211安装在限位平台213上，电芯100放置在限位平台213上，限位平台213上用于放置电芯100的位置大小可调节以便于安装和拆卸电芯100。具体地，位于夹紧件211能够沿第二方向移动以将电芯100夹紧在夹紧件211和第二限位部220之间。第二方向具体为图2中双箭头所指的左右方向。夹紧件211通过弹性件212，如压缩弹簧实现沿左右方向的移动。具体地，如图2和图3所示，弹性件212一端固定在限位平台213上，弹性件212的另一端与夹紧件211相连。可以理解的是，为了使电芯100能够通过弹性件212的恢复力固定在夹紧件211和第二限位部220之间，夹紧件211或弹性件212在未受外力的初始状态时，夹紧件211和第二限位部220之间的距离小于电芯100的长度，向远离第二限位部220的方向拉动夹紧件211，增大夹紧件211和第二限位部220之间的距离，可使电芯100顺利放入，松开夹紧件211，受弹性件212的弹性恢复力影响，电芯100会被夹紧在夹紧件211和第二限位部220之间。当需要拆卸电芯100时，可重复上述操作。
本发明的实施例中，还可以使用伸缩缸替代弹性件212实现夹紧件211的左右移动，伸缩缸可以为伸缩油缸或伸缩气缸。
在压平装置另一个可选的实现方式中，调节限位平台213上用于安装电芯100的位置大小还可以有以下方式实现：如图5所示，每个第一限位部210均能够相对第二限位部220沿左右方向移动。如每一个第一限位部210均通过弹性部216与实现其相对第二限位部220的移动。弹性部216位于第一限位部210和第二限位部220之间。
具体地，如图5所示，每个第一限位部210均包括第一限位块214，第二限位部220包括分别与两个第一限位块214相对的第二限位块215，第一限位块214和第二限位块215沿左右方向设置，每个第一限位块214和相应的第二限位块215相互配合能够至少沿左右方向对电芯100进行限位。通过第一限位块214和相应的第二限位块215的配合能够将电芯100安装在第一限位部210内。具体地，当第一限位部210向远离第二限位部220的方向移动时，第一限位块214与第二限位块215之间的距离增大，电芯100可以自由放入第一限位部210内，或从第一限位部210内取出。当第一限位部210向靠近第二限位部220的方向移动时，第一限位块214与第二限位块215之间的距离减小以将电芯100夹持在第一限位块214和相应的第二限位块215之间。第一限位块214和相应的第二限位块215可以均为长方体，仅能够从左右方向对电芯100限位。若第一限位部210设有两个L型的第一限位块214，电芯100一侧的两个直角边分别与相应的L型的第一限位块214相配合，则第一限位块214和相应的第二限位块215也能够对电芯100的前后方向定位。
电芯100依靠弹性部216的弹性恢复力被夹在相应的第一限位块214和第二限位块215之间。此过程可通过设置在夹具上的卡扣件180进行控制。具体地，弹性部216不产生弹性形变时，第一限位块214和相应的第二限位块215之间的距离等于或小于电芯100的尺寸。使卡扣件180处于第二预设位置(即卡扣件180处于解锁状态)，对第一限位部210施加外力，如拉动第一限位部210，使第一限位部210带动第一限位块214沿左右方向移动，第一限位部210和第二限位部220之间距离增大，电芯100可放入第一限位块214和第二限位块215之间，松开第一限位部210，在弹性部216的弹性恢复力作用下，电芯100被固定，此时将卡扣件180放置到第一预设位置(即卡扣件180处于锁定状态)，阻止第一限位部210相对第二限位部220的移动，保证对电芯100固定的可靠性。需要将电芯100从底座上拆下来时，将卡扣件180再次放置到第二预设位置，拉动第一限位部210远离第二限位部220，调节第一限位块214和第二限位块215之间的距离，电芯100可取出，如此反复。
为了方便调节第一限位部210，还可以在夹具上设置把手170，每个第一限位部210上均安装把手170。通过把手170拉动第一限位部210相对第二限位部220进行移动，使用方便。
在压平装置另一个可选的实现方式中，如图6至图8所示，压平装置还包括两个定位销420，定位销420安装在工作台400上，夹具200上设有与定位销420一一对应的两个定位孔230，具体地，定位孔230可以设置在第一限位部210上。每个定位销420均穿设于相应的定位孔230。将安装有电芯100安装在夹具200上后，利用定位销420和定位孔230对夹具200进行定位，以使第二限位部220和保护片与压平件310相对。定位销420和定位孔230的数量可根据需要进行调整，不作为对本发明实施例的限制。压平装置上还包括按钮面板410、控制按钮411、调节阀320和缓冲器330，调节阀320和缓冲器330均间接地与压平件310电连接，调节阀320用于控制压平件310的上升和下降，缓冲器330用于缓冲压平件310的上升或下降速度。按钮面板410安装在工作台400上，按钮面板410可用于安装控制按钮411以控制压平装置的开启或关闭等操作。
实施例二
本实施例提供另一种压平方法，先利用超声波焊接设备，将电芯100正极极耳160与正极保护片120进行焊接、将负极极耳150和负极保护片110进行焊接，以对锂电池正极极耳160与正极保护片130进行超声波焊接为例，超声波焊接工艺参数为：超声波振幅30μm、焊接压力40psi、焊接能量700J、输出功率4500W。焊接完成后用压平装置将翘曲的保护片进行压平。本实施例中压平装置与实施例一中压平装置相同。
对比例一
仅利用超声波设备将电芯100正极极耳160与正极保护片120进行焊接、将负极极耳150和负极保护片110进行焊接，无压平过程，以对锂电池正极极耳160与正极保护片130进行超声波焊接为例，超声波焊接工艺参数为：超声波振幅50μm、焊接压力45psi、焊接能量500J、输出功率4000W。本对比例中无压平操作的正极保护片侧周有较明显的翘曲。
对比例二
仅利用超声波设备将电芯100正极极耳160与正极保护片120进行焊接、将负极极耳150和负极保护片110进行焊接，无压平过程，以对锂电池正极极耳160与正极保护片130进行超声波焊接为例，超声波焊接工艺参数为：超声波振幅30μm、焊接压力40psi、焊接能量700J、输出功率4500W。
为了对比实施例一、实施例二、对比例一和对比例二中各保护片的变形效果，采用卡尺对实施例一、实施例二、对比例一和对比例二中正极保护片120的变形量进行测量，变形量H指：保护片水平放置时，侧周部分翘曲的最高处与水平线之间的垂直距离。
本发明实施例一中正极保护片120的变形量为0.41mm，实施例二中正极保护片120的变形量为0.30mm，对比例一中正极保护片120的变形量为2.5mm，对比例二中正极保护片120的变形量为2.07mm。
通过对比可以发现，对比例二相对于对比例一，改变超声波焊接工艺参数，仅仅能在一定程度上减小正极保护片120的变形量，其变形量仍高达2mm以上，无法有效降低该区域割伤胶带及包膜，从而造成电池短路的风险。除此之外，对比例一和对比例二中严重变形的正极保护片120会大量占用极耳折弯空间，继而对后续极耳折弯工序造成极大的阻碍，严重时甚至会致使极耳窜出。另外，一和对比例二中焊接区域周围可操作余量较小，将导致后续很难进行焊接拉力测试。
通过实施例一和实施例二可以发现，采用超声波焊后压平装置对保护片进行压平操作，较显著地降低了保护片的变形、翘曲缺陷。经超声波焊后压平装置加工过的保护片，其表面平整度有了极其明显的提升，可完全将其最大变形量控制在0.5mm以内，从而明显降低了后续电芯合芯过程中保护片翘曲刺破包膜的风险，有效避免电池短路，提高产品优率。此外，采用超声波焊后压平装置能获得大片平整、宽阔的焊印区域，从而为极耳折弯工艺和后续焊接拉力测试预留出了充足的加工余量。
根据本发明实施例的压平装置和超声波焊接方法的其他结构和操作对于本领域技术人员而言都是可以理解并且容易实现的，因此不再详细描述。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种保护片的压平装置，其特征在于，所述压平装置包括工作台、压合机构和夹具；所述夹具安装在所述工作台上，所述夹具包括两个分别用于定位电芯的第一限位部和用于定位位于所述电芯端部的极耳和所述保护片的第二限位部，所述第二限位部位于两个所述第一限位部之间；所述压合机构包括位于所述夹具上方的压平件，所述压平件与所述第二限位部相对设置；所述压平件能够沿第一方向移动以将所述保护片压平。
2.根据权利要求1所述的压平装置，其特征在于，所述第一限位部包括夹紧件和用于安装所述电芯的限位平台，所述夹紧件安装在所述限位平台上，所述夹紧件能够沿第二方向移动以将所述电芯固定在所述夹紧件和所述第二限位部之间。
3.根据权利要求2所述的压平装置，其特征在于，所述第一限位部还包括弹性件，所述弹性件一端固定在所述限位平台上，所述弹性件的另一端与所述夹紧件相连。
4.根据权利要求2所述的压平装置，其特征在于，所述第一限位部还包括伸缩缸，所述伸缩缸一端固定在所述限位平台上，所述伸缩缸的另一端与所述夹紧件相连。
5.根据权利要求1所述的压平装置，其特征在于，所述压平装置还包括至少两个定位销，所述定位销安装在所述工作台上，所述夹具上设有与所述定位销对应的定位孔，每个所述定位销均穿设于相应的所述定位孔。
6.根据权利要求1所述的压平装置，其特征在于，所述压合机构还包括驱动件和导向杆，所述驱动件包括伸缩杆，所述伸缩杆和所述导向杆均与所述压平件相连，且所述导向杆与所述伸缩杆平行。
7.根据权利要求1所述的压平装置，其特征在于，所述压平装置用于实现以下过程：
将所述保护片与所述电芯的极耳进行超声波焊接连接；
用所述压平装置将翘曲的所述保护片压平。
8.一种保护片的压平方法，其特征在于，所述压平方法包括：
将保护片与电芯的极耳进行超声波焊接连接；
用压平装置将翘曲的所述保护片压平。
9.根据权利要求8所述的压平方法，其特征在于，将保护片与电芯的极耳超声波焊接时，调整超声波振幅为20～60μm、焊接压力为15～60psi、焊接能量为300～800J。
10.根据权利要求8所述的压平方法，其特征在于，所述压平装置为权利要求1至6任一项所述的压平装置。
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