CN109802164B - 卷绕式电极组件制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种卷绕式电极组件制造装置，其包括：第一极片放卷机构，提供第一极片；第二极片放卷机构，提供与第一极片极性相反的第二极片；第一隔膜放卷机构，提供第一隔膜；第二隔膜放卷机构，提供第二隔膜；卷针，带动并卷绕第一极片、第二极片、第一隔膜以及第二隔膜，以形成卷绕式电极组件；第一极耳切割器，设置于第一极片放卷机构与卷针之间，对第一极片放卷机构放卷出的第一极片切割以形成第一极耳。由此，能在卷绕的过程中将第一极片切割出第一极耳，从而提高了生成效率，使得同极性的第一极耳在电极组件的厚度方向上的堆叠的错位量进行控制成为可能，使电极组件做得更厚成为可能，并进而使得二次电池做得容量更大成为可能。

Description

卷绕式电极组件制造装置

技术领域

本发明涉及到电池领域，尤其涉及一种卷绕式电极组件制造装置。

背景技术

在二次电池(例如锂电池)的制造过程中，卷绕工序是组装阶段的第一个工序，该工序负责把正极片、负极片、隔膜按规定顺序和指定圈数卷绕成一个电极组件，卷绕的圈数越多，二次电池的容量相对越大，单位体积内的能量密度越大，所以卷绕工序对整个二次电池的制造过程是非常重要。

正极片和负极片分别设置有正极耳和负极耳，通常为了提高生产效率，正极耳由正极片的正极集流体直接切出形成，负极耳由负极片的负极集流体直接切出形成。现有的卷绕式的电极组件存在有多个正极耳和多个负极耳，多个正极耳在卷入式电芯的厚度方向堆叠，多个负极耳在卷入式电芯的厚度方向堆叠。在此，正极片和负极片统称为极片，正极耳、负极耳统称为极耳。

目前极耳的设置方式都是在卷绕前事先将极片的集流体依照设定间距切割出极耳，再卷绕成电极组件这使得生产效率降低。

此外，由于同极性的极耳需要在电极组件的厚度方向上堆叠，所以卷绕过程中极耳在厚度方向上的位置与标准位置之间的错位量有一定要求，但是电池卷绕过程中由于极片的厚度、隔膜厚度、极片与隔膜间层间隙、极耳切割误差等因素，采用前述在卷绕前事先将极片的集流体依照设定间距切割出极耳的方式使得极耳的错位量变得不可控制或不可调整，随着误差的累积，这种方式使得极耳的错位量随着卷绕圈数的增加变得越来越大，甚至错位量超出要求范围，导致产品报废。

进一步地，采用前述在卷绕前事先将极片的集流体依照设定间距切割出极耳的方式，由于随着卷绕圈数的增加，同极性极耳的错位量越来越大，造成现有的电极组件的尺寸无法满足极耳的错位空间，由此限制电极组件做得更厚，并进而限制二次电池做得容量更大。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的一个目的在于提供一种卷绕式电极组件制造装置，其能在卷绕的过程中将极片切割出极耳，从而提高生成效率。

本发明的另一个目的在于提供一种卷绕式电极组件制造装置，其能在卷绕的过程中将极片切割出极耳，使得对同极性的极耳在电极组件的厚度方向上的堆叠的错位量进行控制成为可能，从而使电极组件做得更厚成为可能，并进而使得二次电池做得容量更大成为可能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种卷绕式电极组件制造装置，其包括：第一极片放卷机构，提供第一极片；第二极片放卷机构，提供与第一极片极性相反的第二极片；第一隔膜放卷机构，提供第一隔膜；第二隔膜放卷机构，提供第二隔膜；卷针，带动并卷绕第一极片、第二极片、第一隔膜以及第二隔膜，以形成卷绕式电极组件。其中所述卷绕式电极组件制造装置还包括：第一极耳切割器，设置于第一极片放卷机构与卷针之间，对第一极片放卷机构放卷出的第一极片切割以形成第一极耳。

本发明的有益效果如下：通过设置第一极耳切割器，从而根据本发明的卷绕式电极组件制造装置能在卷绕的过程中将第一极片切割出第一极耳，从而提高了生成效率；此外，在卷绕的过程中将第一极片切割出第一极耳使得同极性的第一极耳在电极组件的厚度方向上的堆叠的错位量进行控制成为可能，从而使电极组件做得更厚成为可能，并进而使得二次电池做得容量更大成为可能。

附图说明

图1是根据本发明的卷绕式电极组件制造装置的示意图；

图2是卷绕式电极组件的结构示意图；

图3是卷绕式电极组件制造装置的卷针的平面示意图；

图4是设置在卷针上的第一极耳基准位置和第二极耳基准位置以及位置修改参数的示意图；

图5是确定第一极片的多个第一极耳的间距的理论计算示意图；

图6是确定第二极片的多个第二极耳的间距的理论计算示意图。

其中，附图标记说明如下：

1第一极片 31第一隔膜放卷机构

P1第一极耳 33第一隔膜厚度检测器

11第一极片放卷机构 36第一隔膜切刀

12第一极耳切割器 4第二隔膜

13第一极片厚度检测器 41第二隔膜放卷机构

14第一极片线速度检测仪 43第二隔膜厚度检测器

15第一极耳位置检测器 46第二隔膜切刀

16第一极片切刀 50卷针

2第二极片 RP1第一极耳基准位置

P2第二极耳 RP1a第一极耳位置上游侧限

21第二极片放卷机构 RP1b第一极耳位置下游侧限

22第二极耳切割器 RP2第二极耳基准位置

23第二极片厚度检测器 RP2a第二极耳位置上游侧限

24第二极片线速度检测仪 RP2b第二极耳位置下游侧限

25第二极耳位置检测器 SP卷绕起始位置

26第二极片切刀 60极耳切割控制器

3第一隔膜 70检测处理器

具体实施方式

现在参照附图来说明根据本发明的卷绕式电极组件制造装置。

参照图1，根据本发明的卷绕式电极组件制造装置包括：第一极片放卷机构11，提供第一极片1；第二极片放卷机构21，提供与第一极片1极性相反的第二极片2；第一隔膜放卷机构31，提供第一隔膜3；第二隔膜放卷机构41，提供第二隔膜4；卷针50，带动并卷绕第一极片1、第二极片2、第一隔膜3以及第二隔膜4，以形成卷绕式电极组件。其中所述卷绕式电极组件制造装置还包括：第一极耳切割器12，设置于第一极片放卷机构11与卷针50之间，对第一极片放卷机构11放卷出的第一极片1切割以形成第一极耳P1。

在根据本发明的卷绕式电极组件制造装置中，通过设置第一极耳切割器12，从而根据本发明的卷绕式电极组件制造装置能在卷绕的过程中将第一极片1切割出第一极耳P1，从而提高了生成效率；此外，在卷绕的过程中将第一极片1切割出第一极耳P1使得同极性的第一极耳1在电极组件的厚度方向上的堆叠的错位量进行控制成为可能，从而使电极组件做得更厚成为可能，并进而使得二次电池做得容量更大成为可能。

进一步，如图1所示，卷绕式电极组件制造装置还包括：第二极耳切割器22，设置于第二极片放卷机构21与卷针50之间，对第二极片放卷机构21放卷出的第二极片2切割以形成第二极耳P2。

通过在设置第一极耳切割器12的基础上进一步设置第二极耳切割器22，从而根据本发明的卷绕式电极组件制造装置能在卷绕的过程中将第一极片1切割出第一极耳P1以及将第二极片2切割出第二极耳P2，从而进一步提高了生成效率；同样地，在卷绕的过程中将第二极片2切割出第二极耳P2使得同极性的第二极耳2在电极组件的厚度方向上的堆叠的错位量进行控制成为可能，从而使电极组件做得更厚成为可能，并进而使得二次电池做得容量更大成为可能。

为了对同极性的第一极耳1在电极组件的厚度方向上的堆叠的错位量进行控制，参照图1至图5，卷针50在周面上设置有第一极耳基准位置RP1以及第一极耳位置上游侧限RP1a和第一极耳位置下游侧限RP1b，第一极耳位置上游侧限RP1a比第一极耳位置下游侧限RP1b靠近卷绕第一极片1、第二极片2、第一隔膜3以及第二隔膜4时的卷绕起始位置SP，第一极耳基准位置RP1位于第一极耳位置上游侧限RP1a和第一极耳位置下游侧限RP1b之间，卷针50带动并卷绕第一极片1、第二极片2、第一隔膜3以及第二隔膜4时第一极耳切割器12切割形成的各第一极耳P1将位于卷针50的第一极耳位置上游侧限RP1a和第一极耳位置下游侧限RP1b之间限定的区域内。卷绕式电极组件制造装置还包括：第一极片厚度检测器13，设置于第一极片放卷机构11与卷针50之间，对第一极片放卷机构11放卷出的第一极片1的厚度进行检测；第一极片线速度检测仪14，设置于第一极片放卷机构11与卷针50之间，对第一极片放卷机构11放卷出的第一极片1的线速度进行检测；第一极耳位置检测器15，与卷针50相邻，对刚卷绕在卷针50上的且位于卷针50的第一极耳位置上游侧限RP1a和第一极耳位置下游侧限RP1b之间限定的区域内的第一极片1的一个第一极耳P1的位置进行检测；极耳切割控制器60，通信连接于第一极耳切割器12；以及检测处理器70，存储有第一极耳基准位置RP1的数据、第一极耳位置上游侧限RP1a的数据以及第一极耳位置下游侧限RP1b的数据、卷针50的初始周长L₀的数据、设定的第一极耳第一间距d₁的数据、第二极片2的厚度的数据、第一隔膜3的厚度的数据以及第二隔膜4的厚度的数据，通信连接于第一极片厚度检测器13以接收第一极片厚度检测器13检测到的第一极片1的厚度，通信连接于第一极片线速度检测仪14以接收第一极片线速度检测仪14检测到的第一极片1的线速度，通信连接于第一极耳位置检测器15以接收第一极耳位置检测器15检测到的刚卷绕在卷针50上的第一极片1的该一个第一极耳P1的位置的数据以及通信连接于极耳切割控制器60。

其中，

当第一极片放卷机构11放卷出第一极片1、第二极片放卷机构21放卷出第二极片2、第一隔膜放卷机构31放卷出第一隔膜3以及第二隔膜放卷机构41放卷出第二隔膜4且卷针50开始卷绕时，第一极片厚度检测器13对第一极片放卷机构11放卷出的第一极片1的厚度进行实时在线检测并将检测到的第一极片1的厚度发送至检测处理器70，第一极片线速度检测仪14对第一极片放卷机构11放卷出的第一极片1的线速度进行实时在线检测并将检测到的第一极片1的线速度发送至检测处理器70；

极耳切割控制器60与检测处理器70通信并接收来自检测处理器70的设定的第一极耳第一间距d₁、来自检测处理器70的第一极片线速度检测仪14实时在线检测到的第一极片1的线速度，并将第一极耳第一间距d₁的数据、第一极片1的线速度的数据以及时间命令发送给第一极耳切割器12；

第一极耳切割器12接收到极耳切割控制器60发送的第一极耳第一间距d₁的数据、第一极片1的线速度的数据以及时间命令后对第一极片放卷机构11放卷出的第一极片1上切割以形成第一个第一极耳P1；

当第一极片1、第二极片2、第一隔膜3以及第二隔膜4作为一体的层叠体开始形成卷绕式电极组件的第一圈、第一个第一极耳P1卷绕在卷针50上、卷绕在卷针50上的第一个第一极耳P1随着卷针50的旋转而旋转到面向第一极耳位置检测器15时，第一极耳位置检测器15对第一个第一极耳P1进行位置检测并将检测到的第一个第一极耳P1的位置的数据发送给检测处理器70，检测处理器70接收来自第一极耳位置检测器15检测到的第一个第一极耳P1的位置数据并与存储的第一极耳基准位置RP1的数据比较以确定第一个第一极耳P1相对第一极耳基准位置RP1的第一个第一极耳错位量Δd₁；

检测处理器70基于第一极片厚度检测器13实时在线检测到的第一极片1的厚度、检测处理器70存储的第二极片2的厚度、存储的第一隔膜3的厚度以及存储的第二隔膜4的厚度求和以作为待形成的卷绕式电极组件的层叠体的第二圈的厚度T；

检测处理器70基于待形成的卷绕式电极组件的第二圈的层叠体的厚度T以及存储的卷针50的初始周长L₀，确定将处于卷绕式电极组件的层叠体的第二圈上的第二个第一极耳P1的理论第一极耳第二间距d₂，d₂＝L₀+2πT，其中，L₀为卷针50的初始周长，L₀＝2L+π(R₀+R₀′)，L为卷针50的中间长方体的长度，R′₀和R₀为卷针50的中间长方体两侧的半圆的半径，其中一个半圆的两端分别与中间长方体的两个长边相切，另一个半圆的一端与中间长方体的一个长边相切而另一端突出到中间长方体的另一个长边外，R′₀-R₀＝T/2；

检测处理器70基于确定的理论第一极耳第二间距d₂以及第一个第一极耳错位量Δd₁，确定待切割的第二个第一极耳P1的实际第一极耳第二间距d₂′：当Δd₁＝0时，第一个第一极耳P1的实际位置(通常以各第一极耳P1的中心线为准)与第一极耳基准位置RP1重合，d₂′＝d₂；当Δd₁>0时，第一个第一极耳P1的实际位置相对第一极耳基准位置RP1偏向第一极耳位置下游侧限RP1b，d₂′＝d₂-│Δd₁│；当Δd₁<0时，第一个第一极耳P1的实际位置相对第一极耳基准位置RP1偏向第一极耳位置上游侧限RP1a，d₂′＝d₂+│Δd₁│；

极耳切割控制器60与检测处理器70通信并接收来自检测处理器70的确定的实际第一极耳第二间距d₂′以及来自检测处理器70的第一极片线速度检测仪14实时在线检测到的第一极片1的线速度，并将实际第一极耳第二间距d₂′的数据、第一极片1的线速度的数据以及时间命令发送给第一极耳切割器12，第一极耳切割器12接收到极耳切割控制器60发送的实际第一极耳第二间距d₂′的数据、第一极片1的线速度的数据以及时间命令后对第一极片放卷机构11放卷出的第一极片1切割以形成第二个第一极耳P1；

当第一极片1、第二极片2、第一隔膜3以及第二隔膜4作为一体的层叠体开始形成卷绕式电极组件的第二圈、第二个第一极耳P1卷绕在卷针50上、卷绕在卷针50上的第二个第一极耳P1随着卷针50的旋转而旋转到面向第一极耳位置检测器15时，重复前述操作并确定d₃＝d₂+2πT＝L₀+4πT、以及Δd₂、d₃′并切割以形成第三个第一极耳P1，如此重复，确定d_n+1＝d_n+2πT＝L₀+2(n+1-1)πT＝L₀+2nπT以及Δd_n、d_n+1′并切割以形成第n+1个第一极耳P1，n为卷绕式电极组件的层叠体的圈数，n＝2,3,…，直到在第一极片1上形成n+1个第一极耳P1且n+1个第一极耳P1在不断形成的卷绕电极组件的n+1圈上相对第一极耳基准位置RP1进行堆叠(即在电极组件的厚度方式上堆叠)。

基于上述在卷绕的过程中将第一极片1切割出的多个第一极耳P1在电极组件的厚度方向上的堆叠的错位量进行控制，从而使电极组件能做得更厚，并进而使得二次电池的容量能做得更大。

应注意的是，卷针(50)的初始周长L₀指的是如图3所示的形成一圈时的长度，而非是卷绕的整个周面的周长，即L₀＝2L+π(R₀+R₀′)。

同时对照图2，理论第一极耳的间距补充说明如下。

R_n+1-R_n＝T，R′_n+1-R′_n＝T；

第1圈时的第一极耳第一间距d₁为预设，依据卷针50的中间长方体L1的大小、第一极耳P1的宽度、第二极耳P2的宽度来确定。

第2圈时的第一极耳第二间距：

d₂＝2L+π(R₁+R′₁)＝2L+π(R₀+R′₀+2T)＝2L+π(R₀+R′₀)+2πT＝L₀+2πT

第3圈时的第一极耳第三间距：

d₃＝2L+π(R₂+R′₂)＝2L+π(R₁+R′₁+2T)＝2L+π(R₁+R′₁)+2πT＝d₂+2πT＝L₀+4πT

第n圈时的第一极耳第n间距：d_n＝d_n-1+π(R_n-1+R′_n-1)＝L₀+2(n-1)πT；

第n+1圈的第一极耳第n+1间距时：d_n+1＝d_n+π(R_n+R′_n)＝L₀+2nπT；

由此，d_n+1-d_n＝2πT，即后一圈比前一圈只增一个2πT长度(n≥2)，起始和收尾除外(即d₁和d_末除外)。

同样地，同极性的第二极耳2在电极组件的厚度方向上的堆叠的错位量可采用与前述针对第一极耳1的相同的方式进行控制，以下将参照图1至图4以及图6进行说明。卷绕式电极组件制造装置还包括：第二极耳切割器22，设置于第二极片放卷机构21与卷针50之间，对第二极片放卷机构21放卷出的第二极片2切割以形成第二极耳P2。

卷针50在周面上还设置有第二极耳基准位置RP2以及第二极耳位置上游侧限RP2a和第二极耳位置下游侧限RP2b，第二极耳基准位置RP2位于第二极耳位置上游侧限RP2a和第二极耳位置下游侧限RP2b之间限定的区域内，第二极耳位置上游侧限RP2a与第一极耳位置下游侧限RP1b相邻并间隔开，卷针50带动并卷绕第一极片1、第二极片2、第一隔膜3以及第二隔膜4时第二极耳切割器22切割形成的各第二极耳P2将位于卷针50的第二极耳位置上游侧限RP2a和第二极耳位置下游侧限RP2b之间限定的区域内。

卷绕式电极组件制造装置还包括：第二极片厚度检测器23，设置于第二极片放卷机构21与卷针50之间，对第二极片放卷机构21放卷出的第二极片2的厚度进行检测；第二极片线速度检测仪24，设置于第二极片放卷机构21与卷针50之间，对第二极片放卷机构21放卷出的第二极片2的线速度进行检测；以及第二极耳位置检测器25，与卷针50相邻，对刚卷绕在卷针50上的且位于卷针50的第二极耳位置上游侧限RP2a和第二极耳位置下游侧限RP2b之间限定的区域内的第二极片2的一个第二极耳P2的位置进行检测。极耳切割控制器60还通信连接于第二极耳切割器22。检测处理器70还存储有第二极耳基准位置RP2的数据、第二极耳位置上游侧限RP2a的数据以及第二极耳位置下游侧限RP2b的数据、设定的第二极耳第一间距D₁的数据，检测处理器70还通信连接于第二极片厚度检测器23以接收第二极片厚度检测器23检测到的第二极片2的厚度，检测处理器70还通信连接于第二极片线速度检测仪24以接收第二极片线速度检测仪24检测到的第二极片2的线速度，检测处理器70还通信连接于第二极耳位置检测器25以接收第二极耳位置检测器25检测到的刚卷绕在卷针50上的第二极片2的该一个第二极耳P2的位置的数据。

其中，

当第一极片放卷机构11放卷出第一极片1、第二极片放卷机构21放卷出第二极片2、第一隔膜放卷机构31放卷出第一隔膜3以及第二隔膜放卷机构41放卷出第二隔膜4且卷针50开始卷绕时，第二极片厚度检测器23对第二极片放卷机构21放卷出的第二极片2的厚度进行实时在线检测并将检测到的第二极片2的厚度发送至检测处理器70并由检测处理器70存储，第二极片线速度检测仪24对第二极片放卷机构21放卷出的第二极片2的线速度进行实时在线检测并将检测到的第二极片2的线速度发送至检测处理器70；

极耳切割控制器60与检测处理器70通信并接收来自检测处理器70的设定的第二极耳第一间距D₁以及来自检测处理器70的第二极片线速度检测仪24实时在线检测到的第二极片2的线速度，并将第二极耳第一间距D₁的数据、第二极片2的线速度数据以及时间命令发送给第二极耳切割器22；

第二极耳切割器22接收极耳切割控制器60发送的第二极耳第一间距D₁的数据、第二极片2的线速度的数据及时间命令后对第二极片放卷机构21放卷出的第二极片2切割以形成第一个第二极耳P2；

当第一极片1、第二极片2、第一隔膜3以及第二隔膜4作为一体的层叠体开始形成卷绕式电极组件的第一圈、第一个第二极耳P2卷绕在卷针50上、卷绕在卷针50上的第一个第二极耳P2随着卷针50的旋转而旋转到面向第二极耳位置检测器25时，第二极耳位置检测器25对第一个第二极耳P2进行位置检测并将检测到的第一个第二极耳P2的位置的数据发送给检测处理器70，检测处理器70接收来自第二极耳位置检测器25检测到的第一个第二极耳P2的位置数据并与存储的第二极耳基准位置RP2的数据比较以确定第一个第二极耳P2相对第二极耳基准位置RP2的第一个第二极耳错位量ΔD₁；

检测处理器70基于第一极片厚度检测器13实时在线检测到的第一极片1的厚度、第二极片厚度检测器23实时在线检测到的第二极片2的厚度以及检测处理器70存储的第一隔膜3的厚度以及第二隔膜4的厚度求和以作为待形成的卷绕式电极组件的第二圈的厚度T；

检测处理器70基于待形成的卷绕式电极组件的第二圈的层叠体的厚度T以及存储的卷针50的初始周长L₀，确定将处于卷绕式电极组件的第二圈上的第二个第二极耳P2的理论第二极耳第二间距D₂，即D₂＝L₀+2πT；

检测处理器70基于确定的理论第二极耳第二间距D₂以及第一个第二极耳错位量ΔD₁，确定待切割的第二个第二极耳P2的实际第二极耳第二间距D₂′：当ΔD₁＝0时，第一个第二极耳P2的实际位置(通常以各第二极耳P2的中心线为准)与第二极耳基准位置RP2重合，D₂′＝D₂；当ΔD₁>0时，第一个第二极耳P2的实际位置相对第二极耳基准位置RP2偏向第二极耳位置下游侧限RP2b，D₂′＝D₂-│ΔD₁│；当ΔD₁<0时，第一个第二极耳P2的实际位置相对第二极耳基准位置RP2偏向第二极耳位置上游侧限RP2a，D₂′＝D₂+│ΔD₁│；

极耳切割控制器60与检测处理器70通信并接收来自检测处理器70的确定的实际第二极耳第二间距D₂′以及来自检测处理器70的第二极片线速度检测仪24实时在线检测到的第二极片2的线速度，以将实际第二极耳第二间距D₂′的数据、第二极片2的线速度的数据以及时间命令发送给第二极耳切割器22，第二极耳切割器22接收到极耳切割控制器60发送的实际第二极耳第二间距D₂′的数据、第二极片2的线速度的数据以及时间命令后对第二极片放卷机构21放卷出的第二极片2切割以形成第二个第二极耳P2；

当第一极片1、第二极片2、第一隔膜3以及第二隔膜4作为一体的层叠体开始形成卷绕式电极组件的第二圈、第二个第二极耳P2卷绕在卷针50上、卷绕在卷针50上的第二个第二极耳P2随着卷针50的旋转而旋转到面向第二极耳位置检测器25时，重复前述操作并确定D₃＝D₂+2πT＝L₀+4πT、以及ΔD₂、D₃′并切割以形成第三个第二极耳P2，如此重复确定D_n+1＝D_n+2πT＝L₀+2(n+1-1)πT＝L₀+2nπT以及ΔD_n、D_n+1′并切割以形成第n+1个第二极耳P2，直到在第二极片2上形成n+1个第二极耳P2且n+1个第二极耳P2在不断形成的卷绕电极组件的n+1圈上相对第二极耳基准位置RP2进行堆叠(即在电极组件的厚度方式上堆叠)。

同样地，基于上述在卷绕的过程中将第二极片2切割出的多个第二极耳P2在电极组件的厚度方向上的堆叠的错位量进行控制，从而使电极组件能做得更厚，并进而使得二次电池的容量能做得更大。

此外，理论第二极耳的间距D₁、D₂、……、D_n、D_n+1与理论第二极耳的间距的确定方式相同，故省略说明。

为了进一步提高对极耳在电极组件的厚度方向上的堆叠的错位量进行控制的精度，参照图1，卷绕式电极组件制造装置还包括：第一隔膜厚度检测器33，设置于第一隔膜放卷机构31与卷针50之间，对第一隔膜放卷机构31放卷出的第一隔膜3的厚度进行检测，并通信连接于检测处理器70并由检测处理器70存储检测到的第一隔膜3的厚度；第二隔膜厚度检测器43，设置于第二隔膜放卷机构41与卷针50之间，对第二隔膜放卷机构41放卷出的第二隔膜4的厚度进行检测并通信连接于检测处理器70并由检测处理器70存储检测到的第二隔膜4的厚度。采用实时检测的第一隔膜3的厚度和第二隔膜4的厚度，从而提高了卷绕式电极组件的各圈的层叠体的厚度T的实时性和精度，提高了前述第一极耳1和第二极耳2在电极组件的厚度方向上的堆叠的错位量进行控制的精度。

此外，参照图1，卷绕式电极组件制造装置还包括：第一极片切刀16，与卷针50相邻，用于将完成的一个卷绕式电极组件的第一极片1切断；第二极片切刀26，与卷针50相邻，用于将完成的一个卷绕式电极组件的第二极片2切断；第一隔膜切刀36，与卷针50相邻，用于将完成的一个卷绕式电极组件的第一隔膜3切断；第二隔膜切刀46，与卷针50相邻，用于将完成的一个卷绕式电极组件的第二隔膜4切断。由此，不断地制成独立的卷绕式电极组件。

在根据本方面的卷绕式电极组件制造装置中，第一极片厚度检测器13和第二极片厚度检测器23可为激光测厚仪。第一极耳位置检测器15和第二极耳位置检测器25可为激光传感器或CCD传感器。第一极耳切割器12和第二极耳切割器22可为激光切割器或模切切割器。

在根据本方面的卷绕式电极组件制造装置中，第一极片1为正极片而第二极片2为负极片，或者第一极片1为负极片而第二极片2为正极片。

参照图1，第一隔膜放卷机构31设置第一极片1的运动路径的外侧，第二隔膜放卷机构41设置于第一极片1与第二极片2之间，从而使得卷绕形成的电极组件中，第一极片1和第二极片2由第一隔膜3和第二隔膜4隔开。

Claims (10)

1.一种卷绕式电极组件制造装置，包括：

第一极片放卷机构(11)，提供第一极片(1)；

第二极片放卷机构(21)，提供与第一极片(1)极性相反的第二极片(2)；

第一隔膜放卷机构(31)，提供第一隔膜(3)；

第二隔膜放卷机构(41)，提供第二隔膜(4)；

卷针(50)，带动并卷绕第一极片(1)、第二极片(2)、第一隔膜(3)以及第二隔膜(4)，以形成卷绕式电极组件；

其特征在于，

卷针(50)周面上设置有第一极耳位置上游侧限(RP1a)和第一极耳位置下游侧限(RP1b)，第一极耳位置上游侧限(RP1a)比第一极耳位置下游侧限(RP1b)靠近卷绕第一极片(1)、第二极片(2)、第一隔膜(3)以及第二隔膜(4)时的卷绕起始位置(SP)；

卷绕式电极组件制造装置还包括：

第一极耳切割器(12)，设置于第一极片放卷机构(11)与卷针(50)之间，对第一极片放卷机构(11)放卷出的第一极片(1)切割以形成第一极耳(P1)，卷针(50)带动并卷绕第一极片(1)、第二极片(2)、第一隔膜(3)以及第二隔膜(4)时第一极耳切割器(12)切割形成的各第一极耳(P1)将位于卷针(50)的第一极耳位置上游侧限(RP1a)和第一极耳位置下游侧限(RP1b)之间限定的区域内。

2.根据权利要求1所述的卷绕式电极组件制造装置，其特征在于，卷绕式电极组件制造装置还包括：

第二极耳切割器(22)，设置于第二极片放卷机构(21)与卷针(50)之间，对第二极片放卷机构(21)放卷出的第二极片(2)切割以形成第二极耳(P2)。

3.根据权利要求1所述的卷绕式电极组件制造装置，其特征在于，

卷针(50)在周面上设置有第一极耳基准位置(RP1)，第一极耳基准位置(RP1)位于第一极耳位置上游侧限(RP1a)和第一极耳位置下游侧限(RP1b)之间；

卷绕式电极组件制造装置还包括：

第一极片厚度检测器(13)，设置于第一极片放卷机构(11)与卷针(50)之间，对第一极片放卷机构(11)放卷出的第一极片(1)的厚度进行检测；

第一极片线速度检测仪(14)，设置于第一极片放卷机构(11)与卷针(50)之间，对第一极片放卷机构(11)放卷出的第一极片(1)的线速度进行检测；

第一极耳位置检测器(15)，与卷针(50)相邻，对刚卷绕在卷针(50)上的且位于卷针(50)的第一极耳位置上游侧限(RP1a)和第一极耳位置下游侧限(RP1b)之间限定的区域内的第一极片(1)的一个第一极耳(P1)的位置进行检测；

极耳切割控制器(60)，通信连接于第一极耳切割器(12)；以及

检测处理器(70)，存储有第一极耳基准位置(RP1)的数据、第一极耳位置上游侧限(RP1a)的数据以及第一极耳位置下游侧限(RP1b)的数据、卷针(50)的初始周长L₀的数据、设定的第一极耳第一间距(d₁)的数据、第二极片(2)的厚度的数据、第一隔膜(3)的厚度的数据以及第二隔膜(4)的厚度的数据，通信连接于第一极片厚度检测器(13)以接收第一极片厚度检测器(13)检测到的第一极片(1)的厚度，通信连接于第一极片线速度检测仪(14)以接收第一极片线速度检测仪(14)检测到的第一极片(1)的线速度，通信连接于第一极耳位置检测器(15)以接收第一极耳位置检测器(15)检测到的刚卷绕在卷针(50)上的第一极片(1)的该一个第一极耳(P1)的位置的数据以及通信连接于极耳切割控制器(60)；

其中，

当第一极片放卷机构(11)放卷出第一极片(1)、第二极片放卷机构(21)放卷出第二极片(2)、第一隔膜放卷机构(31)放卷出第一隔膜(3)以及第二隔膜放卷机构(41)放卷出第二隔膜(4)且卷针(50)开始卷绕时，第一极片厚度检测器(13)对第一极片放卷机构(11)放卷出的第一极片(1)的厚度进行实时在线检测并将检测到的第一极片(1)的厚度发送至检测处理器(70)，第一极片线速度检测仪(14)对第一极片放卷机构(11)放卷出的第一极片(1)的线速度进行实时在线检测并将检测到的第一极片(1)的线速度发送至检测处理器(70)；

极耳切割控制器(60)与检测处理器(70)通信并接收来自检测处理器(70)的设定的第一极耳第一间距(d₁)、来自检测处理器(70)的第一极片线速度检测仪(14)实时在线检测到的第一极片(1)的线速度，并将第一极耳第一间距(d₁)的数据、第一极片(1)的线速度的数据以及时间命令发送给第一极耳切割器(12)；

第一极耳切割器(12)接收到极耳切割控制器(60)发送的第一极耳第一间距(d₁)的数据、第一极片(1)的线速度的数据以及时间命令后对第一极片放卷机构(11)放卷出的第一极片(1)上切割以形成第一个第一极耳(P1)；

当第一极片(1)、第二极片(2)、第一隔膜(3)以及第二隔膜(4)作为一体的层叠体开始形成卷绕式电极组件的第一圈、第一个第一极耳(P1)卷绕在卷针(50)上、卷绕在卷针(50)上的第一个第一极耳(P1)随着卷针(50)的旋转而旋转到面向第一极耳位置检测器(15)时，第一极耳位置检测器(15)对第一个第一极耳(P1)进行位置检测并将检测到的第一个第一极耳(P1)的位置的数据发送给检测处理器(70)，检测处理器(70)接收来自第一极耳位置检测器(15)检测到的第一个第一极耳(P1)的位置数据并与存储的第一极耳基准位置(RP1)的数据比较以确定第一个第一极耳(P1)相对第一极耳基准位置(RP1)的第一个第一极耳错位量Δd₁；

检测处理器(70)基于第一极片厚度检测器(13)实时在线检测到的第一极片(1)的厚度、检测处理器(70)存储的第二极片(2)的厚度、存储的第一隔膜(3)的厚度以及存储的第二隔膜(4)的厚度求和以作为待形成的卷绕式电极组件的层叠体的第二圈的厚度T；

检测处理器(70)基于待形成的卷绕式电极组件的第二圈的层叠体的厚度T以及存储的卷针(50)的初始周长L₀，确定将处于卷绕式电极组件的层叠体的第二圈上的第二个第一极耳(P1)的理论第一极耳第二间距d₂，d₂＝L₀+2πT，其中，L₀为卷针(50)的初始周长，L₀＝2L+π(R₀+R₀′)，L为卷针(50)的中间长方体的长度，R′₀和R₀为卷针(50)的中间长方体两侧的半圆的半径，其中一个半圆的两端分别与中间长方体的两个长边相切，另一个半圆的一端与中间长方体的一个长边相切而另一端突出到中间长方体的另一个长边外，R′₀-R₀＝T/2；

检测处理器(70)基于确定的理论第一极耳第二间距d₂以及第一个第一极耳错位量Δd₁，确定待切割的第二个第一极耳(P1)的实际第一极耳第二间距d₂′：当Δd₁＝0时，第一个第一极耳(P1)的实际位置与第一极耳基准位置(RP1)重合，d₂′＝d₂；当Δd₁>0时，第一个第一极耳(P1)的实际位置相对第一极耳基准位置(RP1)偏向第一极耳位置下游侧限(RP1b)，d₂′＝d₂-│Δd₁│；当Δd₁<0时，第一个第一极耳(P1)的实际位置相对第一极耳基准位置(RP1)偏向第一极耳位置上游侧限(RP1a)，d₂′＝d₂+│Δd₁│；

极耳切割控制器(60)与检测处理器(70)通信并接收来自检测处理器(70)的确定的实际第一极耳第二间距d₂′以及来自检测处理器(70)的第一极片线速度检测仪(14)实时在线检测到的第一极片(1)的线速度，并将实际第一极耳第二间距d₂′的数据、第一极片(1)的线速度的数据以及时间命令发送给第一极耳切割器(12)，第一极耳切割器(12)接收到极耳切割控制器(60)发送的实际第一极耳第二间距d₂′的数据、第一极片(1)的线速度的数据以及时间命令后对第一极片放卷机构(11)放卷出的第一极片(1)切割以形成第二个第一极耳(P1)；

当第一极片(1)、第二极片(2)、第一隔膜(3)以及第二隔膜(4)作为一体的层叠体开始形成卷绕式电极组件的第二圈、第二个第一极耳(P1)卷绕在卷针(50)上、卷绕在卷针(50)上的第二个第一极耳(P1)随着卷针(50)的旋转而旋转到面向第一极耳位置检测器(15)时，重复前述操作并确定d₃＝d₂+2πT＝L₀+4πT、以及Δd₂、d₃′并切割以形成第三个第一极耳(P1)，如此重复，确定d_n+1＝d_n+2πT＝L₀+2(n+1-1)πT＝L₀+2nπT以及Δd_n、d_n+1′并切割以形成第n+1个第一极耳(P1)，n为卷绕式电极组件的层叠体的圈数，n＝2,3,…，直到在第一极片(1)上形成n+1个第一极耳(P1)且n+1个第一极耳(P1)在不断形成的卷绕电极组件的n+1圈上相对第一极耳基准位置(RP1)进行堆叠。

4.根据权利要求3所述的卷绕式电极组件制造装置，其特征在于，

卷绕式电极组件制造装置还包括：第二极耳切割器(22)，设置于第二极片放卷机构(21)与卷针(50)之间，对第二极片放卷机构(21)放卷出的第二极片(2)切割以形成第二极耳(P2)；

卷针(50)在周面上还设置有第二极耳基准位置(RP2)以及第二极耳位置上游侧限(RP2a)和第二极耳位置下游侧限(RP2b)，第二极耳基准位置(RP2)位于第二极耳位置上游侧限(RP2a)和第二极耳位置下游侧限(RP2b)之间限定的区域内，第二极耳位置上游侧限(RP2a)与第一极耳位置下游侧限(RP1b)相邻并间隔开，卷针(50)带动并卷绕第一极片(1)、第二极片(2)、第一隔膜(3)以及第二隔膜(4)时第二极耳切割器(22)切割形成的各第二极耳(P2)将位于卷针(50)的第二极耳位置上游侧限(RP2a)和第二极耳位置下游侧限(RP2b)之间限定的区域内；

卷绕式电极组件制造装置还包括：

第二极片厚度检测器(23)，设置于第二极片放卷机构(21)与卷针(50)之间，对第二极片放卷机构(21)放卷出的第二极片(2)的厚度进行检测；

第二极片线速度检测仪(24)，设置于第二极片放卷机构(21)与卷针(50)之间，对第二极片放卷机构(21)放卷出的第二极片(2)的线速度进行检测；以及

第二极耳位置检测器(25)，与卷针(50)相邻，对刚卷绕在卷针(50)上的且位于卷针(50)的第二极耳位置上游侧限(RP2a)和第二极耳位置下游侧限(RP2b)之间限定的区域内的第二极片(2)的一个第二极耳(P2)的位置进行检测；

极耳切割控制器(60)还通信连接于第二极耳切割器(22)；

检测处理器(70)还存储有第二极耳基准位置(RP2)的数据、第二极耳位置上游侧限(RP2a)的数据以及第二极耳位置下游侧限(RP2b)的数据、设定的第二极耳第一间距(D₁)的数据，检测处理器(70)还通信连接于第二极片厚度检测器(23)以接收第二极片厚度检测器(23)检测到的第二极片(2)的厚度，检测处理器(70)还通信连接于第二极片线速度检测仪(24)以接收第二极片线速度检测仪(24)检测到的第二极片(2)的线速度，检测处理器(70)还通信连接于第二极耳位置检测器(25)以接收第二极耳位置检测器(25)检测到的刚卷绕在卷针(50)上的第二极片(2)的该一个第二极耳(P2)的位置的数据；

其中，

当第一极片放卷机构(11)放卷出第一极片(1)、第二极片放卷机构(21)放卷出第二极片(2)、第一隔膜放卷机构(31)放卷出第一隔膜(3)以及第二隔膜放卷机构(41)放卷出第二隔膜(4)且卷针(50)开始卷绕时，第二极片厚度检测器(23)对第二极片放卷机构(21)放卷出的第二极片(2)的厚度进行实时在线检测并将检测到的第二极片(2)的厚度发送至检测处理器(70)并由检测处理器(70)存储，第二极片线速度检测仪(24)对第二极片放卷机构(21)放卷出的第二极片(2)的线速度进行实时在线检测并将检测到的第二极片(2)的线速度发送至检测处理器(70)；

极耳切割控制器(60)与检测处理器(70)通信并接收来自检测处理器(70)的设定的第二极耳第一间距(D₁)以及来自检测处理器(70)的第二极片线速度检测仪(24)实时在线检测到的第二极片(2)的线速度，并将第二极耳第一间距(D₁)的数据、第二极片(2)的线速度数据以及时间命令发送给第二极耳切割器(22)；

第二极耳切割器(22)接收极耳切割控制器(60)发送的第二极耳第一间距(D₁)的数据、第二极片(2)的线速度的数据及时间命令后对第二极片放卷机构(21)放卷出的第二极片(2)切割以形成第一个第二极耳(P2)；

当第一极片(1)、第二极片(2)、第一隔膜(3)以及第二隔膜(4)作为一体的层叠体开始形成卷绕式电极组件的第一圈、第一个第二极耳(P2)卷绕在卷针(50)上、卷绕在卷针(50)上的第一个第二极耳(P2)随着卷针(50)的旋转而旋转到面向第二极耳位置检测器(25)时，第二极耳位置检测器(25)对第一个第二极耳(P2)进行位置检测并将检测到的第一个第二极耳(P2)的位置的数据发送给检测处理器(70)，检测处理器(70)接收来自第二极耳位置检测器(25)检测到的第一个第二极耳(P2)的位置数据并与存储的第二极耳基准位置(RP2)的数据比较以确定第一个第二极耳(P2)相对第二极耳基准位置(RP2)的第一个第二极耳错位量ΔD₁；

检测处理器(70)基于第一极片厚度检测器(13)实时在线检测到的第一极片(1)的厚度、第二极片厚度检测器(23)实时在线检测到的第二极片(2)的厚度以及检测处理器(70)存储的第一隔膜(3)的厚度以及第二隔膜(4)的厚度求和以作为待形成的卷绕式电极组件的第二圈的厚度T；

检测处理器(70)基于待形成的卷绕式电极组件的第二圈的层叠体的厚度T以及存储的卷针(50)的初始周长L₀，确定将处于卷绕式电极组件的第二圈上的第二个第二极耳(P2)的理论第二极耳第二间距D₂，即D₂＝L₀+2πT；

检测处理器(70)基于确定的理论第二极耳第二间距D₂以及第一个第二极耳错位量ΔD₁，确定待切割的第二个第二极耳(P2)的实际第二极耳第二间距D₂′：当ΔD₁＝0时，第一个第二极耳(P2)的实际位置与第二极耳基准位置(RP2)重合，D₂′＝D₂；当ΔD₁>0时，第一个第二极耳(P2)的实际位置相对第二极耳基准位置(RP2)偏向第二极耳位置下游侧限(RP2b)，D₂′＝D₂-│ΔD₁│；当ΔD₁<0时，第一个第二极耳(P2)的实际位置相对第二极耳基准位置(RP2)偏向第二极耳位置上游侧限(RP2a)，D₂′＝D₂+│ΔD₁│；

极耳切割控制器(60)与检测处理器(70)通信并接收来自检测处理器(70)的确定的实际第二极耳第二间距D₂′以及来自检测处理器(70)的第二极片线速度检测仪(24)实时在线检测到的第二极片(2)的线速度，以将实际第二极耳第二间距D₂′的数据、第二极片(2)的线速度的数据以及时间命令发送给第二极耳切割器(22)，第二极耳切割器(22)接收到极耳切割控制器(60)发送的实际第二极耳第二间距D₂′的数据、第二极片(2)的线速度的数据以及时间命令后对第二极片放卷机构(21)放卷出的第二极片(2)切割以形成第二个第二极耳(P2)；

当第一极片(1)、第二极片(2)、第一隔膜(3)以及第二隔膜(4)作为一体的层叠体开始形成卷绕式电极组件的第二圈、第二个第二极耳(P2)卷绕在卷针(50)上、卷绕在卷针(50)上的第二个第二极耳(P2)随着卷针(50)的旋转而旋转到面向第二极耳位置检测器(25)时，重复前述操作并确定D₃＝D₂+2πT＝L₀+4πT、以及ΔD₂、D₃′并切割以形成第三个第二极耳(P2)，如此重复确定D_n+1＝D_n+2πT＝L₀+2(n+1-1)πT＝L₀+2nπT以及ΔD_n、D_n+1′并切割以形成第n+1个第二极耳(P2)，直到在第二极片(2)上形成n+1个第二极耳(P2)且n+1个第二极耳(P2)在不断形成的卷绕电极组件的n+1圈上相对第二极耳基准位置(RP2)进行堆叠。

5.根据权利要求4所述的卷绕式电极组件制造装置，其特征在于，

卷绕式电极组件制造装置还包括：

第一隔膜厚度检测器(33)，设置于第一隔膜放卷机构(31)与卷针(50)之间，对第一隔膜放卷机构(31)放卷出的第一隔膜(3)的厚度进行检测，并通信连接于检测处理器(70)并由检测处理器(70)存储检测到的第一隔膜(3)的厚度；

第二隔膜厚度检测器(43)，设置于第二隔膜放卷机构(41)与卷针(50)之间，对第二隔膜放卷机构(41)放卷出的第二隔膜(4)的厚度进行检测并通信连接于检测处理器(70)并由检测处理器(70)存储检测到的第二隔膜(4)的厚度。

6.根据权利要求4所述的卷绕式电极组件制造装置，其特征在于，卷绕式电极组件制造装置还包括：

第一极片切刀(16)，与卷针(50)相邻，用于将完成的一个卷绕式电极组件的第一极片(1)切断；

第二极片切刀(26)，与卷针(50)相邻，用于将完成的一个卷绕式电极组件的第二极片(2)切断；

第一隔膜切刀(36)，与卷针(50)相邻，用于将完成的一个卷绕式电极组件的第一隔膜(3)切断；

第二隔膜切刀(46)，与卷针(50)相邻，用于将完成的一个卷绕式电极组件的第二隔膜(4)切断。

7.根据权利要求4所述的卷绕式电极组件制造装置，其特征在于，第一极片厚度检测器(13)和第二极片厚度检测器(23)为激光测厚仪。

8.根据权利要求4所述的卷绕式电极组件制造装置，其特征在于，第一极耳位置检测器(15)和第二极耳位置检测器(25)为激光传感器或CCD传感器。

9.根据权利要求4所述的卷绕式电极组件制造装置，其特征在于，第一极耳切割器(12)和第二极耳切割器(22)为激光切割器或模切切割器。

10.根据权利要求1所述的卷绕式电极组件制造装置，其特征在于，第一极片(1)为正极片而第二极片(2)为负极片，或者第一极片(1)为负极片而第二极片(2)为正极片。

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