CN111883852A - 一种四卷芯的成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四卷芯的成型方法，所述卷芯包括隔膜、正极片和负极片，所述成型方法包括以下步骤，将所述正极片和所述负极片通过叠片组件叠放于所述隔膜上，再通过折叠组件对叠放有正极片和负极片的隔膜进行折叠以形成卷芯，最后将四个卷芯组装成四卷芯的锂电池。本发明通过叠片台按固定轨迹进行移动使隔膜同步运动，使隔膜在叠片过程中始终沿同一方向运动，由此保证隔膜的张力；并通过机械手将极片按照固定顺序和数量至于隔膜上，保证叠片对齐度。
Description
技术领域
本发明属于电池制造技术领域，具体涉及一种四卷芯的成型方法。
背景技术
目前锂离子电池多采用“Z”形叠片方式进行卷芯制作，但传统方式中隔膜在传输路径上需要往复运动，即为保持隔膜的张力，隔膜在传输路径上正向运动一段距离后，需要再反向运动一段距离，此种方式不利于隔膜在传输路径上的纠偏作业，致使叠片时的隔膜对齐度较差、隔膜张力不均匀且易造成隔膜破损。
传统“Z”形叠片机多采用单片上料方式，即每次只上料一片正极片或者负极片，效率较低，且效率提升面临较大的瓶颈，难以满足日益增长的生产需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种四卷芯的成型方法，以克服上述技术问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种四卷芯的成型方法，所述卷芯包括隔膜、正极片和负极片，所述成型方法包括以下步骤，
将所述正极片和所述负极片通过叠片组件叠放于所述隔膜上，再通过折叠组件对叠放有正极片和负极片的隔膜进行折叠以形成卷芯，最后将四个卷芯组装成四卷芯的锂电池；
其中，所述叠片组件包括导引辊、正极片料盒、负极片料盒、叠片台、机械手及叠片压爪，所述叠片台可围绕所述导引辊进行移动，所述导引辊的两侧分别设有正极片料盒和/或负极片料盒；
所述叠片组件的叠片包括以下步骤：
S1、所述叠片台先设置在所述导引辊的一侧，所述隔膜将沿所述导引辊且以水平状态导引至所述叠片台上，机械手抓取处于这一侧的正极片料盒和/或负极片料盒中的正极片和/或负极片且放置于隔膜上，通过叠片压爪对正极片和/或负极片进行固定，此时叠片台与导引辊之间的隔膜未固定；
S2、使叠片台沿设定的路径轨迹围绕导引辊移动至所述导引辊的另一侧，步骤S1中隔膜同叠片台同步移动且被牵引后以水平状态叠加于步骤S1中正极片和/或负极片的上层，机械手抓取处于另一侧的正极片料盒和/或负极片料盒中的正极片和/或负极片且放置于上层的隔膜上，通过叠片压爪进行固定；
S3、使叠片台按步骤S2中的路径轨迹重新移动回步骤S1中的位置，隔膜同步移动后在叠片台上形成三层隔膜，再根据处于最下层隔膜和中间层隔膜上的正极片和/或负极片的摆放顺序和摆放数量，判定在最上层隔膜上是否摆放正极片和/或负极片，完成后裁断隔膜，使正极片、负极片及隔膜在叠片台上形成叠片单元；
所述折叠组件的折叠步骤为：将叠片单元取出后置于折叠组件上进行折叠以形成卷芯；
所述四卷芯的成型步骤为：通过连接组件将两个卷芯组装形成两卷芯，通过盖板组件对两个两卷芯进行组装，即形成四卷芯的锂电池。
进一步地，所述步骤S2中，设定的路径轨迹呈半圆形。
进一步地，所述折叠步骤具体为：根据三层隔膜上正极片和负极片的摆放顺序和摆放数量对隔膜进行顺时针或逆时针180°折叠并对折叠次数进行设定，使形成的卷芯中正极片与负极片从下到上交替排布。
进一步地，所述连接组件包括底片、上压片及引流片，所述上压片垂直连接在所述底片上，所述引流片形成于所述底片的一侧且与所述底片呈90°分布；
两卷芯的组装包括以下步骤，将两个卷芯水平摆放，使相同极性的极耳相互叠加后置于所述底片上，将上压片压平至叠加的极耳上并进行焊接，使上压片、底片及极耳连接，将两个卷芯以相反方向旋转后相互贴合，此时所述引流片以垂直于卷芯的状态设于两个卷芯上，使用固定带将两个卷芯固定，即完成两卷芯的组装；
四卷芯的组装包括以下步骤，将两个两卷芯水平摆放，使两个两卷芯上的引流片相互对接且均置于盖板组件上，采用焊接使引流片与盖板组件连接，将两个两卷芯以相反方向旋转后相互贴合，使用固定带将两个两卷芯固定，即完成四卷芯的组装。
进一步地，所述固定带为胶带。
进一步地，所述焊接采用超声波焊接或激光焊接。
有益效果：
本发明通过叠片台按固定轨迹进行移动使隔膜同步运动，使隔膜在叠片过程中始终沿同一方向运动，由此保证隔膜的张力；并通过机械手将极片按照固定顺序和数量至于隔膜上，保证叠片的对齐度；同时在导引辊两侧对隔膜上进行极片上料时，根据后续的折叠步骤，每次上料时可实现多片的同时放料，提高叠片的效率；通过折叠的步骤，减小常规技术中Z型叠片的叠片次数；
本发明中通过四卷芯的组装方法，保证各极耳的受力均匀，且规避了极耳拉扯断裂的风险。
附图说明
图1-图3为本发明中叠片方法的叠片状态图；
图4为本发明中实施例1的折叠步骤图；
图5为本发明中实施例2的折叠步骤图；
图6为本发明中实施例3的折叠步骤图；
图7为本发明中扩展实施例的折叠步骤图；
图8为本发明中组装方法中的两卷芯成型的连接关系图；
图9为本发明中组装方法中的两卷芯成型的折叠步骤图；
图10为本发明中组装方法中的四卷芯成型的折叠步骤图；
图11为本发明中连接组件的结构示意图；
图中：1、导引辊；2、正极片料盒；3、负极片料盒；4、叠片台；5、叠片压爪；6、隔膜；7、正极片；8、负极片；9、固定带；10、卷芯；11、连接组件；11a、底片；11b、上压片；11c、引流片；12、盖板组件。
具体实施方式
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”“下”“左”“右”“前”“后”等指示的方位或位置关系仅是为了描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或结构必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中所述卷芯包括隔膜、正极片和负极片，所述正极片和所述负极片通过叠片组件叠放于所述隔膜上，再通过折叠组件对叠放有正极片和负极片的隔膜进行折叠以形成卷芯，最后将四个所述的卷芯组装成四卷芯的锂电池。
以下通过两个方面对本发明进行说明，首先对隔膜、正极片和负极片形成卷芯的过程进行说明，再对四个卷芯组装成四卷芯的锂电池的过程进行说明。
第一方面，对形成卷芯的过程进行说明。
如图1所示，所述叠片组件包括导引辊、正极片料盒、负极片料盒、叠片台、机械手及叠片压爪，其中，正极片料盒提供正极片，所述正极片是指在铝箔两侧分别涂覆正极活性物质并经过辊压后形成的极片，负极片料盒提供负极片，所述负极片为在铜箔两侧分别涂覆负极活性物质并经过辊压后形成的极片，导引辊用于将隔膜牵引至叠片台上，所述叠片台可围绕所述导引辊按设定的路径轨迹进行移动，在所述导引辊的两侧根据正极片与负极片在隔膜叠放的顺序与数量，分别在所述导引辊的两侧设置正极片料盒和/或负极片料盒，所述机械手用于将所述正极片料盒和所述负极片料盒中正极片和负极片抓取后叠放在隔膜上，所述叠片压爪将正极片、负极片及隔膜固定在所述叠片台上。
由此，所述叠片组件的叠片包括以下步骤，
S1、如图1所示，所述叠片台首先设置于所述导引辊的一侧，所述隔膜先沿所述导引辊以水平状态导引至所述叠片台上，此时机械手抓取处于这一侧的正极片料盒和/或负极片料盒中的正极片和/或负极片，且将正极片和/或负极片放置于所述隔膜上，通过叠片压爪对正极片和/或负极片进行固定，此时叠片台与导引辊之间的隔膜未被固定；
S2、如图1所示，使叠片台沿设定的路径轨迹围绕导引辊移动至所述导引辊的另一侧，其中所述路径轨迹如图1-图3所示为半圆形，步骤S1中未被固定的隔膜同叠片台同步移动以此被拉长，并在被牵引后将以水平状态叠加于步骤S1中正极片和/或负极片的上层，如图2所示，此时机械手抓取处于另一侧的正极片料盒和/或负极片料盒中的正极片和/或负极片，且将其放置于此时处于上层的隔膜上，同时通过叠片压爪进行固定；
S3、如图2-图3所示，使叠片台按步骤S2中的路径轨迹重新移动回至步骤S1中的位置，由此在叠片台上将形成三层隔膜，此时根据靠近叠片台的最下层隔膜和中间层隔膜上的正极片和/或负极片的摆放顺序和摆放数量，以此进行判定在最上层隔膜上是否摆放正极片和/或负极片，完成后即可裁断隔膜，由此在叠片台上形成叠片单元，将叠片单元取出后置于折叠组件进行折叠，由此形成卷芯。
其中，在所述步骤S3中，根据三层隔膜上正极片和负极片的摆放顺序和摆放数量对隔膜进行顺时针或逆时针180°折叠并对折叠次数进行设定，使形成的卷芯中正极片与负极片从下到上交替排布；其中，用于对隔膜进行折叠的折叠组件为常规设备合芯装置中的结构。
以下通过多个实施例对本发明的叠片方法进行具体说明。
实施例1
图1-3为实施例1的具体实施方式，本实施例1中在导引辊的右侧为两个正极片料盒，左侧为两个负极片料盒。
初始状态下，叠片台位于最左端，机械手从负极片料盒中同时取出两片负极片，放置到叠片台上的隔膜上之后，再通过叠片压爪将其固定，此时隔膜未被固定的长度为L1；
叠片台沿路径轨迹运动到最右端的过程中，隔膜未被固定的长度依次经过L2、L3、及L4，发现L1<L2<L3<L4，说明隔膜在叠片过程中始终沿着同一方向运动；
当图1的叠片台运动到最右端后，机械手从正极片料盒中取出两片正极片，即图2所示，放置到隔膜上之后，通过叠片压爪将其固定，叠片台再沿着路径轨迹运动到最左端，在此过程中，隔膜未被固定的长度也依次增大。
当图2的叠片台运动到最左端后，机械手从负极片料盒中取出一负极片，如图3所示，放置到隔膜上，裁断隔膜，并从叠片平台上取出即形成图4中上半图的状态，按照图4所示方式在折叠组件上折叠并固定后，即可得图4中下半图所示的卷芯。
实施例2
本实施例2的步骤与实施例1相同，区别在于在导引辊的右侧为两个正极片料盒和一个负极片料盒，在左侧为两个负极片料盒和一个正极片料盒，以图1-图3的过程来说明，在图1位置时机械手在左侧抓取两个负极片和一个正极片，在图2位置机械手在右侧抓取两个正极片和一个负极片，在图3位置抓取一个正极片和一个负极片，最后在叠片单元为图5中的上半图，按照顺序折叠后形成图5中的下半图，即折叠成卷芯。
实施例3
实施例3中导引辊两侧的正极片料盒和负极片料盒可按照图6中最上端图中所显示的顺序和数量进行摆放，按照实施例1的步骤进行叠片后得到图6中最上端图中的叠片单元，并按照图6的顺序进行折叠后得到所需卷芯。
本实施例1-3中亦可在导引辊两侧均只放一个正极片料盒和一个负极片料盒，通过机械手的多次抓取操作，完成图4-图6最上端图的摆放。
从实施例1-3中可知，最明显为实施例3，通过所述叠片方法和折叠步骤，可有效减少现有技术中Z型折叠的次数，加快叠片效率，且可实现一次多个极片的摆放。
扩展实施例
通过对机械手的操作设定，本叠片方法同样可实现如图7所示的叠片单元的叠片，并通过图7的顺序折叠后得到所述的卷芯。
第二个方面，对卷芯进行组装成四卷芯的锂电池的组装方法进行说明。
首先如图8所示，通过连接组件11将两个卷芯组装形成两卷芯，再次通过盖板组件12对两个两卷芯进行组装，即形成四卷芯的锂电池。
其中，如图11所示，所述连接组件包括底片11a、上压片11b及引流片11c，所述上压片垂直连接在所述底片上，所述引流片形成于所述底片的一侧且与所述底片呈90°分布，所述底片、下压片及引流片均为金属材质。
首先，两卷芯的组装包括以下步骤，如图8所示，将两个卷芯水平摆放，使相同极性的极耳相互叠加后置于所述底片上，将上压片压平至叠加的极耳上并进行焊接，使上压片、底片及极耳连接，如图9所示，将两个卷芯以相反方向旋转后相互贴合，此时所述引流片以垂直于卷芯的状态设于两个卷芯上，使用胶带将两个卷芯固定，即完成两卷芯的组装；
其次，四卷芯的组装包括以下步骤，如图10所示，将两个两卷芯水平摆放，使两个两卷芯上的引流片相互对接且均置于盖板组件上，采用焊接使引流片与盖板组件连接，将两个两卷芯以相反方向旋转后相互贴合，使用胶带将两个两卷芯固定，即完成四卷芯的组装。
由此本发明中，通过叠片台的移动使隔膜的折叠完成卷芯的形成，通过对卷芯的组装完成四卷芯结合，以此形成四卷芯的锂电池。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加简洁明了，本发明用以上具体实施例进行说明，仅仅用于描述本发明，不能理解为对本发明的范围的限制。应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种四卷芯的成型方法，所述卷芯包括隔膜(6)、正极片(7)和负极片(8)，其特征在于，所述成型方法包括以下步骤，
将所述正极片和所述负极片通过叠片组件叠放于所述隔膜上，再通过折叠组件对叠放有正极片和负极片的隔膜进行折叠以形成卷芯，最后将四个卷芯组装成四卷芯的锂电池；
其中，所述叠片组件包括导引辊(1)、正极片料盒(2)、负极片料盒(3)、叠片台(4)、机械手及叠片压爪(5)，所述叠片台可围绕所述导引辊进行移动，所述导引辊的两侧分别设有正极片料盒和/或负极片料盒；
所述叠片组件的叠片包括以下步骤：
S1、所述叠片台先设置在所述导引辊的一侧，所述隔膜将沿所述导引辊且以水平状态导引至所述叠片台上，机械手抓取处于这一侧的正极片料盒和/或负极片料盒中的正极片和/或负极片且放置于隔膜上，通过叠片压爪对正极片和/或负极片进行固定，此时叠片台与导引辊之间的隔膜未固定；
S2、使叠片台沿设定的路径轨迹围绕导引辊移动至所述导引辊的另一侧，步骤S1中隔膜同叠片台同步移动且被牵引后以水平状态叠加于步骤S1中正极片和/或负极片的上层，机械手抓取处于另一侧的正极片料盒和/或负极片料盒中的正极片和/或负极片且放置于上层的隔膜上，通过叠片压爪进行固定；
S3、使叠片台按步骤S2中的路径轨迹重新移动回步骤S1中的位置，隔膜同步移动后在叠片台上形成三层隔膜，再根据处于最下层隔膜和中间层隔膜上的正极片和/或负极片的摆放顺序和摆放数量，判定在最上层隔膜上是否摆放正极片和/或负极片，完成后裁断隔膜，使正极片、负极片及隔膜在叠片台上形成叠片单元；
所述折叠组件的折叠步骤为：将叠片单元取出后置于折叠组件上进行折叠以形成卷芯；
所述四卷芯的成型步骤为：通过连接组件将两个卷芯(10)组装形成两卷芯，通过盖板组件对两个两卷芯进行组装，即形成四卷芯的锂电池。
2.根据权利要求1所述的四卷芯的成型方法，其特征在于，所述步骤S2中，设定的路径轨迹呈半圆形。
3.根据权利要求1所述的四卷芯的成型方法，其特征在于，所述折叠步骤具体为：根据三层隔膜上正极片和负极片的摆放顺序和摆放数量对隔膜进行顺时针或逆时针180°折叠并对折叠次数进行设定，使形成的卷芯中正极片与负极片从下到上交替排布。
4.根据权利要求1所述的四卷芯的成型方法，其特征在于，
所述连接组件(11)包括底片(11a)、上压片(11b)及引流片(11c)，所述上压片垂直连接在所述底片上，所述引流片形成于所述底片的一侧且与所述底片呈90°分布；
两卷芯的组装包括以下步骤，将两个卷芯水平摆放，使相同极性的极耳相互叠加后置于所述底片上，将上压片压平至叠加的极耳上并进行焊接，使上压片、底片及极耳连接，将两个卷芯以相反方向旋转后相互贴合，此时所述引流片以垂直于卷芯的状态设于两个卷芯上，使用固定带(9)将两个卷芯固定，即完成两卷芯的组装；
四卷芯的组装包括以下步骤，将两个两卷芯水平摆放，使两个两卷芯上的引流片相互对接且均置于盖板组件(12)上，采用焊接使引流片与盖板组件连接，将两个两卷芯以相反方向旋转后相互贴合，使用固定带(9)将两个两卷芯固定，即完成四卷芯的组装。
5.根据权利要求4所述的四卷芯的成型方法，其特征在于，所述连接组件采用金属材质。
6.根据权利要求4所述的四卷芯的成型方法，其特征在于，所述固定带为胶带。
7.根据权利要求4所述的四卷芯的成型方法，其特征在于，所述焊接采用超声波焊接或激光焊接。
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