CN112072129B - 电芯端面成型机构 - Google Patents

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Abstract

电芯端面成型机构，包括：组件安装板；设置于所述组件安装板上的电芯端面成型组件，所述电芯端面成型组件包括相对设置的第一端面成型模具和第二端面成型模具，所述第一端面成型模具和所述第二端面成型模具可相对移动；所述第一端面成型组件包括第一端面成型工装，所述第二端面成型组件包括第二端面成型工装，所述第一端面成型工装和/或所述第二端面成型工装上设置有极耳避让位。本发明可以对电芯端面进行热成型处理，有利于减小电芯整体高度，方便电芯的组装。

Description

电芯端面成型机构
技术领域
本发明属于锂电池制造技术领域，具体涉及一种用于圆柱形纽扣式电芯的端面热成型机构。
背景技术
纽扣式电池(button cell)是外形像纽扣的电池，此类电池一般来说厚度较薄，而直径相对厚度要大。钮扣式电池的出现满足了电子信息产品及消费类电子产品对电池在轻、薄、小等方面的要求，市场潜力巨大。
现有的钮扣式电池制备工艺中，在电芯卷绕头下料工位之后会对卷绕完成的电芯进行热成型，但目前的纽扣电池热成型工艺一般仅由热成型装置对电芯的中心孔进行热成型，没有对电芯端面进行热成型。如果能对电芯端面进行热成型处理，不仅有利于减小电芯整体高度，也方便电芯的组装。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以对钮扣式电芯的端面进行热成型处理的电芯端面成型机构。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：
电芯端面成型机构，包括：组件安装板；设置于所述组件安装板上的电芯端面成型组件，所述电芯端面成型组件包括相对设置的第一端面成型模具和第二端面成型模具，所述第一端面成型模具和所述第二端面成型模具可相对移动；所述第一端面成型组件包括第一端面成型工装，所述第二端面成型组件包括第二端面成型工装，所述第一端面成型工装和/或所述第二端面成型工装上设置有极耳避让位。
进一步的，还包括设置于所述第一端面成型模具和所述第二端面成型模具之间的成型夹取机械手，所述成型夹取机械手可沿所述第一端面成型模具和所述第二端面成型模具相对移动的方向相垂直的方向移动。
进一步的，所述成型夹取机械手包括夹持气缸、升降滑台以及升降驱动单元，所述夹持气缸设置于所述升降滑台上，所述升降滑台可上下移动地设置于所述组件安装板上，所述升降驱动单元控制所述升降滑台的上下移动。
进一步的，所述第一端面成型工装的前端部设置有定位针收纳孔，所述第二端面成型工装的前端部设置有定位针，所述定位针可伸入至所述定位针收纳孔中。
进一步的，所述定位针收纳孔的轴线和所述第一端面成型工装的轴线重合，并从所述第一端面成型工装的前端面沿所述第一端面成型工装的轴向从前向后延伸；所述定位针沿所述第二端面成型工装的轴向突出于第二端面成型工装的前端面。
进一步的，所述极耳避让位包括卷外极耳避让槽和/或卷内极耳避让槽，所述卷外极耳避让槽设置于所述第一端面成型工装前端部的外周壁和/或所述第二端面成型工装前端部的外周壁上，所述卷内极耳避让槽设置于所述第一端面成型工装前端部内和/或所述第二端面成型工装前端部内。
进一步的，所述卷外极耳避让槽设置于所述第一端面成型工装前端部的外周壁上，并从所述第一端面成型工装的前端面沿与所述第一端面成型工装轴向相平行的方向从前向后延伸，和/或所述卷外极耳避让槽设置于所述第二端面成型工装前端部的外周壁上，并从所述第二端面成型工装的前端面沿与所述第二端面成型工装轴向相平行的方向从前向后延伸；所述卷内极耳避让槽为设置于所述第一端面成型工装前端部内的环形槽，该环形槽从所述第一端面成型工装的前端面沿与所述第一端面成型工装轴向相平行的方向从前向后延伸，和/或所述卷内极耳避让槽为设置于所述第二端面成型工装前端部内的环形槽，该环形槽从所述第二端面成型工装的前端面沿与所述第二端面成型工装轴向相平行的方向从前向后延伸。
进一步的，所述第一端面成型工装内设置有第一发热元件，所述第二端面成型工装内设置有第二发热元件。
进一步的，所述电芯端面成型组件还包括第一模具滑座、第二模具滑座、驱动所述第一模具滑座移动的第一滑座驱动单元和驱动所述第二模具滑座移动的第二滑座驱动单元；所述第一端面成型模具设置于所述第一模具滑座上，所述第一模具滑座可水平移动地设置于所述组件安装板上；所述第二端面成型模具设置于所述第二模具滑座上，所述第二模具滑座可水平移动地设置于所述组件安装板上；所述第一模具滑座和所述第二模具滑座可以相向移动或相背移动。
进一步的，还包括一固定框架和设置于所述固定框架上的平移驱动单元，所述组件安装板可移动地设置于所述固定框架上，并可在所述平移驱动单元的控制下水平移动，所述组件安装板的移动方向和承载电芯的电芯输送带的移动方向一致。
进一步的，所述电芯端面成型机构设置于电芯卷绕下料工位之后，设置于电芯输送带的上方。
由以上技术方案可知，本发明的电芯端面成型机构可以对纽扣式电芯的两端面进行热成型处理，而且通过极耳找正组件，在端面成型之前准确找到电芯正、负极耳的位置，以便于在进行端面热成形处理时成形工装作避让处理，避免对电芯极耳造成损伤。在更具体的实施方案中，电芯端面成型机构设置于下料输送线之上，从而可以避免端面成型装置出现故障而影响卷绕工位正常运行的情况发生，不会造成卷绕设备停机，对生产带来不良影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的主视图；
图2为本发明实施例的侧视图；
图3为本发明实施例的仰视图；
图4为本发明实施例另一角度的结构示意图；
图5为本发明实施例端面成型模具的结构示意图；
图6为本发明实施例端面成型模具的分解结构示意图；
图7为本发明实施例端面成型模具另一角度的分解结构示意图；
图8a和图8b分别为两种电芯的结构示意图；
图9为本发明实施例成型夹取机械手的结构示意图；
图10为本发明实施例设置于电芯输送带上的示意图。
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。
具体实施方式
为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。
参照图1、图2、图3和图4，本实施例的电芯端面成型机构包括电芯端面成型组件1、成型夹取机械手2、组件安装板3和固定框架4，固定框架4起整个装置的固定安装作用，组件安装板3设置于固定框架4上，电芯端面成型组件1及成型夹取机械手2均设置于组件安装板3上。
本实施例的电芯端面成型组件1包括第一端面成型模具1-1、第二端面成型模具1-2、第一模具滑座1-3、第二模具滑座1-4、第一滑座驱动单元1-5和第二滑座驱动单元1-6。第一端面成型模具1-1和第二端面成型模具1-2相对设置，且两者间可发生相对移动，从而相互靠近或相互远离。成型夹取机械手2位于第一端面成型模具1-1和第二端面成型模具1-2之间，当成型夹取机械手2将电池载具上的电芯夹起来后，向上移动至与第一、第二端面成型模具所在位置对应的高度，然后第一端面成型模具1-1和第二端面成型模具1-2相向移动，压在电芯的两端，即可对电芯的端面进行热成型处理。在其他的实施例中，当电芯载具的位置合适时，端面成型模具也可以直接对放置在电芯载具上的电芯进行端面成型，而不一定要设置成型夹取机械手来夹取电芯。
本实施例的第一端面成型模具1-1设置于第一模具滑座1-3上，第一模具滑座1-3可移动地设置于组件安装板3上。第二端面成型模具1-2设置于第二模具滑座1-4上，第二模具滑座1-4可移动地设置于组件安装板3上。本实施例的第一模具滑座1-3和组件安装板3之间以及第二模具滑座1-4与组件安装板3之间采用导轨和滑槽的方式配合，组件安装板3上设置有导轨3a，第一模具滑座1-3和第二模具滑座1-4上设置有与导轨相配合的滑槽(未图示)，从而第一模具滑座1-3和第二模具滑座1-4可沿导轨3a移动，从而带动第一端面成型模具1-1和第二端面成型模具1-2产生相对运动。本实施例采用伺服电机作为第一滑座驱动单元1-5和第二滑座驱动单元1-6，下面以第一滑座驱动单元1-5为例对第一滑座驱动单元1-5与第一模具滑座1-3之间的连接关系及动作过程进行说明，第二滑座驱动单元与第二模具滑座的连接结构相同。
第一滑座驱动单元1-5设置于组件安装板3上，本实施例采用丝杆作为传动部件，连接第一滑座驱动单元1-5和第一模具滑座1-3，伺服电机(第一滑座驱动单元1-5)的输出轴可直接或间接与丝杆1-7相连，本实施例通过一对同步轮及皮带连接伺服电机的输出轴和丝杆1-7，在伺服电机的输出轴上设置一同步轮，在丝杆的端部设置另一同步轮，皮带绕过两个同步轮，当伺服电机启动时，可通过同步轮和皮带带动丝杆1-7转动。丝杆1-7上的丝杆螺母(未图示)与一连接板1-8相连，连接板1-8与第一模具滑座1-3相连，从而第一模具滑座1-3(第一端面成型模具1-1)可在第一滑座驱动单元1-5的带动下沿导轨3a移动。在其他的实施例中，第一滑座驱动单元也可以采用气缸等常规的驱动器件，在采用伺服电机作为驱动器件时，也可以采用链条、齿条、皮带等常规的机械传动结构进行传动。本实施例采用伺服电机+丝杆的组合结构驱动第一、第二端面成型模具，不仅可以兼容不同高度的电芯产品端面热成形；而且可以通过设定伺服电机的扭矩模式，对电芯热成形的压力进行精确控制，避免电芯受力过大导致压扁或受力过小成型效果不好。
第一端面成型模具1-1和第二端面成型模具1-2用于对位于两者间的电芯端面进行加热加压热成型。图5、图6和图7为本发明端面成型模具的一个优选实施方式的结构示意图。如图5、图6和图7所示，第一端面成型模具1-1包括第一端面成型工装1-1a以及第一发热元件1-1b，第一发热元件1-1b可为发热管等常规的发热元件，发热元件的温度可调节。第一端面成型工装1-1a大体呈圆柱形，第一端面成型工装1-1a内设置有用于容纳第一发热元件1-1b的内腔(未标号)，第一发热元件1-1b设置于第一端面成型工装1-1a内。在第一端面成型工装1-1a的前端部(与第二端面成型模具1-2相对的端部)的中心设置有一定位针收纳孔1-1c，定位针收纳孔1-1c沿第一端面成型工装1-1a的轴向从前向后延伸，定位针收纳孔1-1c同时也可以作为卷内中心极耳避让孔。在第一端面成型工装1-1a前端部的外周壁上设置有卷外极耳避让槽1-1d，卷外极耳避让槽1-1d沿和第一端面成型工装1-1a轴向相平行的方向从前向后延伸。
第二端面成型模具1-2包括第二端面成型工装1-2a、第二发热元件1-2b以及定位针1-2c。第二端面成型工装1-2a也是大体呈圆柱形，其内设置有容纳第二发热元件1-2b的内腔，第二发热元件1-2b也可以为发热管。定位针1-2c设置于第二端面成型工装1-2a的前端部，其和第二端面成型工装1-2a同轴设置，定位针1-2c沿其轴向突出于第二端面成型工装1-2a的前端部。在热成型处理时，定位针1-2c可穿过电芯中心的通孔，伸入至第一端面成型工装1-1a的定位针收纳孔1-1c中，对电芯进行定位。本实施例在第二端面成型工装1-2a上设置有卷内极耳避让槽1-2d，卷内极耳避让槽1-2d为设置于第二端面成型工装1-2a内的环形槽，卷内极耳避让槽1-2d从第二端面成型工装1-2a的前端面沿平行于其轴向的方向向内延伸，卷内极耳避让槽1-2d的尺寸及位置，如其宽度、深度、与第二端面成型工装中心间的距离可根据电芯的直径大小、电芯卷内极耳的位置、极耳的尺寸相应设置。将卷内极耳避让槽设置成环形槽，对极耳的定位要求比较低，只要极耳位置在环形区域内都不影响端面热成型处理，但卷内极耳避让槽也可以是从端面成型工装的前端面从前向后延伸的盲孔，盲孔位置与极耳位置相对应，这样可以尽可能多地对除极耳外的位置进行热成形处理，当采用此类避让位结构时，需对电芯极耳位置进行较准确的定位，从而在热成型时，极耳可以准确收纳至避让位中。
电芯的结构不同时，电芯上的极耳的数量及位置也可能存在一定的差异，图8a和图8b为两种不同结构的电芯，图8a的电芯具有3个极耳：一个卷外极耳102a、一个卷内极耳102b和一个中心卷内极耳102c。图8b的电芯具有2个极耳：一个卷外极耳102a和一个卷内极耳102b，没有中心卷内极耳。因此，成型工装上的极耳避让位，如卷内极耳避让槽、卷外极耳避让槽可根据电池上的极耳结构相应设置，极耳避让位的位置、形状可根据电芯的直径大小、电芯极耳的位置相应设置。
第一端面成型模具1-1和第二端面成型模具1-2对位于两者间的电芯端面进行加热加压热成型时，成型夹取机械手2将电池载具上的电芯夹起，移动至第一端面成型模具1-1和第二端面成型模具1-2之间，第一端面成型模具1-1和第二端面成型模具1-2相向移动，第二端面成型模具1-2的定位针1-2c穿过电芯中心的通孔，并伸入至第一端面成型模具1-1的定位针收纳孔1-1c中(前道工序已对电芯完成中心烫孔)，对电芯进行定位，第一端面成型模具1-1和第二端面成型模具1-2相互靠近并压紧在电芯的两端面上，第一端面成型模具1-1和第二端面成型模具1-2对电芯端面施加一定压力并保持一段时间，对电芯进行端面成形处理。
图9为本发明实施例成型夹取机械手的结构示意图。本实施例中，一组电芯端面成型组件1中设置了两组第一端面成型模具1-1和第二端面成型模具1-2，从而可以一次对两颗电芯进行端面成型处理，对应的，成型夹取机械手包括一对夹持气缸2-1、升降滑台2-2及升降驱动单元2-3。升降驱动单元2-3设置于组件安装板3上，升降驱动单元2-3用于控制升降滑台2-2的上下移动。本实施例的升降驱动单元2-3采用气缸，气缸的活塞杆与升降滑台2-2相连，气缸动作时带动升降滑台2-2上下移动，移动到位时，夹持气缸2-1动作，夹取电芯或放开电芯。
作为本发明的又一优选的实施方式，如图10所示，电芯端面成型机构通过固定框架4安装在电芯输送带100的上方，组件安装板3可移动地设置于固定框架4上。结合图4所示，在固定框架4上设置有滑轨4a，组件安装板3设置于滑轨4a上，在固定框架4上设置有平移驱动单元5，本实施例的平移驱动单元5为气缸，气缸的活塞杆通过连接臂6与组件安装板3相连，当平移驱动单元5动作时，可带动组件安装板3沿电芯输送带的移动方向移动，从而在对电芯进行端面热成型的过程中，电芯和组件安装板3可以随电芯输送带一起同步移动，当电芯完成端面热成型处理后，可将电芯放回原来的电芯载具上。本实施例的电芯端面成型机构设置于电芯卷绕下料工位之后，卷绕好的电芯在完成上一工序(中心烫孔)后由电芯输送带100(下料输送线)向后输送，电芯102放置于电芯输送带100的电芯载具101上，并随着电芯输送带100移动经过电芯端面成型机构。电芯端面成型机构可设置一个或多个，以提高电芯端面成型的效率。
以下是本发明电芯端面成型机构工作过程的说明：
完成上一工序的电芯电芯随下料输送线(电芯输送带100)继续移动，当移动至电芯端面成型组件1所在位置时，成型夹取机械手2将电芯从电芯载具上夹起，移动至电芯端面成型组件1的第一端面成型模具1-1和第二端面成型模具1-2之间；
第一端面成型模具1-1和第二端面成型模具1-2相向移动并压紧电芯，对电芯进行端面成型；本实施例中，在电芯端面成型的过程中，平移驱动单元5带动电芯端面成型组件1(组件安装板3)随下料输送线同步移动，这不仅有利于增长电芯热成形的时间，同时可以避免下料输送线等待电芯热成形完成后再运行，影响生产效率；
电芯端面成型完成后，成型夹取机械手2将电芯放回下料输送线的电芯载具上，所有部件复位，重复以上步骤对其他电芯进行端面成型处理。
当然，本发明的技术构思并不仅限于上述实施例，还可以依据本发明的构思得到许多不同的具体方案，例如，根据工艺要求的变化，可以增加数组电芯端面成形组件，分别对纽扣式电芯的两个端面进行热成形处理；端面成型工装上的极耳避让位也可以根据需求相应设置；端面成型工装的形状除了可以是圆柱形外，也可以根据电芯形状或生产需求相应变化；此外，前述实施例中，电芯上的通孔位于电芯的轴心，定位针和定位针收纳孔也对应和成型工装同轴设置，当电芯上的通孔位置变化时，定位针及定位针收纳孔的位置也可以相应变化，不一定只是和成型工装同轴设置；诸如此等改变以及等效变换均应包含在本发明所述的范围之内。

Claims (10)

1.电芯端面成型机构，其特征在于，包括：
组件安装板；
设置于所述组件安装板上的电芯端面成型组件，所述电芯端面成型组件包括相对设置的第一端面成型模具和第二端面成型模具，所述第一端面成型模具和所述第二端面成型模具可相对移动；
所述第一端面成型组件包括第一端面成型工装，所述第二端面成型组件包括第二端面成型工装，所述第一端面成型工装和/或所述第二端面成型工装上设置有极耳避让位，所述极耳避让位包括卷外极耳避让槽和/或卷内极耳避让槽，所述卷外极耳避让槽设置于所述第一端面成型工装前端部的外周壁和/或所述第二端面成型工装前端部的外周壁上，所述卷内极耳避让槽设置于所述第一端面成型工装前端部内和/或所述第二端面成型工装前端部内。
2.如权利要求1所述的电芯端面成型机构，其特征在于：还包括设置于所述第一端面成型模具和所述第二端面成型模具之间的成型夹取机械手，所述成型夹取机械手可沿所述第一端面成型模具和所述第二端面成型模具相对移动的方向相垂直的方向移动。
3.如权利要求2所述的电芯端面成型机构，其特征在于：所述成型夹取机械手包括夹持气缸、升降滑台以及升降驱动单元，所述夹持气缸设置于所述升降滑台上，所述升降滑台可上下移动地设置于所述组件安装板上，所述升降驱动单元控制所述升降滑台的上下移动。
4.如权利要求1所述的电芯端面成型机构，其特征在于：所述第一端面成型工装的前端部设置有定位针收纳孔，所述第二端面成型工装的前端部设置有定位针，所述定位针可伸入至所述定位针收纳孔中。
5.如权利要求4所述的电芯端面成型机构，其特征在于：所述定位针收纳孔的轴线和所述第一端面成型工装的轴线重合，并从所述第一端面成型工装的前端面沿所述第一端面成型工装的轴向从前向后延伸；所述定位针沿所述第二端面成型工装的轴向突出于第二端面成型工装的前端面。
6.如权利要求1所述的电芯端面成型机构，其特征在于：所述卷外极耳避让槽设置于所述第一端面成型工装前端部的外周壁上，并从所述第一端面成型工装的前端面沿与所述第一端面成型工装轴向相平行的方向从前向后延伸，和/或所述卷外极耳避让槽设置于所述第二端面成型工装前端部的外周壁上，并从所述第二端面成型工装的前端面沿与所述第二端面成型工装轴向相平行的方向从前向后延伸；
所述卷内极耳避让槽为设置于所述第一端面成型工装前端部内的环形槽，该环形槽从所述第一端面成型工装的前端面沿与所述第一端面成型工装轴向相平行的方向从前向后延伸，和/或所述卷内极耳避让槽为设置于所述第二端面成型工装前端部内的环形槽，该环形槽从所述第二端面成型工装的前端面沿与所述第二端面成型工装轴向相平行的方向从前向后延伸。
7.如权利要求1所述的电芯端面成型机构，其特征在于：所述第一端面成型工装内设置有第一发热元件，所述第二端面成型工装内设置有第二发热元件。
8.如权利要求1所述的电芯端面成型机构，其特征在于：所述电芯端面成型组件还包括第一模具滑座、第二模具滑座、驱动所述第一模具滑座移动的第一滑座驱动单元和驱动所述第二模具滑座移动的第二滑座驱动单元；
所述第一端面成型模具设置于所述第一模具滑座上，所述第一模具滑座可水平移动地设置于所述组件安装板上；
所述第二端面成型模具设置于所述第二模具滑座上，所述第二模具滑座可水平移动地设置于所述组件安装板上；
所述第一模具滑座和所述第二模具滑座可以相向移动或相背移动。
9.如权利要求1所述的电芯端面成型机构，其特征在于：还包括一固定框架和设置于所述固定框架上的平移驱动单元，所述组件安装板可移动地设置于所述固定框架上，并可在所述平移驱动单元的控制下水平移动，所述组件安装板的移动方向和承载电芯的电芯输送带的移动方向一致。
10.如权利要求1所述的电芯端面成型机构，其特征在于：电芯端面成型机构设置于电芯卷绕下料工位之后，设置于电芯输送带的上方。
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