CN112151880A - 一种锂电池电芯叠片装置及其使用方法 - Google Patents

一种锂电池电芯叠片装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂电池电芯叠片装置,包括:卷绕在放卷装置上的隔膜,通过隔膜与卷绕装置连接的张力机构,以及规律设置在隔膜两侧的若干正极片和若干负极片,每个正极片和负极片均连接有一夹持装置,每个正极片和负极片均对应设置有一叠片钎,叠片钎为方形柱体,每个正极片和负极片均与对应的所述叠片钎的侧面相贴合;靠近放卷装置的隔膜两侧还设置有分离式叠压装置,分离式叠压装置上还设置有若干伸缩式凸起板;张力机构中设置的伸缩夹具与隔膜连接,伸缩夹具上规律分布有若干张力传感器,分离式叠压装置朝张力机构的方向运动。该设备能够实现一次工序完成多极片同时与隔膜的快速叠片动作,提高了叠片的精准度,极大提高锂电池的制备效率。

Description

一种锂电池电芯叠片装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及锂电池制造技术和锂电池叠片技术领域,尤其涉及一种锂电池电芯叠片装置及其使用方法。
背景技术
“锂电池”,是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。随着科学技术的发展,现在锂电池已经成为了主流。电池锂的核心便是电芯,电芯指单个含有正、负极的电化学电芯,粒径小,比表面积大,颜色白,纯度高,电化学性能明显提高。
目前,在行业中锂电池的生产方式主要以卷绕和叠片两种工艺。卷绕技术相对较为成熟,主要针对圆柱形电池以及小容量的方形锂电池,针对大容量的动力锂电池和异型电池,需要采用叠片工艺技术来生产,其中Z型叠片工艺已成为行业最常用的一种方式。然而,目前锂电行业的叠片机不仅机存在机型少、而且普遍存在结构复杂,生产效率底下等缺点,主要采用采用被动放卷的方式,在被动放卷系统中,张力较难控制,致使叠出电芯的隔离膜的对齐度较差,严重影响着锂电池的质量一致性
市场上常见的Z型叠片机通常采用两种堆叠方式:1、将隔膜固定叠片台来回平移或沿水平线左右往复摆动一定角度,极片送料机械手长行程插入极片,完成叠片;2、将叠片台固定,隔膜放卷机构在叠片台上方来回平移,从而引入隔膜完成叠片。但是这两种叠片机的设备,叠片台笨重、隔膜放卷机构质量较大,导致叠片过程无法高速运行,并且每个极片通过往复的叠片的方式,叠片的效率过低,并且极片存在与隔膜的错位,因此存在生产速度低、叠片精度差等缺陷。为了解决以上问题,需要研发一种多极片能够同时与隔膜的快速叠片,叠片张力平衡稳定,叠片精度高的锂电池电芯叠片装置。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足,提供一种锂电池电芯叠片装置及其使用方法。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案为:一种锂电池电芯叠片装置,包括:卷绕在放卷装置上的隔膜,通过隔膜与所述卷绕装置连接的张力机构,以及规律设置在所述隔膜两侧的若干正极片和若干负极片,其特征在于,
每个所述正极片和所述负极片均连接有一夹持装置,每个所述正极片和所述负极片均对应设置有一叠片钎,所述叠片钎为方形柱体,每个所述正极片和所述负极片均与对应的所述叠片钎的侧面相贴合;
靠近所述放卷装置的所述隔膜两侧还设置有分离式叠压装置,所述分离式叠压装置上还设置有伸缩式凸起板;所述张力机构中设置的伸缩夹具与所述隔膜连接,所述张力机构上规律分布有若干张力传感器,所述分离式叠压装置朝所述张力机构的方向运动。
本发明一个较佳实施例中,每个所述正极片和所述负极片与对应的所述叠片钎,同时、同速并且同方向运动。
本发明一个较佳实施例中,每个所述正极片和所述负极片与对应的所述叠片钎,运动至与所述隔膜完全平行贴合。
本发明一个较佳实施例中,所述叠片钎上设置有充气装置和排气阀,所述叠片钎顶端还连接有一移动装置。
本发明一个较佳实施例中,所述分离式叠压装置上还设置有第一夹具和伸缩式切割装置。
本发明一个较佳实施例中,每个所述正极片和所述负极片的若干边,与对应的所述夹持装置连接。
本发明一个较佳实施例中,所述分离式叠压装置上还设置有压力传感器。
本发明一个较佳实施例中,所述隔膜具有高弹性和高形变性。
本发明还提供了一种锂电池电芯叠片装置的使用方法,其特征在于:
S1、通过张力机构上的伸缩夹具,将隔膜绷紧;正负极片和对应的叠片钎贴合并分别朝隔膜的方向运动,隔膜形成S形;
S2、叠片钎和分离式叠压装置均朝张力机构的方向运动,通过压力传感器调节压紧力;
S3、排出叠片钎中的气体,通过移动装置抽离叠片钎,分离式叠压装置和张力机构压紧叠片,取出后制成锂电池。
本发明一个较佳实施例中,在所述S1中,在正负极片朝隔膜的方向运动过程中,张力机构调节隔膜的张力,使隔膜的张力始终平衡,保证正负极片与隔膜完全平行贴合。
本发明一个较佳实施例中,在所述S3中,将分离式叠压装置中伸缩式凸起板先与张力机构压紧,待抽离叠片钎后,将分离式叠压装置完全与张力机构压紧。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷,本发明具备以下有益效果:
(1)本发明提供的一种锂电池电芯叠片装置,无需重量较大的叠放台平移或者放卷机构平移,能够实现一次工序完成多极片同时与隔膜的快速叠片动作,并通过张力机构始终保证隔膜的张力平衡,同时叠片装置的结构简单,可更加快速、精准地运动,极大提高了锂电池的制备效率以及提高制备质量。
(2)本发明中叠片钎和极片朝着隔膜的方向运动,隔膜弯曲形成S形,叠片钎朝张力机构运动后,抽离并压紧形成叠片,简化了往复运动叠片的复杂工序,一组工序完成一个锂电池的叠片,效率极大提高。叠片钎为方形柱体,极片与叠片钎侧面贴合对接,保证叠片钎和极片均与隔膜完全贴合,并在竖直方向上保持竖直,避免极片与隔膜的错位,提高了叠片的精确度。叠片钎为充气式,避免隔膜的损伤。若将叠片的速度提速后会不会遇到隔离膜不齐、隔膜撕裂、有气泡存在等问题。
(3)本发明中在叠片钎抽离叠片的过程中,将分离式叠压装置中伸缩式凸起板先与张力机构压紧,其中伸缩式凸起板设置在分离式叠压装置的中间部位,避免了分离式叠压装置与张力机构直接压紧,造成叠片钎无法退钎的现象,待抽离叠片钎后,将分离式叠压装置才完全与张力机构压紧。整个抽离叠片的过程,保证抽离叠片钎时叠片钎与隔膜之间无滑动摩擦,减少了隔膜的撕裂或损伤。
(4)本发明张力机构通过伸缩夹具上若干张力传感器,在绷紧隔膜、弯曲隔膜,压紧隔膜过程中,张力传感器能够始终保证隔膜每个方向上的张紧力,保证隔膜的张力平衡,防止隔膜的松垮或褶皱,提高隔膜的平整度,避免隔膜测损坏和提高叠片的精确度,有效地降低次品率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例,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是本发明的优选实施例的立体结构图;
图2是本发明的优选实施例的部分立体结构图;
图3是本发明的优选实施例的正负极片分布位置的局部放大图;
图4是本发明的优选实施例的正负极片和叠片钎贴合的立体结构图;
图5是本发明的优选实施例的正负极片和叠片钎贴合的局部放大图;
图6是本发明的优选实施例的分离式叠压装置的立体结构图;
图7是本发明的优选实施例的张力机构的立体结构图;
图中:100、放卷装置;110、隔膜;
200、分离式叠压装置;210、第一夹具;220、伸缩式凸起板;230、压力传感器;
300、正极片;310、负极片;320、夹持装置;
400、叠片钎;410、充气装置;420、排气阀;430、移动装置;
500、张力机构;510、伸缩夹具;520、张力传感器。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请保护范围的限制。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或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地,提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明,这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1和图2所示,一种锂电池电芯叠片装置,包括:卷绕在放卷装置100上的隔膜110,通过隔膜110与卷绕装置连接的张力机构500,以及规律设置在隔膜110两侧的若干正极片300和若干负极片310;隔膜110为矩形,隔膜110的宽度比正负极片310的宽度大,隔膜110具有高弹性和高形变性,防止叠片时造成撕裂。
如图3所示,正极片300和负极片310的大小和数量一致,保证了电芯叠片后,每一层的隔膜110长度相等;并且在隔膜110两侧错开布置,实现了正负极片310的反复叠层,取代了将正负极片310往复循环叠片的工序,无需重量较大的叠放台平移或者放卷机构平移,这种叠片方式能够实现一次工序完成多极片同时与隔膜110的快速叠片动作。
如图4所示,每个正极片300和负极片310均连接有一夹持装置320,并且每个正极片300和负极片310的三条边上均与对应的夹持装置320连接,这样能够保证正负极片310在移动时不发生褶皱或弯曲,最大限度地保证了正负极片310竖直与隔膜110贴合。
本发明中每个正极片300和负极片310均对应设置有一叠片钎400,叠片钎400为方形柱体,每个正极片300和负极片310均与对应的叠片钎400的侧面相贴合,保证叠片钎400和正负极片310中其中一者与隔膜110竖直贴合,则两者均与隔膜110竖直贴合,避免了叠片不齐,隔膜110褶皱等现象,并且提高了叠片电芯的精确度。
本发明每个正极片300和负极片310与对应的叠片钎400,同时、同速并且同方向运动,每个正极片300和负极片310与对应的叠片钎400,运动至与隔膜110完全平行贴合,进一步保证了叠片钎400和正负极片310均与隔膜110竖直贴合,避免极片与隔膜110的错位,提高了叠片的精确度。本发明中叠片钎400和极片朝着隔膜110的方向运动,隔膜110弯曲形成S形,叠片钎400朝张力机构500运动后,抽离并压紧形成叠片,简化了往复运动叠片的复杂工序,一组工序完成一个锂电池的叠片,效率极大提高。
如图5所示,叠片钎400为方形柱体,叠片钎400上设置有充气装置410和排气阀420,充气装置410和排气阀420在叠片钎400的顶端和底端均设置有若干个,保证在叠片和抽离叠片钎400的过程中,更快速、更高效地完成充气和排气。当给叠片钎400泵入气体后,叠片钎400的方形表面能够形成一定的强度和塑性,使得正负极片310能够更准确地与叠片钎400贴合,进一步使得正负极片310与隔膜110平行贴合。此外,本发明还可以在叠片钎400上增设一纠偏传感器,纠偏传感器能够自动检测每个正负极片310和叠片钎400表面的贴合程度并检测是否贴合平齐,纠偏传感器还能够自动检测每个正负极片310和隔膜110的贴合程度并检测是否贴合平齐,避免极片与隔膜110的错位,避免叠片后产生气泡,进而提高了电芯的叠片质量。
本发明中,叠片钎400顶端还连接有一移动装置430,移动装置430通过电动驱动,更有利于实现精确的控制,保证叠片钎400运动距离的精度。移动装置430能够实现自由地移动,实现叠片钎400各个方向上的运动,可以在移动装置430上增设位移传感器,利用位移传感器检测叠片钎400运动的距离,提高了叠片的精确度,为后续的压紧叠片的压紧力提供依据。当叠片完成后,叠片钎400顶端和底端同时排气,叠片钎400与正负极片310分离,移动装置430带动叠片钎400向上运动,使得叠片钎400从隔膜110中抽离,保证了叠片针与隔膜110无滑动摩擦,无论在拉伸隔膜110或退钎时,对隔膜110没有损坏,防止隔膜110的松垮或褶皱,提高隔膜110的平整度,提高叠片电芯的质量。
需说明的是,在抽离的过程中,将分离式叠压装置200中伸缩式凸起板220先与张力机构500压紧,其中伸缩式凸起板220设置在分离式叠压装置200的中间部位,避免了分离式叠压装置200与张力机构500直接压紧,造成叠片钎400无法退钎的现象,待抽离叠片钎400后,将分离式叠压装置200才完全与张力机构500压紧。整个抽离叠片的过程,保证抽离叠片钎400时叠片钎400与隔膜110之间无滑动摩擦,减少了隔膜110的撕裂或损伤。
如图6所示,靠近放卷装置100的隔膜110两侧还设置有分离式叠压装置200,分离式叠压装置200分为两部分,每部分的中心位置均设置有一伸缩式凸起板220,在叠片钎400钎抽离之前,先将伸缩式凸起板220先与张力机构500压紧,抽离叠片钎400后,分离式叠压装置200其他部位再与张力机构500压紧。
本发明中,分离式叠压装置200上还设置有压力传感器230,压力传感器230能够检测分离式叠压装置200与张力机构500的压紧力,进而控制叠片电芯的厚度。
本发明中,分离式叠压装置200上还设置有第一夹具210,第一夹具210用于夹紧隔膜110。分离式叠压装置200夹紧隔膜110后,分离式叠压装置200朝张力机构500的方向运动,进而压紧隔膜110和正负极片310,形成叠片电芯。
本发明中,分离式叠压装置200上还设置有伸缩式切割装置(附图中并未展现其具体特征),伸缩式切割装置设置在分离式叠压装置200上靠近第一夹具210的一侧表面,伸缩式切割装置具体为刀具,可以在压缩叠片前,刀具切割隔膜110。
如图7所示,张力机构500中设置的伸缩夹具510与隔膜110连接,待一个叠片循环后,张力机构500移动至放卷装置100附近,伸缩夹具510从张力机构500的内部伸出,平整地夹紧隔膜110后,张力机构500返回到原处。
本发明中,张力机构500上还规律分布有若干张力传感器520,张力机构500分别在上部、中部和下部各设置若干张力传感器520,张力传感器520能够始终检测隔膜110每个方向上的张紧力;在绷紧隔膜110、弯曲隔膜110,压紧隔膜110过程中,保证隔膜110的张力平衡,防止隔膜110的松垮或褶皱,提高隔膜110的平整度,避免隔膜110测损坏和提高叠片的精确度,有效地降低次品率。
本发明提供的一种锂电池电芯叠片装置,无需重量较大的叠放台平移或者放卷机构平移,能够实现一次工序完成多极片同时与隔膜110的快速叠片动作,并通过张力机构500始终保证隔膜110的张力平衡,同时叠片装置的结构简单,可更加快速、精准地运动,极大提高了锂电池的制备效率以及提高制备质量。
本发明的进一步改进,可以在放卷装置100和分离式叠压装置200之间增设储料装置;储料装置包括:U形排布的若干导向杆和旋转杆,所述隔膜110衔接若干所述导向杆和所述旋转杆,所述储料装置通过运动缓冲下一循环所述隔膜110的长度,这样能够保证一个叠片循环完成一个芯包的叠片制作后,可以立即进行下一个叠片循环,提高了叠片的效率。
本发明还提供了一种锂电池电芯叠片装置的使用方法,其特征在于:
S1、通过张力机构500上的伸缩夹具510,将隔膜110绷紧;正负极片310和对应的叠片钎400贴合并分别朝隔膜110的方向运动,隔膜110形成S形;
S2、叠片钎400和分离式叠压装置200均朝张力机构500的方向运动,通过压力传感器230调节压紧力;
S3、排出叠片钎400中的气体,通过移动装置430抽离叠片钎400,分离式叠压装置200和张力机构500压紧叠片,取出后制成锂电池。
需要说明的是,S1中,在正负极片310朝隔膜110的方向运动过程中,张力机构500调节隔膜110的张力,使隔膜110的张力始终平衡,保证正负极片310与隔膜110完全平行贴合。在所述S3中,将分离式叠压装置200中伸缩式凸起板220先与张力机构500压紧,待抽离叠片钎400后,将分离式叠压装置200完全与张力机构500压紧。
本发明使用时,在制备锂电池电芯时,可以通过:通过张力机构500上的伸缩夹具510,将隔膜110绷紧;正负极片310和对应的叠片钎400贴合并分别朝隔膜110的方向运动,隔膜110形成S形;叠片钎400和分离式叠压装置200均朝张力机构500的方向运动,通过压力传感器230调节压紧力;排出叠片钎400中的气体,通过移动装置430抽离叠片钎400,分离式叠压装置200和张力机构500压紧叠片,取出后制成锂电池。并且,在正负极片310朝隔膜110的方向运动过程中,张力机构500调节隔膜110的张力,使隔膜110的张力始终平衡,保证正负极片310与隔膜110完全平行贴合。将分离式叠压装置200中伸缩式凸起板220先与张力机构500压紧,待抽离叠片钎400后,将分离式叠压装置200完全与张力机构500压紧。通过本发明提供的叠片机制备的电芯,可以取出后封装制得圆柱形的锂电池。
以上依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (10)

1.一种锂电池电芯叠片装置,包括:卷绕在放卷装置上的隔膜,通过隔膜与所述卷绕装置连接的张力机构,以及规律设置在所述隔膜两侧的若干正极片和若干负极片,其特征在于,
每个所述正极片和所述负极片均连接有一夹持装置,每个所述正极片和所述负极片均对应设置有一叠片钎,所述叠片钎为方形柱体,每个所述正极片和所述负极片均与对应的所述叠片钎的侧面相贴合;
靠近所述放卷装置的所述隔膜两侧还设置有分离式叠压装置,所述分离式叠压装置上还设置有若干伸缩式凸起板;所述张力机构中设置的伸缩夹具与所述隔膜连接,所述张力机构上规律分布有若干张力传感器,所述分离式叠压装置朝所述张力机构的方向运动。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池电芯叠片装置,其特征在于:每个所述正极片和所述负极片与对应的所述叠片钎,同时、同速并且同方向运动。
3.根据权利要求2所述的一种锂电池电芯叠片装置,其特征在于:每个所述正极片和所述负极片与对应的所述叠片钎,运动至与所述隔膜完全平行贴合。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池电芯叠片装置,其特征在于:所述叠片钎上设置有充气装置和排气阀,所述叠片钎顶端还连接有一移动装置。
5.根据权利要求1所述的一种锂电池电芯叠片装置,其特征在于:所述分离式叠压装置上还设置有第一夹具和伸缩式切割装置。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池电芯叠片装置,其特征在于:每个所述正极片和所述负极片的若干边,与对应的所述夹持装置连接。
7.根据权利要求1所述的一种锂电池电芯叠片装置,其特征在于:所述分离式叠压装置上还设置有压力传感器。
8.基于权利要求1-7中所述的任一一种锂电池电芯叠片装置的使用方法,其特征在于:
S1、通过张力机构上的伸缩夹具,将隔膜绷紧;正负极片和对应的叠片钎贴合并分别朝隔膜的方向运动,隔膜形成S形;
S2、叠片钎和分离式叠压装置均朝张力机构的方向运动,通过压力传感器调节压紧力;
S3、排出叠片钎中的气体,通过移动装置抽离叠片钎,分离式叠压装置和张力机构压紧叠片,取出后制成锂电池。
9.根据权利要求8所述的一种锂电池电芯叠片装置的使用方法,其特征在于:在所述S1中,在正负极片朝隔膜的方向运动过程中,张力机构调节隔膜的张力,使隔膜的张力始终平衡,保证正负极片与隔膜完全平行贴合。
10.根据权利要求8所述的一种锂电池电芯叠片装置的使用方法,其特征在于:在所述S3中,将分离式叠压装置中伸缩式凸起板先与张力机构压紧,待抽离叠片钎后,将分离式叠压装置完全与张力机构压紧。
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