CN112186234B - 一种组合式电池板的电芯叠片设备及其叠片方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种组合式电池板的电芯叠片设备，包括：自起始端向终止端顺序布置的绕卷隔膜的绕卷轮、分离压紧装置、正负极片叠片机构、张力张紧机构，分离压紧装置靠近绕卷轮并且位于隔膜两侧；正负极片叠片机构，包括：若干正极片和负极片，夹持装置，以及与极片对应设置的折痕钎；负极片的宽度均从起始端方向先递增后递减对称分布；正极片和负极片与对应的折痕钎表面相贴合，折痕钎带动对应的极片朝隔膜的方向运动，折痕钎的运动距离也从起始端方向先递增后递减对称分布；张力张紧机构连接所述隔膜，并始终调节所述隔膜的张紧力，分离压紧装置与张力张紧机构，同时、同速并且相向运动。该装置能够将多个极片与隔膜同时叠片，叠片精度高。

Description

一种组合式电池板的电芯叠片设备及其叠片方法
技术领域
本发明涉及组合式电池板制造技术领域，尤其涉及一种组合式电池板的电芯叠片设备及其叠片方法。
背景技术
叠片机是实现自动电池芯的叠片，属方型锂电池自动化生产的关键设备之一。 传统叠片机由隔膜开卷送进装置、多工位复合取料摆纸机械手、模块化升降工作台装置、模块化压纸机构、平板式专用真空吸附装置、电气控制与操作面板（含触摸屏）组成。这种传统的叠片机制备的锂电池芯包，是由一定长度的隔膜和多张正负极片按一定的逻辑关系堆叠而成，每一次的隔膜、正极片和负极片堆叠都是一个叠片循环，又因为一个芯包是由多张极片组成，所以每一个芯包制成都需要进行多次极片叠片循环,进而每一个芯包制成都需消耗大量时间，以至于芯包制成工序成为整个工序段中产能提升的瓶颈之一。
现有技术中，一种双摆臂式张力控制装置及双摆臂式叠片机，该双摆臂式张力控制装置利用第一摆臂机构和第二摆臂机构摆动将隔膜进行Z型导向并折叠，使隔膜摆动进行覆膜，两个摆臂一个用于引导，另一个用于张紧,动作需配合使用，覆膜速度慢,效率较低。现有技术中，锂电池极片自动叠片机，代替了人工叠加,提高了效率;并且通过校正机构对叠加前的极片和隔膜进行定位，提高了叠加的精度。该专利虽然是自动叠片，但是仍然存在叠片过程精度低，叠片后处理不充分，易产生气泡的问题。
电池板是由由多个串并联的电池模组，经过电池托盘、液冷散热系统、阻燃隔热防护层等组件封装而成。目前大多数电池板中电池均为圆柱形，圆柱形的电池之间串并联，电池与电池之间的间隙过大，电池板的空间利用率较小，并且在横向和纵向上若发生振动，电池板整体的稳定性不好。
为了解决以上问题，需要研究出一种组合式电池板，该电池板能够极大提高空间的利用率，并保证电池板的稳定性，电池板的电芯通过一种电芯叠片设备，该设备一个叠片循环即可完成一个芯包的叠片工序，并且叠片的精度高，覆膜效率高。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种组合式电池板的电芯叠片设备及其叠片方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种组合式电池板的电芯叠片设备，包括：自起始端向终止端顺序布置的绕卷隔膜的绕卷轮、分离压紧装置、正负极片叠片机构、张力张紧机构，其特征在于，
所述分离压紧装置靠近所述绕卷轮并且位于所述隔膜两侧；
所述正负极片叠片机构，包括：若干正极片和负极片，夹持所述正极片和所述负极片的夹持装置，以及与所述正极片和所述负极片对应设置的折痕钎；所述正极片和所述负极片分别位于所述隔膜的两侧并且错开布置；所述正极片和所述负极片的宽度均从起始端方向先递增后递减的对称分布；所述正极片和所述负极片与对应的所述折痕钎表面相贴合，所述折痕钎带动对应的所述正极片或所述负极片朝隔膜的方向运动，所述折痕钎的运动距离也从起始端方向先递增后递减的对称分布；
所述张力张紧机构连接所述隔膜，并始终调节所述隔膜的张紧力，所述分离压紧装置与所述张力张紧机构，同时、同速并且相向运动。
本发明一个较佳实施例中，所述折痕钎，包括：第一折痕钎和第二折痕钎，所述第一折痕钎和所述第二折痕钎通电后均带有磁性。
本发明一个较佳实施例中，所述绕卷轮和所述分离压紧装置之间还设置有一缓冲机构，所述缓冲机构由U形排布的若干缓冲辊组成。
本发明一个较佳实施例中，若干所述缓冲辊通过运动，缓冲下一循环叠片所需的所述隔膜的长度。
本发明一个较佳实施例中，所述第一折痕钎的顶端和所述第二折痕钎底端均连接有一驱动器。
本发明一个较佳实施例中，所述第一折痕钎和所述第二折痕钎中均设置有微型充气泵与排气门。
本发明一个较佳实施例中，所述分离压紧装置上设置有伸缩式压紧板和伸缩式切割刀具。
本发明提供了一种组合式电池板的电芯叠片设备的叠片方法，其特征在于：
S1、不同规格的正负极片与折痕钎贴合后，自起始端向终止端，折痕钎的运动距离呈现先递增后递减的对称分布；
S2、分离压紧装置与所述张力张紧机构，同时、同速并且相向运动，压紧叠片，张力张紧装置始终调节隔膜的张紧力；
S3、抽离上下折痕钎，并压紧叠片，取出并制成截面为菱形的锂电池。
本发明一个较佳实施例中，在所述S3中，先将第一折痕钎断电，并排气，将第一折痕钎抽离，压紧叠片的上部分，再将第二折痕钎断电，并排气，将第二折痕钎抽离，压紧叠片的下部分。
本发明还提供了一种组合式电池板，其特征在于：所述组合式电池板至少包括：若干菱形柱体锂电池和若干圆柱体锂电池，所述菱形柱体的锂电池的每个侧面，均对应有一圆柱体锂电池，若干菱形柱体锂电池和若干圆柱体锂电池串并联连接。
本发明一个较佳实施例中，所述隔膜为矩形。
本发明一个较佳实施例中，所述第一折痕钎和第二折痕钎的内层设置有线圈和电源。
本发明一个较佳实施例中，所述折痕钎采用PVC涂层聚酯交织布，所述折痕钎在充气后具有一定的强度。
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。
本发明一个较佳实施例中，所述分离压紧装置上还设置有若干压力传感器。
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）本发明提供了一种电芯叠片设备，该装置能够将多个极片按一定的逻辑关系与隔膜同时叠片，一个叠片循环完成一个芯包的叠片制作，取代了传统多次极片叠片循环，覆膜效率高，叠片精度高，极大提高了锂电池的制备效率以及提高制备质量。
（2）本发明制备的一种组合式电池板，组合式电池板至少包括：若干菱形柱体锂电池和若干圆柱体电池，菱形柱体的锂电池的每个侧面，均对应有一圆柱体锂电池，若干菱形柱体锂电池和若干圆柱体电池串并联连接。这种组合式电池板中电池之间的间隙较小，极大提高了电池板的空间利用率。此外，在电池板若受到横向和纵向的外力发生振动，这种结构的稳定形较好，吸收并衰弱振动的能力较强，具有一定的减振作用。
（3）本发明的折痕钎为分离式，通电后带有磁性，折痕钎充气后具有一定的强度，折痕钎的一侧表面与正负极片相贴合，保证了正负极片与隔膜的竖直贴合，提高了叠片的精准度。折痕钎带动正负极片朝隔膜的方向运动，折痕钎的运动距离也从起始端方向先递增后递减的对称分布，配合正负极片的宽度从起始端方向先递增后递减的对称分布，这使得挤压叠片后的电芯形状为菱形。
（4）本发明的张力张紧机构在整个叠片过程中，对隔膜的各个方向上的张力实现了稳定的控制，在压紧过程中保持隔膜上的张力始终平衡，避免了隔膜的撕裂和叠片隔膜不齐，提高了叠片电芯的质量。
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缓冲机构的放大图；
图3是本发明的优选实施例的正负极片叠片机构的左视图；
图4是本发明的优选实施例的折痕钎的立体结构图；
图5是本发明的优选实施例的折痕钎顶端的放大图；
图6是本发明的优选实施例的夹持装置的立体结构图；
图7是本发明的优选实施例的分离压紧装置的立体结构图；
图8是本发明的优选实施例的组合式电池板的立体结构图；
图中：100、绕卷轮；110、隔膜；200、缓冲机构；210、缓冲辊；
300、分离压紧装置；310、伸缩式压紧板；320、伸缩式切割刀具；
400、正负极片叠片机构；410、正极片；420、负极片；430、夹持装置；440、折痕钎；441、第一折痕钎；442、第二折痕钎；450、驱动器；460、微型充气泵；470、排气门；
500、张力张紧机构；600、菱形柱体锂电池；610、圆柱体锂电池。
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所示，一种组合式电池板的电芯叠片设备，包括：自起始端向终止端顺序布置的绕卷隔膜110的绕卷轮100、分离压紧装置300、正负极片420叠片机构400、张力张紧机构500。
如图2所示，绕卷轮100和分离压紧装置300之间还设置有一缓冲机构200，缓冲机构200由U形排布的若干缓冲辊210组成，其中包括不同直径的缓冲辊210配合工作，本发明的缓冲机构200的长度不限于附图中所示，可以设置更多个。若干缓冲辊210通过运动，缓冲下一循环叠片所需的隔膜110的长度，提高了叠片机的叠片效率。此外，每个缓冲辊210上还可以设置有若干角度传感器，角度传感器用于检测缓冲辊210的旋转角度，进而得到隔膜110缓冲的长度。
如图1、图3和图6所示，正负极片420叠片机构400，包括：若干正极片410和负极片420，夹持正极片410和负极片420的夹持装置夹持装置430夹持装置夹持装置430430，以及与正极片410和负极片420对应设置的折痕钎440；正极片410和负极片420分别位于隔膜110的两侧并且错开布置；正极片410和负极片420的宽度均从起始端方向先递增后递减的对称分布；正极片410和负极片420与对应的折痕钎440表面相贴合，折痕钎440带动对应的正极片410或负极片420朝隔膜110的方向运动，折痕钎440的运动距离也从起始端方向先递增后递减的对称分布。
需要说明的是，本发明需要制备一种菱形的锂电池，要求沿着叠片的方向正负极片420的大小由小变大再变小对称分布，其中相邻极片之间所需的隔膜110的长度也由由小变大再变小对称分布，相应地折痕钎440的运动距离也是由小变大再变小对称分布。
张力张紧机构500连接隔膜110，并始终调节隔膜110的张紧力，分离压紧装置300与张力张紧机构500，同时、同速并且相向运动。本发明的张力张紧机构500在整个叠片过程中，对隔膜110的各个方向上的张力实现了稳定的控制，在压紧过程中保持隔膜110上的张力始终平衡，避免了隔膜110的撕裂和叠片隔膜110不齐，提高了叠片电芯的质量。此外，在整个循环工序中，折痕钎440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，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。本发明进一步改进，张力机构上还可以规律分布若干张力传感器，张力机构分别在上部、中部和下部各设置若干张力传感器，张力传感器能够始终检测隔膜110每个方向上的张紧力，进一步对隔膜110上的张力保持平衡。
如图4所示，折痕钎440，包括：第一折痕钎441和第二折痕钎442，第一折痕钎441和第二折痕钎442通电后均带有磁性，第一折痕钎441和第二折痕钎442的内层设置有线圈和电源。第一折痕钎441的顶端和第二折痕钎442底端均连接有一驱动器450。
需要说明的是，本发明进一步改进，可以在折痕钎440只在与极片贴合的一面的夹层中设置有通电线圈，通过通电线圈连接折痕钎440顶端的电源，并给电源通上电后，电磁线圈产生磁场，使得折痕钎440的表面附上磁性，使得极片与折痕钎440吸附在一起，并保证了极片与折痕钎440完全贴合，极片的侧边与折痕钎440的侧片保持平齐，极片与折痕钎440同时、同速并且同向运动，使得极片与隔膜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。
如图5所示，第一折痕钎441和第二折痕钎442中均设置有微型充气泵460与排气门470。隔膜110具有高弹性和高形变性。折痕钎440采用PVC涂层聚酯交织布，折痕钎440在充气后具有一定的强度。
需要说明的是，本发明的折痕钎440为分离式，通电后带有磁性，折痕钎440充气后具有一定的强度，折痕钎440的一侧表面与正负极片420相贴合，保证了正负极片420与隔膜110的竖直贴合，提高了叠片的精准度。折痕钎440带动正负极片420朝隔膜110的方向运动，折痕钎440的运动距离也从起始端方向先递增后递减的对称分布，配合正负极片420的宽度从起始端方向先递增后递减的对称分布，这使得挤压叠片后的电芯形状为菱形。
如图7所示，分离压紧装置300靠近绕卷轮100并且位于隔膜110两侧，分离压紧装置300上设置有伸缩式压紧板310和伸缩式切割刀具320。分离压紧装置300上还设置有若干压力传感器。分离压紧装置300分为两部分，每部分的中心位置均设置有一伸缩式压紧板310，在折痕钎440抽离之前，先将伸缩式压紧板310先与张力张紧机构500压紧，抽离折痕钎440后，分离压紧装置300其他部位再与张力张紧机构500压紧。伸缩式切割刀具320可以在压缩叠片前，刀具切割隔膜110。此外，压力传感器可以检测分离压紧装置300与张力张紧机构500之间的压紧力，保证对叠片的压紧力适中并稳定在一定范围内，提高叠片的质量。
如图8所示，本发明提供的电芯叠片设备可以制成菱形电池，该设备可满足特殊电子器件对各种异形电池的定制需求；若干菱形电池和市场上主流的圆柱形电池通过串并联的方式可以制作成锂电池板，与传统的圆柱形锂电池板相比，本发明的锂电池板在空间利用率上大大改善。本发明提供的叠片设备，能够满足特殊电子器件对各种异形电池的定制需求。本发明制备的一种组合式电池板，组合式电池板至少包括：若干菱形柱体锂电池600和若干圆柱体电池，菱形柱体的锂电池的每个侧面，均对应有一圆柱体锂电池610，若干菱形柱体锂电池600和若干圆柱体电池串并联连接。这种组合式电池板中电池之间的间隙较小，极大提高了电池板的空间利用率。此外，在电池板若受到横向和纵向的外力发生振动，这种结构的稳定形较好，吸收并衰弱振动的能力较强，具有一定的减振作用。
本发明提供了一种组合式电池板的电芯叠片设备的叠片方法，其特征在于：
S1、不同规格的正负极片420与折痕钎440贴合后，自起始端向终止端，折痕钎440的运动距离呈现先递增后递减的对称分布；
S2、分离压紧装置300与张力张紧机构500，同时、同速并且相向运动，压紧叠片，张力张紧装置始终调节隔膜110的张紧力；
S3、抽离上下折痕钎440，并压紧叠片，取出并制成截面为菱形的锂电池。
在S3中，先将第一折痕钎441断电，并排气，将第一折痕钎441抽离，压紧叠片的上部分，再将第二折痕钎442断电，并排气，将第二折痕钎442抽离，压紧叠片的下部分。
组合式电池板至少包括：若干菱形柱体锂电池600和若干圆柱体电池，菱形柱体的锂电池的每个侧面，均对应有一圆柱体锂电池610，若干菱形柱体锂电池600和若干圆柱体电池串并联连接。
本发明提供了一种电芯叠片设备，该装置能够将多个极片按一定的逻辑关系与隔膜110同时叠片，一个叠片循环完成一个芯包的叠片制作，取代了传统多次极片叠片循环，覆膜效率高，叠片精度高，极大提高了锂电池的制备效率以及提高制备质量。
本发明使用时，不同规格的正负极片420与折痕钎440贴合后，自起始端向终止端，折痕钎440的运动距离呈现先递增后递减的对称分布；分离压紧装置300与张力张紧机构500，同时、同速并且相向运动，压紧叠片，张力张紧装置始终调节隔膜110的张紧力；将第一折痕钎441断电，并排气，将第一折痕钎441抽离，压紧叠片的上部分，再将第二折痕钎442断电，并排气，将第二折痕钎442抽离，压紧叠片的下部分，取出并制成截面为菱形的锂电池。
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 (8)

1.一种组合式电池板的电芯叠片设备，包括：自起始端向终止端顺序布置的绕卷隔膜的绕卷轮、分离压紧装置、正负极片叠片机构、张力张紧机构，其特征在于，
所述分离压紧装置靠近所述绕卷轮并且位于所述隔膜两侧；
所述正负极片叠片机构，包括：若干正极片和负极片，夹持所述正极片和所述负极片的夹持装置，以及与所述正极片和所述负极片对应设置的折痕钎；所述正极片和所述负极片分别位于所述隔膜的两侧并且错开布置；所述正极片和所述负极片的宽度均从起始端方向先递增后递减的对称分布；所述正极片和所述负极片与对应的所述折痕钎表面相贴合，所述折痕钎带动对应的所述正极片或所述负极片朝隔膜的方向运动，所述折痕钎的运动距离也从起始端方向先递增后递减的对称分布；
所述张力张紧机构连接所述隔膜，并始终调节所述隔膜的张紧力，所述分离压紧装置与所述张力张紧机构，同时、同速并且相向运动；
所述折痕钎包括：第一折痕钎和第二折痕钎，所述第一折痕钎和所述第二折痕钎通电后均带有磁性；所述第一折痕钎和所述第二折痕钎中均设置有微型充气泵与排气门。
2.根据权利要求1所述的一种组合式电池板的电芯叠片设备，其特征在于：所述绕卷轮和所述分离压紧装置之间还设置有一缓冲机构，所述缓冲机构由U形排布的若干缓冲辊组成。
3.根据权利要求2所述的一种组合式电池板的电芯叠片设备，其特征在于：若干所述缓冲辊通过运动，缓冲下一循环叠片所需的所述隔膜的长度。
4.根据权利要求1所述的一种组合式电池板的电芯叠片设备，其特征在于：所述第一折痕钎的顶端和所述第二折痕钎底端均连接有一驱动器。
5.根据权利要求1所述的一种组合式电池板的电芯叠片设备，其特征在于：所述分离压紧装置上设置有伸缩式压紧板和伸缩式切割刀具。
6.基于权利要求1-5中任一所述的一种组合式电池板的电芯叠片设备的叠片方法，其特征在于：
S1、不同规格的正负极片与折痕钎贴合后，自起始端向终止端，折痕钎的运动距离呈现先递增后递减的对称分布；
S2、分离压紧装置与所述张力张紧机构，同时、同速并且相向运动，压紧叠片，张力张紧装置始终调节隔膜的张紧力；
S3、抽离上下折痕钎，并压紧叠片，取出并制成截面为菱形的锂电池。
7.根据权利要求6所述的一种组合式电池板的电芯叠片设备的叠片方法，其特征在于：在所述S3中，先将第一折痕钎断电，并排气，将第一折痕钎抽离，压紧叠片的上部分，再将第二折痕钎断电，并排气，将第二折痕钎抽离，压紧叠片的下部分。
8.基于权利要求1-5中任一所述的一种组合式电池板的电芯叠片设备所制备的组合式电池板，其特征在于：所述组合式电池板至少包括：若干菱形柱体锂电池和若干圆柱体锂电池，所述菱形柱体的锂电池的每个侧面，均对应有一圆柱体锂电池，若干菱形柱体锂电池和若干圆柱体锂电池串并联连接。
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