CN113634655B - 极片模切机构、卷绕装置及电芯卷绕方法 - Google Patents

极片模切机构、卷绕装置及电芯卷绕方法 Download PDF

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Abstract

极片模切机构、卷绕装置及电芯卷绕方法，极片模切机构包括模切组件，模切组件包括切刀及相对设置的第一、第二裁切模，切刀、第一裁切模、第二裁切模依次设置，第一裁切模和第二裁切模可相对移动，从而夹紧或松开极片；第一裁切模上设置有供切刀穿过的第一型腔，第二裁切模上设置有和切刀相配合的第二型腔，切刀可在第一、第二裁切模之间移动，从而穿出第一型腔、切入第二型腔内，对极片进行裁切；驱动模切组件在第一方向上移动的模切组件第一移动驱动单元；驱动模切组件在第二方向上移动的模切组件第二移动驱动单元。本发明的极片模切机构在送片机构将极片送给卷绕头进行卷绕之前，可以对极片进行仿形裁切，从而适应特殊形状断口的极片需求。

Description

极片模切机构、卷绕装置及电芯卷绕方法
技术领域
本发明属于锂电池制造设备技术领域，具体涉及一种极片模切机构，制备卷芯的卷绕装置以及电芯卷绕方法。
背景技术
目前在制备锂电池卷芯时，极片的裁切主要是采用普通的平口切刀或斜口切刀，裁切后只能得到平齐的断口。随着市场上对特殊规格电池的需求越来越多，当产品需要极片的断口是特殊形状时，现有的极片裁切方式已无法满足需求。目前，断口为特殊形状的极片通常是在极片的生产阶段进行加工，先将极片通过仿形加工，制作出特殊形状断口后，再制成料卷/料带。但这种方式一方面增大了料卷/料带的制作难度，另一方面由于制作工序的增加、难度的增大，提高了料卷/料带的单价。而料卷/料带在行业中属于消耗品，消耗品的成本增加是持续性的，这就导致企业难以有效控制电池的生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以对极片进行仿形模切的极片裁切机构，以及具有该极片裁切机构的卷绕装置和电芯卷绕方法。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：
极片模切机构，包括：模切组件，所述模切组件包括切刀以及相对设置的第一裁切模和第二裁切模，所述切刀、第一裁切模、第二裁切模依次设置，所述第一裁切模和所述第二裁切模可相对移动，从而夹紧或松开极片；所述第一裁切模上设置有供所述切刀穿过的第一型腔，所述第二裁切模上设置有和所述切刀相配合的第二型腔，所述切刀可在所述第一裁切模和所述第二裁切模之间移动，从而穿出所述第一型腔、切入所述第二型腔内，对极片进行裁切；驱动所述模切组件在第一方向上移动的模切组件第一移动驱动单元；驱动所述模切组件在第二方向上移动的模切组件第二移动驱动单元。
进一步的，还包括切刀压块和驱动所述切刀压块移动的切刀驱动单元，所述切刀设置于所述切刀压块上，所述第一裁切模通过弹性连接件与所述切刀压块相连，所述弹性连接件使所述切刀在常态下不会穿出所述第一型腔，所述切刀驱动单元驱动所述切刀压块带动所述切刀和第一裁切模在远离或靠近所述第二裁切模的方向上移动。
进一步的，所述切刀压块下方设置有切刀定向部，所述切刀与所述切刀定向部相连并可相对所述切刀定向部在裁切方向上移动，所述切刀定向部上设置有限制所述切刀转动的导槽，所述弹性连接件与所述切刀定向部相连。
进一步的，还包括位置固定的模具座，所述第二裁切模设置于所述模具座上。
进一步的，所述模具座下方设置有与外部负压源连通的废料收集管，所述模具座上设置有与所述第二型腔连通的通槽，所述废料收集管与所述通槽连通。
进一步的，还包括极片承载台、与所述极片承载台相对设置的极片压块以及驱动所述极片压块沿远离或靠近所述极片承载台的方向移动的极片压块驱动单元，所述极片承载台设置于所述第二裁切模的一侧。
进一步的，所述极片承载台上设置有负压吸附孔，所述负压吸附孔通过管道与外部的负压源连通。
进一步的，还包括检测极片是否到位的极片检测传感器。
本发明还提供了一种卷绕装置，包括卷绕头和送片机构，所述送片机构用于将极片送至所述卷绕头处，所述卷绕头将极片卷绕成卷芯，在所述卷绕头和所述送片机构之间设置有前述极片模切机构，所述第一方向为所述模切组件靠近或远离卷绕头的方向，所述第二方向为所述模切组件进入或离开送片机构的送片移动路径的方向。
本发明还提供了一种电芯卷绕方法，在卷绕装置的送片机构和卷绕头之间设置有前述极片模切机构，所述第一方向为所述模切组件靠近或远离卷绕头的方向，所述第二方向为所述模切组件进入或离开送片机构的送片移动路径的方向，卷绕步骤如下：
所述送片机构将极片向靠近所述卷绕头的方向移送，所述模切组件处于待料位置；
送片机构将极片送至所述极片模切机构所在的裁切工位后，将极片放置于所述第一裁切模和所述第二裁切模之间，所述第一裁切模和所述第二裁切模将极片压紧定位后，所述切刀从所述第一型腔穿出并切入所述第二型腔中，对极片进行裁切；
极片裁切完毕后，模切组件第二移动驱动单元移动所述模切组件至避让位置，所述送片机构将裁切好的极片送至所述卷绕头处，所述卷绕头对极片进行卷绕；
卷绕结束后，所述送片机构退回到起始位置，所述模切组件回到待料位置，等待下一个循环的开始后，重复前述动作。
由以上技术方案可知，本发明在卷绕头之前设置了极片模切机构，极片模切机构的模切组件可以对极片进行仿形裁切，通过仿形模切和送片的运动组合，实现在极片送片过程中，进行极片各类型仿形裁切，从而使用普通的极片料卷也可以进行特殊形状断口的极片卷绕生产，既避免了制作特殊形状断口极片料卷会增加工艺复杂度，也有效控制了作为消耗品的料卷的成本。
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为本发明实施例卷绕装置的结构示意图；
图2为本发明实施例卷绕装置另一角度的结构示意图；
图3为本发明实施例送片机构和极片模切机构的示意图；
图4为本发明实施例模切组件的结构示意图；
图5为本发明实施例模切组件另一角度的结构示意图；
图6为本发明实施例裁切模具的结构示意图；
图7为本发明实施例裁切模具另一角度的结构示意图；
图8为本发明实施例裁切模具的剖视图。
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。
目前，使用断口为特殊形状的极片的卷绕工艺流程是：制片→仿形制作，形成具有特殊形状断口的极片→制成仿形极片料卷→卷绕”。由于仿形制作是在制成极片料卷的过程中完成，因此制作成本和不稳定因素均产生在每一卷料卷中，难以有效控制电池生产过程中消耗品的成本。为了解决该问题，本发明通过在卷绕装置中，卷绕头和送片机构之间增设一个能够实现极片断口仿形裁切的极片模切机构，对送片机构送来的极片先进行仿形裁切后再送至卷绕头进行卷绕，实现对现有工艺的优化。本发明的卷绕装置在卷绕生产过程中，仍可以使用通用的普通极片料卷，只是在卷绕前通过极片模切机构对极片进行仿形裁切，料卷不需要采用特殊工艺制备，降低了制作料卷的难度，从而控制住料卷(消耗品)的成本，电池生产工艺的总成本也就得到了有效控制。
参照图1、图2和图3，本实施例的卷绕装置包括卷绕头1、极片模切机构2以及送片机构3，卷绕头1和极片模切机构2、送片机构3依次安装于设备安装板4上，卷绕头1用于将极片卷绕制成卷芯，送片机构3用于将极片送至极片模切机构2处进行裁切，然后送至卷绕头1处进行卷绕。卷绕头1和送片机构3的结构为现有卷绕设备上的常规结构，送片机构3可以在靠近或远离卷绕头1的方向上往复移动，并可通过纠偏机构进行送片位置的纠偏。
本实施例的极片模切机构2包括模切组件2-1、模切组件第一移动驱动单元2-2和模切组件第二移动驱动单元2-3，模切组件第一移动驱动单元2-2用于控制模切组件2-1沿靠近或远离卷绕头1的方向移动(图2中箭头A所示方向，第一方向)，从而保证每次模切位置在长度方向上的一致性。模切组件第二移动驱动单元2-3用于控制模切组件2-1沿靠近或远离设备安装板4的方向移动(图2中箭头B所示方向，第二方向)，即，使模切组件2-1进入或离开送片机构3的送片移动路径，从而避让送片机构3，避免妨碍送片机构3送片。本实施例的模切组件第一移动驱动单元2-2和模切组件第二移动驱动单元2-3均采用伺服电机，伺服电机通过丝杆传动结构驱动模切组件2-1的移动。移动驱动单元及传动结构为机械领域的常规设计，不是本发明的创新点，此处不做赘述。优选的，在模切组件2-1下方还设置了废料收集盒2-4，模切组件第二移动驱动单元2-3同时可以控制模切组件2-1移动到和废料收集盒2-4对应的位置处，便于对裁切下来的废料进行收集。
参照图4、图5和图6，本实施例的模切组件2-1包括极片承载台2-11、极片压块2-12、第一裁切模2-13、第二裁切模2-14、切刀2-15、模具座2-16、极片检测传感器2-17、切刀压块2-18、切刀定向部2-19、弹性连接件2-20、切刀驱动单元2-21、极片压块驱动单元2-22以及废料收集管2-23。
第一裁切模2-13和第二裁切模2-14相对设置，且两者间可相对移动。本实施例的第二裁切模2-14的位置固定，且设置于模具座2-16上，第一裁切模2-13可在远离或靠近第二裁切模2-14的方向上移动。切刀和第一、第二裁切模组成极片模切机构的裁切模具。第一裁切模2-13上设置有供切刀2-15穿过的第一型腔(未图示)，第二裁切模2-14上设置有与切刀2-15相配合的第二型腔2-14a，第一型腔、第二型腔以及切刀的形状相对应(图7)，并和极片要裁切形状相同，从而可以在极片上裁切出想要的断口形状。本实施例的第一裁切模2-13通过弹性连接件2-20与切刀压块2-18相连，弹性连接件2-20可采用弹簧。在切刀压块2-18的下方设置切刀定向部2-19，切刀2-15与切刀定向部2-19相连。如图8所示，切刀定向部2-19上设置有供切刀2-15穿过的导槽(未标号)，切刀2-15的顶部可卡在切刀定向部2-19的导槽的顶端，从而限制切刀2-15相对于切刀压块2-18下移的最大距离，切刀压块2-18位于切刀2-15的上方，可以限制切刀2-15相对于切刀定向部2-19向上移动的最大距离，同时通过切刀定向部2-19上导槽的作用，可以限制切刀2-15的转动，使其只具有裁切方向上(图4中箭头所示方向)的自由度。通过弹性连接件2-20来连接第一裁切模2-13和切刀压块(切刀2-15)，使得第一裁切模2-13和切刀2-15之间可以具有相对运动，常态下，第一裁切模2-13在弹性连接件2-20的作用下远离切刀压块2-18，使切刀2-15不会穿出第一裁切模2-13的第一型腔。当极片要裁切的形状变化时，只需要更换具有相应型腔形状的裁切模及相应形状的切刀即可。为了保证裁切精度，本实施例在切刀压块2-18下方设置了切刀定向部2-19，弹性连接件2-20与切刀定向部2-19相连。本实施例的切刀驱动单元2-21采用气缸，切刀驱动各单元2-21驱动切刀压块2-18压切刀2-15，使切刀2-15在裁切方向上移动。
极片承载台2-11设置于裁切模具的一侧，极片承载台2-11用于承载待裁切的极片。极片压块2-12和极片承载台2-11相对设置，其设置于极片承载台2-11的上方，极片压块2-12由极片压块驱动单元2-22驱动，可以压在极片承载台2-11上，从而将极片压紧定位。本实施例的极片压块驱动单元2-22也采用气缸。作为一个优选的实施方式，在极片承载台2-11上设置有负压吸附孔2-11a，负压吸附孔2-11a通过管道和外部的负压源，如真空泵等连通，通过负压作用可以将极片吸附在极片承载台2-11上，更好地对极片定位，保证极片的裁切精度。本实施例极片检测传感器2-17设置于裁切模具的和极片承载台2-11相对的一侧，极片检测传感器2-17采用光纤传感器，极片检测传感器2-17用于检测送片机构3是否将极片移送到位，极片到位后，即可对极片进行裁切。
作为本发明又一优选的实施方式，在模具座2-16的下方设置有废料收集管2-23，废料收集管2-23用于收集极片裁切后产生的废料。本实施例的第二裁切模2-14上的第二型腔2-14a是通的，在模具座2-16上也加工有通槽2-16a，第二型腔2-14a和通槽2-16a以及废料收集管2-23连通，废料收集管2-23与外部的负压源连通，从而废料收集管2-23内的负压可以将极片裁切后产生的废料吸附、收集到废料收集盒2-4中。
下面对本发明的极片模切机构对极片进行裁切的过程作进一步的说明：
当送片机构3将极片送至裁切工位后，极片放置于极片承载台2-11上，极片承载台2-11上的负压通孔2-11a产生负压，将极片吸附在极片承载台2-11上；极片检测传感器2-17检测极片到位后，极片压块驱动单元2-22驱动极片压块2-12压在极片承载台2-11上，将极片压紧定位；切刀驱动单元2-21驱动切刀压块2-18，使其带动切刀2-15和第一裁切模2-13向靠近第二裁切模2-14的方向移动；移动过程中，第一裁切模2-13先于切刀2-15和位于第二裁切模2-14上的极片相接触，第一裁切模2-13先压在极片上；切刀驱动单元2-22继续驱动切刀压块2-18移动，弹簧被压缩，使得切刀2-15可以继续移动，并穿出第一裁切模2-13的第一型腔，切入第二裁切模2-14的第二型腔中，对极片进行模切；模切完毕后，切刀驱动单元2-21和极片压块驱动单元2-22复位，分别带动极片压块2-12以及切刀压块2-18(切刀2-15、第一裁切模2-13)回到初始位置，同时在弹簧的作用下，切刀2-15收回到第一裁切模2-13的第一型腔内。
在裁切过程中，第一裁切模2-13和切刀2-15配合动作，并起到压紧极片和对切刀定位的作用，第二裁切模2-14也与切刀2-15配合动作，并起到极片定位和刀座的作用，承受第一裁切模2-13和切刀2-15带来的冲击力。
下面结合图1至图3，对具有本发明的极片模切机构的卷绕装置的电芯卷绕过程作进一步的说明：
料卷上卷后，送片机构3夹持极片，将极片向卷绕头1移送，模切组件处于待料位置；
当送片机构3将极片送至裁切工位时，极片放置于极片承载台2-11上，极片模切机构执行前述的裁切过程；模切组件第一移动驱动单元2-2可根据需要调节模切组件的位置，以保证每次模切位置在极片长度方向上的一致性；
极片裁切完毕后，模切组件第二移动驱动单元2-3移动模切组件至避让位置，从而送片机构3可将裁切好的极片送至卷绕工位，由卷绕头1夹持极片进行卷绕；
卷绕结束后，送片机构3退回到起始位置，模切组件回到待料位置，等待下一个循环的开始后，重复前述动作。
当要收集废料时，第一裁切模2-13和第二裁切模2-14保持夹紧状态，在模切组件移动至废料收集管2-23和废料收集盒2-4位置对齐时，启动负压源，对废料进行收集。
本发明将极片的送片动作和仿形裁切相结合，通过设置极片模切机构，在卷绕生产过程中使用普通规格的料卷就可以制作出各类仿形极片，
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，作为移动驱动单元，伺服电机的传动结构可以采用多种方式，包括但不限于丝杆传动、皮带传动、链条传动、联轴器传动等；可以相对移动的部件之间的滑动配合的结构可以采用导轨和凹槽的配合结构或导槽和凸块的配合结构；前述实施例中，为了减少部件，使结构更为紧凑，将第一裁切模通过弹簧和切刀压块连接在一起，这样切刀压块可以同时带动切刀和第一裁切模的移动，并通过弹簧使切刀同时还可在第一裁切模移动到位后继续移动，完成裁切的过程，但在其他的实施例中，第一裁切模也可以采用单独的驱动单元驱动其移动，而不是和切刀一起由切刀压块带动移动，但这样会增加部件的数量，只在空间运行的情况下使用；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 (7)

1.卷绕装置，包括卷绕头和送片机构，所述送片机构用于将极片送至所述卷绕头处，所述卷绕头将极片卷绕成卷芯，其特征在于：在所述卷绕头之前设置有用于对极片进行仿形裁切的极片模切机构，所述极片模切机构位于所述卷绕头和所述送片机构之间，
所述极片模切机构包括：
模切组件，所述模切组件包括切刀、切刀压块、驱动所述切刀压块移动的切刀驱动单元、以及相对设置的第一裁切模和第二裁切模，所述切刀、第一裁切模、第二裁切模依次设置，所述第一裁切模和所述第二裁切模可相对移动，从而夹紧或松开极片；所述第一裁切模上设置有供所述切刀穿过的第一型腔，所述第二裁切模上设置有和所述切刀相配合的第二型腔，所述切刀可在所述第一裁切模和所述第二裁切模之间移动，从而穿出所述第一型腔、切入所述第二型腔内，对极片进行裁切，所述第一裁切模通过弹性连接件与所述切刀压块相连，所述弹性连接件使所述切刀在常态下不会穿出所述第一型腔，所述切刀压块下方设置有切刀定向部，所述切刀定向部上设置有切刀穿过的导槽，所述导槽限制所述切刀转动，所述切刀与所述切刀定向部相连并可相对所述切刀定向部在裁切方向上移动；所述切刀驱动单元驱动所述切刀压块带动所述切刀和第一裁切模在远离或靠近所述第二裁切模的方向上移动，所述切刀驱动单元驱动所述切刀压块带动所述切刀和所述第一裁切模向靠近所述第二裁切模的方向移动时，所述第一裁切模先于所述切刀和位于所述第二裁切模上的极片相接触，所述切刀驱动单元继续驱动所述切刀压块移动时，所述弹性连接件被压缩，所述切刀继续移动并穿出所述第一型腔，切入所述第二型腔中；
驱动所述模切组件在第一方向上移动的模切组件第一移动驱动单元；
驱动所述模切组件在第二方向上移动的模切组件第二移动驱动单元；
所述第一方向为所述模切组件靠近或远离卷绕头的方向，所述第二方向为所述模切组件进入或离开送片机构的送片移动路径的方向。
2.如权利要求1所述的卷绕装置，其特征在于：还包括位置固定的模具座，所述第二裁切模设置于所述模具座上。
3.如权利要求2所述的卷绕装置，其特征在于：所述模具座下方设置有与外部负压源连通的废料收集管，所述模具座上设置有与所述第二型腔连通的通槽，所述废料收集管与所述通槽连通。
4.如权利要求1所述的卷绕装置，其特征在于：还包括极片承载台、与所述极片承载台相对设置的极片压块以及驱动所述极片压块沿远离或靠近所述极片承载台的方向移动的极片压块驱动单元，所述极片承载台设置于所述第二裁切模的一侧。
5.如权利要求4所述的卷绕装置，其特征在于：所述极片承载台上设置有负压吸附孔，所述负压吸附孔通过管道与外部的负压源连通。
6.如权利要求1所述的卷绕装置，其特征在于：还包括检测极片是否到位的极片检测传感器。
7.电芯卷绕方法，其特征在于：使用如权利要求1至6任一项所述的卷绕装置进行卷绕，卷绕步骤如下：
所述送片机构将极片向靠近所述卷绕头的方向移送，所述模切组件处于待料位置；
送片机构将极片送至所述极片模切机构所在的裁切工位后，将极片放置于所述第一裁切模和所述第二裁切模之间，所述第一裁切模和所述第二裁切模将极片定位后，所述切刀从所述第一型腔穿出并切入所述第二型腔中，对极片进行裁切；
极片裁切完毕后，模切组件第二移动驱动单元移动所述模切组件至避让位置，所述送片机构将裁切好的极片送至所述卷绕头处，所述卷绕头对极片进行卷绕；
卷绕结束后，所述送片机构退回到起始位置，所述模切组件回到待料位置，等待下一个循环的开始后，重复前述动作。
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