CN114408657A - 旋转式极片切刀组件及极片裁切机构 - Google Patents

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Abstract

旋转式极片切刀组件及极片裁切机构，所述旋转式极片切刀组件包括：可绕自身轴线转动的切刀辊轴，所述切刀辊轴的表面设置有刀刃部，所述刀刃部沿所述切刀辊轴的径向突出于所述切刀辊轴的表面，且所述刀刃部沿平行于所述切刀辊轴的轴线的方向延伸；与所述切刀辊轴平行设置的切刀背辊，所述刀刃部和所述切刀背辊之间的距离小于极片中隔膜的总厚度；驱动所述切刀背辊转动的旋转驱动单元。本发明采用旋转式切刀和切刀背辊挤压的方式，通过挤压力将锂带切断，和传统的平切刀以剪切的方式裁断锂带相比，本发明的切刀组件不会裁断锂带外层的隔膜，可以在不切断隔膜的情况下切断锂带，从而卷绕工位无需暂停等待，动作配合紧密，提高了效率，而且结构紧凑，适合于设备的精细化需求。

Description

旋转式极片切刀组件及极片裁切机构
技术领域
本发明属于锂电池制造设备技术领域，具体涉及一种圆柱形锂一次电池极片的裁切机构及切刀组件。
背景技术
锂一次电池一般采用金属锂作为负极片材料，其负极片结构包含两层隔膜和一层锂带，锂带设置于两层隔膜之间，采用金属氧化物或其他固体、液体氧化剂作为正极活性物质，采用固体盐类或溶于有机溶剂的盐类作为电解液。在制备锂一次电池时，将锂带置于两层隔膜之间后，通过隔膜带动锂带进行卷绕制成卷芯。由于锂带位于两层隔膜之间，现有的自动化卷绕设备要想在不切断隔膜的情况下切断锂带，卷绕工位需要暂停等待，给锂一次电池的全自动化卷绕生产带来了困难，影响了生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够在连续卷绕时不切断隔膜的前提下裁切锂带的旋转式极片切刀组件及极片裁切机构，可以提高设备的生产效率。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：
旋转式极片切刀组件，包括：可绕自身轴线转动的切刀辊轴，所述切刀辊轴的表面设置有刀刃部，所述刀刃部沿所述切刀辊轴的径向突出于所述切刀辊轴的表面，且所述刀刃部沿平行于所述切刀辊轴的轴线的方向延伸；与所述切刀辊轴平行设置的切刀背辊，所述刀刃部和所述切刀背辊之间的距离小于极片中隔膜的总厚度；驱动所述切刀背辊转动的旋转驱动单元。
进一步的，所述刀刃部和所述切刀背辊之间的距离D＝d-Δ，d为极片中隔膜的总厚度，Δ＝18～40μm。
进一步的，所述切刀背辊可绕自身的轴线转动。
进一步的，所述切刀背辊与所述切刀辊轴同步转动。
由以上技术方案可知，由于金属锂的特性，其比较脆，且不具有延展性，不能承受较大的张力切，对于由两层隔膜和夹设在隔膜之间的锂带组成的负极片，本发明的旋转式极片切刀组件及极片裁切机构采用旋转式切刀和切刀背辊挤压的方式，通过挤压力将锂带切断，和传统的平切刀以剪切的方式裁断锂带相比，本发明的切刀组件不会裁断锂带外层的隔膜，可以在不切断隔膜的情况下切断锂带，从而卷绕工位无需暂停等待，动作配合紧密，提高了效率，而且结构紧凑，适合于设备的精细化需求。
本发明还提供了一种极片裁切机构，包括：安装架、起卷压轮、切刀组件、极片压轮组件及送片夹，所述切刀组件为前述旋转式极片切刀组件；所述起卷压轮、切刀组件、极片压轮组件依次设置于所述安装架上，所述极片压轮组件包括相对设置的固定压轮和活动压轮，所述活动压轮可周期性地压在所述固定压轮上或离开所述固定压轮，所述送片夹可沿靠近或远离所述极片压轮组件的方向移动地设置于所述极片压轮组件之后，所述送片夹靠近所述极片压轮组件时，将极片送入所述固定压轮和所述活动压轮之间。
进一步的，所述极片压轮组件还包括设置于所述安装架上的固定支架、通过转轴设置于所述固定支架上的活动支架以及设置于所述固定支架和所述活动支架之间的弹性件，所述活动支架可绕所述转轴相对于所述固定支架转动，所述活动压轮设置于所述活动支架上，所述弹性件使所述转动支架始终具有将其上的活动压轮压在所述固定压轮上的趋势，所述活动支架可在外力作用下带动所述活动压轮离开所述固定压轮。
进一步的，还包括与所述切刀辊轴同步转动的凸轮，所述凸轮可直接或间接接触所述活动支架，使所述活动支架带动所述活动压轮离开所述固定压轮。
进一步的，还包括通过转轴设置于所述安装架上的联动杆，所述联动杆的一端与所述活动支架相连、自由端设置于所述凸轮的旁侧，所述凸轮转动过程中可触碰到所述连动杆的自由端。
进一步的，所述凸轮设置于所述切刀背辊的旋转轴上，所述切刀背辊的旋转轴上还设置有第一同步轮，所述切刀辊轴的旋转轴上设置有第二同步轮，所述第一同步轮和所述第二同步轮相啮合。
进一步的，所述旋转驱动单元为电机，所述电机直接或间接驱动所述第一同步轮转动。
由以上技术方案可知，本发明的极片裁切机构采用旋转式切刀和切刀背辊的组合式切刀，采用挤压裁切的方式，可以在不切断隔膜的情况下切断锂带，实现了卷绕设备的卷绕工位无需暂停等待，能够连续进行卷绕，提高了生产效率。而且在更具体的技术方案中，通过和旋转刀同步转动的凸轮结构来实现压轮打开/闭合，进片、裁切的精确同步，有利于保证电芯卷绕质量。
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为本发明实施例极片裁切机构和卷绕头的位置示意图；
图2为本发明实施例极片裁切机构的结构示意图；
图3为本发明实施例极片裁切机构另一角度的结构示意图；
图4为本发明实施例旋转驱动单元的传动示意图；
图5为本发明实施例凸轮的结构示意图；
图6为本发明实施例凸轮的行程设计示意图。
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
下面结合附图对本发明进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。需要说明的是，附图采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；术语“正”、“反”、“底”、“上”、“下”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发明和简化描述，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发明的限制。
参照图1、图2、图3和图4，本实施例的极片裁切机构包括旋转式极片切刀组件1、旋转驱动单元2、起卷压轮3、极片压轮组件4、凸轮5、送片夹6及安装架7。极片裁切机构用于裁切由双层隔膜和一层锂带组成的负极片结构，锂带夹设在两层隔膜之间，极片裁切机构设置于卷绕设备的卷绕头旁侧，卷绕头将层叠在一起的隔膜及锂带进行卷绕制成电芯，极片裁切机构用于在不裁断隔膜的情况下将位于两层隔膜之间的锂带裁断。旋转式极片切刀组件1、起卷压轮3、极片压轮组件4、凸轮5均设置在安装架7上，送片夹6可移动地设置于极片压轮组件4之后(送片夹6的移动方向为图1中的双箭头所示方向)。旋转驱动单元2可直接或间接设置于安装架7上。安装架7上还设置有一个或多个隔膜过轮(未标号)，隔膜先绕在隔膜过轮上后再送入极片压轮组件4。
旋转式极片切刀组件1包括切刀辊轴1-1以及切刀背辊1-2，切刀辊轴1-1和切刀背辊1-2均通过轴承可绕自身轴线转动地设置于安装架7上，切刀辊轴1-1和切刀背辊1-2相对设置，且两者间保持有固定间隔，在切刀辊轴1-1的表面设置有沿平行于切刀辊轴1-1轴线的方向延伸的刀刃部1-3，刀刃部1-3沿切刀辊轴1-1的径向突出于切刀辊轴1-1的表面，刀刃部1-3可与切刀辊轴1-1等长。随着切刀辊轴1-1的转动，刀刃部1-3会周期性地与切刀背辊1-2相对，刀刃部1-3和切刀背辊1-2之间的距离D根据锂负极极片中两层隔膜的厚度相应设置，例如当锂负极极片中两层隔膜的总厚度d为0.02mm时，则刀刃部1-3和切刀背辊1-2表面之间的距离D略小于0.02mm，D＝d-Δ，Δ＝18～40μm。本发明的刀刃部1-3和切刀背辊1-2均采用刚性材料制成，具有高硬度。
隔膜材料相对于锂带来说，具有较高的延展性和韧性，而锂带不具有延展性，相对要脆一些，本发明利用两种材料不同的特性，对锂带的裁断采用挤压式的裁断方式，由于刀刃部1-3径向突出于切刀辊轴1-1的表面，刀刃部1-3和切刀背辊1-2之间的距离要小于切刀辊轴1-1表面其它位置和切刀背辊1-2之间的距离，当刀刃部1-3旋转至和切刀背辊1-2相对时，刀刃部1-3和切刀背辊1-2之间微小的间隙就会挤压到极片材料，隔膜具有延展性，挤压不会将其挤断，锂带不具有延展性，刀刃部1-3和切刀背辊1-2之间的挤压就会将其挤断，从而将锂带截断而隔膜仍保持连续，这种旋转挤压裁断的方式解决了传动切刀裁切无法做到的不裁断锂带外侧的隔膜而只裁断锂带的问题。
继续参照图1所示，起卷压轮3、旋转式极片切刀组件1、极片压轮组件4依次设置于安装架7上，起卷压轮3与卷绕头100相邻设置，极片压轮组件4用于在裁切锂带时将隔膜和锂带压紧。极片压轮组件4包括固定压轮4-1以及活动压轮4-2，固定压轮4-1和活动压轮4-2相对设置，隔膜和锂带从两者间穿过。本实施例的固定压轮4-1位于活动压轮4-2的上方，固定压轮4-1固定设置于安装架7上，活动压轮4-2可相对固定压轮4-1移动的设置于安装架7上，本实施例的活动压轮4-2通过转动支架4-3和固定支架4-4设置于安装架7上，转动支架4-3通过转轴与固定支架4-4相连，活动压轮4-2设置于转动支架4-3上，转动支架4-3绕转轴转动时可带动活动压轮4-2移动，使活动压轮4-2靠近并压在固定压轮4-1上或离开固定压轮4-1。在转动支架4-3和固定支架4-4之间设置有弹性件4-5，弹性件4-5为转动支架4-3提供一个支撑力，使得转动支架4-3上的活动压轮4-2始终具有压在固定压轮4-1上的趋势。凸轮5与切刀辊轴1-1同步转动，凸轮5的作用是根据设定的行程，周期性地带动活动压轮4-2离开固定压轮4-1，使固定压轮4-1和活动压轮4-2张开，从而送片夹6可以将锂带插入两层隔膜之间。送片夹6可以采用气缸、电机、电动推杆等常规的驱动单元控制移动。本实施例的凸轮5和切刀背辊1-2同轴布置，即凸轮5设置于切刀背辊1-2的旋转轴上。
结合图4所示，本实施例的旋转驱动单元2采用电机，电机通过同步链条驱动第一同步轮2-1转动，第一同步轮2-1设置于切刀背辊1-2的旋转轴上，第一同步轮2-1和第二同步轮2-2相啮合，第二同步轮2-2设置于切刀辊轴1-1的旋转轴上，当电机启动时，即可通过同步链条及两个同步轮带动切刀辊轴1-1和切刀背辊1-2转动。本实施例的凸轮5设置于切刀背辊1-2的旋转轴上，因此凸轮5也会随切刀背辊1-2同步转动。在安装架7上设置有一联动杆8，联动杆8通过转轴设置于安装架7上并可转轴转动。联动杆8的一端与转动支架4-3相连，另一端(自由端)位于凸轮5的旁侧，凸轮5在转动过程中其突起部会与联动杆8的自由端周期性相接触，当凸轮5与联动杆8相接触时，会带动联动杆8绕转轴转动，联动杆8转动时会带动活动支架4-3绕固定支架4-4旋转，从而将活动压轮4-2向远离固定压轮4-1的方向带动，由此送片夹6就可以将锂带插入两层隔膜之间。跟据凸轮5的轮廓设计及安装位置，活动压轮4-2会先压住极片，凸轮5继续转动，切刀辊轴1-1也转动然后其上的刀刃部1-3对锂带进行裁切，活动压轮4-2提前压住极片可以避免极片裁断后因张力作用被带回。图5和图6为本实施例凸轮的结构及行程设计，凸轮在转动到不同的阶段时，活动压轮会处于相应的位置，和固定压轮配合，打开或压紧极片，切刀也会在对应的阶段对锂带进行截断。如凸轮转到图6中a点角度时活动压轮和固定压轮闭合，转到b点角度时活动压轮打开，转到c点角度时送片夹6送入锂带，转到d点角度时活动压轮和固定压轮闭合，转到e点角度时对锂带进行截断。
下面结合图1，对本实施例的极片裁切机构的动作过程进行说明：
初始状态下，卷绕头完成换向，上隔膜101和下隔膜102完成裁切，旋转式极片切刀组件1处于原位，活动压轮4-2打开；
送片夹6在送片驱动机构(未图示)的控制下将锂带103送入至卷绕头100的卷针处；
旋转驱动单元2驱动凸轮5转动，切刀辊轴1-1和切刀背辊1-2也同步转动；
凸轮5在基圆段运行；
起卷压轮3闭合，卷针起卷；
凸轮5继续转动，随后活动压轮4-2和固定压轮4-1闭合，然后切刀辊轴1-1转动至刀刃部1-3和切刀背辊1-2相对，刀刃部1-3和切刀背辊1-2挤压锂带103，将锂带103截断，旋转驱动单元2停止。
本发明可以运用于圆柱形锂一次电芯卷绕设备，实现连续卷绕时不切断隔膜的前提下裁切极片。
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，电机对切刀辊轴和切刀背辊的驱动该可以采用其他的传动结构，活动压轮和固定压轮的上下位置也可以相互调换，凸轮的设置位置也可以根据设备空间相应调整，并非只能设置于切刀背辊的旋转轴上，只要能和切刀辊轴同步转动，根据形成控制压轮的打开/闭合，实现和裁切动作的配合即可；或者也可以在安装架上设置其他的外力机构，配合旋转刀的转动来同步打开活动压轮，只是采用同步转动的凸轮不仅结构紧凑，而且能够保证较高的同步率，有利于保证卷绕质量；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.旋转式极片切刀组件，其特征在于，包括：
可绕自身轴线转动的切刀辊轴，所述切刀辊轴的表面设置有刀刃部，所述刀刃部沿所述切刀辊轴的径向突出于所述切刀辊轴的表面，且所述刀刃部沿平行于所述切刀辊轴的轴线的方向延伸；
与所述切刀辊轴平行设置的切刀背辊，所述刀刃部和所述切刀背辊之间的距离小于极片中隔膜的总厚度；
驱动所述切刀背辊转动的旋转驱动单元。
2.如权利要求1所述的旋转式极片切刀组件，其特征在于：所述刀刃部和所述切刀背辊之间的距离D＝d-Δ，d为极片中隔膜的总厚度，Δ＝18～40μm。
3.如权利要求1所述的旋转式极片切刀组件，其特征在于：所述切刀背辊可绕自身的轴线转动。
4.如权利要求1所述的旋转式极片切刀组件，其特征在于：所述切刀背辊与所述切刀辊轴同步转动。
5.极片裁切机构，其特征在于，包括：安装架、起卷压轮、切刀组件、极片压轮组件及送片夹，所述切刀组件为权利要求1至4所述的旋转式极片切刀组件；
所述起卷压轮、切刀组件、极片压轮组件依次设置于所述安装架上，所述极片压轮组件包括相对设置的固定压轮和活动压轮，所述活动压轮可周期性地压在所述固定压轮上或离开所述固定压轮，所述送片夹可沿靠近或远离所述极片压轮组件的方向移动地设置于所述极片压轮组件之后，所述送片夹靠近所述极片压轮组件时，将极片送入所述固定压轮和所述活动压轮之间。
6.如权利要求5所述的极片裁切机构，其特征在于：所述极片压轮组件还包括设置于所述安装架上的固定支架、通过转轴设置于所述固定支架上的活动支架以及设置于所述固定支架和所述活动支架之间的弹性件，所述活动支架可绕所述转轴相对于所述固定支架转动，所述活动压轮设置于所述活动支架上，所述弹性件使所述转动支架始终具有将其上的活动压轮压在所述固定压轮上的趋势，所述活动支架可在外力作用下带动所述活动压轮离开所述固定压轮。
7.如权利要求6所述的极片裁切机构，其特征在于：还包括与所述切刀辊轴同步转动的凸轮，所述凸轮可直接或间接接触所述活动支架，使所述活动支架带动所述活动压轮离开所述固定压轮。
8.如权利要求7所述的极片裁切机构，其特征在于：还包括通过转轴设置于所述安装架上的联动杆，所述联动杆的一端与所述活动支架相连、自由端设置于所述凸轮的旁侧，所述凸轮转动过程中可触碰到所述连动杆的自由端。
9.如权利要求7所述的极片裁切机构，其特征在于：所述凸轮设置于所述切刀背辊的旋转轴上，所述切刀背辊的旋转轴上还设置有第一同步轮，所述切刀辊轴的旋转轴上设置有第二同步轮，所述第一同步轮和所述第二同步轮相啮合。
10.如权利要求9所述的极片裁切机构，其特征在于：所述旋转驱动单元为电机，所述电机直接或间接驱动所述第一同步轮转动。
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