发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出了一种卷绕装置,将卷针插接在卷绕主体上并夹设隔膜,并将加热件设在卷针或卷绕主体上,卷绕后加热件加热,使中心孔位置的隔膜融化,即形成中心孔,有效提高卷芯质量。
本发明还提出了一种卷绕卷芯的方法。
根据本发明第一方面实施例的卷绕装置,所述卷绕装置包括:卷绕主体;卷针,所述卷针插接在所述卷绕主体上且在所述卷绕主体的驱动下转动;加热件,所述加热件设置于所述卷针或所述卷绕主体上,以通过所述卷针加热所述隔膜。
根据本发明实施例的卷绕装置,将卷针插接在卷绕主体上,并使卷针夹设住卷绕主体中的隔膜,以及将加热件设置在卷针或卷绕主体上。当卷绕完成后,利用加热件加热,将卷绕主体中心孔位置的隔膜融化,使得卷芯内部的两层或多层隔膜粘在一起,形成新的隔膜层,同时也在卷芯内部形成无隔膜阻挡的中心孔,不仅便于产品生产制造,一致性质量较好,还可以在卷芯内部的隔膜融化粘黏后,冷却形成具有一定强度的中心孔,在电芯实际使用时可充当通气孔,节省成本,并且保证卷针抽出后,该中心孔无隔膜阻碍,并且新形成的隔膜浑然一体,从而有效提高电芯的产品质量。
根据本发明的一些实施例,所述卷针包括:第一卷针和第二卷针,所述第一卷针配合在所述第二卷针上,所述第一卷针和所述第二卷针均插接在所述卷绕主体上且形成有夹设隔膜的夹设空间,所述加热件设置于所述第一卷针和/或所述第二卷针上。如此设置,可以使隔膜穿过第一卷针和第二卷针之间后有效夹紧,同时第一卷针和第二卷针的配合平面均与隔膜贴合,从而有效实现卷芯的卷绕。以及,将加热件设置在第一卷针和第二卷针上,可以使加热件同时通过第一卷针和第二卷针加热卷芯内部的隔膜,从而有效加快隔膜融化的速度,以提高电芯生产效率。
根据本发明的一些实施例,所述第一卷针包括:第一配合部,所述第二卷针包括:第二配合部,所述第一配合部朝向所述第二配合部的一侧设置有凹弧面,所述第二配合部朝向所述第一配合部的一侧设置有凸弧面,所述凹弧面和所述凸弧面相互配合,所述加热件为加热片,所述加热片贴设在所述凹弧面和/或所述凸弧面上。如此设置,在卷绕过程中,可以降低卷针自由端的错位程度,提高卷绕中心孔对称性,从而避免在电池循环性能测试过程中由于电芯体积膨胀收缩导致中心孔位置的电芯结构变形,并且可以降低卷针卷绕时受力,提高卷针使用寿命,并且凹弧面和凸弧面设为平滑状,方便第一卷针和第二卷针从卷芯中抽离。以及,加热件可以为加热片,可以使贴设在第一卷针和第二卷针上的加热片夹设住隔膜,使加热片与隔膜紧密接触,可以较快速地融化掉卷针所夹设的隔膜,并使卷芯内部的两层或多层隔膜粘在一起,形成新的隔膜层,从而在卷芯内部形成无隔膜阻挡的中心孔,避免了铰孔等造成的卷绕张力变化、极片与隔膜可能的位移等变化,高效稳定,一致性佳,可以实现高速连续生产。
根据本发明的一些实施例,所述凹弧面上设置有第一容纳槽,所述凸弧面上设置有第二容纳槽,所述加热片贴设在所述第一容纳槽和/或所述第二容纳槽内。如此设置,将加热片贴设在第一容纳槽和第二容纳槽内,可以使第一卷针和第二卷针相互配合时没有间隙,从而可以使第一卷针和第二卷针更有效地夹紧隔膜,使隔膜不易滑脱,同时也使得第一容纳槽和第二容纳槽内的加热片可以很好地加热隔膜,并使隔膜快速融化,有效提高生产效率。或者,凹弧面上设置有第一容纳槽或者凸弧面上设置有第二容纳槽,则加热片相应地贴设在第一容纳槽或第二容纳槽内。如此设置,只需开设一个容纳槽即可,制作简单且方便更换。
根据本发明的一些实施例,所述加热件为加热丝,所述加热丝绕设在所述第一卷针和/或所述第二卷针上;或所述加热件为加热棒,所述加热棒插接在所述第一卷针和/或所述第二卷针内。如此设置,将加热丝卷绕在第一卷针和第二卷针上,可以使加热丝通过第一卷针和第二卷针进行高效且稳定的热传导,并且通过卷绕方式可以有效增大加热面积,从而更高效地将隔膜融化掉;或者,将加热丝设置在第一卷针或第二卷针上,同样可以将隔膜有效融化并形成无隔膜阻挡的中心孔。以及,加热件为加热棒,可以使加热棒通过第一卷针和第二卷针进行高效的热传导,并且制作较为简单,只需插接进去即可。
根据本发明的一些实施例,所述卷绕主体包括:驱动件,所述驱动件上设置有传动轴,所述传动轴和所述卷针传动连接,所述加热件设置于所述传动轴上。如此设置,在卷绕过程中,在卷绕主体的驱动下,传动轴带动卷针进行转动,同时也会带动加热件一同卷绕,这样卷针和加热件会一同形成在卷芯的中心孔位置,随即加热件加热,并通过卷针将隔膜融化,从而形成了无隔膜阻碍且具有一定强度的中心孔,同时还形成了浑然一体的新隔膜层,有效提高了卷芯的产品质量。
根据本发明的一些实施例,所述加热件为环状且套设在所述传动轴上。如此设置,将加热件套设在传动轴上,以及卷针与传动轴传动连接,有利于加热件通过卷针加热隔膜。并且,在完成卷绕时,传动轴还可以带动加热件继续转动并加热,从而可充分地将中心孔位置的隔膜完全融化,并形成新的隔膜层和中心孔。
根据本发明第二方面实施例的卷绕卷芯的方法,所述卷绕卷芯的方法包括:卷针夹住所述隔膜和极片,并卷绕成卷芯;加热件加热所述卷针和所述隔膜;抽出所述卷针。如此设置,利用上述的卷绕装置,可以将隔膜与极片卷绕并形成具有高质量的卷芯,并且方便下一步的铰孔动作,这样不会改变卷芯内部的卷绕张力以及避免了卷芯内部极片与隔膜间形成位移的问题,从而有效卷芯的产品质量,并且可以实现高速连续的生产。
根据本发明的一些实施例,所述加热件加热所述卷针和所述隔膜的步骤包括:所述加热件以固定的升温速率加热所述卷针和所述隔膜为第一预定时长。如此设置,加热件以持续稳定的升温速率进行加热,可以使卷针持续稳定地加热,进而使隔膜融化的速度较为均匀且稳定,从而可以形成结构形态较好的中心孔,以及新形成的隔膜层的强度较为稳定,不易于出现隔膜塌陷的问题,从而进一步提高卷芯的产品质量。
根据本发明的一些实施例,所述加热件加热所述卷针和所述隔膜的步骤包括:所述加热件以阶梯的升温速率加热所述卷针和所述隔膜,在每个阶梯的升温速率下,所述加热件的加热时长为第二预定时长。如此设置,加热件以梯度式的升温速率进行加热,相比于上述所述的固定的升温速率,可以有效加快隔膜的融化速度,能够适用于较多层隔膜的融化,并且可以最大限度地保护卷针和卷芯的安全。
根据本发明的一些实施例,所述加热件加热所述卷针和所述隔膜的步骤包括:所述加热件加热所述卷针和所述隔膜至预定温度且维持第三预定时长。如此设置,当加热件以固定的升温速率或者阶梯的升温速率加热到预定温度时,此时温度不会继续增长,并维持温度于一定时间,这样可以使卷芯内部的隔膜充分融化粘黏,以形成浑然一体的隔膜层和具有一定强度的中心孔,有效保证了卷芯的稳定性质量。
根据本发明的一些实施例,在所述加热件加热所述卷针和所述隔膜的步骤中,所述加热件的加热温度范围为T,所述T满足关系式:100℃≤T≤200℃。如此设置,通过上述的加热模式可以使加热温度增长至100℃-200℃之间,既可以保证隔膜能够融化掉,形成无隔膜阻挡的中心孔,还可以保证加热温度不会对卷针和卷芯造成过热变形等影响,倘若加热温度设置过高或过低,均不能形成强度较好的中心孔和隔膜层。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,参考附图描述的实施例是示例性的,下面详细描述本发明的实施例。
下面参考图1-图3描述根据本发明第一方面实施例的卷绕装置100,以及本发明还提出了一种用上述卷绕装置100来卷绕卷芯10的方法。
如图1和图2所示,卷绕装置100包括:卷绕主体(附图未示出)、卷针20以及加热件(附图未示出)。
其中,卷针20插接在卷绕主体上,并且在卷绕主体的驱动下转动,卷针20上形成有夹设隔膜的夹设空间。
也就是说,在卷绕过程中,卷针20可以通过夹设空间夹紧隔膜,随后在卷绕主体的驱动下旋转卷针20,并依次插入负极片和正极片进行卷芯10的卷绕,最后抽出卷针20,完成卷芯10的制作。如此设置,在卷针20的转动下,可以有效保证卷芯10中心孔11的结构形态以及正极片和负极片之间的位置相互固定。
而且,加热件设置于卷针20或卷绕主体上,以通过卷针20加热隔膜。
如此设置,当卷绕完成后,卷针20形成于卷芯10中心孔11的位置,此时先不抽出卷针20,将加热件通过卷针20加热卷芯10中心孔11位置的隔膜,这样可以使卷芯10内部的两层或多层隔膜粘在一起,抽出卷针20后,会在卷芯10内部形成无隔膜阻挡的中心孔11,有效解决了卷芯10内部的隔膜在中心孔11位置形成八字形或太极形阻碍的问题,并且方便卷芯10铰孔以及进一步提高电芯的散热与泄压性能。
此外,卷针20可以为绝缘刚性材质的柱状针体,既便于形成中心孔11,又可以防止与极片导通。当然卷针20的横截面还可以根据卷芯10的形状确定,可为常用的圆形、椭圆形、边数大于三的多边形、端角圆滑过渡的多边形、扁平形等等,例如,如果需要圆柱形的卷芯10,则卷针20的横截面可以为圆形。并且,卷针20可以为一体式的针体,或者为两个以上的针体分部组装固定连接而成。以及,在卷针20的一端还设置有平头槽23,这样方便卷针20插接在卷绕主体上,以及方便卷绕主体驱动卷针进行转动。
由此,通过将加热件设置在卷针20或者卷绕主体上,可以利用加热件将卷芯10中心孔11位置的隔膜融化,在卷芯10内部形成无隔膜阻挡的中心孔11,同时形成了新的隔膜层,这样不仅便于电芯产品生产制造,一致性质量较好,还可以在隔膜融化粘黏后,冷却形成具有一定强度的中心孔11,在电芯实际使用时可充当通气孔,节省成本,而且保证卷针20抽出后,该中心孔11无隔膜阻碍,并且新形成的隔膜浑然一体,从而有效提高电芯的产品质量和使用寿命。
如图3所示,根据本发明的一个可选的实施例,卷针20包括:第一卷针21和第二卷针22,第一卷针21配合在第二卷针22上,第一卷针21和第二卷针22均插接在卷绕主体上,并且可形成有夹设空间,加热件设置于第一卷针21和第二卷针22上。
也就是说,第一卷针21和第二卷针22相互配合并插接在卷绕主体上,并且第一卷针21和第二卷针22之间形成有夹设空间,以使隔膜设置在夹设空间内。如此设置,可以使隔膜穿过第一卷针21和第二卷针22之间的夹设空间并有效夹紧,同时第一卷针21和第二卷针22的配合平面均与隔膜贴合,从而有效实现卷芯10的卷绕。以及,将加热件设置在第一卷针21和第二卷针22上,可以使加热件同时通过第一卷针21和第二卷针22加热卷芯10内部的隔膜,从而有效加快隔膜融化的速度,以提高电芯生产效率。
或者,还可以将加热件设置在第一卷针21或第二卷针22上。
如此设置,在保证能够加热隔膜并使隔膜有效融化的条件下,可以降低生产难度,使加热件制作简单且方便装配。此外,若加热件一体成型于第一卷针21或者第二卷针22上,可以方便更换损坏的加热件,即只需更换第一卷针21或者第二卷针22。
进一步地,第一卷针21包括:第一配合部211,第二卷针22包括:第二配合部221,第一配合部211朝向第二配合部221的一侧设置有凹弧面,第二配合部221朝向第一配合部211的一侧设置有凸弧面,凹弧面和凸弧面相互配合,加热件可以为加热片,加热片贴设在凹弧面和/或凸弧面上。
也就是说,第一卷针21沿其长度方向设有光滑的凹弧面,即形成第一配合部211,第二卷针22沿其长度方向设有与凹弧面吻合且光滑的凸弧面,即形成第二配合部221,第一配合部211的凹弧面和第二配合部221的凸弧面相贴合以形成如图2所示的圆柱状卷针20。如此设置,在卷绕过程中,可以降低卷针20自由端的错位程度,提高卷绕中心孔11对称性,从而避免在电池循环性能测试过程中由于电芯体积膨胀收缩导致中心孔11位置的电芯结构变形,并且可以降低卷针20卷绕时受力,提高卷针20使用寿命,并且凹弧面和凹弧面设为平滑状,方便第一卷针21和第二卷针22从卷芯10中抽离。
以及,加热件可以为加热片,加热片贴设在凹弧面和凸弧面上。
如此设置,可以使贴设在第一卷针21和第二卷针22上的加热片夹设住隔膜,使加热片与隔膜紧密接触,当加热片加热,可以较快速地融化掉卷针20所夹设的隔膜,并使卷芯10内部的两层或多层隔膜粘在一起,形成新的隔膜层,从而在卷芯10内部形成无隔膜阻挡的中心孔11,避免了铰孔等造成的卷绕张力变化、极片与隔膜可能的位移等变化,高效稳定,一致性佳,可以实现高速连续生产。此外,还可以将加热片贴设在凹弧面或凸弧面上,如此,同样可以将隔膜融化掉,并且制作简单,节约成本。
其中,凹弧面上设置有第一容纳槽212,凸弧面上设置有第二容纳槽222,加热片贴设在第一容纳槽212和第二容纳槽222内。
如此设置,将加热片贴设在第一容纳槽212和第二容纳槽内222,可以使第一卷针21和第二卷针22相互配合时没有间隙,从而可以使第一卷针21和第二卷针22更有效地夹紧隔膜,使隔膜不易滑脱,同时也使得第一容纳槽212和第二容纳槽内222的加热片可以很好地加热隔膜,并使隔膜快速融化,有效提高生产效率。
或者,凹弧面上设置有第一容纳槽212或者凸弧面上设置有第二容纳槽222,则加热片相应地贴设在第一容纳槽212或第二容纳槽222内。
如此设置,在第一容纳槽212或第二容纳槽222内贴设加热片也可以实现融化隔膜的效果,并且只需开设一个容纳槽即可,制作简单且方便更换。
在本发明的实施例中,加热件可以为加热丝,加热丝绕设在第一卷针21和第二卷针22上。
如此设置,将加热丝卷绕在第一卷针21和第二卷针22上,可以使加热丝通过第一卷针21和第二卷针22进行高效且稳定的热传导,并且通过卷绕方式可以有效增大加热面积,从而更高效地将隔膜融化掉。或者,将加热丝设置在第一卷针21或第二卷针22上,同样可以将隔膜有效融化并形成无隔膜阻挡的中心孔11。当然,加热丝可以均匀分布或者非均匀分布,这样都可以提高热传导能力,并且不会对卷绕主体的卷绕造成影响。
在本发明的实施例中,加热件可以为加热棒,加热棒插接在第一卷针21和第二卷针22内。
如此设置,可以使加热棒通过第一卷针21和第二卷针22进行高效的热传导,并且制作较为简单,只需插接进去即可。或者,将加热棒插接在在第一卷针21或第二卷针22内,进一步简化了生产工艺。
上述如此设置,可根据不同的加热要求选择不同形状的加热件,以及设置相应的数量。相比其它结构,加热丝、加热片和加热棒的结构简单,方便大量生产。当然,加热件的结构并不局限于此,可根据实际情况进行合理设置。此外,加热件可以选择各种适当的热传导材料,例如,铜、铝、铜合金、铝合金等金属。具体地,加热件设置在卷针20上,并通过线束与外部电源连接,在开启电源后,加热件利用电流的热效应原理,将自身的热量传递至隔膜,从而可以将隔膜有效融化并形成无隔膜阻挡的中心孔11。
其中,当对隔膜的融化效率或者融化效果要求较高时,加热件的布置数量可以相对多一些,以及可以选用加热片和加热丝等覆盖面积较大的加热件。
根据本发明的另一个可选的实施例,卷绕主体包括:驱动件(附图未示出),驱动件上设置有传动轴(附图未示出),传动轴和卷针20传动连接,加热件设置于传动轴上。
如此设置,在卷绕过程中,在卷绕主体的驱动下,传动轴带动卷针20进行转动,同时也会带动加热件一同卷绕,这样卷针20和加热件会一同形成在卷芯10的中心孔11位置,随即加热件加热,并通过卷针20将隔膜融化,从而形成了无隔膜阻碍且具有一定强度的中心孔11,同时还形成了浑然一体的新隔膜层,有效提高了卷芯10的质量。
其中,加热件为环状,并且套设在传动轴上。
如此设置,将加热件套设在传动轴上,以及卷针20与传动轴传动连接,有利于加热件通过卷针20加热隔膜。并且,在完成卷绕时,传动轴还可以带动加热件继续转动并加热,从而可充分地将中心孔11位置的隔膜完全融化,并形成新的隔膜层和中心孔11。
此外,加热件可以一体成型于卷针20上。也就是说,卷针20为加热件,卷针20不仅可以在卷绕主体的驱动下,依次插入负极片和正极片进行卷芯10的卷绕,还可以在卷绕完成后通电加热隔膜,以有效消除多层隔膜之间形成的八字形或太极形障碍。
根据本发明第二方面实施例的卷绕卷芯10的方法,卷绕卷芯10的方法包括:卷针20夹住隔膜和极片,并卷绕成卷芯10,加热件加热卷针20和隔膜,抽出卷针20。
如此设置,利用上述实施例的卷绕装置100,可以将隔膜与极片卷绕并形成具有高质量的卷芯10。具体地,卷针20夹紧隔膜,在卷绕主体的驱动下旋转卷针20,并依次插入负极片和正极片进行卷芯10的卷绕,卷绕完成后,加热件加热,将卷芯10内部的隔膜融化掉,最后抽出卷针20,完成一个卷芯10的制作,随后,粘在卷针20上的隔膜废料由卷针20配合其他机构去除,再进行下一个卷芯10的制作。如此设置,当卷绕动作完成,方便下一步的铰孔动作,这样不会改变卷芯10内部的卷绕张力以及避免了卷芯10内部极片与隔膜间形成位移的问题,从而有效卷芯10的产品质量,并且可以实现高速连续的生产。
其中,根据本发明的第一实施例,加热件加热卷针20和隔膜的步骤包括:加热件以固定的升温速率加热卷针20和隔膜为第一预定时长。
如此设置,加热件以持续稳定的升温速率进行加热,可以使卷针20持续稳定地加热,进而使隔膜融化的速度较为均匀且稳定,从而可以形成结构形态较好的中心孔11,以及新形成的隔膜层的强度较为稳定,不易于出现隔膜塌陷的问题,从而进一步提高卷芯10的产品质量。
根据本发明的第二实施例,加热件加热卷针20和隔膜的步骤包括:加热件以阶梯的升温速率加热卷针20和隔膜,在每个阶梯的升温速率下,加热件的加热时长为第二预定时长。
如此设置,加热件以梯度式的升温速率进行加热,相比于上述所述的固定的升温速率,可以有效加快隔膜的融化速度,能够适用于较多层隔膜的融化,并且可以最大限度地保护卷针20和卷芯10的安全。
根据本发明的第三实施例,加热件加热卷针20和隔膜的步骤包括:加热件加热卷针20和隔膜至预定温度,并且维持第三预定时长。
如此设置,当加热件以固定的升温速率或者阶梯的升温速率加热到预定温度时,此时温度不会继续增长,并维持温度于一定时间,这样可以使卷芯10内部的隔膜充分融化粘黏,以形成浑然一体的隔膜层和具有一定强度的中心孔11,有效保证了卷芯10的稳定性质量。
上述如此设置,可根据不同结构的隔膜和极片选择不同的加热模式,并且加热模式可以单独使用或者组合使用,从而可以有效实现隔膜的融化和中心孔11的形成。
此外,在加热件加热卷针20和隔膜的步骤中,加热件的加热温度范围为T,T满足关系式:100℃≤T≤200℃。
如此设置,通过上述的加热模式可以使加热温度增长至100℃-200℃之间,既可以保证隔膜能够融化掉,形成无隔膜阻挡的中心孔11,还可以保证加热温度不会对卷针20和卷芯10造成过热变形等影响,倘若加热温度设置过高或过低,均不能形成强度较好的中心孔11和隔膜层。优选地,加热温度可设置在120℃-180℃,可以使隔膜融化后形成的新隔膜层具有良好的强度,内部结构较为稳定,在电池充放电过程中不易出现塌陷等问题,进一步提高卷芯10的整体使用寿命。
因此,通过在卷绕装置100中设置加热件,可以借助加热件可以将卷绕主体中心孔11位置的隔膜融化,在卷芯10内部形成无隔膜阻挡的中心孔11,有效解决了卷芯10内部的隔膜在中心孔11位置形成八字形或太极形阻碍的问题,这样不仅便于产品生产制造,一致性质量较好,还可以在隔膜融化粘黏后,冷却形成具有一定强度的中心孔11,在电芯实际使用时可充当通气孔,节省成本,而且保证卷针20抽出后,该中心孔11无隔膜阻碍,并且新形成的隔膜浑然一体,从而有效提高电芯的产品质量和使用寿命。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。