CN116130740A - 高速切叠一体机及叠片方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高速切叠一体机及叠片方法，涉及电芯叠片生产设备技术领域，包括极片堆叠循环机构，极片模切机构，极片搬运机械手；包括电芯分流机构，设置于极片堆叠循环机构的末端，电芯分流机构包括至少两条电芯分流线，各电芯分流线分别设置有电芯贴胶模块、电芯热熔模块和电芯下料模块。根据本发明的高速切叠一体机及叠片方法，电芯堆叠到指定层数后通过极片搬运机械手搬运或极片堆叠循环机构流动到电芯分流机构中，叠片在电芯贴胶模块和电芯热熔模块中完成叠片电芯的贴胶热熔处理，节省了前期叠片下料辅助的时间，电芯叠片的同时进行电芯贴胶和热熔，极大程度提升电芯叠片效率。并且采用非涂胶隔膜叠片，节约一半生产成本，有效降低成本。

Description

高速切叠一体机及叠片方法

技术领域

本发明涉及电芯叠片生产设备技术领域，特别涉及一种高速切叠一体机及叠片方法。

背景技术

随着新能源汽车产量攀升，配套的动力电池电芯组需求量呈指数级倍增，而电芯由电芯自动化生产设备即叠片机进行生产。以往的电芯生产设备的效率已难以满足现有市场的需求。行业大大小小规模的企业都大力投入电芯生产线的建设与研发，为寻求产能和效率上的突破。

叠片机的种类主要有Z型堆叠结构和缠绕结构两种。Z型堆叠结构能够生产方形动力电芯，现有的动力电池为了提升电池密度，提高空间利用率，越多越多企业采用Z型叠片结构生产方形动力电芯。而堆叠结构目前主要有Z字形叠片机，切叠一体机，热复合切叠一体机以及热复合卷叠一体机。普通双工位Z字形叠片机的生产效率为0.3S/P。切叠一体机的生产效率为300PPM(即每分钟产出数量)，热复合切叠一体机的生产效率为480PPM。

中国发明CN202010646942.2中公开一种叠片电芯折叠机构和叠片电芯折叠方法，包括叠片台和至少两个吹气组件；复合单元片从叠片台的上方降落至叠片台，吹气组件设于叠片台的上方，且两个吹气组件分别设于复合单元片的两侧，用于在复合单元片下落过程中朝复合单元片交替吹气，以使复合单元片呈Z形折叠于叠片台。采用吹气方法实现复合叠片单元的快速折叠，提升叠片效率。

与同等价值的电芯生产设备卷绕机相比，效率还是低很多，虽然叠片工艺相比于卷绕工艺性能更优，但是客户在选择时更倾向于性价比更高的卷绕机，因此，提升叠片机的效率尤为重要。

方形电芯的叠片隔膜类型包括涂胶隔膜和非涂胶隔膜。针对涂胶隔膜采用热复合工艺，但热复合工艺不适用于非涂胶隔膜。同时，涂胶隔膜的成本是非涂胶隔膜成本的两倍，并且涂胶隔膜在热复合工艺过程中需要加热涂胶隔膜导致总体折叠效率降低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的“与同等价值的电芯生产设备卷绕机相比，Z型叠片设备生产效率低，涂胶隔膜叠片成本高昂，影响生产效率”的技术问题。为此，本发明提出一种高速切叠一体机及叠片方法，提升Z型叠片生效效率，能够适用非涂胶隔膜的电芯叠片生产，降低叠片生产成本和提升叠片生产效率。

根据本发明的一些实施例的高速切叠一体机及叠片方法，应用于叠片电芯生产中，包括：

极片堆叠循环机构，沿生产线行进方向铺设，用于叠堆极片和非涂胶隔膜；

极片模切机构，设置于所述极片堆叠循环机构的一侧，用于切割极片并归整极片位置；

极片搬运机械手，设置于所述极片模切机构和所述极片堆叠循环机构之间，用于搬运所述极片模切机构的极片到所述极片堆叠循环机构处进行极片堆叠；

其中，包括电芯分流机构，设置于所述极片堆叠循环机构的末端，所述电芯分流机构包括至少两条电芯分流线，各所述电芯分流线分别设置有电芯贴胶模块、电芯热熔模块和电芯下料模块。

根据本发明的一些实施例，所述生产线的末端与所述电芯分流机构通过转运模块连通，所述转运模块用于搬运所述生产线上的叠片到所述电芯分流机构的各所述电芯分流线上。

根据本发明的一些实施例，所述转运模块为机械手和分流通道中的任意一种。

根据本发明的一些实施例，所述电芯分流线的末端与所述电芯下料模块连通，所述电芯贴胶模块和所述电芯热熔模块位于所述电芯分流线的一侧，所述电芯贴胶模块用于给电芯极耳的两侧贴胶，所述电芯热熔模块(530)用于切割分离电芯并将隔膜热熔在一起。

根据本发明的一些实施例，所述极片堆叠循环机构包括隔膜放卷模块、叠片台模块和叠台循环模块；所述生产线设置有多个叠片工位，所述叠片台模块依次经过所述叠片工位，所述叠台循环模块位于所述生产线的末端，用于把所述叠片台模块从所述生产线的末端搬运到所述生产线的初始位置进行循环叠片；各所述叠片工位上方分别设置有所述隔膜放卷模块，所述隔膜放卷模块用于放卷非涂胶隔膜到所述叠片台模块处；所述叠片工位的一侧设置有所述极片搬运机械手，所述极片搬运机械手搬运所述极片模切机构内的极片到对应所述叠片工位上的所述叠片台模块处。

根据本发明的一些实施例，所述隔膜放卷模块包括热切刀，所述热切刀位于所述叠片工位上方，当所述隔膜放卷模块的非涂胶隔膜铺设到所述叠片台模块上时，所述热切刀用于裁断非涂胶隔膜与所述隔膜放卷模块的连接处。

根据本发明的一些实施例，所述极片模切机构分为正极极片模切机构和负极极片模切机构两种，所述正极极片模切机构与所述负极极片模切机构分布于所述生产线的一侧，用于为所述生产线提供正极极片和负极极片。

根据本发明的一些实施例，所述极片模切机构包括极片放卷模切模块，极片输送模块和CCD归正模块；所述极片放卷模切模块用于切割极片并输送到所述极片输送模块上；所述CCD归正模块位于所述极片输送模块和所述生产线之间，所述极片搬运机械手从所述极片输送模块上搬运极片到所述CCD归正模块再到所述生产线上。

根据本发明的一些实施例的高速切叠一体机叠片方法，包括上述的高速切叠一体机，包括隔膜放卷模块、热切刀、叠片台模块、叠台循环模块、极片放卷模切模块、极片输送模块、CCD归正模块、极片搬运机械手、电芯分流线、电芯贴胶模块、电芯热熔模块和电芯下料模块；包括以下步骤：

极片裁切，按指定规格裁切正极极片和负极极片；

极片叠片，搬运极片到生产线上的叠片台模块上，按正极极片、非涂胶隔膜、负极极片、非涂胶隔膜的循环叠片顺序叠片到设定层数；

电芯分流后处理，叠片成型的电芯进入所述电芯分流线进行涂胶和热熔后处理再分离电芯搬运到下一工序。

根据本发明的一些实施例，电芯分流后处理包括以下步骤：

S310叠片的电芯从所述生产线的末端进入所述电芯分流线上暂存；

S320对所述生产线上的电芯贴胶处理；

S330对所述生产线上的电芯热熔处理；

S340搬运电芯到下一工序。

根据本发明的一些实施例的高速切叠一体机及叠片方法，至少具有如下有益效果：所述极片模切机构的极片不断堆叠到所述极片堆叠循环机构处，当堆叠到指定层数后通过所述极片搬运机械手搬运或所述极片堆叠循环机构流动到所述电芯分流机构中，未贴胶的叠片在所述电芯贴胶模块和所述电芯热熔模块中完成叠片电芯的贴胶热熔处理，节省了前期叠片下料辅助的时间，电芯叠片的同时进行电芯贴胶和热熔，极大程度提升电芯叠片效率。并且采用非涂胶隔膜叠片，节约一半生产成本，有效降低生产成本。

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。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例高速切叠一体机及叠片方法的流程图；

图2为本发明实施例高速切叠一体机的俯视图；

图3为本发明实施例高速切叠一体机的切片模切机构示意图；

图4为本发明实施例高速切叠一体机的极片堆叠循环机构示意图。

附图标记：

生产线100、叠片工位110、

隔膜放卷模块210、热切刀211、叠片台模块220、叠台循环模块230、

极片放卷模切模块310、极片输送模块320、CCD归正模块330、

电芯分流线510、电芯贴胶模块520、电芯热熔模块530。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右、顶、底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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的高速切叠一体机及叠片方法。

如图1-图4所示，高速切叠一体机主要应用在叠片电芯生产中，具体指方形电芯、刀片电芯等结构的电芯。本发明的高速切叠一体机为生产线100形式，包括极片堆叠循环机构、极片模切机构、极品搬运机械手和电芯分流机构，极片堆叠循环机构用于循环堆叠极片和非涂胶隔膜，当叠片堆叠到指定层数后移到电芯分流机构中进行后续处理。

具体地，极片堆叠循环机构沿生产线100行进方向铺设，带动叠片依次堆叠成型。极片模切机构设置在极片堆叠循环机构的一侧，用于切割极片并归整极片位置，即极片经过裁切后校准极片的位置，再转移到极片堆叠循环机构中进行叠片操作。而极片搬运机械手(在附图中未示出)设置于极片模切机构和极片堆叠循环机构之间，用于搬运极片模切机构的极片到极片堆叠循环机构处进行极片堆叠，不断把裁切校准后的极片搬运到极片堆叠循环机构处进行堆叠。上述两个机构能够独立运行，通过极限搬运机械手衔接两者。

其中，包括电芯分流机构，设置于极片堆叠循环机构的末端，电芯分流机构包括至少两条电芯分流线510，各电芯分流线510分别设置有电芯贴胶模块520、电芯热熔模块530和电芯下料模块(在附图中未示出)。具体地，每一条电芯分流线510均设置有电芯贴胶模块520、电芯热熔模块530和电芯下料模块，能够同时处理多条分流线的电芯后处理，有效提高电芯生产效率。

与现有的流水线式极片堆叠不同的是，本发明主要用于非涂胶隔膜的极片堆叠。现有的涂胶隔膜叠片过程主要在隔膜铺设在极片端面后，通过热辊压加热隔膜与极片之间的胶水，使隔膜与极片粘贴在一起。每经过一次叠片过程均要重复一次热复合处理，每次热复合处理需要消耗2秒以上的时间，且涂胶隔膜由于表面涂覆有胶水，其成本比非涂胶隔膜更高。

而本发明的高速切叠一体机采用非涂胶隔膜和极片堆叠，每一次叠片过程节省了热复合处理的时间，使得叠片效率大大提升，并且叠片进入电芯分流机构中，由电芯分流机构进行多线程后处理，极大程度提升整体叠片效率。且采用非涂胶隔膜叠片，能够降低电芯生产成本，实现降低成本提升效率的双重效果，有利于市场推广。使本发明的电芯叠片设备叠片效率能够达到1000PPM左右，相对于电芯缠绕生产设备，本发明的生产效率相当，且电芯质量优于缠绕结构的电芯。

在本发明的一些实施例中，如图1-图3所示，极片堆叠循环机构的长度通过叠片循环模块能够灵活调整，当极片堆叠循环机构的长度较短时，通过叠片循环模块多次循环叠片，在有限空间实现多层叠片，提高空间利用效率，节约设备暂用空间。叠片循环模块采用输送带回流结构，为本领域技术人员所熟知的技术方案，在本施例中不再详细描述。

在本发明的一些实施例中，如图1-图3所示，生产线100的末端与电芯分流机构通过转运模块(在附图中未示出)连通，转运模块用于搬运生产线100上的叠片到电芯分流机构的各电芯分流线510上。

电芯经过指定层数循环叠片后，在生产线100的末端通过转运模块被转运到各电芯分流线510中，进行电芯的贴胶热熔后处理。

在进一步实施例中，如图1所示，转运模块为机械手和分流通道中的任意一种。当采用机械手结构时，机械手通过抓去电芯的载具把电芯放置到电芯分流线510上。当采用分流通道时，在生产线100的末端设置有一进多出的输送带分流结构，通过输送带把载具输送到不同的电芯分流线510上，输送带能够控制载具往指定的电芯分流线510上移动。输送带结构为本领域技术人员所熟知的技术方案，在本实施例中不再详细描述。

应理解，转运模块采用机械手后分流通道并非唯一实施方式。本发明对转运模块的具体结构和形式不一一赘述，应理解，在不脱离本发明基本构思的前提下，转运模块的具体结构和形式灵活变换，均应视为在本发明限定的保护范围之内。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，电芯分流线510的末端与电芯下料模块连通，电芯贴胶模块520和电芯热熔模块530位于电芯分流线510的一侧，电芯贴胶模块520用于给电芯极耳的两侧贴胶，电芯热熔模块530用于切割分离电芯并将隔膜热熔在一起。

具体地，电芯贴胶模块520能够对电芯整体贴胶，再通过电芯热熔模块530对胶体进行热熔处理，使极片和隔膜之间相互固定，固定电芯的整体结构。电芯热熔模块530和电芯贴胶模块520为本领域技术人员所熟知的技术方案，在本实施例中不再详细描述。而电芯分流线510采用传送带或传送链结构，对电芯的载具进行输送，电芯下料模块采用机械手结构，吸取电芯到下一工序中。

在本发明的一些实施例中，如图1和图3所示，极片堆叠循环机构包括隔膜放卷模块210、叠片台模块220和叠台循环模块230。隔膜放卷模块210能够往叠片台模块220的极片端面铺设非涂胶隔膜，而叠片台模块220作为电芯叠片的载具，在生产线100和电芯分流线510上循环流动，作为电芯叠片的载体移动。

生产线100设置有多个叠片工位110，叠片台模块220依次经过叠片工位110，叠台循环模块230位于生产线100的末端，用于把叠片台模块220从生产线100的末端搬运到生产线100的初始位置进行循环叠片。

各叠片工位110上方分别设置有隔膜放卷模块210，隔膜放卷模块210用于放卷非涂胶隔膜到叠片台模块220处。叠片工位110的一侧设置有极片搬运机械手，极片搬运机械手搬运极片模切机构内的极片到对应叠片工位110上的叠片台模块220处。

在进一步实施例中，如图1和图3所示，隔膜放卷模块210包括热切刀211，热切刀211位于叠片工位110上方，当隔膜放卷模块210的非涂胶隔膜铺设到叠片台模块220上时，热切刀211用于裁断非涂胶隔膜与隔膜放卷模块210的连接处。具体地，每当叠片工位110上的隔膜放卷模块210铺设非涂胶隔膜到极片上时，热切刀211切断铺设隔膜与未放卷隔膜之间的连接，避免叠片工位110对应的隔膜放卷模块210的隔膜跟随叠片台模块220移动。

在本发明的一些实施例中，如图1和图2所示，极片模切机构分为正极极片模切机构和负极极片模切机构两种，正极极片模切机构与负极极片模切机构分布于生产线100的一侧，用于为生产线100提供正极极片和负极极片。具体地，正极极片模切机构和负极极片模切机构的结构完全相同，在本实施例中仅描述其中一种极片模切机构。

在进一步实施例中，如图1和图2所示，极片模切机构包括极片放卷模切模块310，极片输送模块320和CCD归正模块330。极片放卷模切模块310用于切割极片并输送到极片输送模块320上；CCD归正模块330位于极片输送模块320和生产线100之间，极片搬运机械手从极片输送模块320上搬运极片到CCD归正模块330再到生产线100上。具体地，极片输送模块320采用真空吸附结构，即被裁切好的极片在真空吸附的作用下贴合极片输送模块320的输送带上移动，而极片搬运机械手从极片输送模块320上移取极片到CCD归正模块330中进行极片位置校准，再通过极片搬运机械手搬运校准后的极片到对应叠片工位110的叠片台模块220上。极片输送模块320的真空吸附结构和极片放卷模切模块310为本领域技术人员所熟知的技术方案，在本实施例中不再详细描述。具体可以参考中国专利ZL202221708771.2循环式多工位电芯叠片生产线100中公开的正负极极片模切机构。而极片输送模块320可以参考ZL202221708771.2循环式多工位电芯叠片生产线100中公开的极片运输机构。

一种高速切叠一体机叠片方法，如图1和图4所示，包括上述的高速切叠一体机，包括隔膜放卷模块210、热切刀211、叠片台模块220、叠台循环模块230、极片放卷模切模块310、极片输送模块320、CCD归正模块330、极片搬运机械手、电芯分流线510、电芯贴胶模块520、电芯热熔模块530和电芯下料模块；包括以下步骤：

S100极片裁切，按指定规格裁切正极极片和负极极片；

S200极片叠片，搬运极片到生产线100上的叠片台模块220上，按正极极片、非涂胶隔膜、负极极片、非涂胶隔膜的循环叠片顺序叠片到设定层数；

S300电芯分流后处理，叠片成型的电芯进入电芯分流线510进行贴胶和热熔后处理再分离电芯搬运到下一工序。

在进一步实施例中，电芯分流后处理包括以下步骤：

S310叠片的电芯从生产线100的末端进入电芯分流线510上暂存；

S320对生产线100上的电芯贴胶处理；

S330对生产线100上的电芯热熔处理；

S340搬运电芯到下一工序。

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。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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。

Claims (10)

1.一种高速切叠一体机，应用于叠片电芯生产中，其特征在于，包括：

极片堆叠循环机构，沿生产线(100)行进方向铺设，用于叠堆极片和非涂胶隔膜；

极片模切机构，设置于所述极片堆叠循环机构的一侧，用于切割极片并归整极片位置；

极片搬运机械手，设置于所述极片模切机构和所述极片堆叠循环机构之间，用于搬运所述极片模切机构的极片到所述极片堆叠循环机构处进行极片堆叠；

其中，包括电芯分流机构，设置于所述极片堆叠循环机构的末端，所述电芯分流机构包括至少两条电芯分流线(510)，各所述电芯分流线(510)分别设置有电芯贴胶模块(520)、电芯热熔模块(530)和电芯下料模块。

2.根据权利要求1所述的高速切叠一体机，其特征在于，所述生产线(100)的末端与所述电芯分流机构通过转运模块连通，所述转运模块用于搬运所述生产线(100)上的叠片到所述电芯分流机构的各所述电芯分流线(510)上。

3.根据权利要求2所述的高速切叠一体机，其特征在于，所述转运模块为机械手和分流通道中的任意一种。

4.根据权利要求2所述的高速切叠一体机，其特征在于，所述电芯分流线(510)的末端与所述电芯下料模块连通，所述电芯贴胶模块(520)和所述电芯热熔模块(530)位于所述电芯分流线(510)的一侧，所述电芯贴胶模块(520)用于给电芯极耳的两侧贴胶，所述电芯热熔模块(530)用于切割分离电芯并将隔膜热熔在一起。

5.根据权利要求2所述的高速切叠一体机，其特征在于，所述极片堆叠循环机构包括隔膜放卷模块(210)、叠片台模块(220)和叠台循环模块(230)；

所述生产线(100)设置有多个叠片工位(110)，所述叠片台模块(220)依次经过所述叠片工位(110)，所述叠台循环模块(230)位于所述生产线(100)的末端，用于把所述叠片台模块(220)从所述生产线(100)的末端搬运到所述生产线(100)的初始位置进行循环叠片；

各所述叠片工位(110)上方分别设置有所述隔膜放卷模块(210)，所述隔膜放卷模块(210)用于放卷非涂胶隔膜到所述叠片台模块(220)处；

所述叠片工位(110)的一侧设置有所述极片搬运机械手，所述极片搬运机械手搬运所述极片模切机构内的极片到对应所述叠片工位(110)上的所述叠片台模块(220)处。

6.根据权利要求5所述的高速切叠一体机，其特征在于，所述隔膜放卷模块(210)包括热切刀(211)，所述热切刀(211)位于所述叠片工位(110)上方，当所述隔膜放卷模块(210)的非涂胶隔膜铺设到所述叠片台模块(220)上时，所述热切刀(211)用于裁断非涂胶隔膜与所述隔膜放卷模块(210)的连接处。

7.根据权利要求2所述的高速切叠一体机，其特征在于，所述极片模切机构分为正极极片模切机构和负极极片模切机构两种，所述正极极片模切机构与所述负极极片模切机构分布于所述生产线(100)的一侧，用于为所述生产线(100)提供正极极片和负极极片。

8.根据权利要求7所述的高速切叠一体机，其特征在于，所述极片模切机构包括极片放卷模切模块(310)，极片输送模块(320)和CCD归正模块(330)；

所述极片放卷模切模块(310)用于切割极片并输送到所述极片输送模块(320)上；所述CCD归正模块(330)位于所述极片输送模块(320)和所述生产线(100)之间，所述极片搬运机械手从所述极片输送模块(320)上搬运极片到所述CCD归正模块(330)再到所述生产线(100)上。

9.一种高速切叠一体机叠片方法，其特征在于，包括权利要求1至8任意一项所述的高速切叠一体机，包括隔膜放卷模块(210)、热切刀(211)、叠片台模块(220)、叠台循环模块(230)、极片放卷模切模块(310)、极片输送模块(320)、CCD归正模块(330)、极片搬运机械手、电芯分流线(510)、电芯贴胶模块(520)、电芯热熔模块(530)和电芯下料模块；包括以下步骤：

极片裁切，按指定规格裁切正极极片和负极极片；

极片叠片，搬运极片到生产线(100)上的叠片台模块(220)上，按正极极片、非涂胶隔膜、负极极片、非涂胶隔膜的循环叠片顺序叠片到设定层数；

电芯分流后处理，叠片成型的电芯进入所述电芯分流线(510)进行涂胶和热熔后处理再分离电芯搬运到下一工序。

10.根据权利要求9所述的高速切叠一体机叠片方法，其特征在于，电芯分流后处理包括以下步骤：

S310叠片的电芯从所述生产线(100)的末端进入所述电芯分流线(510)上暂存；

S320对所述生产线(100)上的电芯涂胶处理；

S330对所述生产线(100)上的电芯热熔处理；

S340搬运电芯到下一工序。

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