CN116130792A - 一种锂电池叠片首层隔膜覆膜结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种锂电池叠片首层隔膜覆膜结构，其整体安装在叠片机设备上，用于进行电芯叠片；包括依次设置的导向件、定位件、切割件和叠片平台；叠片平台用于覆膜并支撑电芯；在上一电芯叠片完成后通过定位件压住隔膜，再通过切割件切断叠片平台与定位件之间的隔膜，因此在隔膜被切断后，隔膜端部固定，再通过导向件带动隔膜平移即能实现隔膜的翻转和叠片，克服了拉膜对隔膜物理性质的影响，克服了吹膜使得隔膜皱褶不稳定的影响，同时也克服拉膜与吹膜需要纠偏结构的问题，结构简单、提高效率、减少误差。

Description

一种锂电池叠片首层隔膜覆膜结构

技术领域

本发明涉及锂电池生产技术领域，具体涉及一种锂电池叠片首层隔膜覆膜结构。

背景技术

锂电池是指电化学体系中含有锂包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物的电池，而锂离子动力电池的组成结构中电芯是其核心部件，而电芯一般通过专业的叠片机进行生产。叠片机是将正、负极片和隔膜层层叠到一起形成裸电芯的设备，即是将隔膜、负极片、隔膜、正极片、隔膜按照规定的次序堆叠到一起。目前在制造过程中隔膜为连续上料，现有的大尺寸电芯一般在叠片后不进行隔膜收尾，因为制造电芯的工艺要求，需要在上一电芯生产完毕后切断隔膜，并把切断位置非电芯侧的隔膜翻转后继续拉到叠片平台上合适位置进行下一电芯生产，实现循环叠片，以提高电芯的生产效率。

通常情况下，在锂电行业中的叠片工艺中，为提高储电量和充分利用电池组空间，以及考虑单个电池内部的能量阻力，隔膜首层一般只接受叠一层。在没有隔膜收尾的情况下，要叠下一个电芯时则需要将隔膜拉到隔膜首层叠片侧，隔膜需要翻转180度。且隔膜质量要求高，不能有压痕划痕等之类的影响品质。

在现有技术中，隔膜、负极片和正极片在叠片平台上进行叠片，在首层隔膜覆膜时一般采用纠偏轴对首层隔膜位置进行纠偏，目前在切片过程中，普遍采用拉膜或反吹方式进行首层隔膜的覆膜，具体表现为：拉膜是通过机械手夹住切断后的非电芯侧隔膜，并通过机械手将隔膜被切割端拉回叠片平台对应位置，然后机械手带着隔膜翻转180度后，将隔膜重新铺设到叠片平台上，并且通过纠偏轴将隔膜纠正到合适的叠片位，然后开启下一个电芯的叠片；反吹是直接通过正压气体将切断后的非电芯侧隔膜直接吹到首片极片叠片侧，然后纠偏轴运动将反吹后的隔膜拉到叠片台上的合适叠片位。

针对上述的两种首层隔膜覆膜方式，目前已不能满足客户的生产需求，其中，拉膜方式用时长，至少15s；反吹隔膜方式时间长且不稳定，因为隔膜在自由状态下很容易被影响状态，因此稳定性不好，容易制出隔膜超长、隔膜对齐度差或者隔膜褶皱的电芯，从而产生NG电芯，造成资源浪费同时还降低产量。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何提高首层隔膜覆膜效率、覆膜效果和生产稳定性。

一种实施例中提供一种锂电池叠片首层隔膜覆膜结构，

一种锂电池叠片首层隔膜覆膜结构，其特征在于，包括依次设置的导向件、定位件、切割件和叠片平台；所述叠片平台用于覆膜并支撑电芯；

所述定位件包括安装架、顶板、压板和驱动件；

所述顶板设置在所述安装架顶壁，所述压板设置有两组，并分别设置在所述顶板两端，且两组所述压板的分布方向与隔膜长度方向垂直；所述压板用于将所述隔膜压持在所述压板与顶板之间，所述驱动件设置在所述安装架上，并用于带动所述压板远离所述顶板；

所述切割件用于切割隔膜，所述导向件用于对隔膜导向，且所述导向件能够沿所述导向件、定位件和叠片平台分布方向平移。

进一步的，所述导向件包括至少一组导向辊，一组所述导向辊包括两只平行且转动的轴辊，所述隔膜于两所述导向辊之间穿过对所述隔膜进行导向。

进一步的，所述顶板空心设置，且所述顶板表面开设有若干与所述顶板内腔连通的吸附孔，所述顶板上设置有与所述顶板内腔连通的气管接头，所述气管接头用于外接真空源，以对所述顶板内腔持续抽压。

进一步的，所述顶板包括呈拐角设置的水平段和竖直段，所述竖直段朝向所述叠片平台一侧设置。

进一步的，所述切割件包括固定件以及设置在所述固定件上的压辊和切刀，所述压辊与所述导向辊平行，且所述固定件沿所述导向辊的平移方向与所述导向辊保持相对静止，所述切刀在横向靠近所述叠片平台设置，且所述切刀的刀刃在高度方向上低于所述压辊设置；所述压辊与切刀能够沿垂直于所述叠片平台方向升降。

进一步的，所述定位件还包括驱动电机和滚珠丝杆，所述顶板设置在所述安装架顶壁，所述驱动电机设置在所述安装架上，所述滚珠丝杆同轴连接在所述驱动电机的输出轴上，且所述滚珠丝杆轴向垂直于所述叠片平台设置，所述滚珠丝杆上的丝杆螺母用于带动所述顶板升降。

进一步的，所述安装架包括底板、安装座和支撑座，所述底板用于安装在叠片机设备上，所述安装座固定在所述底板上，并用于安装所述驱动电机；所述支撑座滑动连接在所述安装座上，所述滚珠丝杆上的丝杆螺母固定安装在所述支撑座上，所述顶板设置在所述支撑座顶壁。

进一步的，所述驱动件包括上下移动气缸和前后移动气缸，所述前后移动气缸设置在所述支撑座上，所述上下移动气缸设置在所述前后移动气缸的输出轴一端，所述压板设置在所述上下移动气缸的输出轴一端。

进一步的，所述定位件还包括左右平移气缸，所述左右平移气缸设置在所述顶板背离所述叠片平台一侧，且所述顶板安装在所述左右平移气缸的输出轴一端，所述左右平移气缸用于带动所述顶板平移，并使得所述竖直段与所述叠片平台的侧壁抵接。

进一步的，所述定位件还包括控制器、感应器与感应片，所述感应片安装在所述安装座上，所述感应器用于感应所述滚珠丝杆上丝杆螺母的位置，且所述感应器与所述驱动电机均与所述控制器电连接；当所述滚珠丝杆上丝杆螺母的位置超出所述感应器设定范围后，所述驱动电机关闭。

据上述实施例的一种锂电池叠片首层隔膜覆膜结构，在上一电芯叠片结束后，压板在驱动件作用下将隔膜压持固定在顶板上，再通过切割件切断顶板与叠片平台之间的隔膜，在隔膜切断前，通过压板压紧隔膜，在隔膜切断后也能够保证隔膜首膜端部位置固定；再通过平移导向件至叠片平台另一侧，进而带动隔膜翻转并直接平铺在叠片平台上，依次完成隔膜的翻转与覆膜；与传统的拉膜和隔膜反吹相比，能够保证隔膜的平整和稳定，避免隔膜皱着或偏位，保证了隔膜的物理状态的稳定性，不受风阻或者机械手本身运动平行度的影响；因为隔膜端部一直在定位件的作用下保持在受控夹持状态，因此不需要用纠偏组件，减少成本的同时让结构更加简单，减少不可控因素的同时，还能提高效率；吸膜和压膜结构在简单的动作之下就能完成覆膜效果，减少了覆膜的操作步骤，降低了多步骤带来的累计误差，变相提高产品的产量和叠片效率。

附图说明

图1为本申请实施例的锂电池叠片首层隔膜覆膜结构的结构示意图；

图2为一种实施例中定位件的结构示意图；

图3为图2另一视角的结构示意图；

图4为图3中A部分的放大图；

图5为图1中安装架的整体结构示意图。

附图标记：1、导向件；11、轴辊；2、定位件；21、安装架；211、底板；212、安装座；213、支撑座；214、安装板；215、横向导轨；216、横向滑块；217、竖向导轨；218、竖向输出；22、顶板；221、吸附孔；222、气管接头；223、水平段；224、竖直段；23、压板；24、驱动件；241、上下移动气缸；242、前后移动气缸；25、左右平移气缸；26、驱动电机；27、滚珠丝杆；271、丝杆螺母；28、感应器；281、感应片；3、切割件；31、压辊；32、切刀；4、叠片平台；5、隔膜。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

叠片机是将正、负极片和隔膜层层叠到一起形成裸电芯的设备，即是将隔膜、负极片、隔膜、正极片、隔膜按照规定的次序堆叠到一起。目前在制造过程中隔膜为连续上料，需要在上一电芯生产完毕后切断隔膜，并把切断位置非电芯侧的隔膜翻转后继续拉到叠片平台上合适位置进行下一电芯生产，实现循环叠片，以提高电芯的生产效率。目前在切片过程中，普遍采用拉膜或反吹方式进行首层隔膜的覆膜，但拉膜时需要机械手夹持拉动隔膜，用时较长；反吹隔膜的方式时间长且风吹不稳定，因为隔膜在自由状态下很容易被影响状态，因此稳定性不好，容易制出隔膜超长、隔膜对齐度差或者隔膜褶皱的电芯，从而产生NG电芯。

在本发明实施例中，叠片机设备的工作平台水平，“上下”即为以叠片的工作平台为基础的高度方向；“左右”即为叠片机进料隔膜的长度方向；“前后”即为进料隔膜的宽度方向。

本申请公开了一种锂电池叠片首层隔膜覆膜结构，其整体安装在叠片机设备上，用于进行电芯叠片；包括依次设置的导向件1、定位件2、切割件3和叠片平台4；叠片平台4用于覆膜并支撑电芯；在上一电芯叠片完成后通过定位件2压住隔膜5，再通过切割件3切断叠片平台4与定位件2之间的隔膜5，因此在隔膜5被切断后，隔膜5端部固定，再通过导向件1带动隔膜5平移即能实现隔膜5的翻转和叠片，克服了拉膜对隔膜5物理性质的影响，克服了吹膜使得隔膜5皱褶不稳定的影响，同时也克服拉膜与吹膜需要纠偏结构的问题，结构简单、提高效率、减少误差。

参照图1，导向件1包括至少一组导向辊，一组导向辊包括两只平行且转动的轴辊11，隔膜5于两导向辊之间穿过对隔膜5进行导向；导向辊数量可根据叠片机体量进行配置，隔膜5穿过两轴辊11之间，转动的轴辊11不仅能够对隔膜5进行导向限位，保证隔膜5的进料稳定性。

参照图2和图3，定位件2包括安装架21、顶板22、压板23和驱动件24，安装架21包括底板211、安装座212和支撑座213；底板211用于装配在叠片机设备上，安装座212底端固定在底板211上，支撑座213连接在安装座212上，支撑座213顶壁固定有安装板214，该安装板214用于安装顶板22；压板23设置有两组，并分别设置在顶板22两端，且两组压板23的分布方向与隔膜5长度方向垂直；压板23用于将隔膜5压持在压板23与顶板22之间，驱动件24设置在安装架21上，并用于带动压板23远离顶板22。

参照图4和图5，驱动件24包括上下移动气缸241和前后移动气缸242，前后移动气缸242固定在安装板214上，上下移动气缸241固定在前后移动气缸242的输出轴一端，压板23设置在上下移动气缸241的输出轴一端。同样的，前后移动气缸242与上下移动气缸241的位置可以进行调换，实现压板23在竖直方向和水平方向同时远离顶板22，便于隔膜5移动叠片。

参照图4，顶板22设置为拐角型，包括水平段223和竖直段224，竖直段224朝向叠片平台4一侧设置；顶板22设置为真空吸板，即顶板22空心设置，竖直段224上均匀分布并开设有吸附孔221，顶板22上设有与顶板22内腔连通的气管接头222，气管接头222用于外接真空源，外接真空源能够通过气管接头222持续对顶板22内腔抽压，使得外界空气持续通过多个吸附孔221进入顶板22内腔，进而在隔膜5接触顶板22时在气压的影响下被直接吸附在顶板22上，一方面固定隔膜5，另一方面也能够使得被隔断的隔膜5弯折并吸附在拐角的竖直段224。

参照图5，顶板22与支撑座213顶壁滑动连接，安装板214上固定有左右设置的横向导轨215，顶板22底壁设置有与横向导轨215配套设置的横向滑块216；顶板22背离叠片平台4一侧设置有至少一组左右平移气缸25，本申请实施例中左右平移气缸25采用一组即可；本申请实施例左右平移气缸25安装固定在安装座212上，且左右平移气缸的输出轴一端固定在顶板22上，左右平移气缸25的输出轴沿左右方向设置，并用于带动顶板22沿左右方向平移，顶板22在左右平移气缸25的作用下移动并紧抵在叠片平台4上，使得竖直段224处被吸附的隔膜5被夹持在竖直段224与叠片平台4之间，进一步固定隔膜5。

参照图1，切割件3包括固定件以及连接在固定件上的压辊31和切刀32，压辊31与导向辊平行，且固定件沿导向辊的平移方向与导向辊保持相对静止，切刀32靠近叠片平台4横向设置，即切刀32横向处于压辊31与叠片平台4之间；且切刀312的刀刃在高度方向上低于压辊31设置，即在高度方向上，切刀32的刀刃处于压辊31与叠片平台4之间；压辊31与切刀32能够沿垂直于叠片平台4方向升降。在进行切割时，压辊31和切刀32下落直至压辊31压持隔膜5，切刀32在下压过程中切断叠片平台4与顶板22之间的隔膜5并将隔膜5下压弯折至竖直段224吸附并预固定。

参照图2，顶板22能够实现上下升降，即定位件2还包括驱动电机26和滚珠丝杆27，驱动电机26竖直并设置在安装架21上，滚珠丝杆27同轴连接在驱动电机26的输出轴上，且滚珠丝杆27轴向垂直于叠片平台4设置，滚珠丝杆27上的丝杆螺母271用于固定在支撑座213上；安装座212侧壁上安装有沿竖直方向设置的竖向导轨217，支撑座213上设置有与竖向导轨217配合的竖向滑块，支撑座213通过竖向滑块和导轨与安装座212滑动连接。驱动电机26的输出轴转动，通过滚珠丝杠将转动转化成丝杆螺母271在竖直方向的升降，进而实现顶板22的升降。

其中，夹持在叠片平台4与顶板22之间的隔膜5为非电芯需要的隔膜长度，一般为设计的“余量”，顶板22的升降用于调整顶板22与叠片平台4的相对高度，进而能够调整夹持在二者之间的隔膜5的长度，并根据客户要求进行调整。

参照图2，定位件2还包括控制器、感应器28与感应片281，感应片281安装在安装座212上，感应器28用于感应滚珠丝杆27上丝杆螺母271的位置，且感应器28与驱动电机26均与控制器电连接；当滚珠丝杆27上丝杆螺母271的位置超出感应器28设定范围后，驱动电机26关闭，保护设备安全和操作安全。

本申请实施例的实施原理为：在上一电芯完成叠片后，启动外接真空源，开启顶板22的真空吸附，再启动驱动件24，通过上下移动气缸241和前后移动气缸242带动压板23靠近隔膜5并下压隔膜5，直至隔膜5接触顶板22并被压板23压持固定在顶板22的水平段223；之后切割件3下降并下压叠片平台4与顶板22之间的隔膜5，在下压的压力下切割隔膜5，断开的隔膜5一端与上一电芯结构一起转移，另一端在压辊31的作用下下压并被顶板22的竖直段224吸附固定，切割件3上升，完成隔膜5的切割；启动驱动电机26，使得驱动电机26通过滚珠丝杆27带动支撑座213升降，调节叠片平台4与顶板22之间的相对高度，之后启动左右平移气缸25，并带动顶板22及顶板22上固定的隔膜5向靠近叠片平台4一侧运动，直至将吸附在竖直段224的隔膜5夹持在叠片平台4侧壁与竖直段224之间。水平段223的隔膜5被压板23压持，竖直段224的隔膜5被叠片平台4与顶板22侧壁夹持，此时取消对隔膜5的压持和吸附，随后启动驱动件24带动压板23远离隔膜5，使得隔膜5仅端部通过顶板22与叠片平台4夹持固定，再进行首层覆膜；平移导向件1，导向件1带动隔膜5向叠片平台4另一侧平移，从而使得隔膜5翻转并平铺在叠片平台4上，从而实现首层隔膜5的覆膜动作。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种锂电池叠片首层隔膜覆膜结构，其特征在于，包括依次设置的导向件(1)、定位件(2)、切割件(3)和叠片平台(4)；所述叠片平台(4)用于覆膜并支撑电芯；

所述定位件(2)包括安装架(21)、顶板(22)、压板(23)和驱动件(24)；

所述顶板(22)设置在所述安装架(21)顶壁，所述压板(23)设置有两组，并分别设置在所述顶板(22)两端，且两组所述压板(23)的分布方向与隔膜(5)长度方向垂直；所述压板(23)用于将所述隔膜(5)压持在所述压板(23)与顶板(22)之间，所述驱动件(24)设置在所述安装架(21)上，并用于带动所述压板(23)远离所述顶板(22)；

所述切割件(3)用于切割隔膜(5)，所述导向件(1)用于对隔膜(5)导向，且所述导向件(1)能够沿所述导向件(1)、所述定位件(2)和所述叠片平台(4)分布方向平移。

2.如权利要求1所述的锂电池叠片首层隔膜覆膜结构，其特征在于，所述导向件(1)包括至少一组导向辊，一组所述导向辊包括两只平行且转动的轴辊(11)，所述隔膜(5)于两所述导向辊之间穿过，通过所述导向辊对所述隔膜(5)进行导向。

3.如权利要求2所述的锂电池叠片首层隔膜覆膜结构，其特征在于，所述顶板(22)空心设置，且所述顶板(22)表面开设有若干与所述顶板(22)内腔连通的吸附孔(221)，所述顶板(22)上设置有与所述顶板(22)内腔连通的气管接头(222)，所述气管接头(222)用于外接真空源，以对所述顶板(22)内腔持续抽压。

4.如权利要求3所述的锂电池叠片首层隔膜覆膜结构，其特征在于，所述顶板(22)包括呈拐角设置的水平段(223)和竖直段(224)，所述竖直段(224)朝向所述叠片平台(4)一侧设置。

5.如权利要求2所述的锂电池叠片首层隔膜覆膜结构，其特征在于，所述切割件(3)包括固定件以及设置在所述固定件上的压辊(31)和切刀(32)，所述压辊(31)与所述导向辊平行，且所述固定件沿所述导向辊的平移方向与所述导向辊保持相对静止，所述切刀(32)横向靠近所述叠片平台(4)设置，且所述切刀(32)的刀刃在高度方向上低于所述压辊(31)；所述压辊(31)与切刀(32)能够沿垂直于所述叠片平台(4)方向升降。

6.如权利要求4所述的锂电池叠片首层隔膜覆膜结构，其特征在于，所述定位件(2)还包括驱动电机(26)和滚珠丝杆(27)，所述顶板(22)设置在所述安装架(21)顶壁，所述驱动电机(26)设置在所述安装架(21)上，所述滚珠丝杆(27)同轴连接在所述驱动电机(26)的输出轴上，且所述滚珠丝杆(27)轴向垂直于所述叠片平台(4)设置，所述滚珠丝杆(27)上的丝杆螺母(271)用于带动所述顶板(22)升降。

7.如权利要求6所述的锂电池叠片首层隔膜覆膜结构，其特征在于，所述安装架(21)包括底板(211)、安装座(212)和支撑座(213)，所述底板(211)用于安装在叠片机设备上，所述安装座(212)固定在所述底板(211)上，并用于安装所述驱动电机(26)；所述支撑座(213)滑动连接在所述安装座(212)上，所述滚珠丝杆(27)上的丝杆螺母(271)固定安装在所述支撑座(213)上，所述顶板(22)设置在所述支撑座(213)顶壁。

8.如权利要求7所述的锂电池叠片首层隔膜覆膜结构，其特征在于，所述驱动件(24)包括上下移动气缸(241)和前后移动气缸(242)，所述前后移动气缸(242)设置在所述支撑座(213)上，所述上下移动气缸(241)设置在所述前后移动气缸(242)的输出轴一端，所述压板(23)设置在所述上下移动气缸(241)的输出轴一端。

9.如权利要求7所述的锂电池叠片首层隔膜覆膜结构，其特征在于，所述定位件(2)还包括左右平移气缸(25)，所述左右平移气缸(25)设置在所述顶板(22)背离所述叠片平台(4)一侧，且所述顶板(22)安装在所述左右平移气缸(25)的输出轴一端，所述左右平移气缸(25)用于带动所述顶板(22)平移，并使得所述竖直段(224)与所述叠片平台(4)的侧壁抵接。

10.如权利要求8所述的锂电池叠片首层隔膜覆膜结构，其特征在于，所述定位件(2)还包括控制器、感应器(28)与感应片(281)，所述感应片(281)安装在所述安装座(212)上，所述感应器(28)用于感应所述滚珠丝杆(27)上丝杆螺母(271)的位置，且所述感应器(28)与所述驱动电机(26)均与所述控制器电连接；当所述滚珠丝杆(27)上丝杆螺母(271)的位置超出所述感应器(28)设定范围后，所述驱动电机(26)关闭。

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