CN117199547B - 一种全幅压膜叠片装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全幅压膜叠片装置，包括支撑隔膜和极片的叠片台、可沿叠片台长度方向往复移动的下支撑板；在所述下支撑板上设置有在叠片台上覆上隔膜的覆膜机构、将覆膜的隔膜捋平的捋膜机构与覆膜完毕后切断隔膜的切膜机构；还在叠片台的端部设置压板和端部压刀。压板和端部压刀对隔膜的首尾两端进行定位，捋膜机构在隔膜附上叠片台之前展平隔膜，从而保证隔膜的平整。本发明提高了Z型叠片对宽幅电芯及多片电芯的可行性，直击行业痛点，降低了隔膜褶皱所带来的电化学稳定性降低的安全风险，提高了设备的生产良率，大大节约了隔膜褶皱问题导致的电芯报废的成本。

Description

一种全幅压膜叠片装置

技术领域

本发明涉及一种锂电池叠片设备，具体是一种全幅压膜叠片装置。

背景技术

锂电池电芯的覆膜工艺是指利用Z型叠片台将正极片和负极片叠装并在锂电池的正负极片之间附上隔膜，在覆膜过程中需要定位隔膜和极片的位置。现有技术中的定位装置是在叠片台两侧设置多个压刀，利用压刀压住隔膜和极片。但是由于压刀的尺寸限制，仅会对小尺寸电芯产生较好的覆膜效果。当对宽幅电芯或者并列的多片电芯进行覆膜时，压刀仅会定位隔膜的侧边位置，造成隔膜中间产生褶皱，特别是在有较长覆膜长度的需求下，褶皱现象尤其严重，最终导致电芯的成品质量不理想。

Z型叠片覆膜隔膜打皱主要是在隔膜最后一级过辊相对叠片台运行过程中，压刀或者放卷单元之间匹配过程中发生打皱。行业所采用的方案是减少最后一级隔膜过辊到压刀的间距，可以有效减小隔膜的不可控长度，减少发生褶皱的概率，但是隔膜仍然会产生褶皱现象。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种全幅压膜叠片装置，包括支撑隔膜和极片的叠片台、覆膜支撑机构，所述叠片台上设置有压膜机构；

定义叠片台的长度方向为覆膜方向，所述覆膜支撑机构包括可沿叠片台长度方向往复移动的下支撑板；在所述下支撑板上设置有在叠片台上覆上隔膜的覆膜机构、将覆膜的隔膜捋平的捋膜机构与覆膜完毕后切断隔膜的切膜机构；

所述覆膜机构包括一对并列设置的覆膜夹辊；

所述捋膜机构包括位于覆膜夹辊两侧的捋膜元件，所述捋膜元件与覆膜夹辊并列设置；

所述切膜机构包括可相对于下支撑板竖直移动的切刀支撑板，所述切刀支撑板的底部设置有与覆膜夹辊同向的切刀；

所述压膜机构包括沿叠片台长度方向设置于叠片台中部的中部压膜组件与分别设置于叠片台两端的两组首尾压膜组件；

所述首尾压膜组件包括支撑隔膜首尾端的端部压刀和定位隔膜首尾端的压板；所述端部压刀位于叠片台的两侧，所述压板位于两侧端部压刀之间。

进一步地，所述捋膜元件为金属丝，金属丝通过固定头连接在下支撑板上；固定头的外侧设置有调整金属丝的松紧度的张紧气缸，所述金属丝的两端与张紧气缸相连。

进一步地，所述覆膜支撑机构包括沿叠片台长度方向移动的直线滑台，所述下支撑板通过连接支架滑动连接于所述直线滑台,通过直线滑台带动支撑板沿叠片台长度方向移动。

进一步地，所述覆膜支撑机构还包括设于连接支架上的纠偏机构，所述纠偏机构包括监控覆膜机构上隔膜位置的第一纠偏检测器和沿叠片台宽度方向延伸的纠偏导轨，所述下支撑板滑动连接于所述纠偏导轨，通过第一纠偏检测器反馈的信息对支撑板的位置进行调整。

进一步地，所述覆膜夹辊的上方设置有一对并列设置的导向夹辊，所述导向夹辊通过上支撑板设置在连接支架上，上支撑板与下支撑板之间通过夹辊连接板相连。

进一步地，所述压膜机构包括带动压板移动的压板调节机构；

所述压板调节机构为位于压板两侧的两组，两组压板调节机构之间通过连接杆相连；

所述压板设置于所述连接杆上。

进一步地，所述压板调节机构包括沿隔膜传输方向延伸的水平移动模组，所述水平移动模组的输出端连接有水平移动板；水平移动板上设置有竖直移动模组，所述竖直移动模组的输出端设置有升降板，所述连接杆的两端分别与所述升降板相连。

进一步地，还设置有固定首膜位置的首膜吸附组件，所述首膜吸附组件包括设于叠片台首端的翻转板和首膜纠偏机构；

所述首膜纠偏机构包括位于翻转板底部的纠偏板，所述翻转板和纠偏板相对的端面各设置有隔膜吸附孔；

所述翻转板具有沿叠片台宽度方向设置的旋转中心，通过翻转的方式将首膜传递给纠偏板。

进一步地，翻转板与压板分别设置于连接杆的两侧，所述连接杆的端部连接有翻转电机，以使连接杆形成所述翻转板的旋转中心。

进一步地，所述首膜纠偏机构包括固定设置的纠偏支撑座、设置于纠偏支撑座上用于监控纠偏板上隔膜位置的第二纠偏检测器和纠偏丝杆,所述纠偏丝杆与纠偏板通过丝杠传动结构相连，通过第二纠偏检测器反馈的信息调整纠偏板的位置。

本发明提供了一种全幅压膜叠片装置，包括支撑隔膜和极片的叠片台、可沿叠片台长度方向往复移动的下支撑板；在所述下支撑板上设置有在叠片台上覆上隔膜的覆膜机构、将覆膜的隔膜捋平的捋膜机构与覆膜完毕后切断隔膜的切膜机构；还在叠片台的端部设置压板和端部压刀。压板和端部压刀对隔膜的首尾两端进行定位，捋膜机构在隔膜附上叠片台之前展平隔膜，从而保证隔膜的平整。覆膜机构、捋膜机构、切膜机构均设置在下支撑板上，以保持整个功能模块的同步运行。

本发明通过增加压板来配合端部压刀对隔膜全幅压膜，再加上捋膜机构展平隔膜，覆膜的同时进行捋膜，使隔膜褶皱现象大大减少。本发明能够有效地解决宽幅电芯和多片电芯覆膜时隔膜褶皱的问题，保护隔膜覆膜平整，位置无偏移，提高电芯的对齐度，减少不良品的产生，从而节约成本提升效率。

实施例中还在连接支架上设置纠偏机构，以调整支撑板相对于叠片台宽度方向的位置；同时在叠片台的端部设置首膜纠偏机构，对纠偏台上的首膜进行固定和纠偏。本发明能够完成覆膜、覆极片、切膜的循环工作，具有较强的兼容能力和较高的运行稳定性。

附图说明

图1是本发明一种全幅压膜叠片装置的结构示意图；

图2是覆膜支撑机构的结构示意图之一；

图3是覆膜支撑机构的结构示意图之二；

图4是捋膜机构的结构示意图；

图5是切膜机构的结构示意图；

图6是压膜组件的结构示意图；

图7是中部压膜组件上压刀组合与压刀调节机构的连接示意图；

图8是首尾压膜组件上端部压刀与压刀调节机构的连接示意图；

图9是压板调节机构的结构示意图；

图10是首膜纠偏机构的结构示意图；

图11是首膜纠偏机构与翻转板的结构示意图；

图12是叠片台调节机构的结构示意图。

附图标记：叠片台1、内支撑板101、第三顶升气缸102；

覆膜支撑机构2、下支撑板201、直线滑台202、连接支架203、纠偏机构204、第一纠偏检测器2041、纠偏导轨2042、纠偏电机2043、上支撑板205、夹辊连接板206；

覆膜机构3、覆膜夹辊301、导向夹辊302；

捋膜机构4、捋膜元件401、固定头402、张紧气缸403；

切膜机构5、滑轨501、切刀支撑板502、切刀503、第一顶升气缸504；

压膜机构6、内压刀601、外压刀602、端部压刀603、压板604、压板调节机构605、水平移动板6051、升降板6052、第一直线电机6053、第二直线电机6054、连接杆6055、压刀调节机构606、压刀支撑板6061、旋转电机6062、双向换向器6063、第一丝杆6064、第二顶升气缸6065、支架6066、叠片台调节机构607、第二丝杆6071、叠片台支撑板6072、导向滑轨6073、翻转板608、翻转电机609；

首膜纠偏机构7、纠偏支撑座701、纠偏丝杆702、纠偏板703、首膜纠偏电机704、顶升支撑板705、第四顶升气缸706。

具体实施方式

如图1所示的一种全幅压膜叠片装置，包括支撑隔膜和极片的叠片台1、覆膜支撑机构2，所述覆膜支撑机构2包括可沿叠片台1的长度方向往复移动的下支撑板201，叠片台1上设置有压膜机构6；在所述下支撑板201上设置有覆膜机构3、捋膜机构4与切膜机构5。叠片台1的长度方向为极片和隔膜的铺设方向，覆膜机构3用于在叠片台1上极片的表面覆上隔膜；捋膜机构4用于将覆膜后的隔膜捋平，防止隔膜表面产生皱褶；切膜机构5用于在覆膜完毕后切断隔膜。下支撑板201带动覆膜机构3、捋膜机构4与切膜机构5沿叠片台1往复移动，配合外部的极片机械手，完成隔膜在极片表面的铺设。

如图2、图3所示，本实施例利用直线滑台202带动下支撑板201沿叠片台1的长度方向移动，所述下支撑板201通过连接支架203滑动连接于所述直线滑台202。在连接支架203上还设置有纠偏机构204，以在叠片台1的宽度方向调整下支撑板201的位置。所述纠偏机构204包括设于连接支架203上的第一纠偏检测器2041和沿叠片台1宽度方向延伸的纠偏导轨2042，所述下支撑板201滑动连接于所述纠偏导轨2042；纠偏导轨2042的一端连接有纠偏电机2043，所述纠偏电机2043的输出端通过丝杠传动结构与下支撑板201相连，从而带动下支撑板201沿所述纠偏导轨2042移动。第一纠偏检测器2041能够监控覆膜机构3上隔膜的位置，当检测到隔膜在叠片台1的宽度方向有偏差时，再通过纠偏电机2043控制下支撑板201沿纠偏导轨2042移动，调整覆膜机构3的覆膜位置。在本实施例中，第一纠偏检测器2041为超声传感器。

所述覆膜机构3包括一对并列设置的覆膜夹辊301，隔膜从覆膜夹辊301中穿过，通过支撑板的移动完成覆膜；覆膜夹辊301的上方设置有一对并列设置的导向夹辊302，导向夹辊302通过上支撑板205设置在连接支架203上，上支撑板205与下支撑板201之间通过夹辊连接板206相连。导向夹辊302和覆膜夹辊301共同夹持和定位隔膜的位置，使隔膜从覆膜夹辊301中拉出。

如图4所示，所述捋膜机构4包括位于覆膜夹辊301两侧的捋膜元件401，所述捋膜元件401与覆膜夹辊301同向设置。当下支撑板201移动时，隔膜从覆膜夹辊301中拉出后，捋膜元件401能够使隔膜的表面展平，以保持叠片台1上隔膜的平整度。本实施例中，所述捋膜元件401为金属丝，金属丝通过固定头402连接在下支撑板201上；固定头402的外侧设置有张紧气缸403，所述金属丝的两端与张紧气缸403相连，从而调整金属丝的松紧度。

如图5所示，所述切膜机构5包括竖直设于下支撑板201上的滑轨501和滑动连接于所述滑轨501的切刀支撑板502，切刀支撑板502的底部设置有与覆膜夹辊301同向的切刀503；切刀支撑板502的一端连接有第一顶升气缸504，带动切刀支撑板502沿滑轨501移动，从而使切刀支撑板502相对于下支撑板201竖直移动。当一组电芯覆膜完毕后，第一顶升气缸504控制切刀支撑板502下移，切断多余的隔膜。

如图6至图8所示的压膜机构6，包括沿隔膜传输方向设置于叠片台1中部的中部压膜组件与分别设置于叠片台1两端的两组首尾压膜组件。中部压膜组件为现有技术，包括由内压刀601和外压刀602形成的压刀组合，多组压刀组合沿隔膜的传输方向排列并分列于叠片台1的两侧。压刀组合的作用是在叠片台1上压住极片和隔膜，内压刀601和外压刀602分别对隔膜和极片进行固定，通过内压刀601和外压刀602的交替运行完成正负极片在叠片台1上的覆膜。

隔膜被内压刀601定位后，覆膜机构3将隔膜从叠片台1的首端铺满至尾端；在隔膜上铺放极片，外压刀602压住极片，覆膜机构3会从叠片台1尾端返回至首端。首尾压膜组件用于定位首端与尾端的位置，如图6所示，所述首尾压膜组件包括支撑隔膜首尾端的端部压刀603和定位隔膜首尾端的压板604，端部压刀603压住极片，当覆膜机构3从叠片台1的一端向另一端移动时，端部压刀603限定了隔膜的首端和尾端的位置。所述端部压刀603位于叠片台1的两侧，所述压板604位于两侧端部压刀603之间，端部压刀603从隔膜的两侧进行定位，压板604从隔膜的端部的中央进行定位，端部压刀603和压板604共同定位隔膜首尾两端的位置，从而避免宽幅电芯覆膜时因定位面不全所导致的隔膜中部产生的褶皱现象。

如图9所示，所述首尾压膜组件包括带动压板604移动的压板调节机构605，所述压板调节机构605包括沿隔膜传输方向延伸的水平移动模组，所述水平移动模组的输出端连接有水平移动板6051；水平移动板6051上设置有竖直移动模组，所述竖直移动模组的输出端设置有升降板6052，所述压板604连接于所述升降板6052。具体在本实施例中，所述水平移动模组为第一直线电机6053，所述水平移动板6051设置在第一直线电机6053的滑块上，使压板604能够沿隔膜铺设方向移动，从而离开或者靠近隔膜的端部区域；竖直移动模组为设于水平移动板6051上的第二直线电机6054，所述升降板6052设置于第二直线电机6054的滑块上，使压板604能够沿竖直方向移动，跟随覆膜过程的进行调整压板604的高度。进一步地，所述压板调节机构605为两组，两组升降板6052之间通过连接杆6055相连，所述压板604设置在连接杆6055上。

如图7和图8所示，本实施例中，所述端部压刀603与压刀组合均通过压刀调节机构606进行移动。所述压刀调节机构606包括支架6066以及设置于支架6066两侧的压刀支撑板6061，所述压刀支撑板6061通过丝杠传动结构与支架6066相连；所述丝杠传动机构包括旋转电机6062，所述旋转电机6062的输出端通过双向换向器6063连接有第一丝杆6064，所述压刀支撑板6061传动连接于所述第一丝杆6064上。旋转电机6062带动丝杠转动，进而带动压刀支撑板6061两侧的压刀支撑板6061沿第一丝杆6064移动，从而实现压刀在水平方向的插入。压刀支撑板6061上设置有第二顶升气缸6065，所述端部压刀603、内压刀601、外压刀602均连接在第二顶升气缸6065的输出轴上，通过第二顶升气缸6065的带动实现压刀在竖直平面对隔膜和极片的压合。进一步地，同侧的内压刀601、外压刀602各连接在同一组压刀支撑板6061上，使压刀组合的压膜动作保持一致。

如图12所示，还设有叠片台调节机构607，所述叠片台调节机构607包括竖直设置的第二丝杆6071、为叠片台1提供支撑的叠片台支撑板6072，所述叠片台支撑板6072通过丝杠传动结构连接在第二丝杆6071上，带动叠片台1沿第二丝杆6071竖直移动。叠片台1的底部还设置有竖直延伸的导向滑轨6073，以辅助叠片台1的竖直升降移动。

叠片台1的上端面还设置有内支撑板101，所述内支撑板101的底部连接有第三顶升气缸102，内支撑板101和叠片台1共同支撑极片和隔膜，第三顶升气缸102能够调整内支撑板101相对于叠片台1的高度，以便于为覆膜后的电芯提供传输空间。

本发明的工作过程如下：覆膜机构3在叠片台1上覆首膜时，首端的压板604压住首膜的端部中间位置，覆膜夹辊301拉动隔膜，捋膜机构4抚平隔膜的表面，将隔膜铺满整个叠片台1；首端的压板604撤去，两侧的内切刀503固定住隔膜的位置；在隔膜的表面铺设极片，外切刀503和端部切刀503固定住极片的位置，此时覆膜机构3从叠片台1的尾端开始返回，端部切刀503限定了隔膜尾端的位置，同时尾端的压板604压住返回的隔膜，从中部固定隔膜的位置。循环铺膜、压膜、铺极片、压极片的过程，最终实现对电芯的叠片和覆膜。等待电芯覆膜完毕后，切刀支撑板502下移切断隔膜，等待下一组电芯的覆膜。

如上所述，在更换一组新的电芯叠片台1时，需要在叠片台1上铺设首层隔膜，本实施例还设置有首膜吸附组件，如图10和图11所示，所述首膜吸附组件包括设于叠片台1首端的翻转板608和首膜纠偏机构7，所述首膜纠偏机构7包括纠偏板703，所述翻转板608和纠偏板703相对的端面各设置有隔膜吸附孔。所述翻转板608具有沿叠片台1宽度方向设置的旋转中心，首膜被翻转板608吸住，通过旋转中心再传递给纠偏板703；纠偏板703能够沿在叠片台1的宽度方向往复移动，用于固定首膜的端部位置并对首膜进行纠偏。

在本实施例中，翻转板608与压板604分别设置于连接杆6055的两侧，所述连接杆6055的端部连接有翻转电机609，连接杆6055即形成了翻转板608的旋转中心。在压膜阶段，压板604能够起到支撑隔膜的作用，并对隔膜的中间位置固定。而在附首膜阶段，翻转板608上的吸附孔朝上，可以轻易地吸住覆膜夹辊301传递的隔膜，从而固定首膜的端部位置。翻转电机609带动连接杆6055旋转，使翻转板608翻转，压板604恰好能够抵住隔膜表面，从而完成对首膜的拉紧和传递。

在本实施例中，所述首膜纠偏机构7包括固定设置的纠偏支撑座701与安装于纠偏支撑座701上的纠偏丝杆702，所述纠偏丝杆702与纠偏板703通过丝杠传动结构相连；纠偏支撑座701上设置有第二纠偏检测器，以监控纠偏板703上首膜的位置。纠偏丝杆702的端部连接有首膜纠偏电机704，以带动所述纠偏板703沿纠偏丝杆702移动，从而调整首膜在叠片台1宽度方向的位置。进一步地，纠偏板703的底部设置有顶升支撑板705，所述顶升支撑板705上固定设置有第四顶升气缸706，第四顶升气缸706的输出轴与纠偏板703相连。第四顶升气缸706能够控制纠偏板703竖直移动，从而更好地吸附从翻转板608传递过来的首膜。

实施例中首膜吸附组件的工作过程如下：当新的电芯进行覆膜时，隔膜机构的隔膜被翻转板608上的吸附孔吸住，定位首膜的端部位置；翻转电机609启动，带动首膜翻转并将首膜传递到纠偏板703上，纠偏板703吸住首膜的端部，根据第二纠偏检测器反馈的信息在叠片台1的宽度方向对首膜进行纠偏；同时压板604下压压住首膜的中间位置，覆膜机构3将隔膜铺满叠片台1的表面。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种全幅压膜叠片装置，其特征在于：包括支撑隔膜和极片的叠片台（1）、覆膜支撑机构（2），所述叠片台（1）上设置有压膜机构（6）；

定义叠片台（1）的长度方向为覆膜方向，所述覆膜支撑机构（2）包括可沿叠片台（1）长度方向往复移动的下支撑板（201）；在所述下支撑板（201）上设置有在叠片台（1）上覆上隔膜的覆膜机构（3）、将覆膜的隔膜捋平的捋膜机构（4）与覆膜完毕后切断隔膜的切膜机构（5）；

所述覆膜机构（3）包括一对并列设置的覆膜夹辊（301）；

所述捋膜机构（4）包括位于覆膜夹辊（301）两侧的捋膜元件（401），所述捋膜元件（401）与隔膜夹辊（301）并列设置；

所述切膜机构（5）包括可相对于下支撑板（201）竖直移动的切刀支撑板（502），所述切刀支撑板（502）的底部设置有与覆膜夹辊（301）同向的切刀（503）；

所述压膜机构（6）包括沿叠片台长度方向设置于叠片台（1）中部的中部压膜组件与分别设置于叠片台（1）两端的两组首尾压膜组件；

所述首尾压膜组件包括支撑隔膜首尾端的端部压刀（603）、定位隔膜首尾端的压板（604）以及压板调节机构（605）；

所述压板调节机构（605）包括带动压板（604）沿隔膜传输方向移动的水平移动模组与带动压板（604）升降移动的竖直移动模组；

所述端部压刀（603）位于叠片台（1）的两侧，所述压板（604）位于两侧端部压刀（603）之间。

2.如权利要求1所述的一种全幅压膜叠片装置，其特征在于：所述捋膜元件（401）为金属丝，金属丝通过固定头（402）连接在下支撑板（201）上；固定头（402）的外侧设置有调整金属丝的松紧度的张紧气缸（403），所述金属丝的两端与张紧气缸（403）相连。

3.如权利要求1所述的一种全幅压膜叠片装置，其特征在于：所述覆膜支撑机构（2）包括沿叠片台（1）长度方向移动的直线滑台，所述下支撑板（201）通过连接支架（203）滑动连接于所述直线滑台（202）。

4.如权利要求3所述的一种全幅压膜叠片装置，其特征在于：所述覆膜支撑机构（2）还包括设于连接支架（203）上的纠偏机构（204），所述纠偏机构（204）包括监控覆膜机构（3）上隔膜位置的第一纠偏检测器（2041）和沿叠片台（1）宽度方向延伸的纠偏导轨（2042），所述下支撑板（201）滑动连接于所述纠偏导轨（2042）。

5.如权利要求3所述的一种全幅压膜叠片装置，其特征在于：所述覆膜夹辊（301）的上方设置有一对并列设置的导向夹辊（302），所述导向夹辊（302）通过上支撑板（205）设置在连接支架（203）上，上支撑板（205）与下支撑板（201）之间通过夹辊连接板（206）相连。

6.如权利要求1所述的一种全幅压膜叠片装置，其特征在于：

所述压板调节机构（605）为位于压板（604）两侧的两组，两组压板调节机构（605）之间通过连接杆（6055）相连；

所述压板（604）设置于所述连接杆（6055）上。

7.如权利要求6所述的一种全幅压膜叠片装置，其特征在于：所述水平移动模组的输出端连接有水平移动板（6051）；竖直移动模组连接在水平移动板（6051）上，所述竖直移动模组的输出端设置有升降板（6052），所述连接杆（6055）的两端分别与所述升降板（6052）相连。

8.如权利要求6所述的一种全幅压膜叠片装置，其特征在于：还设置有固定首膜位置的首膜吸附组件，所述首膜吸附组件包括设于叠片台（1）首端的翻转板（608）和首膜纠偏机构（7）；

所述首膜纠偏机构（7）包括位于翻转板（608）底部的纠偏板（703），所述翻转板（608）和纠偏板（703）相对的端面各设置有隔膜吸附孔；

所述翻转板（608）具有沿叠片台（1）宽度方向设置的旋转中心。

9.如权利要求8所述的一种全幅压膜叠片装置，其特征在于：翻转板（608）与压板（604）分别设置于连接杆（6055）的两侧，所述连接杆（6055）的端部连接有翻转电机，以使连接杆（6055）形成所述翻转板（608）的旋转中心。

10.如权利要求8所述的一种全幅压膜叠片装置，其特征在于：所述首膜纠偏机构（7）包括固定设置的纠偏支撑座（701）、设置于纠偏支撑座（701）上用于监控纠偏板（703）上隔膜位置的第二纠偏检测器和纠偏丝杆（702），所述纠偏丝杆（702）与纠偏板（703）通过丝杠传动结构相连。