CN201323224Y - 一种卷绕装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动提供正、负极片、隔膜，自动完成卷绕的卷绕装置。本实用新型卷绕装置，包括工作台、卷针，卷针设置在工作台上；工作台上还设置有隔膜卷、极片盒、取片机构、推片机构、拉切隔膜机构；取片机构用于将极片从极片盒中取出，然后送至推片机构中；推片机构用于将极片推至卷针处、拉切隔膜机构用于切取合适长度隔膜并取至卷针处。本实用新型克服了手工卷绕过程中的人手对极片的接触，以及定位不准，张力不好控制和一致性差的问题。整齐度较好，并且劳动强度有显著降低，效率极大提高。

Description

一种卷绕装置

【技术领域】

本实用新型涉及锂离子电池极芯卷绕领域。

【背景技术】

锂离子电池是现阶段常用的能源，锂离子电池根据极芯制作工艺方式的不同分为卷绕式锂离子电池和叠片式锂离子电池。卷绕式电池是指将一片正极片、两片隔膜、一片负极片卷绕成极芯，然后制成锂离子电池；叠片式电池则是将多片正极片/隔膜/负极片依次叠置而成。卷绕式锂离子电池极芯的卷绕是通过卷针来实现的，卷针一般包括活动卷针和固定卷针两部分，可将隔膜、正极片、负极片放入其中；然后两部分合在一起旋转，即可实现卷绕。一般卷绕时采用人工操作，人手将隔膜、正极片、负极片放入卷针当中卷绕，但人手在接触当中，会对隔膜、极片造成不利的影响。生产过程中多次用手接触极片，极片受损严重；员工的劳动强度较大；卷绕的整齐度受人为因素影响大，成品的一致性比较低。这种情况极大的制约了动力电池的发展。

【发明内容】

为解决上述问题，本实用新型提供了一种自动提供正、负极片、隔膜，自动完成卷绕的卷绕装置。

本实用新型卷绕装置，包括工作台、卷针，卷针设置在工作台上；工作台上还设置有隔膜卷、极片盒、取片机构、推片机构、拉切隔膜机构；取片机构用于将极片从极片盒中取出，然后送至推片机构中；推片机构用于将极片推至卷针处、拉切隔膜机构用于切取合适长度隔膜并取至卷针处。

本实用新型克服了手工卷绕过程中的人手对极片的接触，以及定位不准，张力不好控制和一致性差的问题。本实用新型通过对卷绕过程进行自动控制，用真空来吸取片和气缸进行推片动作，并将隔膜和两个单片同时卷饶的方式，从而能够达到较高要求的定位，整齐度较好，并且劳动强度有显著降低，效率极大提高。

【附图说明】

下面结合附图对本实用新型具体实施方式做详细说明。

图1本实用新型具体实施方式中卷绕装置立体示意图；

图2本实用新型具体实施方式中负极推片机构示意图；

图3本实用新型具体实施方式中拉切隔膜机构示意图；

图4本实用新型具体实施方式中取片机构示意图；

图5本实用新型具体实施方式中正极推片机构示意图；

图6图3中夹持气缸示意图；

图7本实用新型具体实施方式中取片机构及极片盒示意图；

图8本实用新型具体实施方式中贴胶布机构示意图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型主要针对锂离子电池，然其他镍氢、镍镉等电池也可适用。

实施例

为方便描述，先定义XYZ坐标系，定义沿纸面横向为X向，定义垂直纸面方向为Y向，定义纸面纵向为Z向。

如图1所示，本实施例公开了一种卷绕装置，包括工作台1、卷针9，卷针9设置在工作台1上；工作台1上还设置有隔膜卷5、极片盒8、取片机构3、推片机构、拉切隔膜机构4；取片机构3用于将极片从极片盒8中取出，然后送至推片机构中，推片机构用于将极片推至卷针9处、拉切隔膜机构4用于切取合适长度隔膜并取至卷针处。

显然，人所共知的是，极片分为正极片和负极片。

如图7所示，装极片的极片盒8分为正极片盒82和负极片盒81。正极片盒82和负极片盒81并排放置在取片机构3的下方，便于取片机构3垂直运动(即Z向)取片。

如图1所示，隔膜卷5为成卷的隔膜，放置在一轴上，可释放隔膜以供卷针9卷绕形成极芯。本例中设置了两个隔膜卷5。

工作台1是安装其他机械组件的基体，几乎所有部件均安装在工作台1上。卷绕是将电池正极片、隔膜、负极片在卷针9上卷绕成极芯。

为实现自动化，需有提供自动将正极片、隔膜、负极片送入卷针9的装置。本例中推片机构即实现将正极片、负极片送入卷针，而拉切隔膜机构4则切取合适长度的隔膜送入卷针中进行卷绕。

卷针9为本领域技术人员所熟知，卷针9一般分为活动卷针和固定卷针两部分，两部分可合而为一，然后在旋转轴的带动下带动卷针旋转，从而实现卷绕。卷针9的专利较多，本领域人员很容易找到相关专利，比如公开号为CN2785150的专利中即公开了一种卷针，需要合适的卷针9只需本领域技术人员适当选择即可，本实用新型中无特别规定，因为公知技术，不再熬述。

同时，优选地，可对卷绕完成的极芯进行自动贴胶布处理，只需增加一贴胶布机构7即可。

贴胶布机构在电池制造领域是常用部件，如图8所示，本例中贴胶布机构包括胶布放卷装置71、切胶布装置72、吸取胶布装置73、夹胶布装置74。胶布放卷装置将胶布释放出来，夹胶布装置74为一Y向运动的夹持气缸，夹持气缸夹住胶布端头，然后拉出合适胶布长度。然后吸取胶布装置73为Z向运动的气缸，能真空吸住胶布未含胶的背面，切胶布装置72为设有刀片的笔形气缸，切取合适长度的胶布。然后吸取胶布装置73沿Z向下行，将胶布贴到卷针9上的极芯上。即完成贴胶布过程，然后吸取胶布装置回位，重复上述的过程。

同时在胶布装置动作时，吸取胶布装置73不能挡住胶布的路径，因此发明人又设计了一双联气缸75，双联气缸75可将吸取胶布装置73往Z向上行带离胶布，以防止阻挡胶布的路径。

推片机构包括正极推片机构2和负极推片机构6；正极推片机构2用于将正极片推至卷针9处，负极推片机构6用于将负极片推至卷针9处。

如图1中所示，本例中负极推片机构6和正极推片机构2在空间上大致上下平行设置，正极推片机构2设置在负极推片机构6的上方，因在卷绕时正极片、隔膜、负极片将处于互相叠置的状态，因此设置成平行状态易于后续的程序处理；当然，正极推片机构2和负极推片机构3也可调换位置，或者其他任意位置，只要能实现给卷针9提供正极片、负极片即可。

负极推片机构6主要包括装载运送负极片的负极片板60及动力机构，正极推片机构2主要包括装载运送正极片的正极片板20及动力机构。正极片板20位于负极片板60上方，本例中前述已经说明，本例中的正极片盒82、负极片盒81是并排设置在取片机构3下方的，取片机构3取正极片和负极片的动作是同时进行的，同时也将正极片和负极片同时水平传送至正极片板20和负极片板60的上方，因此，本例中负极片板60宽度要大于正极片板20宽度。

如图2所示，负极推片机构包括放置负极片的负极片板60，负极片板60上设有一负极片槽(图中未示出)；负极片槽用于使负极片处于待工作位置；所谓待工作状态即负极片已经在准确位置，使得下步机器能将负极片正确地送入卷针9中；负极片板60的一边(本例中如图纸面内侧，即Y向纸面内侧)上设有负极压片机构及第二笔形气缸63；所述负极压片机构用于压住负极片槽中的负极片，本例中负极压片机构为一平行夹持缸62，平行夹持缸62的一夹持臂61设置在负压片板60上端，负极片放置在负极片槽中时，平行夹持缸62控制夹持臂61下压，压住负极片，所述第二笔形气缸63用于推动负极压片机构沿负极片板60的边沿运动，在摩擦力作用下带动负极片朝卷针9方向运动，将负极片擦入卷针9中。如图所示，本例中负极推片机构6工作时，将负极片从纸面左边送至纸面右边的卷针9处。

因为当将负极片从取片机构3中取送至负极片板60时，负极片此时并不在负极片槽中，因此，本发明人在负极片板60的另一边(本例中如图纸面外侧)设有一可垂直边沿方向运动的挡杆66，所述挡杆66可将负极片板60上随意位置的负极片推入负极片槽中。同时在负极片板60上设有导轨滑块机构64及无杆气缸65；无杆气缸65提供挡杆66运动的动力，导轨滑块机构64使挡杆66运动的阻力减小。

正极推片机构2放置在负极推片机构6的上方，如图5所示，正极推片机构2包括放置正极片的正极片板20，正极片板20上设有一正极片槽(图中未示出)；正极片槽用于使正极片处于待工作位置；正极片板20的边上设有正极压片机构及第一笔形气缸22；所述正极压片机构用于压住正极片槽中的正极片，本例中为两个旋转气缸21、23，当未放入正极片之前，旋转气缸21、23处于图示中状态，当放入正极片之后，旋转气缸21、23旋转90度角，压住位于正极片槽中的正极片。图5中所述第一笔形气缸22用于推动正极压片机构沿正极片板的边沿延伸方向运动，在摩擦力作用下带动正极片朝卷针9方向运动，将正极片插入卷针9中。

正极片板20因需要为一斜面和一水平面构成，设置斜面的目的是引导正极片至卷针9处。

正极片槽与负极片槽在空间上处于上下叠置的状态。本例中正极推片机构2和负极推片机构6分别采取了不同的方案来实现，显然本领域技术人员完全可以将正极推片机构2和负极推片机构6的功能对换，或采取一些相同的方式实现，这样的变换对于本领域技术人员来说，是易于实现的，无需付出创造性劳动。

取片机构3包括垂直吸取装置、水平传送装置31；垂直吸取装置用于将极片盒8中的极片取出，水平传送装置31用于将极片送至推片机构中。

如图4所示，取片机构3中的垂直吸取装置包括吸板(图中未示出)，吸盘(图中未示出)及多个(本例中设置4个)沿Z向垂直运动的取片气缸32、33、34、35，吸盘设置在吸板下表面；吸盘通过抽真空的方式吸取极片。取片气缸与吸板连接，吸板下表面的吸盘工作时可以牢牢吸住极片，控制吸板带动极片沿Z向上下运动；水平传送装置31与吸板连接；控制吸板沿Y轴方向水平运动，即可将所述吸板携带正极片、负极片分别推送至正极片板、负极片板上。

如图，本例中Y向纸面向内的方向两个取片气缸32、33动作吸取正极片；Y向纸面向外的方向两个取片气缸34、35动作吸取负极片；

垂直吸取装置和水平传送装置31通过推杆机构36相连，吸板位于推杆机构36下方，水平传送装置31本例中为一无杆气缸。实现正极片、负极片同取同放。

如图3所示，拉切隔膜机构4包括一夹持机构45、三维运动机构及切断机构44，夹持机构15用于夹持隔膜，三维运动机构与夹持机构45相连，以控制夹持机构45带动隔膜向卷针9运动，将隔膜插入卷针9中，切断机构44设置在夹持机构45上，用于切取合适长度的隔膜。

三维运动机构安装在工作台1上，可控制夹持机构45在空间三维方向的运动，三维运动机构包括X向滑轨气缸41、Z向升降气缸42及Y向行进气缸43；X向滑轨气缸41安装在工作台上，可实现X向的运动；Z向升降气缸42安装在X向滑轨气缸41上，实现Z向升降运动；Y向行进气缸43装在Z向升降气缸42上，实现Y向运动。夹持机构45安装在Y向行进气缸43上，则可实现夹持机构45在空间XYZ三向的运动。

夹持机构45在本例中为一夹持气缸。如图6所示，可清楚地看到，夹持气缸在Y向伸出两夹持杆450，两夹持杆450可在Z向相对张合运动，以实现夹住和松开物体，本例中用于夹持隔膜。

同时，切断机构44安装在夹持机构45上，用于切取合适长度的隔膜，不同型号的电池需要不同长度的隔膜，根据需要选定要切取的长度，本例中切断机构44为一安装有刀片的笔形气缸。

工作时，首先夹持机构45夹持住隔膜，然后X向滑轨气缸41在X向远离隔膜卷5方向运动，拉出合适长度隔膜，然后Z向升降气缸42沿Z向动作升降合适距离，与卷针9位置持平，然后Y向行进气缸43沿Y向朝卷针运动，直至达到指定的位置用于卷绕。此时，切断机构44动作切取合适长度隔膜。即完成一次送入隔膜动作，可控制程序重复执行。

本实用新型所有提供动力的装置均为气缸，因此通过plc控制系统可方便实现对整个系统的控制，达到自动运行的目的。

下面将介绍本实用新型卷绕装置工作过程：

1、先将隔膜卷5上的隔膜手工拉至卷针上，并通过拉切隔膜机构4中夹持机构45，夹持机构45的两夹持杆450动作夹住隔膜，通过切断机构切取合适长度的隔膜。以后则不再需要人手操作，由程序自动运行。

2、正极片、负极片已经位于正极片盒、负极片盒中，取片机构3上的取片气缸32、33、34、35沿Z向下行，下行设定的合适距离后吸板到达待定位置，吸板上的吸盘吸取极片，然后沿Z向上行。此时极片一直吸取在吸板上。

3，然后取片机构3上水平传送装置31动作，将正极片、负极片对应设置正极推片机构2的正极片板20、负极推片机构6的负极片板60上方，然后吸板上吸盘释放正极片，负极片；使正极片、负极片分别对应落在正极片板20、负极片板60上。

4，此时正极片已经位于正极片槽中，而负极片还未位于负极片槽中，因此程序动作将负极片推入负极片槽中。

5，与此同时，隔膜已经准备就位。

6，正极推片机构2、负极推片机构6、拉切隔膜机构4同时动作，将正极片、负极片、隔膜送入卷针4中。

7，卷针卷绕。

8，卷绕完成，执行贴胶布程序。

Claims (10)

1，一种卷绕装置，包括工作台、卷针，卷针设置在工作台上；其特征在于：工作台上还设置有隔膜卷、极片盒、取片机构、推片机构、拉切隔膜机构；所述取片机构用于将极片从极片盒中取出，然后送至推片机构中；所述推片机构用于将极片推至卷针处、所述拉切隔膜机构用于切取合适长度隔膜并取至卷针处。

2，如权利要求1所述的卷绕装置，其特征在于：所述取片机构包括垂直吸取装置、水平传送装置；所述垂直吸取装置用于将极片盒中的极片取出，所述水平传送装置用于将极片送至推片机构中。

3，如权利要求2所述的卷绕装置，其特征在于：所述推片机构包括正极推片机构及负极推片机构；所述正极推片机构用于将正极片推至卷针处；所述负极推片机构用于将负极片推至卷针处。

4，如权利要求3所述的卷绕装置，其特征在于：所述正极推片机构包括放置正极片的正极片板，正极片板上设有一正极片槽；正极片槽用于使正极片处于待工作位置；正极片板的边上设有正极压片机构及第一笔形气缸；所述正极压片机构用于压住正极片槽中的正极片，所述第一笔形气缸用于推动正极压片机构沿正极片板的边沿运动，以带动正极片朝卷针方向运动，将正极片插入卷针中。

5，如权利要求3中所述的卷绕装置，其特征在于：所述负极推片机构包括放置负极片的负极片板，负极片板上设有一负极片槽；负极片槽用于使负极片处于待工作位置；负极片板的一边上设有负极压片机构及第二笔形气缸；所述负极压片机构用于压住负极片槽中的负极片，所述第二笔形气缸用于推动负极压片机构沿负极片板的边沿运动，以带动负极片朝卷针方向运动，将负极片擦入卷针中，在负极片板的另一边设有一可垂直边沿方向运动的挡杆，所述挡杆可将负极片板上随意位置的负极片推入负极片槽中。

6，如权利要求4中所述的卷绕装置，其特征在于：所述负极推片机构包括放置负极片的负极片板，负极片板上设有一负极片槽；负极片槽用于使负极片处于待工作位置；负极片板的一边上设有负极压片机构及第二笔形气缸；所述负极压片机构用于压住负极片槽中的负极片，所述第二笔形气缸用于推动负极压片机构沿负极片板的边沿运动，以带动负极片朝卷针方向运动，将负极片擦入卷针中，在负极片板的另一边设有一可垂直边沿方向运动的挡杆，所述挡杆可将负极片板上随意位置的负极片推入负极片槽中。

7，如权利要求6中所述的卷绕装置，其特征在于：所述极片盒包括盛放正极片的正极片盒和盛放负极片的负极片盒；所述取片机构可对应的将正极片盒中正极片取至正极片板上，将负极片盒中负极片取至负极片板上。

8，如权利要求1中所述的卷绕装置，其特征在于：所述拉切隔膜机构包括一夹持机构、三维运动机构及切断机构，所述夹持机构用于夹持隔膜，所述三维运动机构与夹持机构相连，以控制所述夹持机构带动隔膜向卷针运动，将隔膜插入卷针中，所述切断机构设置在夹持机构上，用于切取合适长度的隔膜。

9，如权利要求2或7中所述的卷绕装置，其特征在于：所述取片机构中的垂直吸取装置包括吸板，吸盘及多个垂直运动的取片气缸，所述吸盘设置在吸板上；取片气缸与吸板连接，控制所述吸板带动极片上下运动；所述水平传送装置与吸板连接；即可将所述吸板携带正极片、负极片分别推送至正极片板、负极片板上。

10，如权利要求1中所述的卷绕装置，其特征在于：还包括贴胶布机构，用于对卷绕后的极芯进行贴胶布动作。

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