CN206134840U - 卷绕支撑芯、二次电池和电池卷绕机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种卷绕支撑芯、二次电池和电池卷绕机。卷绕支撑芯包括片状体，片状体具有相对设置的上表面和下表面以及连接上表面和下表面的侧表面，侧表面包括左表面、右表面、前表面和后表面，左表面和右表面均为沿前后方向延伸的表面，前表面分别连接左表面和右表面的前端，后表面分别连接左表面与右表面的后端，其中，卷绕支撑芯具有设置于前表面上的用于与电池卷绕机的卷针插接配合的插孔。本实用新型有利于提高二次电池的品质。

Description

卷绕支撑芯、二次电池和电池卷绕机

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，特别涉及一种卷绕支撑芯、二次电池和电池卷绕机。

背景技术

在二次电池的制造过程中，将二次电池的正、负极极片和设置于正、负极极片之间的隔膜卷绕成电芯是一道关键的生产工序。

以锂离子电池为例，现有技术中最常见的锂离子电池一般包括圆柱形锂离子电池和方形锂离子电池。常见的电芯卷绕方式也分为用于形成圆柱形锂离子电池的电芯的圆柱型卷绕方式和用于形成方形锂离子电池的电芯的方形卷绕方式两种。

圆柱形锂离子电池的电芯中极片贴合得更紧密，并且自动化程度高，因此圆柱形锂离子电池的容量性能好，而且一致性高，这在电动汽车领域具有应用优势。然而，由于散热问题，圆柱形锂离子电池的容量一般较小，一般不超于5Ah。在有大容量储电需求的领域，如储能领域和电动汽车领域，小型电池的优势并不大。

方形锂离子电池面积大，散热性能较高，可设计为容量大于10Ah的大型电池。比起小型电池，大型电池在储能领域和电动汽车领域更具有应用优势。

现有技术中，无论是圆柱形卷绕方式还是方形卷绕方式均是直接对正、负极极片和隔膜极片进行卷绕。对于圆柱形锂离子电池来说，这种卷绕方式对电池的电性能无明显破坏作用。

然而，对于方形锂离子电池来说，在后期对电芯进行热压整形时，会使电芯的边缘处产生180度的折叠，非常容易造成极片断裂和涂层掉粉，影响电池一致性，影响电池的容量性能，甚至会造成电池的微短路。此外，现有技术的电池卷绕机，在电芯卷绕完成时，卷针与电芯贴合得非常紧，容易导致在抽针时卷绕好的电芯发生抽芯现象，引起电芯不平整，严重时会导致短路，尤其是在高张力下进行卷绕的情况下抽芯现象更为严重。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种卷绕支撑芯、方形锂离子电池和电池卷绕机，旨在提高方形锂离子电池的品质。

本实用新型第一方面提供一种二次电池的卷绕支撑芯，所述卷绕支撑芯包括片状体，所述片状体具有相对设置的上表面和下表面以及连接所述上表面和所述下表面的侧表面，所述侧表面包括左表面、右表面、前表面和后表面，所述左表面和所述右表面均为沿前后方向延伸的表面，所述前表面分别连接所述左表面和所述右表面的前端，所述后表面分别连接所述左表面与所述右表面的后端，其中，所述卷绕支撑芯还包括设置于所述前表面上的用于与电池卷绕机的卷针插接配合的插孔。

可选地，所述插孔为穿通所述前表面和所述后表面的通孔。

可选地，所述插孔的数量为一个或两个以上。

可选地，所述插孔的数量为两个，所述两个插孔相对于所述片状体的左右方向的中心对称设置。

可选地，所述插孔的轴线沿前后方向延伸。

可选地，所述插孔为半径为r的圆孔，所述上表面与所述下表面之间的距离为d，其中，0.5mm≤r≤0.5d。

可选地，所述左表面与所述上表面和/或所述下表面平滑过渡；和/或，所述右表面与所述上表面和/或所述下表面平滑过渡。

可选地，所述左表面包括向左侧凸出、截面为曲线的柱形表面和/或所述右表面包括向右侧凸出、截面为曲线的柱形表面。

可选地，所述上表面与所述下表面之间的距离为d，其中，所述左表面包括向左侧凸出、截面为圆弧且圆弧的直径为Φ1的圆柱形表面，且d≤Φ1≤3d；和/或，所述右表面包括向右侧凸出、截面为圆弧形且圆弧的直径为Φ2的圆柱形表面，且d≤Φ2≤3d。

可选地，所述上表面与所述下表面之间的距离d为2mm～10mm。

可选地，所述二次电池为锂离子电池、镍氢电池或锂硫电池；和/或，所述二次电池为方形电池。

可选地，所述片状体的材料为绝缘材料。

本实用新型第二方面提供一种二次电池，包括卷芯结构，所述卷芯结构包括本实用新型第一方面中任一项所述的二次电池的卷绕支撑芯和沿垂直于所述卷绕支撑芯的前后方向缠绕于所述卷绕支撑芯的片状体上的电芯。

可选地，所述卷绕支撑芯的前后方向的长度大于所述电芯的前后方向的长度。

可选地，所述卷绕支撑芯的前后方向的长度比所述电芯的前后方向的长度长1mm～5mm。

可选地，所述卷绕支撑芯的前端突出于所述电芯的前端；所述卷绕支撑芯的后端突出于所述电芯的后端。

可选地，所述二次电池还包括壳体，所述卷芯结构设置于所述壳体内，其中，所述卷绕支撑芯的与所述壳体的壳壁连接以将所述卷芯结构支撑于所述壳体上，所述电芯与所述壳体间隔设置。

本实用新型第三方面提供一种电池卷绕机，包括卷针，所述电池卷绕机还包括位置操纵机构，所述位置操纵机构用于控制二次电池的卷绕支撑芯与所述卷针处于配合状态或分离状态，其中，所述卷绕支撑芯为本实用新型第一方面中任一项所述的二次电池的卷绕支撑芯，在所述配合状态，所述卷针与所述卷绕支撑芯均位于电芯卷绕位置且所述卷针与所述卷绕支撑芯的插孔插接配合以使所述卷针能够带动所述卷绕支撑芯转动，在所述分离状态，所述卷绕支撑芯与所述卷针中至少一个离开所述电芯卷绕位置以使所述卷针与所述插孔脱离。

可选地，所述位置操纵机构包括用于操纵所述卷绕支撑芯的位置的支撑芯操纵机构，所述支撑芯操纵机构用于将所述卷绕支撑芯输送至所述电池卷绕机的电芯卷绕位置。

可选地，所述支撑芯操纵机构包括支撑芯输送机构和支撑芯推送机构，所述支撑芯输送机构用于将所述卷绕支撑芯输送至支撑芯准备位置，所述支撑芯推送机构用于将处于所述支撑芯准备位置的卷绕支撑芯推送至所述电芯卷绕位置。

可选地，在所述卷绕支撑芯与所述卷针处于所述配合状态后，所述支撑芯推送机构能够与所述卷绕支撑芯分离并返回推送该卷绕支撑芯之前的位置。

可选地，所述支撑芯输送机构包括输送带或输送链；和/或，所述支撑芯推送机构包括驱动缸、电机、凸轮顶杆机构、连杆机构、齿轮齿杆机构至少之一。

可选地，所述支撑芯机构包括机械手。

可选地，所述位置操纵机构包括卷针移送机构，所述卷针移送机构能够将所述卷针从卷针准备位置移送至所述电芯卷绕位置。

可选地，所述卷针移送机构还能够将所述卷针从所述电芯卷绕位置移动至所述卷针准备位置，以使所述卷绕支撑芯与所述卷针处于所述分离状态。

可选地，所述电池卷绕机包括两个所述卷针，所述两个卷针之间的距离可调节地设置；或者，所述电池卷绕机包括多个卷针结构，所述卷针结构包括所述卷针，每个所述卷针结构的卷针与其余卷针结构的卷针的数量和/或结构不同，所述两个以上卷针结构中的任一卷针结构可选择地设置于所述电池卷绕机上，设置于所述电池卷绕机上的所述卷针结构的卷针与所述卷绕支撑芯的插孔配合。

可选地，所述电池卷绕机还包括与所述卷针驱动配合的卷绕操纵机构，在所述电芯卷绕位置，所述卷绕操纵机构能够驱动所述卷针带动所述卷绕支撑芯转动以使用于形成电芯的材料卷绕于所述卷绕支撑芯上。

可选地，所述电池卷绕机还包括用于检测所述卷绕支撑芯和/或所述卷针的位置的检测装置，所述检测装置与所述位置操纵装置耦合以控制所述位置操纵装置动作。

基于本实用新型提供的卷绕支撑芯、二次电池和电池卷绕机，卷绕支撑芯包括片状体，卷绕支撑芯具有设置于片状体的前表面上的用于与电池卷绕机的卷针插接配合的插孔。在卷绕形成电芯时，卷针插入卷绕支撑芯的插孔中，电芯卷绕于卷绕支撑芯上，卷绕支撑芯与电芯形成的卷芯结构成为二次电池的一部分，在抽针时卷针与卷绕支撑芯分离，卷针与电芯不发生直接作用，因此不会发生抽芯现象，从而不会发生因抽芯现象导致的引起电芯不平整和短路的问题，提高二次电池的品质。进一步地，由于有卷绕支撑芯的支撑，电芯的正、负极极片和隔膜贴合更紧密，可降低内阻、提高电池的容量性能和循环性能，并且电池的一致性得到提升。而且，电芯的边缘处因有卷绕支撑芯的支撑，有效减少极片断裂和涂层掉粉现象，改善电池一致性，可以减少因极片断裂和涂层掉粉引起的电池容量受限和电池微短路现象，有利于提高二次电池的品质。

本实用新型的二次电池、电池卷绕机因同样的理由亦有利于提高二次电池的品质。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例的卷绕支撑芯的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的方形锂子电池的卷芯结构的结构示意图。

图3为图2侧示结构示意图。

图4为本实用新型实施例的电池卷绕机中位置操纵机构的工作原理示意图。

图5为本实用新型实施例的电池卷绕机中检测装置的布置示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在以下描述中，所称的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”均与图1中所示的方向对应。

以下各实施例中，均以方形锂离子电池为例对本实用新型作出说明，但是本实用新型的卷绕支撑芯、二次电池、电池卷绕机也适合其它形式的带有卷绕电芯的二次电池，如镍氢电池、锂硫电池。

第一实施例

本实用新型第一实施例提供一种卷绕支撑芯。

如图1所示，第一实施例的卷绕支撑芯10包括片状体，片状体具有相对设置的上表面11和下表面12以及连接上表面11和下表面12的侧表面。侧表面包括左表面13、右表面14、前表面15和后表面(未图示)。左表面13和右表面14均为沿前后方向延伸的表面。前表面15分别连接左表面13和右表面14的前端。后表面分别连接左表面13与右表面14的后端。其中，卷绕支撑芯10具有设置于前表面15上的用于与电池卷绕机的卷针60插接配合的插孔151。

卷绕支撑芯10的宽度w可以按照方形锂离子电池的大小选择，可以与现有技术中的电池卷绕机的卷针60之间的宽度大致相同。

本实施例中，插孔151为穿通前表面15和后表面的通孔。该设置可以使卷针60在前表面15和后表面均能与插孔151配合，在生产时可以不必专门区分卷绕支撑芯10的前表面15和后表面，因此可以提高卷绕形成电芯20时的工作效率。而且，通过通孔还可以利于检测装置检测卷绕支撑芯10和卷针60的相对位置。

其中，插孔151的形状只要能与卷针60配合并且通过卷针60可以带动卷绕支撑芯10转动即可。例如，可以为圆形、三角形、方形、正多边形等等。优选地，卷针60与对应的插孔151形状一致并间隙配合。插孔151的轴线沿前后方向延伸。

插孔151的数量可以为一个或两个以上。在插孔的数量为一个时，插针60与卷绕支撑芯10之间宜为止转配合。例如，插孔可以设置为扁孔，插针60对应地设置为与扁孔对应的形状。插孔151的数量为两个以上，则可以增加卷针60带动卷绕支撑芯10的能力。

本实施例中优选地，插孔151的数量为两个，两个插孔151相对于片状体的左右方向的中心O对称设置。如图1所示，在卷绕支撑芯10的宽度方向，离中心O两侧距离x处各设置一个插孔151。插孔151用于电池卷绕机的卷针60穿入卷绕支撑芯10，以便能够通过卷针60带动卷绕支撑芯10转动来实现在卷绕支撑芯10上缠绕用于形成电芯20的材料这一目的。

如图1所示，本实施例中，插孔151为半径为r的圆孔，上表面11与下表面12之间的距离为d。优选地，0.5mm≤r≤0.5d。

本实施例中，前表面15为垂直于前后方向的平面，后表面为垂直于前后方向的平面。在其它实施例中，前表面和后表面均可以按需要设置成其它形状的表面。例如，前表面和后侧面均可以为折面、曲面等等。

优选地，左表面13与上表面11和/或下表面12平滑过渡；和/或，右表面14与上表面11和/或下表面12平滑过渡。该设置利于正、负极极片和隔膜紧密接触，并且更利于防止极片断裂和涂层掉粉。

本实施例中，左表面13包括向左侧凸出、截面为曲线的柱形表面，右表面14包括向右侧凸出、截面为曲线的柱形表面。曲线的形状例如可以为圆弧、椭圆弧、双曲线、抛物线等。

如图1所示，本实施例中，左表面13包括向左侧凸出、截面为圆弧形且圆弧的直径为Φ1的圆柱形表面，图1中R1代表与左表面13的截面圆弧大小相同的圆形；和/或，右表面14包括向右侧凸出、截面为圆弧形且圆弧的直径为Φ2的圆柱形表面，图1中R2代表与右表面14的截面圆弧大小相同的圆形。

本实施例中，卷绕支撑芯10的上表面11与下表面12之间的距离为d，其中优选地，d≤Φ1≤3d；d≤Φ2≤3d。

Φ1和Φ2的数值优选地相同，但也可以不同。例如，可以设置为Φ1、Φ2均与d相等。

距离d的大小可以根据电池的大小进行选择。优选地，距离d为2mm～10mm。

本实施例中，卷绕支撑芯10仅包括片状体，片状体大体为方形片，方形片的上下方向的投影为方形，前后方向的投影为椭圆形，图1即是本实施例的方形片的投影。

在其它实施例中，片状体可以为其它形状，例如片状体的各个表面的形状均可以适当变化，只要对电芯20的支撑作用存在且能与卷针60配合即可。例如，前后表面可以内凹或外凸，再例如，片状体上可以有镂空结构等。另外，不排除在卷绕支撑芯10的片状体上还可以设置有其它结构，例如用于与电池的壳体进行连接的连接结构等。

卷绕支撑芯10的各尺寸可以根据需要灵活设置。例如，在一个更具体的实施例中，卷绕支撑芯10的上表面11和下表面12之间的距离d为3mm，前后方向的长度为154mm，左右方向的宽度w为50mm，卷绕支撑芯10的左表面13和右表面14的圆弧直径均为4.4mm，插孔151的半径r为1.25mm，插孔151与卷绕支撑芯10中心点O的距离x为24mm。与此卷绕支撑芯10的插孔151对应的卷针60可以为圆柱形针，圆柱形针的半径1.2mm。

卷绕支撑芯10的片状体的材料为绝缘材料，例如可以是塑料、高分子材料、陶瓷材料等等。本实施例中，卷绕支撑芯10的材料为有一定弹性的高分子聚合物材料。

第二实施例

本实用新型第二实施例提供一种方形锂离子电池。

该方形锂离子电池包括卷芯结构。图2和图3示出了第二实施例的方形锂离子电池的卷芯结构。如图2和图3所示，卷芯结构包括前述的卷绕支撑芯10和沿垂直于卷绕支撑芯10的前后方向缠绕于卷绕支撑芯10的片状体上的电芯20。

本实施例中，卷绕支撑芯10的前后方向的长度大于电芯20的前后方向的长度。优选地，卷绕支撑芯10的前后方向的长度比电芯20的前后方向的长度长1mm～5mm。该设置利于保证卷绕支撑芯10对电芯20的支撑作用，允许电芯20和卷绕支撑芯10之间在长度方向上存在较大的位置误差。

本实施例中，卷绕支撑芯10的前端突出于电芯20的前端；卷绕支撑芯10的后端突出于电芯20的后端。该设置同样利于保证卷绕支撑芯10对电芯20的支撑作用，允许电芯20和卷绕支撑芯10之间在长度方向上存在较大的位置误差。

方形锂离子电池还包括壳体(未示出)，卷芯结构设置于壳体内。其中，卷绕支撑芯10与壳体连接以将卷芯结构支撑于壳体上，电芯20与壳体间隔设置。由于电芯20不会触碰到壳体，可防止电芯20与壳体之间发生短路现象，并免去绝缘胶座的使用。壳体例如为铝制壳体。

在卷绕支撑芯10的前端和后端分别突出于电芯20的前端和后端的情况下，为了便于卷芯结构的安装，壳体例如可以分成两个部分，卷绕支撑芯10的前端和后端可以夹设于两个部分之间，或者前端与一个部分配合，后端与另一个部分配合，两部分组合后形成完整的壳体，从而通过卷绕支撑芯10与壳体的形状配合使卷绕支撑芯连接于壳体上。

当然，为了使卷绕支撑芯10与壳体连接，还可以通过设置固定连接件连接卷绕支撑芯10和壳体的方式将通过卷绕支撑芯10将卷芯结构支撑于壳体上。

本实施例的锂离子电池中，卷绕支撑芯10的前端和后端分别突出于电芯20的前端和后端2mm；卷芯长度为150mm；电芯20的宽度为70mm；电芯20的厚度为24mm。

本实施例的方形锂离子电池的容量可设计到30-60Ah之间，并具有优异的一致性。该锂离子电池尤其适用于储能领域或电动汽车领域等需要大型锂离子电池的应用场合。

第三实施例

本实用新型第三实施例提供一种电池卷绕机。

如图4所示，该电池卷绕机包括卷针60和位置操纵机构。位置操纵机构用于控制方形锂离子电池的卷绕支撑芯10与卷针60处于配合状态或分离状态。其中，卷绕支撑芯10为前述的卷绕支撑芯10。在配合状态，参见图4中C部分图片和D部分图片，卷针60与卷绕支撑芯10均位于电芯卷绕位置P且卷针60与插孔151插接配合以使卷针60能够带动卷绕支撑芯10转动；在分离状态，参见图4中A部分图片和B部分图片，卷绕支撑芯10与卷针60中至少一个离开电芯卷绕位置P以使卷针60与插孔151脱离。

本实施例中，位置操纵机构包括用于操纵卷绕支撑芯10的位置的支撑芯操纵机构。支撑芯操纵机构用于将卷绕支撑芯10输送至电芯卷绕位置P，以使卷绕支撑芯10与卷针60在电芯卷绕位置P处于配合状态。

如图4所示，本实施例中，支撑芯操纵机构包括支撑芯输送机构和支撑芯推送机构，支撑芯输送机构用于将卷绕支撑芯10输送至支撑芯准备位置，支撑芯推送机构用于将处于支撑芯准备位置的卷绕支撑芯10推送至电芯卷绕位置P。其中，支撑芯准备位置对应于图4中A部分图片中位于推进器40的支撑芯容纳口41中的卷绕支撑芯10所处的位置。

在卷绕支撑芯10与卷针60在电芯卷绕位置P处于配合状态后，支撑芯推送机构还能够与卷绕支撑芯10分离并返回推送该卷绕支撑芯10之前的状态以准备推送另一个卷绕支撑芯10。

其中，支撑芯输送机构例如可以包括输送带或输送链。支撑芯推送机构例如可以包括驱动缸、电机、凸轮顶杆机构、连杆机构、齿轮齿杆机构至少之一。本实施例中，支撑芯输送机构为输送带30。支撑芯推送机构包括推送缸和连接于推送缸的活塞杆端的推进器40。推进器40具有支撑芯容纳口41。支撑芯容纳口41与插针60的针头相对设置，且与针头相对的一端和下端敞口。推进器40位于输送带30上方，在某卷绕支撑芯10到达支撑芯准备位置时，可以使支撑芯推送机构整体下移以使该卷绕支撑芯10进入支撑芯容纳孔41内。

如图4所示，本实施列中，位置操纵机构还包括卷针移送机构50，卷针移送机构50能够将卷针60从卷针准备位置移送至电芯卷绕位置P，以使卷绕支撑芯10与卷针60在电芯卷绕位置P处于配合状态。其中，卷针准备位置对应于图4中A部分图片和B部分图片中卷针60所处的位置。

卷针移送机构50还能够将卷针60从电芯卷绕位置P移动至卷针准备位置，以使卷绕支撑芯10与卷针60处于分离状态。

电池卷绕机还包括与卷针60驱动配合的卷绕操纵机构，在电芯卷绕位置P，卷绕操纵机构能够驱动卷针60带动卷绕支撑芯10转动以使用于形成电芯20的材料卷绕于卷绕支撑芯10上。

电池卷绕机还包括用于检测卷绕支撑芯10和/或卷针60的位置的检测装置，检测装置与位置操纵装置耦合以控制位置操纵装置动作。

如图5所示，本实施例中，检测装置包括设置于推进器40的支撑芯容纳口41的底部的压力感应器71和设置于推进器40的支撑芯容纳口41的侧壁的激光感应器72。其中，压力感应器71用于检测卷针60是否到达电芯卷绕位置P，激光感应器72用于检测卷绕支撑芯10是否到达支撑芯准备位置。

可选地，电池卷绕机包括两个卷针60，两个卷针60之间的距离可调节地设置；或者，或者，电池卷绕机包括多个卷针结构，卷针结构包括卷针60，每个卷针结构的卷针60与其余卷针结构的卷针60的数量和/或结构不同，两个以上卷针结构中的任一卷针结构可选择地设置于电池卷绕机上，设置于电池卷绕机上的卷针结构的卷针60与卷绕支撑芯10的插孔151配合。例如，卷针结构可以包括卷针安装座和设置于卷针安装座上的两个卷针60，不同的卷针结构的两个卷针之间的距离不同。该设置可以通过调节两个卷针60之间的距离，或者选择不同的卷针结构使卷针60与不同的卷绕支撑芯10的插孔151之间的距离相等。从而电池卷绕机可以适应不同型号的电池的卷芯结构制作。

卷针60的形状优选地与插孔151的形状相同，且二者间隙配合。例如，在插孔151为半径r为1.25mm的圆孔时，卷针60的可以是半径为1.2mm的圆柱形针。卷针60的截面形状也可以是截面为三角形、四边形、正多边形等其它与插孔的相应形状配合的形状。

本实施例中，电池卷绕机卷绕形成电芯20的工作原理参见图4。

具体地，输送带30把其上的卷绕支撑芯10输送到与电池卷绕机的卷针60的针头正对支撑芯准备位置，支撑芯操纵机构动作，使推进器40的支撑芯容纳口41位于卷绕支撑芯外，如图4中A部分图片所示。此时，激光感应器72的激光被截断，能感应到卷绕支撑芯10，该感应信号作用于推送缸，推送缸驱动推进器40推动卷绕支撑芯10将卷绕支撑芯10输送到电芯卷绕位置P，如图4中B部分图片所示。之后，卷针60朝向电芯卷绕位置P移动，插入至卷绕支撑芯10的插孔151内直至卷针60插入到卷绕支撑芯10的配合位置，如图4中C部分图片所示。此时，推进器40内的压力感应器71与卷针60的针头端部发生接触产生感应信号，该感应信号作用于推送缸，推送缸驱动推进器40退回，在退回过程中与卷绕支撑芯10脱离直到传送带30处推送卷绕支撑芯10前的状态，进行或等待进行下一次操作，如图4中D部分图片所示。此时，卷绕操纵机构驱动卷针60运作带动卷绕支撑芯10转动进行卷绕动作，用于形成电芯20的正、负极极片和隔膜等材料开始沿着卷绕支撑芯10进行卷绕动作以完成卷绕工序。当卷绕工序完成后，电池卷绕机自动切断正、负极极片和隔膜，并对电芯20进行包胶，使卷芯结构形成整体。此后，卷针60从卷绕支撑芯10中抽出解除配合，卷芯结构自动下落到卷芯收集输送带等收集装置。按此步骤不断循环，可实现卷芯结构的连续生产。

另外，支撑芯操纵机构可以不必分为支撑芯输送机构和支撑芯推送机构。例如，在其它的实施例中，支撑芯操纵机构可以包括操纵卷绕支撑芯10的机械手。

在位置操纵装置包括机械手的情况下，机械手可以直接抓取卷绕支撑芯10并把卷绕支撑芯10输送到电芯卷绕位置P，再使卷针60插入卷绕支撑芯10的插孔151内，使卷绕支撑芯10与卷针60处于配合状态。当卷针60插入到卷绕支撑芯10顶端后，机械手上的感应装置发生感应，机械手放开卷绕支撑芯10并退回起始动作位置进行或等待进行下一次操作。

第四实施例

第四实施例提供一种方形锂离子电池的制造方法。该方法利用前述的电池卷绕机将用于形成电芯20的材料卷绕于锂离子电池的卷绕支撑芯10上以形成锂离子电池的卷芯结构。

该制造方法主要包括：步骤1：使卷绕支撑芯10与卷针60处于配合状态；步骤2：驱动卷针60带动卷绕支撑芯10转动从而在卷绕支撑芯10上卷绕电芯20；步骤3：使卷针60与卷绕完电芯20后的卷绕支撑芯10处于分离状态。

其中，步骤1包括：步骤11：将卷绕支撑芯10输送至支撑芯准备位置；步骤12：将卷绕支撑芯10从支撑芯准备位置推送至电芯卷绕位置P；步骤13：将卷针60从卷针准备位置移送至电芯卷绕位置P，使卷绕支撑芯10与卷针60的插孔151插接配合。其中，支撑芯准备位置对应于图4中A部分图片中位于推进器40的支撑芯容纳口41中的卷绕支撑芯10所处的位置。

步骤2包括：通过驱动卷针60带动卷绕支撑芯10转动实现在卷绕支撑芯10上卷绕电芯20。

步骤3包括：控制卷针60朝向远离卷绕支撑芯10的方向运动，使卷针60从电芯卷绕位置P退回卷针准备位置。其中，卷针准备位置对应于图4中A部分图片和B部分图片中卷针60所处的位置。

根据以上描述可知，本实用新型以上各实施例能实现以下技术效果至少之一：

在卷绕时，卷针60插入卷绕支撑芯10的插孔151中，电芯20卷绕于卷绕支撑芯10上，卷绕支撑芯10与电芯20形成的卷芯结构成为方形锂离子电池的一部分，在抽针时卷针60与卷绕支撑芯10分离，卷针60与电芯20不发生直接作用，不会发生抽芯现象，从而不会发生因抽芯现象导致的引起电芯20不平整和短路的问题，提高方形锂离子电池的品质。

由于有卷绕支撑芯10的支撑，电芯20的正、负极极片和隔膜贴合更紧密，可降低内阻、提高电池的容量性能和循环性能，并且电池的一致性得到提升。

电芯20的边缘处因有卷绕支撑芯10的支撑，可有效减少极片断裂和涂层掉粉现象，改善电池一致性，可以减少因极片断裂和涂层掉粉引起的电池容量受限和电池微短路现象，有利于提高方形锂离子电池的品质。

通过卷绕支撑芯10与壳体的连接可以使电芯20与壳体具有间隔，从而可以防止电芯20与壳体之间发生短路，并免去绝缘胶座的使用。

对于采用铝塑膜包装的情况，因卷绕支撑芯10的引入，在卷绕时，正、负极极片即可达到紧密贴合的状态，无需后续的冷热压整形，减化制造流程，提高电池制造效率，降低制造成本。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (28)

1.一种二次电池的卷绕支撑芯(10)，其特征在于，所述卷绕支撑芯(10)包括片状体，所述片状体具有相对设置的上表面(11)和下表面(12)以及连接所述上表面(11)和所述下表面(12)的侧表面，所述侧表面包括左表面(13)、右表面(14)、前表面(15)和后表面，所述左表面(13)和所述右表面(14)均为沿前后方向延伸的表面，所述前表面(15)分别连接所述左表面(13)和所述右表面(14)的前端，所述后表面分别连接所述左表面(13)与所述右表面(14)的后端，其中，所述卷绕支撑芯(10)具有设置于所述前表面(15)上的用于与电池卷绕机的卷针(60)插接配合的插孔(151)。

2.根据权利要求1所述的二次电池的卷绕支撑芯(10)，其特征在于，所述插孔(151)为穿通所述前表面(15)和所述后表面的通孔。

3.根据权利要求1所述的二次电池的卷绕支撑芯(10)，其特征在于，所述插孔(151)的数量为一个或两个以上。

4.根据权利要求1所述的二次电池的卷绕支撑芯(10)，其特征在于，所述插孔(151)的数量为两个，所述两个插孔(151)相对于所述片状体的左右方向的中心(O)对称设置。

5.根据权利要求1所述的二次电池的卷绕支撑芯(10)，其特征在于，所述插孔(151)的轴线沿前后方向延伸。

6.根据权利要求1所述的二次电池的卷绕支撑芯(10)，其特征在于，所述插孔(151)为半径为r的圆孔，所述上表面(11)与所述下表面(12)之间的距离为d，其中，0.5mm≤r≤0.5d。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的二次电池的卷绕支撑芯(10)，其特征在于，所述左表面(13)与所述上表面(11)和/或所述下表面(12)平滑过渡；和/或，所述右表面(14)与所述上表面(11)和/或所述下表面(12)平滑过渡。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的二次电池的卷绕支撑芯(10)，其特征在于，所述左表面(13)包括向左侧凸出、截面为曲线的柱形表面和/或所述右表面(14)包括向右侧凸出、截面为曲线的柱形表面。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的二次电池的卷绕支撑芯(10)，其特征在于，所述上表面(11)与所述下表面(12)之间的距离为d，其中，所述左表面(13)包括向左侧凸出、截面为圆弧且圆弧的直径为Φ1的圆柱形表面，且d≤Φ1≤3d；和/或，所述右表面(14)包括向右侧凸出、截面为圆弧形且圆弧的直径为Φ2的圆柱形表面，且d≤Φ2≤3d。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的二次电池的卷绕支撑芯(10)，其特征在于，所述上表面(11)与所述下表面(12)之间的距离d为2mm～10mm。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的二次电池的卷绕支撑芯(10)，其特征在于，所述二次电池为锂离子电池、镍氢电池或锂硫电池；和/或，所述二次电池为方形电池。

12.根据权利要求1至6中任一项所述的二次电池的卷绕支撑芯(10)，其特征在于，所述片状体的材料为绝缘材料。

13.一种二次电池，包括卷芯结构，其特征在于，所述卷芯结构包括根据权利要求1至12中任一项所述的二次电池的卷绕支撑芯(10)和沿垂直于所述卷绕支撑芯(10)的前后方向缠绕于所述卷绕支撑芯(10)的片状体上的电芯(20)。

14.根据权利要求13所述的二次电池，其特征在于，所述卷绕支撑芯(10)的前后方向的长度大于所述电芯(20)的前后方向的长度。

15.根据权利要求14所述的二次电池，其特征在于，所述卷绕支撑芯(10)的前后方向的长度比所述电芯(20)的前后方向的长度长1mm～5mm。

16.根据权利要求14所述的二次电池，其特征在于，所述卷绕支撑芯(10)的前端突出于所述电芯(20)的前端；所述卷绕支撑芯(10)的后端突出于所述电芯(20)的后端。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池还包括壳体，所述卷芯结构设置于所述壳体内，其中，所述卷绕支撑芯(10)的与所述壳体的壳壁连接以将所述卷芯结构支撑于所述壳体上，所述电芯(20)与所述壳体间隔设置。

18.一种电池卷绕机，包括卷针(60)，其特征在于，所述电池卷绕机还包括位置操纵机构，所述位置操纵机构用于控制二次电池的卷绕支撑芯(10)与所述卷针(60)处于配合状态或分离状态，其中，所述卷绕支撑芯(10)为根据权利要求1至12中任一项所述的二次电池的卷绕支撑芯(10)，在所述配合状态，所述卷针(60)与所述卷绕支撑芯(10)均位于电芯卷绕位置(P)且所述卷针(60)与所述卷绕支撑芯(10)的插孔(151)插接配合以使所述卷针(60)能够带动所述卷绕支撑芯(10)转动，在所述分离状态，所述卷绕支撑芯(10)与所述卷针(60)中至少一个离开所述电芯卷绕位置(P)以使所述卷针(60)与所述插孔(151)脱离。

19.根据权利要求18所述的电池卷绕机，其特征在于，所述位置操纵机构包括用于操纵所述卷绕支撑芯(10)的位置的支撑芯操纵机构，所述支撑芯操纵机构用于将所述卷绕支撑芯(10)输送至所述电池卷绕机的电芯卷绕位置(P)。

20.根据权利要求19所述的电池卷绕机，其特征在于，所述支撑芯操纵机构包括支撑芯输送机构和支撑芯推送机构，所述支撑芯输送机构用于将所述卷绕支撑芯(10)输送至支撑芯准备位置，所述支撑芯推送机构用于将处于所述支撑芯准备位置的卷绕支撑芯(10)推送至所述电芯卷绕位置(P)。

21.根据权利要求20所述的电池卷绕机，其特征在于，在所述卷绕支撑芯(10)与所述卷针(60)处于所述配合状态后，所述支撑芯推送机构能够与所述卷绕支撑芯(10)分离并返回推送该卷绕支撑芯(10)之前的位置。

22.根据权利要求20所述的电池卷绕机，其特征在于，所述支撑芯输送机构包括输送带或输送链；和/或，所述支撑芯推送机构包括驱动缸、电机、凸轮顶杆机构、连杆机构、齿轮齿杆机构至少之一。

23.根据权利要求19所述的电池卷绕机，其特征在于，所述支撑芯机构包括机械手。

24.根据权利要求19所述的电池卷绕机，其特征在于，所述位置操纵机构包括卷针移送机构(50)，所述卷针移送机构(50)能够将所述卷针(60)从卷针准备位置移送至所述电芯卷绕位置(P)。

25.根据权利要求24所述的电池卷绕机，其特征在于，所述卷针移送机构(50)还能够将所述卷针(60)从所述电芯卷绕位置(P)移动至所述卷针准备位置，以使所述卷绕支撑芯(10)与所述卷针(60)处于所述分离状态。

26.根据权利要求18至25中任一项所述的电池卷绕机，其特征在于，所述电池卷绕机包括两个所述卷针(60)，所述两个卷针(60)之间的距离可调节地设置；或者，所述电池卷绕机包括多个卷针结构，所述卷针结构包括所述卷针(60)，每个所述卷针结构的卷针(60)与其余卷针结构的卷针(60)的数量和/或结构不同，所述两个以上卷针结构中的任一卷针结构可选择地设置于所述电池卷绕机上，设置于所述电池卷绕机上的所述卷针结构的卷针(60)与所述卷绕支撑芯(10)的插孔(151)配合。

27.根据权利要求18至25中任一项所述的电池卷绕机，其特征在于，所述电池卷绕机还包括与所述卷针(60)驱动配合的卷绕操纵机构，在所述电芯卷绕位置(P)，所述卷绕操纵机构能够驱动所述卷针(60)带动所述卷绕支撑芯(10)转动以使用于形成电芯(20)的材料卷绕于所述卷绕支撑芯(10)上。

28.根据权利要求18至25中任一项所述的电池卷绕机，其特征在于，所述电池卷绕机还包括用于检测所述卷绕支撑芯(10)和/或所述卷针(60)的位置的检测装置，所述检测装置与所述位置操纵装置耦合以控制所述位置操纵装置动作。