CN212094731U - 锂离子电池极片边缘冲切毛刺的表面形貌处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种锂离子电池极片边缘冲切毛刺的表面形貌处理装置，包括固定台、直流电源、正极导电块和石墨电极，所述正极导电块和石墨电极分别与直流电源的正负极连接；所述固定台包括支撑平台、压机平台旋转机架、气缸、压料平台和除尘装置，所述支撑平台的上表面用于放置待加工极片，所述压料平台的上表面通过气缸连接压机平台旋转机架，压料平台设置在支撑平台的上方用于固定待加工极片，所述压料平台上固定连接用于压住极片的极耳的正极导电块。本实用新型利用尖端放电产热熔化原理改变毛刺表面形貌，处理后的毛刺顶部无尖锐角，融化后成顶部呈圆弧状，降低电池安全隐患。

Description

锂离子电池极片边缘冲切毛刺的表面形貌处理装置

技术领域

本实用新型属于锂离子电池极片加工技术领域，尤其是涉及一种锂离子电池极片边缘冲切毛刺的表面形貌处理装置。

背景技术

近几年来，乘用车搭载的锂离子电池包自燃现象频有发生，各大电池制造商逐渐认识到电池稳定性、可靠性的提升是在安全设计、制造技术这两方面目前急需解决的问题。锂离子电池的自燃现象，究其根本原因是由于电池内部正、负极片搭接后内部短路、瞬间急剧放电引起的热失控造成的。

由于锂离子电池高电压输出特性导致电解液选择的局限性和石墨负极锂离子脱嵌动力学机理，电池设计时，较小的极间距是电池正常充放电的保证。通常锂离子电池的极间距设计值在几个微米到十几个微米之间。较小的极间距值，对电池在制造过程中的粉尘异物的管控、极片制造技术提出更高要求。

目前，如图2所示，极片的中间为集流层16(铜箔、铝箔)，上下两面为涂布层15，行业内极片成型工序较常用的是五金模切方式，从其冲切形变原理上，无法避免冲切断口处由于铜铝箔被破撕裂造成的尖锐的毛刺。综合模具费用、寿命、精度、修模等考虑，目前行业内较好的毛刺长度管控业绩在<6um。考虑到电池化成后，正、负极活性物质膨胀收缩、电池生命中后期电极结构的坍塌和电池使用过程中外力介入、振动等，这种尖锐毛刺的存在是否满足电池全寿命周期内安全稳定的运行，是一个有待验证的数据。

五金模切成型后的极片边缘的毛刺呈尖锐状态。这种状态的毛刺在电池使用过程中存在刺穿隔膜、正负极搭接短路的安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种锂离子电池极片边缘冲切毛刺的表面形貌处理装置，以改变五金模切后极片毛刺的尖锐状态，使毛刺顶部呈圆滑状，降低电池安全隐患。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种锂离子电池极片边缘冲切毛刺的表面形貌处理装置，包括固定台、直流电源、正极导电块和石墨电极，所述正极导电块和石墨电极分别与直流电源的正负极连接；

所述固定台包括支撑平台、压机平台旋转机架、气缸、压料平台和除尘装置，所述支撑平台的上表面用于放置待加工极片，所述压料平台的上表面通过气缸连接压机平台旋转机架，压料平台设置在支撑平台的上方用于固定待加工极片，所述压料平台上固定连接用于压住极片的极耳的正极导电块；所述除尘装置安装在支撑平台的外侧；

所述石墨电极呈圆台型或者锥型，其底部通过伺服趋动和定位，X/Y/Z 三轴方向可调，石墨电极的所在位置与极片边缘接触；石墨工作电极的所在位置与极片边缘接触。

进一步的，所述除尘装置为负压除尘装置，所述负压除尘装置包括防尘罩和高压进气通道，防尘罩的顶部设置高压进气通道，底部设有的负压吸尘口，高压进气通道的喷气口正对极片边缘位置。

进一步的，所述支撑平台的金属材质表面镀铁氟龙，镀层厚度>2um。

进一步的，所述支撑平台的上表面的尺寸以极片边缘超出平台边缘 10mm-20mm为准。

进一步的，所述压料平台为金属材质，与极片接触部分贴优力胶或者铁氟龙胶带。

进一步的，所述石墨电极的粒度<5um,硬度>70肖氏，电阻系数<20uΩ m。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

(1)本实用新型利用尖端放电产热熔化原理改变毛刺表面形貌，处理后的毛刺顶部无尖锐角，融化后成顶部呈圆弧状，降低电池安全隐患。

(2)本实用新型结构简单，容易实现。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，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所述锂离子电池极片边缘冲切毛刺的表面形貌处理装置的结构原理图俯视图；

图2为本实用新型实施例所述锂离子电池极片边缘冲切毛刺的表面形貌处理装置的结构原理图侧视图；

图3为本实用新型实施例所述极片的加工工艺流程图；

图4为本实用新型实施例所述锂离子电池极片边缘冲切毛刺的表面形貌处理装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-直流电源，2-正极导电块，3-石墨电极，4-压料平台，5-极片，6-毛刺，7-固定台，8-机械手，9-压机平台旋转机架，10-气缸，11-防尘罩，12- 负压吸尘口，13-直线模组，14-机械手，15-涂布层，16-集流层，17-高压进气通道，18-伺服电机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实施例的锂离子电池极片边缘冲切毛刺的表面形貌处理装置，如图1 至3所示，包括固定台、直流电源1、正极导电块2和石墨电极3，所述正极导电块2和石墨电极3分别与直流电源1的正负极连接；

所述固定台7包括支撑平台、压机平台旋转机架9、气缸10、压料平台 4和除尘装置，所述支撑平台的上表面用于放置待加工极片，所述压料平台 4的上表面通过气缸10连接压机平台旋转机架9，压料平台4设置在支撑平台的上方用于固定待加工极片，所述压料平台4上固定连接用于压住极片的极耳的正极导电块2；所述除尘装置安装在支撑平台的外侧；

所述石墨电极3呈圆台型或者锥型，其底部通过伺服趋动和定位，X/Y/Z 三轴方向可调，石墨电极3的所在位置与极片边缘接触；石墨工作电极的所在位置与极片边缘接触；

所述负压除尘装置包括防尘罩11和高压进气通道17，防尘罩11的顶部设置高压进气通道17，底部设有的负压吸尘口12，高压进气通道17的喷气口正对极片边缘位置，所述防尘罩11将支撑平台、正极导电块2和石墨电极3包覆在内。

本实用新型装置是参考电火花加工技术的基础上，结合锂离子电池设计、工艺特点，利用尖端放电产热融化原理对尖锐毛刺再加工的一种装置。该装置与电火花加工技术的区别在于，电火花加工技术使用脉冲电源，本实用新型使用直流电源1。电火花加工技术的常用的加工电极材质有紫铜、石墨、钨铜，本实用新型限用石墨加工电极，并对石墨电极的选型、牌号等有相应指导。电火花加工技术使用有一定绝缘性的液体介质，本实用新型不涉及绝缘性液体介质，石墨工作电极直接与极片边缘毛刺部位接触。

沿着直线模组1，极片的实际加工工艺流程如图3所示，以及加工装置的功能、参数、精度的说明：

(1)极片上料：

A、人工把料盒推入该装置料盒上料位。

B、上料机构配有光纤感应器检测极片上料高度，步进顶升电机将极片顶起，始终保证待加工极片在相同的高度，保障转料机械手能够可靠地吸取待加工极片。

C、步进顶升电机处设有缺料检测传感器，料盒中极片无料时报警。

D、使用离子风对极片散片，防止多片现象。

(2)机械手将极片转运到CCD定位平台：

A、取极片包含移动机械手、吸盘。

B、机械手使用直线电机移动,采用封闭式结构。

C、吸盘有抖片功能，吸盘上下运动机构采用伺服电机+丝杠驱动。当取极片失败时可第二次吸取，当多次吸取都失败时，自动报警。取片失败报警次数可通过PC设置。

(3)对极片CCD三轴定位：

A、使用4个视觉检测CCD工业相机，分别检测极片的四条边缘，由三轴次定位台纠正极片位置，定位平台三轴都使用X/Y/Z三轴电机驱动，其中 X\Y\Z(旋转轴)轴采用丝杠驱动。

B、定位台使用超声波传感器对极片多片进行检测。

C、定位台面采用真空吸附，将极片固定在台面上，保证极片平整，并可吸取台面上的粉尘。各真空装置都配置有真空过滤器。

(4)定位结果判定

A、定位标准在PC机上设置，设置内容包括边缘定位距离、角定位距离、平行度、垂直度等。

B、定位OK的极片等待电源极耳夹进入，NG的极片由机械手返回上一工位。

(5)机械手14将极片5转运到固定台7，压料平台4下压后固定极片 5：

A、支撑平台为金属材质表面镀铁氟龙，镀层厚度>2um。

B、支撑平台的尺寸设计以极片边缘超出平台边缘10mm-20mm为准。平台高度通过伺服电机调整。

C、压料平台4为金属材质，与极片部分贴优力胶、铁氟龙胶带，气缸 13推动压料平台4下压，压力可调整。

(6)正极导电块2压住极耳

A、正极导电块2有两块，铜材质，压紧力可调，max200kgf，压力精度±5kgf，正极导电块2下压住极耳后先检测极耳上的两个正极导电块2是否导通，正极导电块2表面要求平滑，避免划伤。

B、正极导电块2接直流电源1正极端，直流电源1输入出要求5A～50A、 0V～50V可设置，电流精度±(0.05％FS+0.05％RD)，电流分辨率1mA，电压精度±2mV，电压分辨率0.1mV。

C、正极导电块2通过气缸10下压，压力可调整。

(7)石墨电极3与极片5的边缘接触：

A、石墨电极3要求：粒度<5um,硬度>70肖氏，电阻系数<20uΩm,配合冲切后毛刺方向性，选用圆锥形。

B、石墨电极3与直流电源1的负极相接，伺服电机18趋动和定位， X/Y/Z三轮方向可调，调整位置配置千分尺。

C、石墨电极3的圆锥形方向可自由无阻力旋转，电机带动石墨电极3沿极片边缘运动。

D、极片边缘通过石墨电极3时，边缘毛刺与石墨电极3接触时形成尖端放电产热融化毛刺6的顶部，使之成圆滑状。良好的圆滑状的形成与电流值、极片定位、石墨电极3的运动速度三者密切相关。生产参数调整期间，可通过三个主要影响因素的DOE设计，结合显微镜观察毛刺6的形貌，确定最佳参数。尖端放电的同时产生电火花，火花大小、密集程度也是顶端圆滑程度的外在表现，可通过长时间的摸索、经验积累建立关系，对毛刺6的顶端形貌时时监控。

E、极片边缘通过石墨电极3时，边缘的活性物质有因高温熔损的现象，通过调整电流值、速度控制热熔区宽度。熔损的活性物质通过后工序除尘装置去除。

(8)极片5的边缘除尘

A、石墨电极3工位配有的负压除尘装置，五面封，负压口风速>15m/s, 风刀距尖端放电位置<10mm。

(9)机械手将极片转入下一工序：

A、可通过机械手将极片转入料盒，集中收料，转入下一工序。

B、本实用新型的装置也可集成到锂离子电池用叠片机上使用，加工完成的极片直接进行叠片。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.锂离子电池极片边缘冲切毛刺的表面形貌处理装置，其特征在于：包括固定台(7)、直流电源(1)、正极导电块(2)和石墨电极(3)，所述正极导电块(2)和石墨电极(3)分别与直流电源(1)的正负极连接；

所述固定台(7)包括支撑平台、压机平台旋转机架(9)、气缸(10)、压料平台(4)和除尘装置，所述支撑平台的上表面用于放置待加工极片，所述压料平台(4)的上表面通过气缸(10)连接压机平台旋转机架(9)，压料平台(4)设置在支撑平台的上方用于固定待加工极片，所述压料平台(4)上固定连接用于压住极片极耳的正极导电块(2)；所述除尘装置安装在支撑平台的外侧；

所述石墨电极(3)呈圆台型或者锥型，其底部通过伺服趋动和定位，X/Y/Z三轴方向可调，石墨电极(3)的所在位置与极片边缘接触；石墨工作电极的所在位置与极片边缘接触。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述除尘装置为负压除尘装置，所述负压除尘装置包括防尘罩(11)和高压进气通道，防尘罩(11)的顶部设置高压进气通道，底部设有的负压吸尘口(12)，高压进气通道的喷气口正对极片边缘位置。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述支撑平台的金属材质表面镀铁氟龙，镀层厚度>2um。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述支撑平台的上表面的尺寸以极片边缘超出平台边缘10mm-20mm为准。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述压料平台(4)为金属材质，与极片接触部分贴优力胶或者铁氟龙胶带。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述石墨电极(3)的粒度<5um,硬度>70肖氏，电阻系数<20uΩm。

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