CN218241929U - 一种复合负极的制袋式叠片电芯生产设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种复合负极的制袋式叠片电芯生产设备，属于电池制造领域，设备包括正极制片机构、负极复合制片系统、正极输送机构、负极输送机构、叠片转运机构和叠片系统；通过本申请可以有效解决大尺寸长电芯高速情况下隔离膜褶皱问题，提升产品合格率，降低设备采购、能源消耗、维护等成本，从而降低电池的生产成本，便于在叠片式动力电池领域推广应用。

Description

一种复合负极的制袋式叠片电芯生产设备

技术领域

本实用新型属于电池制造领域，具体涉及一种复合负极的制袋式叠片电芯生产设备。

背景技术

叠片工艺是锂离子电池制造的关键技术之一，其生产效率关系着整个锂离子电池的成本。现阶段市面上主要有Z字叠片和热复合叠片两种叠片工艺。

但是对于大尺寸的长电芯，Z字型叠片由于隔离膜在往复摆动过程中张力波动等因素，很容易导致其发生褶皱的情况，造成叠出来的电芯不合格，不良率较高。对于这一问题，现有且唯一的解决方式就是降低隔离膜往复摆动的速度，从而直接的降低了设备的生产效率，间接的造成设备需求量变大，厂房占地面积变大，采购、能源消耗以及后期维护等成本都随之增加。

而现有热复合工艺可以解决高速情况下隔离膜褶皱问题。但是，单工位的叠片方式，当一组电芯制造完成之后，需要先将这组电芯转移至下一工位，然后叠片机构回归原位，才能进行后续生产；或者严重点当这个工位出现问题时，整个设备就需要停机，没有备用的叠片工位可用。因此，造成设备时间稼动率极低。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种复合负极的制袋式叠片电芯生产设备，其能解决上述问题。

一种复合负极的制袋式叠片电芯生产设备，设备包括：正极制片机构、负极复合制片系统、正极输送机构、负极输送机构、叠片转运机构和叠片系统；其中，正极输送机构和负极输送机构平行间隔布置；正极制片机构设置在正极输送机构上游，用于将正极卷料裁切成预定尺寸的正极片料；所述负极复合制片系统设置在负极输送机构上游，用于将负极片料与隔离膜裁切成预定尺寸的负极复合制袋式单元片料；叠片转运机构和叠片系统设置在正极输送机构和负极输送机构之间，用于将正极片料以及负极复合制袋式单元片料按序交错堆叠形成电芯结构。

进一步的，所述正极制片机构包括两个正极卷料的料辊、正极裁切机构和正极输送辊；两个料辊设置在正极输送机构的上游，用一备一；正极卷料经正极输送辊传输向正极输送机构；所述正极裁切机构设置在正极输送机构入料端，用于裁切经正极输送辊输送来的正极卷料。

进一步的，负极复合制片系统包括负极制片机构、隔离膜制片机构、热复合机构、隔离膜封边机构和隔离膜裁切机构；其中，负极制片机构包括由负极料辊传输的负极上层放卷机构和负极下层放卷机构、上层裁切机构以及下层裁切机构，负极制片机构采用双层结构以便于交替输送负极卷料；其中，双层结构的隔离膜制片机构包括由隔离膜料辊传输的隔离膜上层放卷机构和隔离膜下层放卷机构，隔离膜上层放卷机构和隔离膜下层放卷机构输出的隔离膜与负极卷料来料同步的朝向所述热复合机构进料口传输；其中，所述热复合机构采用双辊热挤压结构，用于将覆膜的负极片料热压粘接复合；其中，所述隔离膜封边机构用于对超出负极片料的上下两层隔离膜侧边挤压粘合，实现封边制袋；其中，所述隔离膜裁切机构设置在隔离膜封边机构下游，用于对包覆负极片料的上下两层隔离膜进行裁切，形成预定尺寸的负极复合制袋式单元片料。

进一步的，所述正极输送机构和负极输送机构分设于所述叠片转运机构的两端；在所述正极输送机构和负极输送机构上设置视觉检测单元，用于检测正极片料和负极复合制袋式单元片料的尺寸和表面缺陷。

进一步的，所述叠片转运机构采用单排双向或多排双向传输，用于接收正极输送机构和负极输送机构输送来的正极片料和负极复合制袋式单元片料，并运往叠片系统的纠偏机构进行纠偏；所述叠片系统的叠片机构位于纠偏机构下游，用于对纠偏完的正极片料和负极复合制袋式单元片料按照负极-正极-负极……正极-负极顺序交错堆叠。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：通过本申请，可以有效解决大尺寸长电芯高速情况下隔离膜褶皱问题，提升产品合格率，降低设备采购、能源消耗、维护等成本，从而降低电池的生产成本，便于在叠片式动力电池领域推广应用。

附图说明

图1为本实用新型复合负极的制袋式叠片电芯生产设备的布局示意图；

图2为正极制片机构的示意图；

图3为负极复合制片系统的示意图；

图4为负极复合制袋式单元片料的示意图；

图5为制袋式叠片电芯的示意图；

图6为双工位电芯堆叠示意图；

图7为复合负极的制袋式叠片电芯生产设备的流程图。

图中，

1、正极制片机构；2、正极输送机构；3、正极片料；4、叠片转运机构一；5、正极纠偏机构一；6、叠片转运机构二；7、正极纠偏机构二；8、叠片机构一；9、叠片机构二；10、负极复合制片系统；11、负极输送机构；12、负极复合制袋式单元片料；13、负极纠偏机构一；14、负极纠偏机构二；21、正极卷料；22、正极裁切机构；23、正极输送辊；31、负极上层放卷机构；32、上层裁切机构；33、隔离膜上层放卷机构；34、热复合机构；35、负极片料；36、隔离膜封边机构；37、隔离膜裁切机构；38、隔离膜下层放卷机构；39、下层裁切机构；40、负极下层放卷机构；41、上隔离膜片材；42、下隔离膜片材。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应当理解，本说明书中所使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模组”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。

制袋式叠片电芯生产设备

一种复合负极的制袋式叠片电芯生产设备，参见图1-图7，设备包括：正极制片机构1、负极复合制片系统10、正极输送机构2、负极输送机构11、叠片转运机构(4/6)和叠片系统。

其中，正极输送机构2和负极输送机构11平行间隔布置；正极制片机构1设置在正极输送机构2上游，用于将正极卷料21裁切成预定尺寸的正极片料3；所述负极复合制片系统10设置在负极输送机构11上游，用于将负极片料35与隔离膜裁切成预定尺寸的负极复合制袋式单元片料12；叠片转运机构(4/6)和叠片系统设置在正极输送机构2和负极输送机构11之间，用于将正极片料3以及负极复合制袋式单元片料12按序交错堆叠形成电芯结构。

图示设备为两工位，也可以包括但不限于三工位、四工位……。

其中，参见图2，正极制片机构1包括两个正极卷料21的料辊、正极裁切机构22和正极输送辊23；两个料辊设置在正极输送机构2的上游，用一备一。正极卷料21经正极输送辊23传输向正极输送机构2。所述正极裁切机构22设置在正极输送机构2入料端，通过恒张力控制，用于裁切经正极输送辊23输送来的正极卷料21。

其中，参见图3，负极复合制片系统10包括负极制片机构、隔离膜制片机构、热复合机构34、隔离膜封边机构36和隔离膜裁切机构37。

具体的，负极制片机构包括由负极料辊传输的负极上层放卷机构31和负极下层放卷机构40、上层裁切机构32以及下层裁切机构39，负极制片机构采用双层结构以便于交替输送负极卷料。

具体的，负极制片机构分上层和下层两套机构，上层裁切机构32裁切上层片料，下层裁切机构39裁切下层片料。裁切完成的负极片料35直接依次、交错的送入两层隔离膜之间。

双层结构的隔离膜制片机构包括由隔离膜料辊传输的隔离膜上层放卷机构33和隔离膜下层放卷机构38，隔离膜上层放卷机构33和隔离膜下层放卷机构38输出的隔离膜与负极卷料来料同步的朝向所述热复合机构34进料口传输，继续往下游流转。

热复合机构34采用双辊热挤压结构，用于将覆膜的负极片料35热压粘接复合。具体的，由隔离膜上层放卷机构33和隔离膜下层放卷机构38输送的连续的两层隔离膜，夹持着负极片料35，首先流转到热复合机构34，在一定的温度和压力条件下，两层隔离膜与负极片料35经过挤压，粘合在一起。

隔离膜封边机构36用于对超出负极片料的上下两层隔离膜侧边挤压粘合，实现封边制袋。对超出负极片料35四周的上下两层隔离膜，再次进行挤压，使两层隔离膜粘合在一起，即封边制袋工艺。

隔离膜裁切机构37设置在隔离膜封边机构36下游，用于对包覆负极片料的上下两层隔离膜进行裁切，形成预定尺寸的负极复合制袋式单元片料12。具体的，预定尺寸的“2+1”形式的负极复合制袋式单元片料12，如图4所示，裁切位置位于相邻两负极片料35的间隙处。

其中，所述正极输送机构2和负极输送机构11分设于所述叠片转运机构(4/6)的两端。在所述正极输送机构2和负极输送机构11上设置视觉检测单元，用于检测正极片料3和负极复合制袋式单元片料12的尺寸和表面缺陷。检测合格的片料输送至叠片系统取片位，检测NG的片料直接剔除掉。

进一步的，在负极料辊传输的负极上层放卷机构31和负极下层放卷机构40上设置视觉检测单元，用于检测正极卷料缺陷，并记录数据，在输送机构剔除。

其中，所述叠片转运机构(4/6)采用单排双向或多排双向传输，用于接收正极输送机构2和负极输送机构11输送来的正极片料3和负极复合制袋式单元片料12，并运往叠片系统的纠偏机构(5/13、7/14)进行纠偏。

所述叠片系统的叠片机构(8/9)位于纠偏机构(5/13、7/14)下游，用于对纠偏完的正极片料3和负极复合制袋式单元片料12按照负极-正极-负极……正极-负极顺序交错堆叠。

参见图示的示例，为双叠片工位情况，叠片转运机构(4/6)包括叠片转运机构一4和叠片转运机构二6。对应的，叠片系统的纠偏机构(5/13、7/14)包括正极纠偏机构一5、正极纠偏机构二7、负极纠偏机构一13和负极纠偏机构二14,叠片系统的叠片机构(8/9)包括叠片机构一8和叠片机构二9。

当叠片系统取片位布满合格片料时，叠片转运机构一4依次、分别、往复的将负极复合制袋式单元片料12和正极片料3转运至负极纠偏机构一13和正极纠偏机构一5。同时的，叠片转运机构二6依次、分别、往复的将负极复合制袋式单元片料12和正极片料3转运至负极纠偏机构二14和正极纠偏机构二7。每个工位的叠片转运机构，每次可转运一片，也可以是两片、三片、四片...。如图3所示。

待每个工位的纠偏机构将对应的片料完成纠偏动作之后，叠片转运机构一4依次、分别、往复的将负极纠偏机构一13和正极纠偏机构一5上的片料，转运至叠片机构一8上，整齐的堆叠在一起，堆叠至预定层数，形成图5所示的电芯。顺序是先负极、正极、负极、正极……负极，最底层和最上层是负极复合制袋式单元片料12，中间隔着正极片料3，正极比负极少一片。

同时的，叠片转运机构二6依次、分别、往复的将负极纠偏机构二14和正极纠偏机构二7上的片料，转运至叠片机构二9上，整齐的堆叠在一起，堆叠至预定层数，形成图5所示的电芯。顺序是先负极、正极、负极、正极……负极，最底层和最上层是负极复合制袋式单元片料12，中间隔着正极片料3，正极比负极少一片。

两个工位、叠片机构一8和叠片机构二9同时堆叠的示意图参见图6。

设备的整体叠片操作流程图参见图7，采用负极预先复合形成制袋的负极复合制袋式单元片料12，与正极片料3在设备一端的两侧同步供给，下游采用多工位纠偏和叠片，依据场地和产能需求设置工位数量。设备适用于包括但不限于锂离子电池等电池的生成制备。

制袋式叠片电芯

通过上述设备生产的一种复合负极的制袋式叠片电芯，参见图4-图6，制袋式叠片电芯包括按照负极-正极-负极……正极-负极顺序堆叠的负极复合制袋式单元片料12和正极片料3；其中，参见图4，所述负极复合制袋式单元片料12包括负极片料35、上隔离膜片材41和下隔离膜片材42；上隔离膜片材41和下隔离膜片材42与负极片料35的顶面和底面粘结复合并在负极片料35的两侧边通过热压封边连接。

综上，本方案可以有效解决大尺寸长电芯高速情况下隔离膜褶皱问题，提升产品合格率，降低设备采购、能源消耗、维护等成本，从而降低锂离子电池的生产成本；其中一个叠片工位完成当前电芯生产，进行转移时；或者其中一个叠片工位出现问题时，余下的叠片工位仍可以进行叠片，不影响设备产出；每个工位每次可进行一组电芯堆叠，也可进行二组、三组、四组...电芯堆叠，提高生产效率。

最后应说明的是：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；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种复合负极的制袋式叠片电芯生产设备，其特征在于：

所述设备包括：正极制片机构(1)、负极复合制片系统(10)、正极输送机构(2)、负极输送机构(11)、叠片转运机构和叠片系统；

其中，正极输送机构(2)和负极输送机构(11)平行间隔布置；

正极制片机构(1)设置在正极输送机构(2)上游，用于将正极卷料(21)裁切成预定尺寸的正极片料(3)；

所述负极复合制片系统(10)设置在负极输送机构(11)上游，用于将负极片料(35)与隔离膜裁切成预定尺寸的负极复合制袋式单元片料(12)；

叠片转运机构和叠片系统设置在正极输送机构(2)和负极输送机构(11)之间，用于将正极片料(3)以及负极复合制袋式单元片料(12)按序交错堆叠形成电芯结构。

2.根据权利要求1所述的制袋式叠片电芯生产设备，其特征在于：

所述正极制片机构(1)包括两个正极卷料(21)的料辊、正极裁切机构(22)和正极输送辊(23)；两个料辊设置在正极输送机构(2)的上游，用一备一；正极卷料(21)经正极输送辊(23)传输向正极输送机构(2)；

所述正极裁切机构(22)设置在正极输送机构(2)入料端，用于裁切经正极输送辊(23)输送来的正极卷料(21)。

3.根据权利要求1所述的制袋式叠片电芯生产设备，其特征在于：

负极复合制片系统(10)包括负极制片机构、隔离膜制片机构、热复合机构(34)、隔离膜封边机构(36)和隔离膜裁切机构(37)；

其中，负极制片机构包括由负极料辊传输的负极上层放卷机构(31)和负极下层放卷机构(40)、上层裁切机构(32)以及下层裁切机构(39)，负极制片机构采用双层结构以便于交替输送负极卷料；

其中，双层结构的隔离膜制片机构包括由隔离膜料辊传输的隔离膜上层放卷机构(33)和隔离膜下层放卷机构(38)，隔离膜上层放卷机构(33)和隔离膜下层放卷机构(38)输出的隔离膜与负极卷料来料同步的朝向所述热复合机构(34)进料口传输；

其中，所述热复合机构(34)采用双辊热挤压结构，用于将覆膜的负极片料(35)热压粘接复合；

其中，所述隔离膜封边机构(36)用于对超出负极片料的上下两层隔离膜侧边挤压粘合，实现封边制袋；

其中，所述隔离膜裁切机构(37)设置在隔离膜封边机构(36)下游，用于对包覆负极片料的上下两层隔离膜进行裁切，形成预定尺寸的负极复合制袋式单元片料(12)。

4.根据权利要求1所述的制袋式叠片电芯生产设备，其特征在于：

所述正极输送机构(2)和负极输送机构(11)分设于所述叠片转运机构(4/6)的两端；在所述正极输送机构(2)和负极输送机构(11)上设置视觉检测单元，用于检测正极片料(3)和负极复合制袋式单元片料(12)的尺寸和表面缺陷。

5.根据权利要求1所述的制袋式叠片电芯生产设备，其特征在于：

所述叠片转运机构采用单排双向或多排双向传输，用于接收正极输送机构(2)和负极输送机构(11)输送来的正极片料(3)和负极复合制袋式单元片料(12)，并运往叠片系统的纠偏机构进行纠偏；

所述叠片系统的叠片机构位于纠偏机构下游，用于对纠偏完的正极片料(3)和负极复合制袋式单元片料(12)按照负极-正极-负极……正极-负极顺序交错堆叠。

Images