CN219106248U - 一种热复合卷芯制备装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种热复合卷芯制备装置，包括卷绕复合组件、加热组件、夹紧卷切组件、CCD相机；所述卷绕复合组件能够将正极极片、负极极片、正极隔膜和负极隔膜卷绕并输出热复合卷芯；所述加热组件位于卷绕复合组件的下游，所述夹紧卷切组件位于加热组件的下游，所述CCD相机位于夹紧卷切组件的一侧。本实用新型通过设置的加热组件对正负极极片及其对应的隔膜进行加热，并通过夹紧卷切组件实现极片和隔膜贴合在一起后进行卷取剪切，实现了卷芯的快速成型。且能够通过CCD相机快速判断对齐度，本实用新型的卷芯能够一次成型，提高了生产效率，同时相对原有工艺，减少电池搬运过程中，卷芯内部极片松弛错位造成的短路，降低报废率。
Description
技术领域
本实用新型涉及锂电池制造技术领域，具体为一种热复合卷芯制备装置。
背景技术
目前方形锂电池制造工艺中，卷芯通过正负极极片和正负极隔膜形成卷芯，卷芯通过热压机进行热压成型，再将其通过X-Ray设备检测卷芯内部极片和隔膜之间的包覆距离，包覆距离异常的卷芯进行剔除；在现有的电池制造工艺中热压工序节拍长，数量多、严重浪费产线车间空间，影响生产效率，其次X-Ray设备光管使用寿命有限，每个光管使用1年就已衰减到无法工作阶段，后期维护成本居高不下，再者，X-Ray设备X光穿透能力有限，在大电芯包覆距离检测过程中，最内侧的包覆距离无法有效检测，存在误判情况。同时现有的热压机的热压设备对卷芯的加热效率不高，存在成型效率低的问题。
公布号为CN110380135A的发明专利申请公开了一种复合工艺制备卷绕电芯极片及其锂离子电池方法。该申请采用卷绕前增加热压辊对极片与隔离膜进行热复合，定型，显著降低隔离膜褶皱；热复合后的裸电芯，电芯易于成型，X-Ray通过率高。但仍然存在上述问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于：解决现有的卷芯装置成型效率低的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：
一种热复合卷芯制备装置，包括卷绕复合组件、加热组件、夹紧卷切组件、CCD相机，所述卷绕复合组件、加热组件、夹紧卷切组件依序设置，所述CCD相机设置在所述夹紧卷切组件的一侧。
优点：本实用新型通过设置的加热组件对正负极极片及其对应的隔膜进行加热，并通过夹紧卷切组件实现极片和隔膜贴合在一起后进行卷取剪切，实现了卷芯的快速成型。且能够通过CCD相机快速判断对齐度，本实用新型的卷芯能够一次成型，提高了生产效率，同时相对原有工艺，减少电池搬运过程中，卷芯内部极片松弛错位造成的短路，降低报废率。
优选地，所述加热组件包括加热壳体和加热板；
所述加热壳体具有入口和出口；所述加热板安装在加热壳体的内部，多个所述加热板沿着入口和出口的流动方向上均匀排布。
优选地，所述加热组件的加热温度范围为60～70℃，所述加热组件(2)两端的加热温度低于中部的加热温度。
优选地，所述卷绕复合组件包括正极极片放卷单元、负极极片放卷单元、正极隔膜放卷单元、负极隔膜放卷单元和上驱动夹紧辊单元；
所述正极极片放卷单元、负极极片放卷单元、正极隔膜放卷单元、负极隔膜放卷单元并列设置后均位于上驱动夹紧辊单元的上端。
优选地，所述正极极片放卷单元包括正极极片放卷机构、正极极片放卷驱动辊、正极极片张力辊、正极极片纠偏辊、正极极片辅助辊；
所述正极极片放卷机构、正极极片辅助辊、正极极片放卷驱动辊、正极极片张力辊和正极极片纠偏辊依序设置。
优选地，所述负极极片放卷单元包括负极极片放卷机构、负极极片放卷驱动辊、负极极片张力辊、负极极片纠偏辊、负极极片辅助辊；
所述负极极片放卷机构、负极极片辅助辊、负极极片放卷驱动辊、负极极片张力辊和负极极片纠偏辊依序设置。
优选地，所述正极隔膜放卷单元包括正极隔膜放卷机构、正极隔膜放卷驱动辊、正极隔膜张力辊、正极隔膜纠偏辊、正极隔膜辅助辊；
所述正极隔膜放卷机构、正极隔膜辅助辊、正极隔膜放卷驱动辊、正极隔膜张力辊和正极隔膜纠偏辊依序设置。
优选地，所述负极隔膜放卷单元包括负极隔膜放卷机构、负极隔膜放卷驱动辊、负极隔膜张力辊、负极隔膜纠偏辊、负极隔膜辅助辊；
所述负极隔膜放卷机构、负极隔膜辅助辊、负极隔膜放卷驱动辊、负极隔膜张力辊和负极隔膜纠偏辊依序设置。
优选地，所述上驱动夹紧辊单元包括上左侧驱动夹紧辊和上右侧驱动夹紧辊；
所述上左侧驱动夹紧辊和上右侧驱动夹紧辊对称布置且位于正极极片放卷单元、负极极片放卷单元、正极隔膜放卷单元和负极隔膜放卷单元的下方。
优选地，夹紧卷切组件包括下左侧驱动夹紧辊、下右侧驱动夹紧辊、入卷驱动辊、入卷压辊、夹板、切刀和卷针；
所述下左侧驱动夹紧辊和下右侧驱动夹紧辊对称布置且位于加热组件的下方；
所述入卷驱动辊和入卷压辊对称布置且位于下左侧驱动夹紧辊和下右侧驱动夹紧辊的下游；
所述夹板位于入卷驱动辊和入卷压辊的下游；所述切刀位于夹板的下游；所述卷针位于切刀的下游。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型通过设置的加热组件对正负极极片及其对应的隔膜进行加热，并通过夹紧卷切组件实现极片和隔膜贴合在一起后进行卷取剪切，实现了卷芯的快速成型。且能够通过CCD相机快速判断对齐度，本实用新型的卷芯能够一次成型，提高了生产效率，同时相对原有工艺，减少电池搬运过程中，卷芯内部极片松弛错位造成的短路，降低报废率。
(2)本实用新型在卷绕后，卷芯极片和隔膜之间的贴合更加紧密，卷绕后的卷芯更加板硬，卷芯成型更加结实。
(3)本实用新型的加热组件内部设置有七个加热板，且可控制每个加热板的加热温度，实现入口、中间、出口区域的温度不同；提高产线车间的空间利用率，降低设备成本；同时可以提高产线生产效率，同等时间内可以提高产量，降低物耗，节省资源成本。
(4)本实用新型通过CCD相机取代X-Ray设备，提高产线车间的空间利用率，降低设备成本；同时CCD相机的后期维护成本低，可以避免现有产线的X-Ray设备光管定期更换的维护成本。
(5)本实用新型通过CCD相机检测正极隔膜和负极隔膜之间的距离D1；正极隔膜和正极极片之间的距离D2；正极极片和负极极片之间的距离D3；负极隔膜和负极极片之间的距离D4。距离D1、D2、D3和D4均有设定范围，当CCD相机测量的距离D1、D2、D3和D4脱离设定范围，则可以确定发生异常，通过正极隔膜纠偏辊、正极极片纠偏辊、负极极片纠偏辊、负极隔膜纠偏辊调整对应的正极极片、负极极片、正极隔膜、负极隔膜的位置，直到包覆距离满足要求。
附图说明
图1为本实用新型的实施例的整体结构示意图；
图2为本实用新型的实施例的加热组件的工作示意图；
图3为本实用新型的实施例的加热组件的内部安装示意图；
图4为本实用新型的实施例的加热组件的加热板排布示意图；
图中：1、卷绕复合组件；11、正极极片放卷单元；111、正极极片放卷机构；112、正极极片放卷驱动辊；113、正极极片张力辊；114、正极极片纠偏辊；115、正极极片辅助辊；12、负极极片放卷单元；121、负极极片放卷机构；122、负极极片放卷驱动辊；123、负极极片张力辊；124、负极极片纠偏辊；125、负极极片辅助辊；13、正极隔膜放卷单元；131、正极隔膜放卷机构；132、正极隔膜放卷驱动辊；133、正极隔膜张力辊；134、正极隔膜纠偏辊；135、正极隔膜辅助辊；14、负极隔膜放卷单元；141、负极隔膜放卷机构；142、负极隔膜放卷驱动辊；143、负极隔膜张力辊；144、负极隔膜纠偏辊；145、负极隔膜辅助辊；15、上驱动夹紧辊单元；151、上左侧驱动夹紧辊；152、上右侧驱动夹紧辊；2、加热组件；21、加热壳体；211、入口；212、出口；22、加热板；3、夹紧卷切组件；31、下左侧驱动夹紧辊；32、下右侧驱动夹紧辊；33、入卷驱动辊；34、入卷压辊；35、夹板；36、切刀；37、卷针；4、CCD相机；5、热复合卷芯；51、正极极片；52、负极极片；53、正极隔膜；54、负极隔膜。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本实用新型技术方案，现结合说明书附图对本实用新型技术方案做进一步的说明。
术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参阅图1，本实施例公开了一种热复合卷芯制备装置，包括卷绕复合组件1、加热组件2、夹紧卷切组件3、CCD相机4。
卷绕复合组件1包括正极极片放卷单元11、负极极片放卷单元12、正极隔膜放卷单元13、负极隔膜放卷单元14和上驱动夹紧辊单元15。通过正极极片放卷单元11、负极极片放卷单元12、正极隔膜放卷单元13和负极隔膜放卷单元14的作用分别将卷绕正极极片51、负极极片52、正极隔膜53和负极隔膜54，并通过上驱动夹紧辊单元15将其卷绕在一起并送入加热组件2中。
正极极片放卷单元11包括正极极片放卷机构111、正极极片放卷驱动辊112、正极极片张力辊113、正极极片纠偏辊114、正极极片辅助辊115；正极极片放卷机构111上卷绕有正极极片51；正极极片51能够绕过正极极片辅助辊115后依次经过正极极片放卷驱动辊112、正极极片张力辊113和正极极片纠偏辊114。正极极片放卷驱动辊112用于驱动正极极片51的运动，正极极片张力辊113用于调节正极极片51的张紧度，正极极片纠偏辊114用于调整对应的正极极片51的位置。
负极极片放卷单元12包括负极极片放卷机构121、负极极片放卷驱动辊122、负极极片张力辊123、负极极片纠偏辊124、负极极片辅助辊125；负极极片放卷机构121上卷绕有负极极片52；负极极片52能够绕过负极极片辅助辊125后依次经过负极极片放卷驱动辊122、负极极片张力辊123和负极极片纠偏辊124。负极极片放卷驱动辊122用于驱动负极极片52的运动，负极极片张力辊123用于调节负极极片52的张紧度，负极极片纠偏辊124用于调整对应的负极极片52的位置。
正极隔膜放卷单元13包括正极隔膜放卷机构131、正极隔膜放卷驱动辊132、正极隔膜张力辊133、正极隔膜纠偏辊134、正极隔膜辅助辊135；正极隔膜放卷机构131上卷绕有正极隔膜53；正极隔膜53能够绕过正极隔膜辅助辊135后依次经过正极隔膜放卷驱动辊132、正极隔膜张力辊133和正极隔膜纠偏辊134。正极隔膜放卷驱动辊132用于驱动正极隔膜53的运动，正极隔膜张力辊133用于调节正极隔膜53的张紧度，正极隔膜纠偏辊134用于调整对应的正极隔膜53的位置。
负极隔膜放卷单元14包括负极隔膜放卷机构141、负极隔膜放卷驱动辊142、负极隔膜张力辊143、负极隔膜纠偏辊144、负极隔膜辅助辊145；负极隔膜放卷机构141上卷绕有负极隔膜54；负极隔膜54能够绕过负极隔膜辅助辊145后依次经过负极隔膜放卷驱动辊142、负极隔膜张力辊143和负极隔膜纠偏辊144。负极隔膜放卷驱动辊142用于驱动负极隔膜54的运动，负极隔膜张力辊143用于调节负极隔膜54的张紧度，负极隔膜纠偏辊144用于调整对应的负极隔膜54的位置。
上驱动夹紧辊单元15包括上左侧驱动夹紧辊151和上右侧驱动夹紧辊152；上左侧驱动夹紧辊151和上右侧驱动夹紧辊152对称布置且位于正极极片放卷单元11、负极极片放卷单元12、正极隔膜放卷单元13和负极隔膜放卷单元14的下方。用于将正极极片51、负极极片52、正极隔膜53和负极隔膜54贴合在一起形成热复合卷芯5，实现统一走带方向。
在卷绕复合组件1的工作流程中，正极极片放卷单元11、正极隔膜放卷单元13、负极极片放卷单元12、负极隔膜放卷单元14分别为四条正极极片51、正极隔膜53、负极极片52和负极隔膜54卷绕的带路，并按照正极极片51、正极隔膜53、负极极片52和负极隔膜54的顺序从左至右的顺序由上驱动夹紧辊单元15将其贴合在一起，卷绕成统一的热复合卷芯5。
参阅图2至图4，加热组件2包括加热壳体21和加热板22；加热壳体21为长方体结构，内部中空且分为上下两层，四周密封，仅在左右两侧开设有入口211和出口212用于供热复合卷芯5通过。加热壳体21的内部上下两层各安装有七个对称的加热板22，七个加热板22沿着热复合卷芯5在加热壳体21内部的流动方向上均匀排布。
其中，加热组件2的加热温度范围为60～70℃，具体的，位于加热壳体21的入口211处的两个加热板22的加热温度设置为60℃；位于加热壳体21的中间的三个加热板22的加热温度设置为70℃；位于加热壳体21的出口212处的两个加热板22的加热温度设置为60℃。七块加热板22可以实现独立的温度控制，实现加热壳体21的入口211、中间和出口212区域的温度差异化控制。通过对极片和隔膜加热后进行卷取可实现卷芯加速成型。同时通过设置的加热组件2可以取消现有产线中热压设备，提高产线车间的空间利用率，降低设备成本。
夹紧卷切组件3包括下左侧驱动夹紧辊31、下右侧驱动夹紧辊32、入卷驱动辊33、入卷压辊34、夹板35、切刀36和卷针37；下左侧驱动夹紧辊31和下右侧驱动夹紧辊32对称布置且位于加热组件2的下方；入卷驱动辊33和入卷压辊34对称布置且位于下左侧驱动夹紧辊31和下右侧驱动夹紧辊32的下游；夹板35位于入卷驱动辊33和入卷压辊34的下游；切刀36位于夹板35的下游；卷针37位于切刀36的下游。
热复合卷芯5在经过加热组件2加热后，正极极片51、正极隔膜53、负极极片52和负极隔膜54将同时经过下左侧驱动夹紧辊31和下右侧驱动夹紧辊32的中间，在下左侧驱动夹紧辊31和下右侧驱动夹紧辊32的作用下正负极片和正负极隔膜将更加紧密地贴合在一起，同时，在下左侧驱动夹紧辊31和下右侧驱动夹紧辊32的作用下，也能够挤出正极极片51、正极隔膜53、负极极片52和负极隔膜54之间的气体。可以消除隔膜褶皱，使隔膜和极片紧密地贴合在一起，缩短锂离子扩散距离，减低内阻。本实施例在卷绕后，卷芯极片和隔膜之间的贴合更加紧密，卷绕后的卷芯更加板硬，卷芯成型更加结实。
在上述过程中，位于下游的入卷驱动辊33将带动整体的热复合卷芯5向着下游前进。热复合卷芯5通过夹板35夹紧后，切刀36将切断正极极片51、正极隔膜53、负极极片52和负极隔膜54，完成一次卷芯卷取过程。裁断的热复合卷芯5由卷针37沿顺时针卷取完成。
具体的，在热复合卷芯5卷取时，先将正极隔膜53和负极隔膜54预卷一圈，形成卷芯内部为正负极隔膜。在热复合卷芯5的正负极隔膜预卷完成后，开始卷取正极极片51和负极极片52，卷绕的顺序为：沿着卷针37顺时针方向看，从左到右分别是正极极片51、正极隔膜53、负极极片52和负极隔膜54。在热复合卷芯5卷取完成后，就形成了负极极片52包裹正极极片51；此时，热复合卷芯5的状态为：
负极极片52的宽度比正极极片51的宽度要宽，实现负极极片52完成盖住正极极片51，即负极极片52完成包裹住正极极片51。
负极极片52和正极极片51完全被正极隔膜53和负极隔膜54包覆，即正极隔膜53和负极隔膜54包覆完成覆盖负极极片52和正极极片51。
CCD相机4安装在卷针37的一侧，用于测量热复合卷芯5的正极极片51、正极隔膜53、负极极片52和负极隔膜54之间的距离。
通过CCD相机4检测正极隔膜53和负极隔膜54之间的距离D1；通过CCD相机4检测正极隔膜53和正极极片51之间的距离D2；通过CCD相机4检测正极极片51和负极极片52之间的距离D3；通过CCD相机4检测负极隔膜54和负极极片52之间的距离D4。距离D1、D2、D3和D4均有设定范围，当CCD相机4测量的距离D1、D2、D3和D4脱离设定范围，则可以确定发生异常，通过正极隔膜纠偏辊134、正极极片纠偏辊114、负极极片纠偏辊124、负极隔膜纠偏辊144调整对应的正极极片51、负极极片52、正极隔膜53、负极隔膜54的位置，直到包覆距离满足要求。
在本实施例的具体实施过程中，距离D1的设定范围设置为0～0.3mm，D2的设定范围设置为；2.0mm±0.5mm；D3的设定范围设置为；2.0mm±0.5mm；D4的设定范围设置为；2.5mm±0.5mm。
本实施例可以通过CCD相机4有效取代X-Ray设备，提高产线车间的空间利用率，降低设备成本；后期维护成本低，可以避免现有产线的X-Ray设备光管定期更换的维护成本。
本实施例的卷芯一次成型，相对原有工艺，减少电池搬运过程中，卷芯内部极片松弛错位造成的短路，降低报废率。同时可以提高产线生产效率，同等时间内可以提高产量，降低物耗，节省资源成本。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述实施例仅表示实用新型的实施方式，本实用新型的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型保护范围。
Claims (10)
1.一种热复合卷芯制备装置，其特征在于：包括卷绕复合组件(1)、加热组件(2)、夹紧卷切组件(3)、CCD相机(4)，所述卷绕复合组件(1)、加热组件(2)、夹紧卷切组件(3)依序设置，所述CCD相机(4)设置在所述夹紧卷切组件(3)的一侧。
2.根据权利要求1所述的热复合卷芯制备装置，其特征在于：所述加热组件(2)包括加热壳体(21)和加热板(22)；
所述加热壳体(21)具有入口(211)和出口(212)；所述加热板(22)安装在加热壳体(21)的内部，多个所述加热板(22)沿着入口(211)和出口(212)的流动方向上均匀排布。
3.根据权利要求2所述的热复合卷芯制备装置，其特征在于：所述加热组件(2)的加热温度范围为60～70℃，所述加热组件(2)两端的加热温度低于中部的加热温度。
4.根据权利要求1所述的热复合卷芯制备装置，其特征在于：所述卷绕复合组件(1)包括正极极片放卷单元(11)、负极极片放卷单元(12)、正极隔膜放卷单元(13)、负极隔膜放卷单元(14)和上驱动夹紧辊单元(15)；
所述正极极片放卷单元(11)、负极极片放卷单元(12)、正极隔膜放卷单元(13)、负极隔膜放卷单元(14)并列设置后均位于上驱动夹紧辊单元(15)的上端。
5.根据权利要求4所述的热复合卷芯制备装置，其特征在于：所述正极极片放卷单元(11)包括正极极片放卷机构(111)、正极极片放卷驱动辊(112)、正极极片张力辊(113)、正极极片纠偏辊(114)、正极极片辅助辊(115)；
所述正极极片放卷机构(111)、正极极片辅助辊(115)、正极极片放卷驱动辊(112)、正极极片张力辊(113)和正极极片纠偏辊(114)依序设置。
6.根据权利要求4所述的热复合卷芯制备装置，其特征在于：所述负极极片放卷单元(12)包括负极极片放卷机构(121)、负极极片放卷驱动辊(122)、负极极片张力辊(123)、负极极片纠偏辊(124)、负极极片辅助辊(125)；
所述负极极片放卷机构(121)、负极极片辅助辊(125)、负极极片放卷驱动辊(122)、负极极片张力辊(123)和负极极片纠偏辊(124)依序设置。
7.根据权利要求4所述的热复合卷芯制备装置，其特征在于：所述正极隔膜放卷单元(13)包括正极隔膜放卷机构(131)、正极隔膜放卷驱动辊(132)、正极隔膜张力辊(133)、正极隔膜纠偏辊(134)、正极隔膜辅助辊(135)；
所述正极隔膜放卷机构(131)、正极隔膜辅助辊(135)、正极隔膜放卷驱动辊(132)、正极隔膜张力辊(133)和正极隔膜纠偏辊(134)依序设置。
8.根据权利要求4所述的热复合卷芯制备装置，其特征在于：所述负极隔膜放卷单元(14)包括负极隔膜放卷机构(141)、负极隔膜放卷驱动辊(142)、负极隔膜张力辊(143)、负极隔膜纠偏辊(144)、负极隔膜辅助辊(145)；
所述负极隔膜放卷机构(141)、负极隔膜辅助辊(145)、负极隔膜放卷驱动辊(142)、负极隔膜张力辊(143)和负极隔膜纠偏辊(144)依序设置。
9.根据权利要求4所述的热复合卷芯制备装置，其特征在于：所述上驱动夹紧辊单元(15)包括上左侧驱动夹紧辊(151)和上右侧驱动夹紧辊(152)；
所述上左侧驱动夹紧辊(151)和上右侧驱动夹紧辊(152)对称布置且位于正极极片放卷单元(11)、负极极片放卷单元(12)、正极隔膜放卷单元(13)和负极隔膜放卷单元(14)的下方。
10.根据权利要求1所述的热复合卷芯制备装置，其特征在于：夹紧卷切组件(3)包括下左侧驱动夹紧辊(31)、下右侧驱动夹紧辊(32)、入卷驱动辊(33)、入卷压辊(34)、夹板(35)、切刀(36)和卷针(37)；
所述下左侧驱动夹紧辊(31)和下右侧驱动夹紧辊(32)对称布置且位于加热组件(2)的下方；
所述入卷驱动辊(33)和入卷压辊(34)对称布置且位于下左侧驱动夹紧辊(31)和下右侧驱动夹紧辊(32)的下游；
所述夹板(35)位于入卷驱动辊(33)和入卷压辊(34)的下游；所述切刀(36)位于夹板(35)的下游；所述卷针(37)位于切刀(36)的下游。
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| CN116565289A (zh) * | 2023-07-11 | 2023-08-08 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 卷绕系统及其卷绕方法 |
| CN116565289B (zh) * | 2023-07-11 | 2023-11-21 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 卷绕系统及其卷绕方法 |
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