CN220065771U - 一种锂电池叠片连续卷绕机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂电池叠片连续卷绕机，涉及电芯制造技术领域，解决了现有锂电池卷绕叠片生产效率低的问题，保证了生产质量，具体方案如下：包括用于极片隔膜卷绕的卷绕成型系统、相对设置在卷绕成型系统两侧用于提供极片的负极片释放系统和正极片释放系统，负极片释放系统的下方设有负极隔膜释放预热系统，正极片释放系统的上方设有正极隔膜释放预热系统，负极片释放系统、负极隔膜释放预热系统的输出端之间以及正极片释放系统、正极隔膜释放预热系统的输出端之间分别设有一个用于裁切极片并将裁切后极片与预热后隔膜热挤压复合的裁切复合系统，两个裁切复合系统相对设置且均向同一个卷绕成型系统输送复合的极片隔膜。

Description

一种锂电池叠片连续卷绕机

技术领域

本实用新型涉及电芯制造技术领域，尤其是一种锂电池叠片连续卷绕机。

背景技术

现有锂离子动力电池芯包制造方法，主要有叠片工艺制备芯包和卷绕工艺制备芯包两种方法，卷绕工艺的优点：生产效率高、极片隔膜张力控制好，缺点：安全性差，单位体积容量差；叠片工艺的优点：安全性高、单位体积容量高，缺点：生产效率低，隔膜张力控制差。

目前已出现卷绕工艺与叠片工艺相结合的生产方式(例如公开号CN115275366A)，多是将裁片热复合与卷绕分体设计，即先将极片裁片并与隔膜热复合成极片隔膜，然后再卷绕，极片隔膜的制备过程与卷绕过程不在同一设备上进行，极片隔膜的转移过程大大降低了成产效率。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种锂电池叠片连续卷绕机，将裁片热复合与电芯卷绕一体化设计，在卷绕的同时进行极片的裁切以及裁切后与隔膜的热复合，解决了现有锂电池卷绕叠片生产效率低的问题。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

本实用新型的实施例提供了一种锂电池叠片连续卷绕机，包括用于极片隔膜卷绕的卷绕成型系统、相对设置在卷绕成型系统两侧用于提供极片的负极片释放系统和正极片释放系统，负极片释放系统的下方设有负极隔膜释放预热系统，正极片释放系统的上方设有正极隔膜释放预热系统，负极片释放系统、负极隔膜释放预热系统的输出端之间以及正极片释放系统、正极隔膜释放预热系统的输出端之间分别设有一个用于裁切极片并将裁切后极片与预热后隔膜热挤压复合的裁切复合系统，两个裁切复合系统相对设置且均向同一个卷绕成型系统输送复合的极片隔膜。

作为进一步的实现方式，所述两个裁切复合系统的工位等高。

作为进一步的实现方式，所述负极片释放系统与正极片释放系统的工位等高，负极隔膜释放预热系统与正极隔膜释放预热系统工位相对于负极片释放系统与正极片释放系统之间的中心点对称布置。

作为进一步的实现方式，所述负极片释放系统和正极片释放系统结构相同，均由沿极片朝向裁切复合系统的输送方向依次设置的极片放卷辊、极片缓存位、极片CCD、极片打标机构以及极片裁前纠偏机构组成。

作为进一步的实现方式，所述正极隔膜释放预热系统与负极隔膜释放预热系统结构相同，均是由沿隔膜朝向裁切复合系统的输送方向依次设置的隔膜放卷辊、隔膜缓存位、隔膜纠偏机构、隔膜预热机构以及静电发生器组成。

作为进一步的实现方式，所述裁切复合系统从其输入端至输出端的方向上依次为输送压辊机构、激光裁切除尘机构、输送带和热复合机构，输送压辊机构由上下相对设置的极片裁断送片辊、压辊组成，激光裁切除尘机构上设有用于裁切极片的激光器和用于吸尘的正压除尘单元和负压吸尘单元，输送带的上方设有用于裁断后极片定位的极片点位CCD机构，热复合机构由上下相对设置的热复合压辊和热复合辅辊组成。

作为进一步的实现方式，所述输送压辊机构和热复合机构的输入侧分别设有用于裁切前接片、预热后隔膜张拉的张拉辊。

作为进一步的实现方式，每个所述裁切复合系统的输出端处分别设有一个卷前纠偏机构，每个卷前纠偏机构的输出侧处分别设有一个卷前辅热机构，每个卷前辅热机构的输出侧处分别设有一组张力摆辊，每组张力摆辊的输出侧的下方分别设有一组入片夹辊。

作为进一步的实现方式，所述张力摆辊位于卷前辅热机构的下方。

作为进一步的实现方式，所述卷绕成型系统位于两组入片夹辊的下方，卷绕成型系统由转动设置在机架上的三角轮、收尾压辊和收尾隔膜激光切断器组成，收尾压辊为可伸缩结构，收尾压辊和收尾隔膜激光切断器均设置在三角轮的一侧以用于将卷绕电芯收尾位置处的极片隔膜压紧、切断。

上述本实用新型的有益效果如下：

1)本实用新型在卷绕成型系统两侧设了负极片释放系统和正极片释放系统，并各自配备了隔膜释放预热系统，极片释放系统及其对应的隔膜释放预热系统的输入端处设置了裁切复合系统，能够对极片裁切并与预热后的隔膜复合，同时，复合后的极片隔膜输送至卷绕成型系统进行卷绕，将裁片热复合与电芯卷绕一体化设计，在卷绕的同时进行极片的裁切以及裁切后与隔膜的热复合，隔膜连续不裁断，大大提高了叠片类电芯的生产效率，同时，极片的裁切减少了极片的使用，降低了成本，提高了电池的安全性，有效结合了叠片工艺与卷绕工艺的优点。

2)本实用新型设置的正极隔膜释放预热系统和负极隔膜释放预热系统能够在对隔膜释放的同时进行预热，配合静电发生器以及热复合压辊的使用，大大提高了极片与隔膜的连接牢固性，有效保证了电芯的生产质量。

3)本实用新型在极片裁切以及热复合后均进行了纠偏，且在极片复合前进行了定位，有效保证了极片与隔膜的复合定位精度，保证了电芯的生产质量。

4)本实用新型在输送压辊机构和热复合机构的输入侧均设有张拉辊，有效保证了极片裁切前、预热后隔膜的张拉度，提高了加工精度。

5)本实用新型在卷绕成型系统前设置了卷前辅热机构和张力摆辊，保证了正极极片隔膜与负极极片隔膜之间的复合紧密性，进而提高了生产质量。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书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。

图1是本实用新型根据一个或多个实施方式的一种锂电池叠片连续卷绕机的整体结构示意图；

图2是本实用新型根据一个或多个实施方式的裁切复合系统的结构示意图；

图3是本实用新型根据一个或多个实施方式的电芯产品的结构示意图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，1、负极片放卷辊；2、负极片缓存位；3、负极极片CCD；4、负极片打标机构；5、负极片裁前纠偏机构；6、负极卷前纠偏机构；7、负极卷前辅热机构；8、负极张力摆辊；9、负极隔膜放卷辊；10、负极隔膜缓存位；11、负极隔膜纠偏机构；12、负极隔膜预热机构；13、负极静电发生器；14、负极入片夹辊；15、收尾压辊；16、收尾隔膜激光切断器；17、主卷位；18、三角轮；19、正极入片夹辊；20、正极张力摆辊；21、正极卷前辅热机构；22、正极卷前纠偏机构；23、正极静电发生器；24、正极隔膜预热机构；25、正极隔膜纠偏机构；26、正极隔膜缓存位；27、正极隔膜放卷辊；28、正极片裁前纠偏机构；29、正极片打标机构；30、正极极片CCD；31、正极片缓存位；32、正极片放卷辊；33、正压除尘单元；34、极片点位CCD；35、CCD光源；36、热复合压辊气缸；37、热复合压辊支架；38、热复合压辊；39、热复合辅辊；40、预热后隔膜；41、输送带；42、伺服电机；43、同步带轮；44、负压吸尘单元；45、激光切割腔体；46、极片裁断送片辊；47、极片；48、送片压辊气缸支架；49、送片压辊气缸；50、激光器；51、隔膜；52、正极片；53、收尾胶带；54负极片。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所介绍的，目前已出现卷绕工艺与叠片工艺相结合的生产方式，多是将裁片热复合与卷绕分体设计，即先将极片裁片并与隔膜热复合成极片隔膜，然后再卷绕，极片隔膜的制备过程与卷绕过程不在同一设备上进行，极片隔膜的转移过程大大降低了成产效率的问题，为解决上述问题，本实用新型提供了一种锂电池叠片连续卷绕机。

实施例1

本实用新型的一种典型的实施方式中，如图1-图3所示，提出了一种锂电池叠片连续卷绕机，包括，设置在机架(图中未画出)上的负极片释放系统、负极隔膜释放预热系统、正极片释放系统、正极隔膜释放预热系统、裁切复合系统以及卷绕成型系统。

负极片释放系统用于负极片的释放，正极片释放系统用于正极片的释放；负极隔膜释放预热系统用于负极隔膜的释放以及预热，正极隔膜释放预热系统用于正极隔膜的释放以及预热。

负极片释放系统和负极隔膜释放预热系统位于卷绕成型系统的一侧，正极片释放系统和正极隔膜释放预热系统位于卷绕成型系统的另一侧；

负极片释放系统的输出端与负极隔膜释放预热系统的输出端之间设有一个裁切复合系统，正极片释放系统的输出端与正极隔膜释放预热系统的输出端之间也设有一个裁切复合系统，以通过裁切复合系统对输送来的极片进行裁切并将正/负极片与对应的隔膜复合成正/负极片隔膜；

具体的，两个裁切复合系统的工位等高，两个裁切复合系统的输出端相对设置且均向同一个卷绕成型系统输送复合的极片隔膜，以用于将正/负极片隔膜同步输送至同一个卷绕成型系统内复合并卷绕成型。

其中，负极片释放系统与正极片释放系统的工位等高，负极隔膜释放预热系统与正极隔膜释放预热系统工位不等高且相对于负极片释放系统与正极片释放系统之间的中心点对称布置，具体的，本实施例中负极隔膜释放预热系统工位低于负极片释放系统，正极隔膜释放预热系统工位高于正极片释放系统，使得负极片位于负极隔膜的下表面上，正极片位于正极隔膜的上表面上，从而在极片隔膜复合时正极片和负极片能够相对分布于隔膜的两侧。

可以理解的是，在其他实施例中也可以使得负极隔膜释放预热系统工位高于负极片释放系统，正极隔膜释放预热系统工位低于正极片释放系统，具体的设置方式可根据实际需求进行确定，这里不做过多的限制。

如图1所示，负极片释放系统由负极片放卷辊1、负极片缓存位2、负极极片CCD3、负极片打标机构4以及负极片裁前纠偏机构5组成，负极片放卷辊1、负极片缓存位2、负极极片CCD3、负极片打标机构4、负极片裁前纠偏机构5沿负极片朝向裁切复合系统输送的方向依次设置，负极片放卷辊1释放负极片后先输送至负极片缓存位2处进行缓存，负极片缓存位2上的负极片通过负极极片CCD3检测极片瑕疵，负极片打标机构4处进行标记，用于对不符合要求的极片进行标记，负极片裁前纠偏机构5用于极片的纠偏，以保证后续裁切过程中精度。

负极隔膜释放预热系统由负极隔膜放卷辊9、负极隔膜缓存位10、负极隔膜纠偏机构11、负极隔膜预热机构12以及负极静电发生器13组成，负极隔膜放卷辊9、负极隔膜缓存位10、负极隔膜纠偏机构11、负极隔膜预热机构12以及负极静电发生器13沿负极隔膜朝向裁切复合系统输送的方向依次设置，负极隔膜放卷辊9释放负极隔膜后先输送至负极隔膜缓存位10处进行缓存，负极隔膜缓存位10上的负极隔膜通过负极隔膜纠偏机构11进行纠偏，以保证后续裁切好的负极片与隔膜的复合精度，纠偏后的负极隔膜输送至负极隔膜预热机构12处进行预热以便于后续与裁切好的负极片复合，预热后的负极隔膜经过负极静电发生器13后输送至裁切复合系统与裁切好的负极片复合，负极静电发生器13用于使负极隔膜带静电，静电的作用可将负极片与负极隔膜紧密贴合在一起。

其中，负极片放卷辊1、负极极片CCD3、负极片打标机构4、负极片裁前纠偏机构5、负极隔膜放卷辊9、负极隔膜纠偏机构11、负极隔膜预热机构12以及负极静电发生器13均为现有技术，具体结构这里不再过多的赘述；

负极片缓存位2、负极隔膜缓存位10均是由若干错位交替设置的输送辊组成，以使得负极片、负极隔膜在对应的缓存位处呈连续折线形状态输送，以便于保证释放速率与复合、卷绕速率相匹配，且起到应急的功能。

同理，正极片释放系统由正极片放卷辊32、正极片缓存位31、正极极片CCD30、正极片打标机构29以及正极片裁前纠偏机构28组成，正极片放卷辊32、正极片缓存位31、正极极片CCD30、正极片打标机构29、正极片裁前纠偏机构28沿正极片朝向裁切复合系统输送的方向依次设置，正极片放卷辊32释放正极片后先输送至正极片缓存位31处进行缓存，正极片缓存位31上的正极片通过正极极片CCD30检测极片瑕疵，正极片打标机构29用于对不符合要求的极片进行标记，正极片裁前纠偏机构28用于极片的纠偏，以保证后续裁切过程中精度。

正极隔膜释放预热系统由正极隔膜放卷辊27、正极隔膜缓存位26、正极隔膜纠偏机构25、正极隔膜预热机构24以及正极静电发生器23组成，正极隔膜放卷辊27、正极隔膜缓存位26、正极隔膜纠偏机构25、正极隔膜预热机构24以及正极静电发生器23沿正极隔膜朝向裁切复合系统输送的方向依次设置，正极隔膜放卷辊27释放正极隔膜后先输送至正极隔膜缓存位26处进行缓存，正极隔膜缓存位26上的正极隔膜通过正极隔膜纠偏机构25进行纠偏，以保证后续裁切好的正极片与隔膜的复合精度，纠偏后的正极隔膜输送至正极隔膜预热机构24处进行预热以便于后续与裁切好的正极片复合，预热后的正极隔膜经过正极静电发生器23后输送至裁切复合系统与裁切好的正极片复合，正极静电发生器23用于使正极隔膜带静电，静电的作用可将正极片与正极隔膜紧密贴合在一起。

其中，正极片放卷辊32、正极极片CCD30、正极片打标机构29、正极片裁前纠偏机构28、正极隔膜放卷辊27、正极隔膜纠偏机构25、正极隔膜预热机构24以及正极静电发生器23均为现有技术，具体结构这里不再过多的赘述；

正极片缓存位31、正极隔膜缓存位26均是由若干错位交替设置的输送辊组成，以使得正极片、正极隔膜在对应的缓存位处呈连续折线形状态输送，以便于保证释放速率与复合、卷绕速率相匹配，且起到应急的功能。

如图3所示，裁切复合系统由激光裁切除尘机构、极片点位CCD机构、热复合机构、输送带41以及输送压辊机构组成。

其中，输送压辊机构位于裁切复合系统的输入端，输送压辊机构由极片裁断送片辊46、送片压辊气缸49组成，送片压辊气缸49位于极片裁断送片辊46的正上方，二者相对设置以用于对极片47的夹持，极片裁断送片辊46转动设置在机架上，送片压辊气缸49通过送片压辊气缸支架48安装在机架上，送片压辊气缸49的底部转动设有压辊。

激光裁切除尘机构位于输送压辊机构输出的一侧，激光裁切除尘机构含有激光切割腔体45，激光切割腔体45上安装有用于裁切极片47的激光器50以及用于吸尘的正压除尘单元33和负压吸尘单元44，激光器50和正压除尘单元33均位于负压吸尘单元44的上方，极片44在移动过程中位于正压除尘单元33和负压吸尘单元44之间，以用于在激光裁切中除尘。

输送带41位于激光裁切除尘机构输出的一侧，主要用于对裁断后极片的输送，输送带41通过同步带轮43与安装在机架上的伺服电机42连接。

极片点位CCD机构位于输送带41的上方，由极片点位CCD34和CCD光源35组成，主要用于对裁断后极片的定位。

热复合机构位于输送带41远离激光裁切除尘机构的一侧，即输送带41输出的一侧，热复合压辊机构由上下相对设置的热复合压辊38和热复合辅辊39组成，其中，热复合压辊38位于热复合辅辊39的上方，热复合压辊38转动设置在热复合压辊气缸36的伸缩杆上，热复合压辊气缸36通过热复合压辊支架37固定安装在机架上，以通过热复合压辊气缸36改变热复合压辊38的高度，热复合辅辊39转动安装在机架上，以配合热复合压辊38将裁断后的极片与预热后隔膜40热挤压复合在一起。

其中，在输送压辊机构和热复合机构的输入侧均设有张拉辊，以用于对裁切前的极片47、预热后隔膜40进行张拉。

每个裁切复合系统的输出端处设有分别设有一个卷前纠偏机构，具体的，与负极片释放系统、负极隔膜释放预热系统配合使用的裁切复合系统的输出端处设有一个负极卷前纠偏机构6，与正极片释放系统、正极隔膜释放预热系统配合使用的裁切复合系统的输出端处设有一个正极卷前纠偏机构22，以用于对热挤压复合后的极片隔膜进行卷前纠偏。

每个卷前纠偏机构的输出侧处分别设有一个卷前辅热机构，具体的，负极卷前纠偏机构6的输出侧设有一个负极卷前辅热机构7，正极卷前纠偏机构22的输出侧设有一个正极卷前辅热机构21，卷前辅热机构为两个相对设置的辅热夹辊。

每个卷前辅热机构的输出侧处分别设有一组张力摆辊，张力摆辊位于卷前辅热机构的下方，以用于改变极片隔膜的张力，具体的，负极卷前辅热机构7的输出侧下方设有一组负极张力摆辊8，正极卷前辅热机构21的输出侧下方设有一组正极张力摆辊20。

每组张力摆辊的输出侧的下方分别设有一组入片夹辊，其中，负极张力摆辊8输出侧的下方设有一组负极入片夹辊14，正极张力摆辊20输出侧的下方设有一组正极入片夹辊19，入片夹辊由两个相对转动设置在机架上的转动辊组成。

卷绕成型系统位于两组入片夹辊的下方，卷绕成型系统由转动设置在机架上的三角轮18、收尾压辊15以及收尾隔膜激光切断器16组成，收尾压辊15和收尾隔膜激光切断器16均设置在三角轮18的一侧以用于将卷绕电芯收尾位置处的极片隔膜压紧并切断，三角轮18位于两组入片夹辊的下方，通过入片夹辊输送出的正负极片隔膜到达主卷位17后按照设定速度将正负极片隔膜卷绕成电芯；

收尾压辊15为可伸缩结构，在卷绕收尾时，收尾压辊15伸出将收尾位置处的极片隔膜压紧贴合；收尾隔膜激光切断器16可利用激光将隔膜进行切断，最后在电芯上贴上收尾胶带53即可完成电芯卷绕。

如图3所示，缠绕成的电芯由连续不切断的隔膜51和切断的单体极片组成，隔膜51为两层结构，正极片52固定在隔膜51的正面并沿隔膜351的长度方向依次布置多个，负极片54固定在隔膜51的背面并沿隔膜51的长度方向依次布置多个，电芯卷绕后形成负极片54包裹正极片52的结构。

卷绕成型的电芯的两端圆弧处不设有极片，大大减少了极片的使用量，降低了成本，且利用叠片结构提高了单位体积的容量，同时，利用卷绕成型的方式提高了生产效率，两层隔膜51均为连续不间断结构，能够更好的隔离正负极片，提高电池的安全性能。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种锂电池叠片连续卷绕机，其特征在于，包括用于极片隔膜卷绕的卷绕成型系统、相对设置在卷绕成型系统两侧用于提供极片的负极片释放系统和正极片释放系统，负极片释放系统的下方设有负极隔膜释放预热系统，正极片释放系统的上方设有正极隔膜释放预热系统，负极片释放系统、负极隔膜释放预热系统的输出端之间以及正极片释放系统、正极隔膜释放预热系统的输出端之间分别设有一个用于裁切极片并将裁切后极片与预热后隔膜热挤压复合的裁切复合系统，两个裁切复合系统相对设置且均向同一个卷绕成型系统输送复合的极片隔膜。

2.根据权利要求1所述的一种锂电池叠片连续卷绕机，其特征在于，所述两个裁切复合系统的工位等高。

3.根据权利要求1所述的一种锂电池叠片连续卷绕机，其特征在于，所述负极片释放系统与正极片释放系统的工位等高，负极隔膜释放预热系统与正极隔膜释放预热系统工位相对于负极片释放系统与正极片释放系统之间的中心点对称布置。

4.根据权利要求1所述的一种锂电池叠片连续卷绕机，其特征在于，所述负极片释放系统和正极片释放系统结构相同，均由沿极片朝向裁切复合系统的输送方向依次设置的极片放卷辊、极片缓存位、极片CCD、极片打标机构以及极片裁前纠偏机构组成。

5.根据权利要求1所述的一种锂电池叠片连续卷绕机，其特征在于，所述正极隔膜释放预热系统与负极隔膜释放预热系统结构相同，均是由沿隔膜朝向裁切复合系统的输送方向依次设置的隔膜放卷辊、隔膜缓存位、隔膜纠偏机构、隔膜预热机构以及静电发生器组成。

6.根据权利要求1所述的一种锂电池叠片连续卷绕机，其特征在于，所述裁切复合系统从其输入端至输出端的方向上依次为输送压辊机构、激光裁切除尘机构、输送带和热复合机构，输送压辊机构由上下相对设置的极片裁断送片辊、压辊组成，激光裁切除尘机构上设有用于裁切极片的激光器和用于吸尘的正压除尘单元和负压吸尘单元，输送带的上方设有用于裁断后极片定位的极片点位CCD机构，热复合机构由上下相对设置的热复合压辊和热复合辅辊组成。

7.根据权利要求6所述的一种锂电池叠片连续卷绕机，其特征在于，所述输送压辊机构和热复合机构的输入侧分别设有用于裁切前接片、预热后隔膜张拉的张拉辊。

8.根据权利要求1所述的一种锂电池叠片连续卷绕机，其特征在于，每个所述裁切复合系统的输出端处分别设有一个卷前纠偏机构，每个卷前纠偏机构的输出侧处分别设有一个卷前辅热机构，每个卷前辅热机构的输出侧处分别设有一组张力摆辊，每组张力摆辊的输出侧的下方分别设有一组入片夹辊。

9.根据权利要求8所述的一种锂电池叠片连续卷绕机，其特征在于，所述张力摆辊位于卷前辅热机构的下方。

10.根据权利要求8所述的一种锂电池叠片连续卷绕机，其特征在于，所述卷绕成型系统位于两组入片夹辊的下方，卷绕成型系统由转动设置在机架上的三角轮、收尾压辊和收尾隔膜激光切断器组成，收尾压辊为可伸缩结构，收尾压辊和收尾隔膜激光切断器均设置在三角轮的一侧以用于将卷绕电芯收尾位置处的极片隔膜压紧、切断。