WO2024138578A1 - 卷绕设备和卷绕方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种卷绕设备和卷绕方法。卷绕设备包括卷绕部件、牵引部件、检测机构以及调节机构。卷绕部件用于卷绕极片和隔离膜。牵引部件用于牵引穿过卷绕部件的隔离膜，牵引部件被配置为在卷绕部件卷绕极片和隔离膜时释放隔离膜。检测机构用于感应位于卷绕部件与牵引部件之间的隔离膜的张力变化。调节机构被配置为根据检测机构感应的隔离膜的张力变化，调节隔离膜的张力。

Description

卷绕设备和卷绕方法 技术领域

本申请涉及电池技术领域，并且更具体地，涉及一种卷绕设备和卷绕方法。

背景技术

电池单体广泛用于电子设备，例如手机、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、电动飞机、电动轮船、电动玩具汽车、电动玩具轮船、电动玩具飞机和电动工具等等。

在电池单体的生产过程中，需要使用卷绕设备将极片和隔离膜卷绕以制成电池单体的电极组件。电极组件是电池单体实现充放电功能的核心构件，其安全问题是一个不可忽视的问题。如何增强电极组件的安全性，是电池技术中一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种卷绕设备和卷绕方法，其能提高卷绕出的电极组件的安全性。

第一方面，本申请实施例提供了一种卷绕设备，包括卷绕部件、牵引部件、检测机构以及调节机构。卷绕部件用于卷绕极片和隔离膜。牵引部件用于牵引穿过卷绕部件的隔离膜，牵引部件被配置为在卷绕部件卷绕极片和隔离膜时释放隔离膜。检测机构用于感应位于卷绕部件与牵引部件之间的隔离膜的张力变化。调节机构被配置为根据检测机构感应的隔离膜的张力变化，调节隔离膜的张力。

上述技术方案中，牵引部件能够牵引隔离膜穿过卷绕部件，以在卷绕部件卷绕隔离膜和极片之前预存一定尺寸的隔离膜；当卷绕部件转动并开始卷绕极片和隔离膜时，牵引部件释放的隔离膜与新输送的隔离膜层叠并卷绕在卷绕部件的外周，从而使内圈的正负极片之间具有多层隔离膜，进而在出现析锂现象时减小锂枝晶刺破隔离膜的可能性，降低正负极片接触短路的风险，提高安全性。通过设置检测机构和调节机构，以实时检测卷绕部件与牵引部件之间的隔离膜的张力变化，并根据张力的变化调节隔离膜的张力，减小隔离膜的张力波动，降低极片打皱、隔离膜错位的风险，提高电极组件的安全性。

在一些实施例中，牵引部件通过转动牵引穿过卷绕部件的隔离膜。

上述技术方案中，通过转动的方式牵引隔离膜，易于实现隔离膜尺寸的控制，减小牵引部件的行程，简化卷绕设备的结构。

在一些实施例中，调节机构通过调节牵引部件的转速调节隔离膜的张力。调节机构通过调节牵引部件的转速调节隔离膜的张力，从而无需额外添加其它调节张力的 部件，简化卷绕设备的结构。

在一些实施例中，卷绕设备还包括转动部件，转动部件被配置为可旋转地。卷绕部件和牵引部件安装于转动部件。

牵引部件可以通过转动卷绕隔离膜，那么牵引部件也可以通过转动来卷绕隔离膜和极片，换言之，卷绕部件和牵引部件具有互换性。转动部件可以通过旋转来调换卷绕部件和牵引部件的位置，以实现卷绕部件与牵引部件功能的互换，提高卷绕设备的适用性。

在一些实施例中，调节机构通过调节卷绕部件的转速调节隔离膜的张力。调节机构通过调节卷绕部件的转速调节隔离膜的张力，从而无需额外添加其它调节张力的部件，简化卷绕设备的结构。

在一些实施例中，检测机构包括压辊、动力部件以及位移传感器。压辊用于抵压隔离膜，且压辊被配置为可平移地；动力部件连接于压辊并用于向压辊施加作用力。位移传感器被配置为通过检测压辊的位移感应隔离膜的张力变化。

上述技术方案中，动力部件通过压辊向隔离膜施加恒力，而位移传感器可实时感应压辊的位移；调节机构可根据压辊的位移计算出隔离膜的实时张力，从而调节隔离膜的张力，实现张力的闭环控制，减小隔离膜的张力波动，降低极片打皱、隔离膜错位的风险，提高电极组件的安全性。

在一些实施例中，动力部件包括气缸。气缸以气压作为驱动力，其输出的恒力波动小、精度高，且易于控制。

在一些实施例中，位移传感器包括光栅尺。光栅尺测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。

在一些实施例中，压辊被配置为沿第一方向可平移地。卷绕设备还包括沿第二方向相对设置的第一辊轮和第二辊轮，第一方向与第二方向相交。第一辊轮、压辊和第二辊轮依次设置在隔离膜的走带路径上。

上述技术方案中，第一辊轮和第二辊轮可以引导隔离膜走带，并为隔离膜提供有效地支撑，降低隔离膜在张力变化时脱离压辊的风险。

在一些实施例中，第一辊轮和第二辊轮均位于隔离膜背离压辊的一侧。第一方向垂直于第二方向；在第二方向上，压辊的中心轴线与第一辊轮的中心轴线的距离为H1，压辊的中心轴线与第二辊轮的中心轴线的距离为H2，H1等于H2。

上述技术方案中，在隔离膜的走带过程中，第一辊轮与压辊之间的隔离膜以及第二辊轮与压辊之间的隔离膜所收到的分力大致相同，有助于提高压辊感应张力变化的精度。

在一些实施例中，卷绕部件包括相对设置的两个卷绕半轴，隔离膜被配置为从两个卷绕半轴之间穿过。

上述技术方案中，在电极组件成型后，两个卷绕半轴之间的隔离膜位于极片的内侧，这样可以增加电极组件卷绕中心处的隔离膜的层数，从而降低锂枝晶刺破隔离膜的风险，提高电极组件的安全性。

在一些实施例中，卷绕设备还包括切刀机构，切刀机构设置于检测机构的上游 或下游，并用于切断隔离膜。通过设置切刀机构，可以根据需要将隔离膜切断，调节隔离膜在卷绕部件上卷绕的圈数。

第二方面，本申请实施例还提供了一种卷绕方法，包括：提供隔离膜，隔离膜穿过卷绕部件并由牵引部件牵引；提供极片；卷绕部件卷绕极片和隔离膜，同时，牵引部件释放隔离膜；感应位于卷绕部件与牵引部件之间的隔离膜的张力变化；根据隔离膜的张力变化调节隔离膜的张力。

牵引部件能够牵引隔离膜穿过卷绕部件，以在卷绕部件卷绕隔离膜和极片之前预存一定尺寸的隔离膜；当卷绕部件转动并开始卷绕极片和隔离膜时，牵引部件释放的隔离膜与新输送的隔离膜层叠并卷绕在卷绕部件的外周，从而使内圈的正负极片之间具有多层隔离膜，进而在出现析锂现象时减小锂枝晶刺破隔离膜的可能性，降低正负极片接触短路的风险，提高安全性。通过实时检测隔离膜的张力变化，并根据张力的变化调节隔离膜的张力，从而减小隔离膜的张力波动，降低极片打皱、隔离膜错位的风险，提高电极组件的安全性。

在一些实施例中，根据隔离膜的张力变化调节隔离膜的张力的步骤包括：当隔离膜的张力变化在预设范围内时，保持卷绕部件的转速；当隔离膜的张力变化超出预设范围时，改变卷绕部件的转速，以调节隔离膜的张力。

通过调节卷绕部件的转速调节隔离膜的张力，可以提高张力闭环控制的及时性，降低隔离膜褶皱的风险。

在一些实施例中，隔离膜被配置为经过压辊，压辊被配置为可移动地；在卷绕极片和隔离膜之前，压辊处于预设位置。感应位于卷绕部件与牵引部件之间的隔离膜的张力变化的步骤包括：当压辊偏移预设位置的距离小于或等于预设值时，隔离膜的张力变化在预设范围内；当压辊偏移预设位置的距离大于预设值时，隔离膜的张力变化超出预设范围。

上述技术方案根据压辊位置的变化来计算出实时张力，从而调节隔离膜的张力，实现张力的闭环控制，减小隔离膜的张力波动，降低极片打皱、隔离膜错位的风险，提高电极组件的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。

图1和图2分别为本申请一些实施例的卷绕设备在不同工作状态下的示意图；

图3为本申请一些实施例的卷绕设备所卷绕出的电极组件的示意图；

图4为图1在方框A处的放大示意图；

图5为图2在方框B处的放大示意图；

图6为本申请另一些实施例提供的卷绕设备的结构示意图；

图7为本申请又一些实施例提供的卷绕设备的结构示意图；

图8为图7所示的卷绕设备在卷绕过程中的一示意图；

图9为本申请一些实施例提供的卷绕方法的示意性框图；

图10为本申请一些实施例的卷绕设备的张力控制逻辑的示意图。

在附图中，附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

除非另有定义，本申请所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本申请中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序或主次关系。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。

在本申请的描述中，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”、“附接”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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本申请中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简洁，在不同实施例中，省略对相同部件的详细说明。应理解，附图示出的本申请实施例中的各种部件的厚度、长宽等尺寸，以及集成装置的整体厚度、长宽等尺寸仅为示例性说明，而不应对本申请构成任何限定。

本申请中出现的“多个”指的是两个以上(包括两个)。

电池单体，例如锂离子电池单体、锂硫电池单体、钠锂离子电池单体、钠离子电池单体或镁离子电池单体等，具有能量密度高、功率密度高、循环使用次数多、存储时间长等优点，在适用于电池单体的用电装置中已普遍应用。例如，用电装置可以 是车辆、手机、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等。车辆可以是燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等；航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等；电动玩具包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等；电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等等。

电池单体包括电极组件和电解质，电极组件包括正极极片、负极极片和隔离膜。电池单体主要依靠金属离子在正极极片和负极极片之间移动来工作。正极极片包括正极集流体和正极活性物质层，正极活性物质层涂覆于正极集流体的表面；正极集流体包括正极集流区和凸出于正极集流区的正极极耳，正极集流区涂覆有正极活性物质层，正极极耳的至少部分未涂覆正极活性物质层。以锂离子电池单体为例，正极集流体的材料可以为铝，正极活性物质层包括正极活性物质，正极活性物质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。负极极片包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层涂覆于负极集流体的表面；负极集流体包括负极集流区和凸出于负极集流区的负极极耳，负极集流区涂覆有负极活性物质层，负极极耳的至少部分未涂覆负极活性物质层。负极集流体的材料可以为铜，负极活性物质层包括负极活性物质，负极活性物质可以为碳或硅等。隔离膜的材质可以为PP(polypropylene，聚丙烯)或PE(polyethylene，聚乙烯)等。

相关技术中，电极组件卷绕成型后，电极组件的最内几圈处的弯折区的正极极片和负极极片在同样的角度范围内存在面积差，容易产生析锂现象，锂析晶容易刺穿隔离膜导致正极极片和负极极片短接，造成电极组件内部发生短路。

发明人尝试在电极组件的最内几圈的正极极片和负极极片之间多设置几层隔离膜，即使出现析锂现象，锂析晶也不容易刺穿隔离膜，从而克服上述缺陷，使电极组件在最内几圈发生析锂现象时也具有较好的安全性能。

发明人设计了一种卷绕设备，其通过设置牵引部件，以牵引隔离膜穿过卷绕部件并形成穿出段；在卷绕部件转动时，卷绕部件既可以从隔离膜的来料侧拉入新的隔离膜，同时也能够将穿出段卷入，从而不必增加新的隔离膜供料机构也能够实现电极组件的工业化生产，提高了卷绕效率并降低成本。

发明人注意到，在卷绕的过程中，易出现极片打皱、隔离膜错位的问题，而这些问题会引发安全隐患。发明人经过深入研究，发现造成这些问题的原因是卷绕部件与牵引部件之间的隔离膜的张力出现了波动。

鉴于此，发明人提供了一种技术方案，其通过设置检测机构和调节机构，以实时检测卷绕部件与牵引部件之间的隔离膜的张力变化，并根据张力的变化调节隔离膜的张力，减小隔离膜的张力波动，降低极片打皱、隔离膜错位的风险，提高电极组件的安全性。

下面结合附图对本申请实施例的卷绕设备进行进一步的描述。

图1和图2分别为本申请一些实施例的卷绕设备在不同工作状态下的示意图。 图1示出了卷绕设备在卷绕部件转动前的状态，图2示出了卷绕设备在卷绕部件转动时的状态。图3为本申请一些实施例的卷绕设备所卷绕出的电极组件的示意图。

如图1至图3所示，本申请的一些实施例提出了一种卷绕设备，其包括卷绕部件1、牵引部件2、检测机构3以及调节机构4。卷绕部件1用于卷绕极片101和隔离膜102。牵引部件2用于牵引穿过卷绕部件1的隔离膜102，牵引部件2被配置为在卷绕部件1卷绕极片101和隔离膜102时释放隔离膜102。检测机构3用于感应位于卷绕部件1与牵引部件2之间的隔离膜102的张力变化。调节机构4被配置为根据检测机构3感应的隔离膜102的张力变化，调节隔离膜102的张力。

本申请实施例的卷绕设备，可用于电极组件10的卷绕成型。电极组件10所适用的电池单体可以为锂离子电池单体、锂硫电池单体、钠锂离子电池单体、钠离子电池单体或镁离子电池单体，本申请实施例对此不作限定。

示例性地，电极组件10可通过卷绕两张极片101和两张隔离膜102而形成。隔离膜102是介于两个极片101之间的绝缘体。示例性地，一个极片101为正极极片，另一个极片101为负极极片。

卷绕部件1用于卷绕极片101和隔离膜102。示例性地，卷绕部件1可为轴形结构，其可围绕自身的轴线作自转运动。当卷绕部件1转动时，卷绕部件1将隔离膜102和极片101一同卷绕并形成卷绕式的电极组件10。卷绕部件1自身的横截面形状可以大致呈椭圆形、圆形或菱形。可选地，卷绕部件1的材料可以是铝合金或合金钢。

卷绕部件1可设有通道11，通道11具有第一端11a和第二端11b。供料机构5提供的隔离膜102经由通道11的第一端11a进入通道11，经由通道11的第二端11b离开通道11。隔离膜102从通道11穿出后的部分可称为隔离膜102的穿出段。示例性地，隔离膜102的自由端与第二端11b的部分即为穿出段。隔离膜102的与第二端11b对应的位置为穿出段的起始端，隔离膜102的自由端为穿出段的尾端。

牵引部件2可通过作用于穿出段的尾端来牵引隔离膜102移动，也可以通过作用于穿出段的中部来牵引隔离膜102移动。

牵引部件2设置于卷绕部件1的下游。换言之，供料机构5提供的隔离膜102先经过卷绕部件1，再输送到牵引部件2。

本申请实施例不限制牵引部件2牵引隔离膜102移动的方式。示例性地，牵引部件2可以通过转动、平移或其它方式来牵引隔离膜102移动。

检测机构3可以感应位于卷绕部件1与牵引部件2之间的隔离膜102的张力变化。本申请实施例不限制检测机构3的类型，例如，检测机构3可包括张力传感器、张力摆辊或其它器件。

本申请实施例不限制调节机构4调节隔离膜102的张力的方式，例如，调节机构4可以通过调节卷绕部件1的转速、牵引部件2释放隔离膜102的速度或其它方式调节隔离膜102的张力。

在本申请实施例中，牵引部件2能够牵引隔离膜102穿过卷绕部件1，以在卷绕部件1卷绕隔离膜102和极片101之前预存一定尺寸的隔离膜102；当卷绕部件1转动并开始卷绕极片101和隔离膜102时，牵引部件2释放的隔离膜102与新输送的隔离 膜102层叠并卷绕在卷绕部件1的外周，从而使内圈的正负极片之间具有多层隔离膜102，进而在出现析锂现象时减小锂枝晶刺破隔离膜102的可能性，降低正负极片接触短路的风险，提高安全性。通过设置检测机构3和调节机构4，以实时检测卷绕部件1与牵引部件2之间的隔离膜102的张力变化，并根据张力的变化调节隔离膜102的张力，减小隔离膜102的张力波动，降低极片101打皱、隔离膜102错位的风险，提高电极组件10的安全性。

图3示出了本申请一些实施例的卷绕设备所卷绕出的电极组件10。电极组件10包括两个极片101和两个隔离膜102，两个极片101分别为正极极片101a和负极极片101b。两个隔离膜102可分别称为第一隔离膜102a和第二隔离膜102b。

第一隔离膜102a在卷绕起始端处对折成两层，第二隔离膜102b在卷绕起始端处对折成两层。第一隔离膜102a和第二隔离膜102b构成的四层隔离膜结构卷绕多圈，进而使最内圈的正极极片101a和最内圈的负极极片101b之间具有多层隔离膜，而在出现析锂现象时减小锂枝晶刺破隔离膜的可能性，降低正负极片接触短路的风险，提高安全性。

示例性地，在卷绕过程中，第一隔离膜102a在与通道11的第二端11b对应的位置对折，第二隔离膜102b在与通道11的第二端11b对应的位置对折。

在一些实施例中，卷绕设备还包括供料机构5，供料机构5用于提供极片101和隔离膜102。

在一些实施例中，供料机构5包括隔离膜放料装置51和极片放料装置52，隔离膜放料装置51和极片放料装置52设置于卷绕部件1的上游，隔离膜放料装置51用于提供隔离膜102，极片放料装置52用于提供极片101。

隔离膜放料装置51能够在卷绕部件1的转动过程中向卷绕部件1提供隔离膜102。示例性的，隔离膜放料装置51可包括隔离膜放卷辊。

隔离膜放料装置51可为两个，两个隔离膜放料装置51为卷绕部件1提供两个隔离膜102。

极片放料装置52能够在卷绕部件1的转动过程中向卷绕部件1提供极片101。示例性的，极片放料装置52包括极片放卷辊。

极片放料装置52可为两个，两个极片放料装置52为卷绕部件1提供两个极片101。

在一些实施例中，卷绕设备还包括多个过辊(未示出)，过辊用于引导极片101和隔离膜102进入卷绕部件1。

在一些实施例中，卷绕部件1包括相对设置的两个卷绕半轴12，隔离膜102被配置为从两个卷绕半轴12之间穿过。

示例性地，卷绕半轴12可呈半圆柱形、半椭圆柱形或其它形状。

两个卷绕半轴12之间形成通道11。在卷绕部件1卷绕极片101和隔离膜102前，隔离膜102的一部分从两个卷绕半轴12之间穿过并连接于牵引部件2。

两个卷绕半轴12的位置可以相对固定；当然，两个卷绕半轴12也可以彼此靠近或远离。

示例性地，卷绕半轴12可为半圆轴。

在电极组件10成型后，两个卷绕半轴12之间的隔离膜102位于极片101的内侧，这样可以增加电极组件10卷绕中心处的隔离膜102的层数，从而降低锂枝晶刺破隔离膜102的风险，提高电极组件10的安全性。

在一些实施例中，卷绕部件1还包括两个夹持件13，两个夹持件13相对设置且分别安装于两个卷绕半轴12，两个夹持件13能够相对运动以夹持隔离膜102。

两个夹持件13可以彼此靠近或远离。可选地，一个夹持件13固定于一个卷绕半轴12，另一个夹持件13可移动地连接于另一个卷绕半轴12，以实现两个夹持件13的靠近或远离。当然，可替代地，两个夹持件13均可移动地连接于两个卷绕半轴12。

在卷绕部件1卷绕极片101和隔离膜102前，隔离膜102的一部分从两个夹持件13之间穿过并连接于牵引部件2。

当卷绕部件1需要转动以卷绕隔离膜102和极片101时，两个夹持件13能够彼此靠近以夹紧隔离膜102，减小隔离膜102在卷绕过程中松动，降低隔离膜102打皱的风险，提高电极组件10的安全性。

相对于利用两个卷绕半轴来夹持隔离膜的方案，本实施例利用夹持件13来夹持隔离膜102，可以使两个卷绕半轴12的位置相对固定，从而简化了卷绕部件1的结构。

在一些实施例中，牵引部件2通过转动牵引穿过卷绕部件1的隔离膜102。

牵引部件2通过转动，可将隔离膜102卷绕在其外周。通过调整卷绕在牵引部件2上的隔离膜102的圈数，可调节隔离膜102的穿出段的长度。牵引部件2可通过改变转动方向，以切换隔离膜102的收卷和放卷。

示例性地，在将隔离膜102连接到牵引部件2后，牵引部件2可沿顺时针转动，以在牵引部件2上卷绕一定圈数的隔离膜102；当隔离膜102的穿出段的长度达到预设值时，卷绕部件1开始转动并卷绕隔离膜102和极片101，同时，牵引部件2沿逆时针转动并释放隔离膜102。

通过转动的方式牵引隔离膜102，易于实现隔离膜102尺寸的控制，减小牵引部件2的行程，简化卷绕设备的结构。

在一些实施例中，调节机构4通过调节牵引部件2的转速调节隔离膜102的张力。

示例性地，隔离膜102在卷绕部件1处的线速度为V1，隔离膜102在牵引部件2处的线速度为V2，V1与V2的差值越大，隔离膜102在走带过程中的张力也越大。

在本申请实施例中，调节机构4通过调节牵引部件2的转速调节隔离膜102的张力，从而无需额外添加其它调节张力的部件，简化卷绕设备的结构。

示例性地，调节机构4包括PLC(可编程逻辑控制器)，PLC信号连接于牵引驱动电机，牵引驱动电机连接于牵引部件2。PLC通过驱动电机调节牵引部件2的转速。

在另一些实施例中，调节机构4通过调节卷绕部件1的转速调节隔离膜102的张力。可选地，PLC信号连接于卷绕驱动电机，卷绕驱动电机连接于卷绕部件1；PLC通过卷绕驱动电机调节卷绕部件1的转速。

调节机构4通过调节卷绕部件1的转速调节隔离膜102的张力，从而无需额外添加其它调节张力的部件，简化卷绕设备的结构。

在又一可些实施例中，调节机构4通过调节卷绕部件1的转速和牵引部件2的转速调节隔离膜102的张力。

图4为图1在方框A处的放大示意图，图5为图2在方框B处的放大示意图。

请一并参照图1至图5，在一些实施例中，检测机构3包括压辊31、动力部件32以及位移传感器33。压辊31用于抵压隔离膜102，且压辊31被配置为可平移地。动力部件32连接于压辊31并用于向压辊31施加作用力；位移传感器33被配置为通过检测压辊31的位移感应隔离膜102的张力变化。

动力部件32通过压辊31向隔离膜102施加恒力，而位移传感器33可实时感应压辊31的位移；调节机构4可根据压辊31的位移计算出隔离膜102的实时张力，从而调节隔离膜102的张力，实现张力的闭环控制，减小隔离膜102的张力波动，降低极片101打皱、隔离膜102错位的风险，提高电极组件10的安全性。

示例性地，动力部件32向压辊31施加恒力F，位移传感器33实时监控压辊31的位置。在启动张力闭环控制前，对隔离膜102的张力进行标定。例如，在隔离膜102的张力为设定张力Fs时，压辊31处于预设位置Q。

位移传感器33实时监控压辊31偏离预设位置Q的距离ΔS。压辊31被配置为沿第一方向X可平移地。示例性地，压辊31可以偏移到预设位置Q的左侧，也可以偏移到预设位置Q的右侧。

当压辊31向预设位置Q的左侧偏移时，如果ΔS的值小于设定值D1，隔离膜102的张力在允许的范围内波动。当ΔS的值大于或等于设定值D1时，调节机构4反馈控制卷绕部件1的转速和/或牵引部件2的转速，以使ΔS≤D1，即将隔离膜102的张力回复至允许的波动范围内，降低极片101打皱、隔离膜102错位的风险，提高电极组件10的安全性。

当压辊31向预设位置Q的右侧偏移时，如果ΔS的值小于设定值D2，隔离膜102的张力在允许的范围内波动。当ΔS的值大于或等于设定值D2时，调节机构4反馈控制卷绕部件1的转速和/或牵引部件2的转速，以使ΔS≤D2，即将隔离膜102的张力回复至允许的波动范围内，降低极片101打皱、隔离膜102错位的风险，提高电极组件10的安全性。

设定值D1和D2可根据隔离膜102允许的张力波动范围确定。示例性地，隔离膜102允许的张力波动范围为(Fs-20)gf至(Fs+20)gf。可选地，为了提高精度，隔离膜102允许的张力波动范围可为(Fs-10)gf至(Fs+10)gf。

可选地，D1等于D2。

本申请实施例将压辊31的位置转换为隔离膜102张力的实时值，这种方式可以简化检测机构3的结构，降低设备占用的空间。

在一些实施例中，动力部件32包括气缸。气缸以气压作为驱动力，其输出的恒力波动小、精度高，且易于控制。

示例性地，气缸包括缸体321和活塞322，活塞322可移动地设置于缸体321。 活塞322连接于压辊31。

示例性地，可通过气缸的控制面板进行输出气压大小设定。

在一些实施例中，卷绕设备还包括气压检测机构(未示出)，气压检测机构实时监控气缸输出气压，在气缸的输出气压出现较大波动时及时反馈。

示例性地，气缸的设定输出气压为P；在设定输出气压P下，气缸向压辊31输出的恒力为F。气缸的输出气压允许小范围的波动，例如，气缸的输出气压在P±0.005MPa之内时，可满足要求。

气压检测机构检测的气压数据可上传至PLC，从而实时监控输出气压的变化；当气压检测机构检测到气缸的输出气压偏离设定输出气压为P较大时(例如大于0.005MPa)，卷绕设备报警并停机处理。

本申请实施例通过设置气压检测机构，可以减小因输出气压的波动而造成的恒力F的波动，提高隔离膜102张力检测计算的准确性。

在一些实施例中，位移传感器33包括光栅尺。光栅尺测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。

压辊31的行程不得超过光栅尺的检测范围。示例性地，光栅尺水平设置，压辊31沿水平方向移动。

在一些实施例中，压辊31被配置为沿第一方向X可平移地。卷绕设备还包括沿第二方向Y相对设置的第一辊轮6和第二辊轮7，第一方向X与第二方向Y相交。第一辊轮6、压辊31和第二辊轮7依次设置在隔离膜102的走带路径上。可选地，第一方向X平行于水平方向。

第一辊轮6和第二辊轮7可以引导隔离膜102走带，并为隔离膜102提供有效地支撑，降低隔离膜102在张力变化时脱离压辊31的风险。

在一些实施例中，第一辊轮6和第二辊轮7均位于隔离膜102背离压辊31的一侧。第一方向X垂直于第二方向Y。第二方向Y上，压辊31的中心轴线与第一辊轮6的中心轴线的距离为H1，压辊31的中心轴线与第二辊轮7的中心轴线的距离为H2，H1等于H2。

在隔离膜102的走带过程中，第一辊轮6与压辊31之间的隔离膜102以及第二辊轮7与压辊31之间的隔离膜102所收到的分力大致相同，有助于提高压辊31感应张力变化的精度，降低确定预设位置Q的难度。

在一些实施例中，当压辊31处于预设位置Q时，第一辊轮6与压辊31之间的隔离膜102和第二辊轮7与压辊31之间的隔离膜102的夹角为120°。在压辊位于预设位置Q且处于平衡状态时，第一辊轮6与压辊31之间的隔离膜102的张力、第二辊轮7与压辊31之间的隔离膜102的张力以及恒力F大体相同。

示例性地，如图4和图5，气缸以气压为驱动力。在气缸的输出气压恒定时，气缸向压辊31施加恒力F，对应地，压辊31对隔离膜102施加的作用力也恒定。在恒力F全程不变的情况下，卷绕部件1和牵引部件2的转速差产生隔离膜102的张力。

在由于电极组件10厚度波动导致隔离膜102的张力出现波动时，隔离膜102会推动压辊31移动。当隔离膜102的张力大于设定张力Fs时，则压辊31被压向左移动； 反之，当隔离膜102的张力小于设定张力Fs时，则压辊31被压向右移动。根据压辊31左移或右移的距离，换算成隔离膜102的张力，并以此张力为依据进行闭环跳进，降低隔离膜102自身张力不受控的风险。

第一辊轮6与压辊31之间的隔离膜102和第一方向X的夹角、第二辊轮7与压辊31之间的隔离膜102和第一方向X的夹角均为θ。恒力F在压辊31两侧的隔离膜102上的分力分别为F1和F2，且F1＝F2＝F/(2*cosθ)。在平衡状态下，隔离膜102的张力等于F1。根据设定张力Fs、恒力F，可以确定θ的值，即可以确定压辊31的预设位置Q。可选地，当压辊31处于预设位置Q时，θ为60°。

压辊31的允许波动的范围可根据隔离膜102允许的张力波动范围确定。示例性地，隔离膜102允许的张力波动范围为(Fs-20)gf至(Fs+20)gf，将张力波动范围换算成压辊31行程波动的位置范围，此位置范围可称为标定波动范围；在标定波动范围内，隔离膜102张力的波动不超过±20gf。

在卷绕部件1开始卷绕后，光栅尺实时监控压辊31的位置，若压辊31的位置超出标定波动范围，则通过调整卷绕部件1的转速来匹配牵引部件2的转速，使压辊31快速回归到标定波动范围内。如果压辊31未偏离标定波动范围，则保持各项运行参数不变，直至压辊31的位置超出标定波动范围或卷绕完成为止。

本申请实施例通过压辊31施加于隔离膜102恒力，根据压辊31位置的变化来计算出实时张力，起到张力控制的作用，匹配卷绕部件1的线速度和牵引部件2的线速度，达到卷绕部件1和牵引部件2之间的隔离膜102张力闭环调控的作用。

本申请实施例通过设置标定波动范围，可减少调节动作，增加检测机构3的精度。

在一些实施例中，卷绕设备还包括切刀机构8，切刀机构8设置于检测机构3的上游或下游，并用于切断隔离膜102。

切刀机构8设置于检测机构3的上游是指：沿着隔离膜102走带的路径，切刀机构8位于检测机构3和卷绕部件1之间。切刀机构8设置于检测机构3的下游是指：沿着隔离膜102走带的路径，切刀机构8位于检测机构3和牵引部件2之间。

在本申请实施例中，可以仅在检测机构3的上游设置切刀机构8，也可以仅在检测机构3的下游设置切刀机构8，还可以在检测机构3的上游和下游同时设置切刀机构8。

通过设置切刀机构8，可以根据需要将隔离膜102切断，调节隔离膜102在卷绕部件1上卷绕的圈数。

图6为本申请另一些实施例提供的卷绕设备的结构示意图。

如图6所示，在一些实施例中，牵引部件2可通过平移牵引穿过卷绕部件1的隔离膜102。

牵引部件2能够通过平移牵引隔离膜102移动，以使穿出段的长度达到预设值。当卷绕部件1开始卷绕时，牵引部件2也可以通过平移释放隔离膜102。隔离膜102在卷绕部件1处的线速度与牵引部件2的移速之间的差异，可在隔离膜102上产生张力。

在一些实施例中，牵引部件2包括牵引件21和驱动件22，驱动件22连接于牵 引件21并用于驱动牵引件21平移，牵引件21可用于连接隔离膜102。

示例性地，牵引件21可通过夹持的方式作用于隔离膜102，也可以真空吸附的方式作用于隔离膜102，以在牵引隔离膜102的过程中，降低隔离膜102脱离牵引件21的风险。

图7为本申请又一些实施例提供的卷绕设备的结构示意图；图8为图7所示的卷绕设备在卷绕过程中的一示意图。

如图7和图8所示，在一些实施例中，卷绕设备还包括转动部件9，转动部件9被配置为可旋转地。卷绕部件1和牵引部件2安装于转动部件9。

牵引部件2可以通过转动卷绕隔离膜102，那么牵引部件2也可以通过转动来卷绕隔离膜102和极片101，换言之，卷绕部件1和牵引部件2具有互换性。转动部件9可以通过旋转来调换卷绕部件1和牵引部件2的位置，以实现卷绕部件1与牵引部件2功能的互换，提高卷绕设备的适用性。

在一些实施例中，卷绕部件1和牵引部件2采用相同的结构。

示例性地，如图7所示，当卷绕部件1将极片101和隔离膜102卷绕成预定结构的电极组件10后，额外再在电极组件10的外周再卷绕一段隔离膜102，这段隔离膜102可称之为预存隔离膜。

如图8所示，转动部件9转动卷绕部件1和牵引部件2，以调换卷绕部件1和牵引部件2的位置，此时，卷绕有电极组件10的卷绕部件1作为新的牵引部件，未卷绕隔离膜102和极片101的牵引部件2作为新的卷绕部件。

新的卷绕部件开始卷绕极片101和隔离膜102，同时，新的牵引部件转动，以将新的牵引部件上的预存隔离膜102释放，供料机构5输送的隔离膜102和新的牵引部件释放的隔离膜102层叠并卷绕在新的卷绕部件上。

当新的牵引部件上的预存隔离膜102完全释放后，切刀机构8将隔离膜102切断；在切刀机构8将隔离膜102切断后，新的牵引部件可以通过转动将多释放的隔离膜102重新收卷，以使新的牵引部件上的电极组件10成型为预定结构。然后可将新的牵引部件上的电极组件10下料。在电极组件10下料后，卷绕设备的形态如图7所示。

之后重复之前的动作，以实现卷绕设备的连续卷绕。

本申请实施例的卷绕设备可以实现极片101和隔离膜102的连续卷绕，减少人工穿带工序，实现电极组件10的连续化生产，提高效率。

示例性地，卷绕部件1和牵引部件2均可以沿自身的轴向移动。如图7和图8，在牵引部件2和卷绕部件1对调位置的过程中，牵引部件2可以通过沿自身轴向的移动，使隔离膜102插入到牵引部件2的通道中。

可选地，卷绕部件1的轴向平行于牵引部件2的轴向，且垂直于第一方向X和第二方向Y。

在一些实施例中，在转动部件9转动卷绕部件1和牵引部件2时，检测机构3的压辊31处于收缩状态，不会干涉卷绕部件1和牵引部件2的移动。在图8的状态下，气缸推动压辊31移动，以使压辊31抵压隔离膜102。

在一些实施例中，转动部件9包括两个支架91，每个支架91上均安装有第一 辊轮6和第二辊轮7。

示例性地，转动部件9包括转筒92，两个支架91分别设置于转筒92的两侧。在转动部件9旋转以对调卷绕部件1和牵引部件2的位置时，两个支架91也会同步对调位置，这样可以使支架91上的第一辊轮6和第二辊轮7有效地支撑隔离膜102。

参照图7和图8，本申请实施例提供了一种卷绕设备，其包括卷绕部件1、牵引部件2、检测机构3、调节机构4以及转动部件9。卷绕部件1用于卷绕极片101和隔离膜102，且卷绕部件1包括相对设置的两个卷绕半轴12，隔离膜102被配置为从两个卷绕半轴12之间穿过。牵引部件2通过转动牵引穿过卷绕部件1的隔离膜102，且牵引部件2被配置为在卷绕部件1卷绕极片101和隔离膜102时释放隔离膜102。

转动部件9被配置为可旋转地，卷绕部件1和牵引部件2安装于转动部件9。

检测机构3包括压辊31、动力部件32以及位移传感器33。压辊31用于抵压隔离膜102，且压辊31被配置为可平移地。动力部件32连接于压辊31并用于向压辊31施加作用力；位移传感器33被配置为通过检测压辊31的位移感应隔离膜102的张力变化。调节机构4被配置为根据检测机构3感应的隔离膜102的张力变化，调节隔离膜102的张力。

压辊31被配置为沿第一方向X可平移地。卷绕设备还包括沿第二方向Y相对设置的第一辊轮6和第二辊轮7，第一方向X与第二方向Y相交。第一辊轮6、压辊31和第二辊轮7依次设置在隔离膜102的走带路径上。

图9为本申请一些实施例提供的卷绕方法的示意性框图。

如图9所示，本申请实施例的卷绕方法包括：

S100、提供隔离膜，隔离膜穿过卷绕部件并由牵引部件牵引；

S200、提供极片；

S300、卷绕部件卷绕极片和隔离膜，同时，牵引部件释放隔离膜；

S400、感应位于卷绕部件与牵引部件之间的隔离膜的张力变化；

S500、根据隔离膜的张力变化调节隔离膜的张力。

在基于上述的卷绕方法制造电池组件时，不必按照上述步骤依次进行，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中提及的顺序执行步骤，或者若干步骤同时执行。例如，步骤S100、S200的执行不分先后，也可以同时进行。

在本申请实施例中，牵引部件能够牵引隔离膜穿过卷绕部件，以在卷绕部件卷绕隔离膜和极片之前预存一定尺寸的隔离膜；当卷绕部件转动并开始卷绕极片和隔离膜时，牵引部件释放的隔离膜与新输送的隔离膜层叠并卷绕在卷绕部件的外周，从而使内圈的正负极片之间具有多层隔离膜，进而在出现析锂现象时减小锂枝晶刺破隔离膜的可能性，降低正负极片接触短路的风险，提高安全性。通过实时检测隔离膜的张力变化，并根据张力的变化调节隔离膜的张力，从而减小隔离膜的张力波动，降低极片打皱、隔离膜错位的风险，提高电极组件的安全性。

在一些实施例中，步骤S500包括：S510、当隔离膜的张力变化在预设范围内时，保持卷绕部件的转速；S520、当隔离膜的张力变化超出预设范围时，改变卷绕部 件的转速，以调节隔离膜的张力。

示例性地，预设范围可为(Fs-20)gf至(Fs+20)gf。

本申请实施例通过调节卷绕部件的转速调节隔离膜的张力，可以提高张力闭环控制的及时性，降低隔离膜褶皱的风险。

在一些实施例中，隔离膜被配置为经过压辊，压辊被配置为可移动地。在卷绕极片和隔离膜之前，压辊处于预设位置Q；

步骤S400包括：S410、当压辊偏移预设位置Q的距离小于或等于预设值时，隔离膜的张力变化在预设范围内；S420、当压辊偏移预设位置的距离大于预设值时，隔离膜的张力变化超出预设范围。

本申请实施例根据压辊位置的变化来计算出实时张力，从而调节隔离膜的张力，实现张力的闭环控制，减小隔离膜的张力波动，降低极片打皱、隔离膜错位的风险，提高电极组件的安全性。

图10为本申请一些实施例的卷绕设备的张力控制逻辑的示意图。

如图10所示，本申请一具体实施例的卷绕设备可按照下述步骤实现张力的闭环控制。

首先执行步骤S610：卷绕开始，卷绕部件以设定转速启动，将气缸的输出气压设为设定输出气压P。

示例性地，卷绕部件的转速范围可为500mm/s-2000mm/s,可选地，卷绕部件的转速范围可为800mm/s-1200mm/s。示例性地，设定转速为1000mm/s。

示例性地，气缸的输出气压可为0.05MPa-0.5MPa，可选地，气缸的输出气压可为0.1MPa-0.2MPa。示例性地，设定输出气压P为0.15MPa。

步骤S610执行后，开始执行步骤S620：采集压辊的当前实时位置C。示例性地，光栅尺可实时采集压辊的当前实时位置C。

在采集到压辊的当前实时位置C之后，执行步骤S630：判断判定压辊的当前实时位置C是否超出标定波动范围。

示例性地，根据当前实时位置C与预设位置Q，计算压辊的偏移量C _i。以光栅尺的中心为零点，光栅尺在气缸的伸出方向上为正值，在气缸的收缩方向上为负值，零点与预设位置Q对应。换言之，C _i为负值时，气缸收缩；C _i为正值时，气缸伸出。如果|C _i|大于或等于5mm，则压辊的当前实时位置C超出标定波动范围；如果|C _i|小于5mm，则压辊的当前实时位置C未超出标定波动范围。

在步骤S630中，如果压辊的当前实时位置C未超出标定波动范围，则执行步骤S640和步骤S650，即卷绕部件继续卷绕，直至卷绕结束。

在步骤S630中，如果压辊的当前实时位置C超出标定波动范围，则执行步骤S660：判定气缸的输出气压的波动是否在允许范围内。示例性地，当输出气压在大于(P-0.005)MPa且小于(P+0.005)MPa时，则判定气缸的输出气压的波动在允许范围内。

在步骤S660中，若气缸的输出气压的波动在允许范围内，则执行步骤S670：调节卷绕部件的转速。在执行步骤S670的过程中，继续执行步骤S630，直至压辊的当 前实时位置C未超出标定波动范围。

示例性地，当C _i大于5mm时，可增大卷绕部件的转速，以增大隔离膜的张力，气缸在张力的作用下收缩；当C _i小于-5mm时，可减小卷绕部件的转速，以减小隔离膜的张力，气缸沿伸出方向推动压辊。卷绕部件的转速的变化量可根据实际情况设定。

在步骤S660中，若气缸的输出气压的波动不在允许范围内，则执行步骤S680：报警停机。报警停机后，对气缸进行维修。

在一些实施例中，卷绕部件每转动20°，执行一次步骤S630。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (15)

1. 一种卷绕设备，包括：

   卷绕部件，用于卷绕极片和隔离膜；

   牵引部件，用于牵引穿过所述卷绕部件的所述隔离膜，所述牵引部件被配置为在所述卷绕部件卷绕所述极片和所述隔离膜时释放所述隔离膜；

   检测机构，用于感应位于所述卷绕部件与所述牵引部件之间的所述隔离膜的张力变化；以及

   调节机构，被配置为根据所述检测机构感应的所述隔离膜的张力变化，调节所述隔离膜的张力。
2. 根据权利要求1所述的卷绕设备，其中，所述牵引部件通过转动牵引穿过所述卷绕部件的所述隔离膜。
3. 根据权利要求2所述的卷绕设备，其中，所述调节机构通过调节所述牵引部件的转速调节所述隔离膜的张力。
4. 根据权利要求2或3所述的卷绕设备，还包括转动部件，所述转动部件被配置为可旋转地；

   所述卷绕部件和所述牵引部件安装于所述转动部件。
5. 根据权利要求1-4任一项所述的卷绕设备，其中，所述调节机构通过调节所述卷绕部件的转速调节所述隔离膜的张力。
6. 根据权利要求1-5任一项所述的卷绕设备，其中，所述检测机构包括压辊、动力部件以及位移传感器；

   所述压辊用于抵压所述隔离膜，且所述压辊被配置为可平移地；所述动力部件连接于所述压辊并用于向所述压辊施加作用力；所述位移传感器被配置为通过检测所述压辊的位移感应所述隔离膜的张力变化。
7. 根据权利要求6所述的卷绕设备，其中，所述动力部件包括气缸。
8. 根据权利要求6或7所述的卷绕设备，其中，所述位移传感器包括光栅尺。
9. 根据权利要求6-8任一项所述的卷绕设备，其中，

   所述压辊被配置为沿第一方向可平移地；

   所述卷绕设备还包括沿第二方向相对设置的第一辊轮和第二辊轮，所述第一方向与所述第二方向相交；

   所述第一辊轮、所述压辊和所述第二辊轮依次设置在所述隔离膜的走带路径上。
10. 根据权利要求9所述的卷绕设备，其中，

    所述第一辊轮和所述第二辊轮均位于所述隔离膜背离所述压辊的一侧；

    所述第一方向垂直于所述第二方向；在所述第二方向上，所述压辊的中心轴线与所述第一辊轮的中心轴线的距离为H1，所述压辊的中心轴线与所述第二辊轮的中心轴线的距离为H2，H1等于H2。
11. 根据权利要求1-10任一项所述的卷绕设备，其中，所述卷绕部件包括相对设置 的两个卷绕半轴，所述隔离膜被配置为从两个所述卷绕半轴之间穿过。
12. 根据权利要求1-11任一项所述的卷绕设备，还包括切刀机构，所述切刀机构设置于所述检测机构的上游或下游，并用于切断所述隔离膜。
13. 一种卷绕方法，包括：

    提供隔离膜，所述隔离膜穿过卷绕部件并由牵引部件牵引；

    提供极片；

    所述卷绕部件卷绕所述极片和所述隔离膜，同时，所述牵引部件释放所述隔离膜；

    感应位于所述卷绕部件与所述牵引部件之间的所述隔离膜的张力变化；

    根据所述隔离膜的张力变化调节所述隔离膜的张力。
14. 根据权利要求13所述的卷绕方法，其中，所述根据所述隔离膜的张力变化调节所述隔离膜的张力的步骤包括：

    当所述隔离膜的张力变化在预设范围内时，保持所述卷绕部件的转速；

    当所述隔离膜的张力变化超出预设范围时，改变所述卷绕部件的转速，以调节所述隔离膜的张力。
15. 根据权利要求14所述的卷绕方法，其中，所述隔离膜被配置为经过压辊，所述压辊被配置为可移动地；在卷绕所述极片和所述隔离膜之前，所述压辊处于预设位置；

    所述感应位于所述卷绕部件与所述牵引部件之间的所述隔离膜的张力变化的步骤包括：

    当所述压辊偏移所述预设位置的距离小于或等于预设值时，所述隔离膜的张力变化在所述预设范围内；当所述压辊偏移所述预设位置的距离大于所述预设值时，所述隔离膜的张力变化超出所述预设范围。

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