CN101350426B - 锂离子电池卷芯卷绕机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂离子电池卷芯卷绕机，包括两极片送料机构(33、34)、两隔膜送料机构(35、36)、卷绕换位机构中心(80)和隔膜切刀(60)，以及两压块(30、31)；卷绕换位机构中心(80)包括卷绕电机(81)、两卷针(40、41)和卷绕换位机构本体(82)及换位驱动机构(83)；第一隔膜送料机构(35)位于卷绕机的上端，其将第一隔膜(10)由上至下放下两极片送料机构(35、36)分别位于卷绕换位机构中心(80)的左右两侧；两卷针(40、41)在穿针前呈竖向左右并排状态；所述隔膜切刀(60)的驱动机构将其水平横向驱动；所述两压块(30、31)水平左右相对，它们各自的驱动机构也将它们水平横向驱动。本发明卷绕机在卷绕电池卷芯时，能有效防止电池正负极交叉感染的问题，提高电池的质量和使用寿命。

Description

锂离子电池卷芯卷绕机

技术领域本 发明涉及制造二次电池的设备，特别是涉及卷绕锂离子电池卷芯的卷绕机。

背景技术 锂离子电池的卷芯质量直接影响锂离子电池的安全性、一致性以及使用寿命，因而锂离子电池卷绕机在保证电池质量方面起着非常重要的作用。电池卷芯卷绕机包括：

手动卷绕机、半自动卷绕机和全自动卷绕机。全自动卷绕机的卷绕过程如上隔膜、上极片和贴终止胶带均为连续成卷上料，该设备效率高，但成本也高，且对极片的要求也非常高。为了节约成本，国内的锂离子电池生产厂家一般采用手动卷绕机或半自动卷绕机。现有技术之手动卷绕机或半自动卷绕机，两电极片的送入均由人工手工操作，电池卷芯的卷绕过程如图1所示，它们存在共同的不足之处是：由于两极片送料机构和两隔膜送料机构均位于卷绕机的同一侧，工人在送入正、负电极片时，两极片送料机构位于其身体的同一侧，他会不可避免地用同一只手去拿捏正、负电极片，这样容易导致电池正、负交叉感染的问题，从而影响锂电池的质量和使用寿命。该图1中，100是指隔膜，2、3分别指两卷针，4、5别指正、负电极片。

发明内容 本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种锂离子电池卷芯卷绕机，采用本发明锂离子电池卷芯卷绕机在卷绕电池卷芯时，能有效避免锂电池正、负极交叉感染的问题，从而提高锂电池的质量和使用寿命。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

设计、使用一种锂离子电池卷芯卷绕机，包括两极片送料机构、两隔膜送料机构、卷绕换位机构中心和隔膜切刀，以及在穿针前和卷绕后用于夹紧两隔膜的两压块；所述隔膜切刀和两压块由各自的驱动机构驱动；所述卷绕换位机构中心包括卷绕电机、两卷针和卷绕换位机构本体及换位驱动机构；所述两隔膜送料机构中的第一隔膜送料机构位于卷绕机的上端，其将第二隔膜由上至下放下；所述两极片送料机构分别位于所述卷绕换位机构中心的左右两侧，使正、负极片分别从第二隔膜的左右两侧送入卷绕换位机构中心；所述两卷针在穿针前呈竖向左右并排状态；所述隔膜切刀的驱动机构将其水平横向驱动；所述两压块水平左右相对，它们各自的驱动机构也将它们水平横向驱动。

作为本发明的进一步改进，所述换位驱动机构包括带动两卷针上下移动的竖向驱动机构和带动所述两卷针前后伸缩的纵向驱动机构。

作为本发明的另进一步改进，本发明锂离子电池卷芯卷绕机在卷好一个电池卷芯后，切断隔膜之前，能将作为下一卷芯的两条隔膜的起点采用超声波焊接或热烫方式粘接在一起，这样可使卷针穿入后隔膜便可直接受力，再插入电极片后便可进行卷绕，因此，节省了现有技术中在插入第一电极片之前已经卷绕在卷针上的至少两层隔膜；具体结构改进的措施为如下两种方式的任意一种。一、所述隔膜切刀连接有加热装置，该加热装置给隔膜切刀加热，并控制隔膜切刀的温度在170℃至220℃之间，即采取热烫方式将两隔膜粘接在一起。二、所述上、下两压块之任一个被设计成超声波焊接头；即采用超声波焊接方式将两隔膜粘接在一起。

当采用热烫方式将两隔膜粘接在一起时，对所述隔膜切刀的结构形状有一定要求，以便达到很好的切断再粘接的效果：隔膜切刀的头部顶面宽度b的取值范围为0.2～2.0mm，头部前倾面与水平面所成的夹角即前倾角ε的取值范围为0～30°，头部后斜面与水平面所成的夹角即后倾角δ的取值范围为10～60°。

本发明锂离子电池卷芯卷绕机中，所述各驱动机构均为气压驱动机构。

同现有技术相比较，本发明锂离子电池卷芯卷绕机的技术效果在于：1.两极片送料机构分别位于所述第一隔膜送料机构的左右两侧，卷绕时，所述两极片送料机构即处于第一隔膜的左右两侧，操作者在手工送入正负电极片时，会自然地左手拿左边的电极片送入，右手拿右边的电极片送入，不可能会左右手交叉进行拿电极片而出现一手同时触碰两种电极片的问题，从而有效地防止了锂电池正负极交叉感染的问题，提高了锂电池的质量和使用寿命；2.卷绕换位机构中心从穿针位到抽针位采用上下移动和前后伸缩的方式，只需一套卷针，使卷绕机结构简单，成本低廉；3.在卷好一个电池卷芯后，切断隔膜之前，作为下一卷芯的两条隔膜的起点采用超声波焊接或热烫方式粘接在一起，这样可使卷针穿入后隔膜便可直接受力，再插入电极片后便可进行卷绕，因此，节省了现有技术中在插入第一电极片之前已经卷绕在卷针上的至少两层隔膜；在锂电池的原料中，隔膜是比较昂贵的材料，按照目前的价格计算，采用本发明卷绕方法，每块锂电池至少能降低几分钱成本，锂电池体积越大，节约成本也越多。

附图说明

图1是现有技术锂离子电池卷芯卷绕机卷绕电池卷芯的过程示意图，包括图1A至图1C；

图2是本发明锂电池卷芯卷绕机卷绕电池卷芯的过程示意图，包括图2A至图2C；

图3是本发明锂电池卷芯卷绕机整体结构的主视示意图；

图4是所述卷绕换位机构中心的左视示意图；

图5是本发明卷绕机在穿针时的工作示意图；

图6是本发明卷绕机在导入第一极片时的工作示意图；

图7是本发明卷绕机在导入第二极片时的工作示意图；

图8是本发明卷绕机在变换工位时的工作示意图；

图9是所述卷绕方法中的隔膜切刀60的横断面放大示意图。

具体实施方式 以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述。

本发明锂离子电池卷芯卷绕机，如图3所示，包括两极片送料机构33、34、两隔膜送料机构35、36、卷绕换位机构中心80和隔膜切刀60，以及在穿针前和卷绕后用于夹紧两隔膜的两压块30、31；所述隔膜切刀60和两压块30、31由各自的驱动机构驱动；所述卷绕换位机构中心80包括卷绕电机81、两卷针40、41和卷绕换位机构本体82及换位驱动机构83(结合参照图4)；所述两隔膜送料机构中的第一隔膜送料机构35位于卷绕机的上端，其将第二隔膜10由上至下放下；所述两极片送料机构33、34分别位于所述卷绕换位机构中心80的左右两侧，使正、负极片分别从第二隔膜10的左右两侧送入卷绕换位机构中心80；所述两卷针40、41在穿针前呈竖向左右并排状态；所述隔膜切刀60的驱动机构61将其水平横向驱动；所述两压块30、31水平左右相对，它们各自的驱动机构301、311也将它们水平横向驱动。

本发明中，如图4所示，所述换位驱动机构83包括带动两卷针40、41上下移动的竖向驱动机构831和带动所述两卷针40、41前后伸缩的纵向驱动机构832。所述两卷针40、41靠卷绕电机81通过齿轮85传动而被驱使翻转。图中箭头A所指的方向是向上移动，箭头B所指的方向是向后缩进。

本发明中，所述各驱动机构均为气压驱动机构。当然也可以采用别的驱动方式，例如液压驱动。这些都属于现有技术，此处不再赘述。

本发明锂离子电池卷芯卷绕机在卷好一个电池卷芯后，切断隔膜之前，能将作为下一卷芯的两条隔膜的起点采用超声波焊接或热烫方式粘接在一起，这样可使卷针穿入后隔膜便可直接受力，再插入电极片后便可进行卷绕，因此，节省了现有技术中在插入第一电极片之前已经卷绕在卷针上的至少两层隔膜；具体结构改进的措施为如下两种方式的任意一种。

一、所述隔膜切刀60连接有加热装置，该加热装置给隔膜切刀60加热，并控制隔膜切刀60的温度在170℃至220℃之间。采用该种方式时，所述隔膜切刀60的结构形状有一定的要求：如图9所示，隔膜切刀60的头部顶面宽度b的取值范围为0.2～2.0mm，头部前倾面与水平面所成的夹角即前倾角ε的取值范围为0～30°，头部后斜面与水平面所成的夹角即后倾角δ的取值范围为10～60°

二、所述两压块30、31之任一个被设计成超声波焊接头。

超声波焊接和热烫的具体实施均属现有技术，此处就不再赘述。

下面再结合图2、图5至图8所示，详细说明使用本发明锂离子电池卷芯卷绕机卷绕锂电池卷芯的工作过程，基本包括如下步骤：

A.将第一隔膜10和第二隔膜11分别由各自的放卷机构35、36同时放卷(结合图7)，

使两条隔膜的源头粘接在一起送入卷绕机的左压块30和右压块31之间被夹紧，此时，第一隔膜10与第二隔膜11于源头处相交成一夹角α，如图5中所示；

此步骤中，使两隔膜粘接在一起可以采用两种方式：一是采用超声波焊接方式，即将所述左压块30和右压块31中的任一个做成超声波焊接头。二是采用热烫方式，具体是，加热所述隔膜切刀60，使其温度足以将所述两隔膜热烫在一起，采用热烫方式时一般采用电阻加热，隔膜切刀60的温度控制在摄氏170度至250度之间。超声波焊接和热烫的具体实施均属现有技术，此处就不再赘述；

如图6所示，两卷针40、41的间隙处于垂直状态时，驱动左、右两卷针40、41伸出将所述隔膜10夹紧，使左卷针41穿在两条隔膜之间，而右卷针位于隔膜11的右边，再使所述左压块30和右压块31相对分离而松开所述两条隔膜粘接在一起的源头；

B.如图6和图7所示，从卷绕换位机构中心80左侧用左手将第一电极片50沿第一极片送料机构33插入到所述左卷针40与第二隔膜11之间，驱动左、右两卷针40、41向右翻转而使卷针与所述第一隔膜10形成一夹角β，然后从卷绕换位机构中心80右侧用右手将第二电极片51沿第二极片送料机构34插入到卷针与第一隔膜10之间(结合参见图2B)；

C.参见图7，驱动左、右两卷针40、41连续翻转而使两隔膜和两电极片卷绕在两卷针上成为卷芯雏形(如图2C中所示)，再驱动左、由两卷针40、41带动卷芯雏形垂直向下运动至左压块30和右压块31的下侧；

D.驱动所述左压块30和右压块31相对靠拢夹紧接下来的第一隔膜10和第二隔膜11，并使两隔膜在被夹部位粘接在一起(此处的粘接方式与步骤A中相同)，启动隔膜切刀60将两隔膜切断，已卷好的卷芯雏形经压紧、包扎成锂电池卷芯，驱动左、右两卷针40、41向后缩进而抽出至卷芯外，卷芯再被送入收料斗；

E.步骤D中被切断的两隔膜在切断处前端被粘接在一起，成为下一卷芯的卷绕源头，所述左、右两卷针40、41再垂直向上运动至初始位置并伸出将所述第一条隔膜10夹紧(回到图5所示)，回到步骤B，如此往复。

Claims (6)

1.一种锂离子电池卷芯卷绕机，包括两极片送料机构(33、34)、两隔膜送料机构(35、36)、卷绕换位机构中心(80)和隔膜切刀(60)，以及在穿针前和卷绕后用于夹紧两隔膜的两压块(30、31)；所述隔膜切刀(60)和两压块(30、31)由各自的驱动机构驱动；所述卷绕换位机构中心(80)包括卷绕电机(81)、两卷针(40、41)和卷绕换位机构本体(82)及换位驱动机构(83)；其特征在于：所述两隔膜送料机构中的第一隔膜送料机构(35)位于卷绕机的上端，其将第一隔膜(10)由上至下放下；所述两极片送料机构(33、34)分别位于卷绕换位机构中心(80)的左右两侧，使正、负极片分别从第一隔膜(10)的左右两侧送入卷绕换位机构中心；所述两隔膜送料机构中的第二隔膜送料机构(36)位于卷绕机的边侧，所述两极片送料机构(33、34)中的第一极片送料机构(33)介于第一隔膜(10)与第二隔膜(11)之间；所述两卷针(40、41)在穿针前呈竖向左右并排状态；所述隔膜切刀(60)的驱动机构将其水平横向驱动；所述两压块(30、31)水平左右相对，它们各自的驱动机构也将它们水平横向驱动；所述锂离子电池卷芯卷绕机在卷好一个电池卷芯后，切断隔膜之前，能将作为下一卷芯的两条隔膜的起点采用超声波焊接或热烫方式粘接在一起。

2.如权利要求1所述的锂离子电池卷芯卷绕机，其特征在于：所述换位驱动机构包括带动两卷针(40、41)上下移动的竖向驱动机构和带动所述两卷针(40、41)前后伸缩的纵向驱动机构。

3.如权利要求1所述的锂离子电池卷芯卷绕机，其特征在于：将作为下一卷芯的两条隔膜的起点粘接在一起采用的是热烫方式，具体是：所述隔膜切刀(60)连接有加热装置，该加热装置给隔膜切刀(60)加热，并控制隔膜切刀(60)的温度在170℃至220℃之间。

4.如权利要求3所述的锂离子电池卷芯卷绕机，其特征在于：所述隔膜切刀(60)的头部顶面宽度b的取值范围为0.2～2.0mm，头部前倾面与水平面所成的夹角即前倾角ε的取值范围为0～30°，头部后斜面与水平面所成的夹角即后倾角δ的取值范围为10～60°。

5.如权利要求1所述的锂离子电池卷芯卷绕机，其特征在于：将作为下一卷芯的两条隔膜的起点粘接在一起采用的是超声波焊接方式，具体是：所述两压块(30、31)之任一个被设计成超声波焊接头。

6.如权利要求1所述的锂离子电池卷芯卷绕机，其特征在于：所述各驱动机构均为气压驱动机构。

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