电池极片模切方法及圆刀模切设备与流程

本发明属于制造电池的方法及设备技术领域，特别涉及一种电池极片模切方法及圆刀模切设备。

背景技术：

锂离子电池是理想化学能源，具有体积小、电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、对环境污染小、快速充电、自放电率低等优点，是交通工具中清洁能源的首选目标。然而，电池的安全问题和一致性问题一直是锂电市场推广的关键性因素。这两个问题的形成往往都与极片的质量有关联。当极片切割精度不高时电池的一致性会很差，当极片中毛刺与掉灰较多，电池容易形成自放电甚至短路，引起电池升温甚至爆炸。

目前锂电池量产时电池极片的切割方式有很多，常见的有分条与裁片组合、模切或激光切割：

A、分条和裁片结合的方式生产速度和精度都很好，缺点是极片与留白位置均需为方形，极片边缘难处理好且倒角锐利。

B、激光切割生产速度、精度、灵活性都十分好，但由于激光切割属于热切割方式，高温对边缘处材料产生破坏，并在边缘处形成金属小颗粒。而且激光设备管理难，设备成本高，无法进行大规模装备。

C、模切方式设备灵活性强、切割精度高，边缘处理好，也是目前量产装备最广泛的切割方法，但缺点是生产效率低、设备成本高、材料废弃率高、全自动化难。

根据现有模切的方法和设备，获得模切的极片需完成以下工作：

1.在电池设计完成后，制备与电池极片尺寸一致的模具；

2.利用模具冲切的方式冲切极片膜卷上的极片区域以获得极片，留下废料区域；

3.将模切后的极片转移后再进行下一片的冲切。极片转移的方式一般是半自动化的，将模切后的极片连同废料区域所形成的极片废料共同转移，再通过对极片废料进行收卷，以让极片自由落入槽后进行整理。若要实现自动 化，需增加辅助设施逐片进行定位，自动化效率低。

利用现有极片模切方法及设备，在自动化生产过程中存在以下问题：

①制备大面积电池时，需切取大面积的极片，若要实现极耳区域与涂布区域不等宽需提供大面积的模具，而大面积的模具增大了设备成本、生产成本，同时产品质量控制难度也会增加，会出现如极片变形、极片斜切甚至极片褶皱的现象。

②传统的模切方法及设备是通过刀模与底板对向运动来完成模切工作，因此受机械行程影响，无法连续走带，生产效率低。另外设备驱动需频繁的启动和暂停，易发生故障。

③传统模切方法及设备的收料是通过对极片废料收卷分离完成的，极片废料收卷时容易产生废料断裂落在极片上，形成毛刺。为了极片废料收卷时的连续性，废弃箔材的宽度需达到一定的要求，材料的浪费率高。

④极片与极片废料分离时剥离点无法一致，因此极片在传送带上或入槽时方向不同，无法直接送至下一工序，需进行整理，并容易使极片发生褶皱。

⑤当极片较大、模切速度快时，刀模容易将极片带起，导致极片褶皱或生产中断。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种自动化程度高、废弃率低、且能够提高模切效率的电池极片模切方法及圆刀模切设备。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种电池极片模切方法，包括如下步骤：

1)放卷涂布压实好的极片膜卷，使其通过圆刀模切设备；

2)同时启动所述圆刀模切设备，使其切除极片膜卷上的废料区域，以获得需要的局部连接的多个极片或单独的多个极片；

3)在切除废料区域的同时或之后，收集所述废料区域形成的极片废料。

作为优选，该方法还包括对模切之后的极片膜卷进行清扫的步骤。

一种应用于电池极片模切方法的圆刀模切设备，包括：

刀辊，其包括主辊体和具有通孔的刀模，所述通孔贯通所述刀模的工作面，所述刀模的断面轮廓形状对应废料区域的形状，所述刀模间隔均布于所述主辊体的侧表面；

辅助辊，其包括辅助辊体，所述辅助辊体与所述主辊体上下平行相对，用于与所述刀模配合以切除极片废料；

废料收集机构，其与所述刀模的通孔连通，用于收集极片废料。

驱动装置，其用于驱动所述刀辊和辅助辊转动。

作为优选，所述刀模凸出于所述主辊体的侧表面。

作为优选，所述刀模为设于所述主辊体的侧表面上的凹槽，凹槽边缘呈内倒角刀锋形状；所述辅助辊体上设有与所述凹槽的形状配合的凸楞，所述辅助辊体通过所述凸楞与所述凹槽配合以切除极片废料。

作为优选，所述废料收集机构包括互相连通的废料吸附槽、废料收集槽和抽气管道，所述废料收集槽为贯穿所述主辊体的顶面和底面的中心腔，所述吸附槽呈辐射状设于所述主辊体内，所述废料吸附装置通过所述废料吸附槽与所述刀模的通孔连通。

作为进一步优选，所述刀模之间的间隔处或凸楞之间的间隔处布设有用于清扫断口及极片膜卷的表面刷毛或胶毡。

作为优选，所述刀辊和辅助辊均设置为内、外双层结构，内层为圆辊，外层为辊套，所述刀模或凸楞设于对应的辊套上。

作为优选，还包括有集料盒或传送带，其设于极片膜卷经过所述刀辊和辅助辊之后的出料区，用于将极片进行精收料或直接通过传送带加托膜的方式将极片或托膜加极片转移送至下一工序。

作为进一步优选，所述集料盒或传送带的前方设有导位板，所述导位板安装于转轴上，以调节导位板的倾斜角度。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明将圆刀模切设备应用于电池极片模切方法，通过切除废料并对废料进行及时收集，便于制备大面积的电池极片，不会使极片废料断裂，以致落在极片上形成毛刺，提高了电池极片的清洁度，不会出现极片变形、极片斜切甚至极片褶皱的现象，提高了电池极片的生产效率和质量。

附图说明

图1为待完成的极片样式结构示意图；

图2为本发明中的电池极片圆刀模切设备的实施例一的极片涂布设计及模切的刀模设计结构示意图；

图3为本发明中的电池极片圆刀模切设备的实施例一的凸型圆刀模切设 备的立体结构示意图；

图4为本发明中的电池极片圆刀模切设备的实施例一的凸型圆刀模切后的集料盒结构示意图；

图5为本发明中的电池极片圆刀模切设备的实施例二的极片涂布设计及模切的刀模设计示意图；

图6为本发明中的电池极片圆刀模切设备的实施例三的凹凸咬合圆刀模切设备的结构示意图；

图7为本发明的电池极片圆刀模切设备的实施例四的极片局部连接的刀模设计结构示意图；

图8为本发明的电池极片圆刀模切设备的实施例四的托膜传送结构示意图。

图中：

1－刀辊； 11-第一圆辊；

12-第一辊套； 13-刀模；

14-废料收集槽； 15-废料吸附槽；

2－辅助辊； 21－第二圆辊；

22-第二辊套； 23-凸楞；

3-极片膜卷； 4-电池极片；

5－集料盒； 6-导位板；

7-转轴； 8-传送带；

9-收卷装置。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

一种电池极片模切方法，包括如下步骤：

1)放卷涂布压实好的极片膜卷3，使其通过圆刀模切设备；

2)同时启动圆刀模切设备，使其切除极片膜卷3上的废料区域，以获得需要的局部连接的多个极片或单独的多个极片；

3)在切除废料区域的同时或之后，收集废料区域形成的极片废料。

在制备电池极片4时，通过切除废料并对废料进行及时收集，便于制备大面积的电池极片4，不会使极片废料断裂，以致落在极片上形成毛刺，提 高了电池极片4的清洁度，不会出现极片变形、极片斜切甚至极片褶皱的现象，提高了电池极片4的生产效率和质量。

为了能够使还包括对模切之后的极片膜卷3进行清扫的步骤，以进一步提高极片的清洁度。

本发明还公开了一种应用于电池极片模切方法的圆刀模切设备。

实施例一

待完成的极片样式如图1所示，极片膜卷3的涂布设计及刀模13设计如图2所示，图中黑色区域即为刀模13的平面形状。

根据上述需求，如图3所示，可以形成一种凸型圆刀模切设备，包括上下平行相对设置的双辊，即刀辊1和辅助辊2，还包括废料收集机构和驱动装置，其中，驱动装置用于驱动刀辊1和辅助辊2转动，刀辊1和辅助辊2可以采用单驱动，也可以采用双驱动。

具体地，刀辊1包括主辊体和刀模13，辅助辊2包括辅助辊体，用于与刀模13配合以切除极片废料。主辊体和辅助辊体均设置为内、外双层结构，主辊体的内层为第一圆辊11，外层为第一辊套12，第一辊套12采用具有硬度且耐磨的金属材质，刀模13间歇均布于第一辊套12上，在间歇处可安装毛刷或胶毡，以进行断口及表面清扫；辅助辊体的内层为第二圆辊21，外层为第二辊套22，第二辊套22的材质采用高硬度且耐磨的金属材料。由于第一辊套12和第二辊套22的表层长时间使用后会磨损，从而影响产品精度，因此双层结构能够延长设备的使用寿命。

本实施例中，刀模13凸出于辊套3的侧表面，并具有通孔，通孔贯通刀模13的工作面，刀模13的断面轮廓形状对应废料区域的形状，刀模13间歇均布于主辊体的侧表面；

废料收集机构与刀模13的通孔连通，用于收集极片废料，其具体包括互相连通的废料吸附槽15、废料收集槽14和抽气管道(图中未视出)，废料收集槽14为贯穿圆辊4的顶面和底面的中心腔，废料收集槽14与抽气管道连通，废料吸附槽15呈辐射状设于圆辊4内并与刀模13的通孔连通。抽风机通过抽气管道抽风，在刀模13的工作面形成内外压差，使废料、掉灰及断裂的毛刺吸入废料收集槽14内，从而避免了极片的污染，保持了极片的清洁。

还包括有集料盒5，其设于极片膜卷3经过刀辊1和辅助辊2之后的出料区，用于将电池极片4进行精收料。为了能够使电池极片4或经过模切之 后通过极耳相连的极片3能顺利地进入集料盒5，在集料盒5的前方布置有导位板6，为了使导位板6能够调节其倾斜角度，导位板6安装于转轴7上，通过转动转轴7，可调节导位板6。

实施例二

待完成的极片样式如图1所示，极片膜卷3的涂布设计及刀模13设计如图5所示，图中黑色区域即为刀模13的平面形状。

凸型圆刀模切设备的结构示意图如实施案例1中所描述，仅将刀模13设计由图2中的黑色形状更改成图5中的黑色形状。

将按设计涂布后的极片膜卷3持续通过上述模切设备后，即可完成极片的模切单独的多个电池极片4落入集料盒5内，完成极片的堆叠收料。实施例2与实施例1相比，两种刀模13设计所需的涂布极片宽度一致，但实施例2所对应的极片膜卷3的去废面积更小，模具设置更简单，因此设备成本、生产成本更低，生产控制更容易。

本实施例一和实施例二可以应用于对精度要求不高的极片的模切，而当需要对精度要求高的极片模切时，可参见实施例三和实施例四的具体实施方式。

实施例三

待完成的极片样式如图1，极片涂布设计及刀模13设计如图2，图中黑色区域即为刀模13的平面形状。

根据上述需求，可以形成一种凹凸咬合型圆刀双辊，设备结构示意图如图6所示，主辊体与辅助辊体的结构与实施例一、二均相同，不同之处在于，刀模13为设于第一辊套12的侧表面上的凹槽，凹槽边缘呈内倒角刀锋形状，第二辊套22的材质可以为金属、木板或塑料，第二辊套22上设有与凹槽配合的凸楞23，辅助辊体通过凸楞23与凹槽配合以切除极片废料，凸楞23的形状及位置与凹槽的尺寸、运转位置均匹配，凸楞23的间歇处可安装毛刷或胶毡，用来进行断口及表面清扫。

将按设计涂布后的极片膜卷3持续通过上述模切设备后，即可完成极片的模切及极片的堆叠收料。

实施例四

待完成的极片样式如图1，极片涂布设计及刀模13设计如图7，图中黑色区域即为刀模13的平面形状。

凹凸咬合型圆刀设备的结构如实施案例3中所描述，仅将刀模13的设计由图2中的黑色形状更改成图7中的黑色形状。双辊后设置托膜传送收料机构，如图8所示，通过传送带8加托膜的方式将极片或托膜加极片转移送至下一工序。

将极片膜卷3通过上述模切设备，可得到在极耳部局部相连的极片膜卷3，按本发明中提及的方法完成极片的模切、以及将极片或托膜加极片转移送至下一工序。

还可以在出料区的位置设置收卷装置9，以将局部连接的极片膜卷3收卷备用。

本发明的电池极片圆刀模切设备在制备大面积电池极片4时，模具尺寸没有很大的变化，不同尺寸的电池极片4也可以通用。因此模具可利用率高、且加工及更换简单，因此设备成本低，使用灵活度高。同时由于切取部位面积小，容易控制产品质量，材料废弃率低，从而能够大幅度降低设备成本、生产成本及产品质量控制难度。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。