一种极片成型设备的制作方法

本发明涉及自动化设备领域，具体是涉及一种用于生产锂电池的自动化设备，尤其是涉及一种用于极片成型的自动化设备。

背景技术：

极片是电池上的重要结构之一，如图1所示，极片包括基片以及分布在基片一侧或者两侧的极耳。制备极片的原料带通常比单条极片宽，如图2所示，原料带上具有若干条相互间隔的涂布区与留白区。目前极片的生产步骤是先在留白区通过模切等方式成型出极耳的轮廓，然后再通过模切等方式沿留白区与涂布区的分界线成型出基片的轮廓，从而实现极片与原料带的分离。现有技术中原料带的上料、极耳的成型、基片的成型与极片的收料涉及不同的设备，原料带在生产过程中需要在不同设备之间流转，既降低了生产效率，还增加了转运、管理以及中间存放的成本，难以适应规模化生产的需求。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种极片成型设备，用于解决现有技术中生产效率低、转运、管理以及中间存放成本高的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种极片成型设备，包括上料模组、激光切割模组与收料模组，其中，上料模组用于向激光切割模组供给待切割的原料带，原料带经由激光切割模组成型出极片，极片由收料模组进行收集。

作为上述方案的进一步改进方式，激光切割模组包括多段切割辊与激光光源，其中

多段切割辊包括两个或者两个以上的转动辊，以及两个或者两个以上的静止辊，转动辊与静止辊同轴且直径相等，并沿轴向间隔分布，静止辊上设有凹槽，转动辊可相对静止辊转动；

激光光源可向凹槽射出激光束。

作为上述方案的进一步改进方式，原料带包括间隔设置的涂布区与留白区，其中，相邻静止辊、转动辊的宽度之和与相邻涂布区、留白区的宽度之和相等。

作为上述方案的进一步改进方式，涂布区的宽度与转动辊的宽度相等。

作为上述方案的进一步改进方式，激光切割模组还包括与静止辊、转动辊同轴且等径的废料辊，废料辊包括第一辊与第二辊，其中第一辊与第二辊之间设有负压腔，第二辊的周向上设有若干气孔，第一辊保持静止，第二辊可相对第一辊转动，且随第二辊的转动，气孔可与负压腔连通以产生吸附力，以及可与负压腔断开，吸附力消失。

作为上述方案的进一步改进方式，第一辊内还设有吹扫腔，吹扫腔沿第二辊的转动方向设于负压腔的后方，气孔连通吹扫腔时向外吹出气流。

作为上述方案的进一步改进方式，激光切割模组还包括除尘结构，除尘结构包括

设于静止辊上的吸尘流道与吸尘口，吸尘流道的一端与凹槽连通，另一端与吸尘口连通；

和/或设于多段切割辊与激光光源之间的除尘罩，除尘罩覆盖凹槽，除尘罩上还设有除尘设备，除尘设备用于在除尘罩内形成吹扫气流或者抽吸气流。

作为上述方案的进一步改进方式，包括两个激光切割模组，前一激光切割模组用于在原料带上间隔成型出极片与半成品料带，后一激光切割模组将半成品料带进一步成型为极片。

作为上述方案的进一步改进方式，还包括设于上料模组与激光切割模组之间的接带模组，接带模组包括接带平台与粘接模组，粘接模组可相对接待平台沿原料带的宽度方向运动以释放胶带。

作为上述方案的进一步改进方式，粘接模组包括基板与驱动基板沿原料带的宽度方向运动的基板驱动装置，基板上设有胶带放料辊、压辊与切断刀，压辊与切断刀设于接带平台的上方并可独立的相对接带平台上下运动。

作为上述方案的进一步改进方式，还包括设于接带模组与激光切割模组之间的胶带切断模组，胶带切断模组包括连接臂、连接臂驱动装置与若干刀片，刀片沿原料带的宽度方向并列安装在连接臂上，连接臂可在连接臂驱动装置的驱动下带动其上的刀片进行切割动作以及切割后的复位动作。

作为上述方案的进一步改进方式，还包括设于接带模组与激光切割模组之间的压带模组，压带模组包括压辊、压辊驱动装置、张力传感器与过渡辊，压辊与过渡辊之间设有供原料带通过的间隙，张力传感器用于检测原料带的张力，且当原料带的张力小于设定值时，压辊由压辊驱动装置驱动而将原料带压紧在过渡辊上。

作为上述方案的进一步改进方式，压带模组包括基板、第一动力源、驱动板与第二动力源，第一动力源固定在基板上，第二动力源固定在驱动板上，压辊由第二动力源驱动而相对驱动板运动，且压辊、驱动板与第二动力源整体可由第一动力源驱动而相对基板运动，第一动力源与第二动力源的施力点沿压辊的长度方向相互错开。

作为上述方案的进一步改进方式，还包括设于激光切割模组与收料模组之间的除尘模组，除尘模组包括并列设置的转轴，转轴上沿轴向连接有若干的毛刷，毛刷可随转轴转动。

本发明的有益效果是：

本发明通过上料模组、激光切割模组与收料模组的协同配合可以直接从原料带上成型出极片，原料带无需在不同设备之间流转，有助于增加生产效率，降低转运、管理以及中间存放的成本；

在本发明的优选实施例中，通过两个激光切割模组的协同配合可以在原料带上成型出多条极片，有助于进一步增加生产效率，同时可以提高原料带的利用率；

在本发明的优选实施例中，还设置有多种辅助功能模组，包括但不限于接带模组、纠偏模组、展平模组、胶带切断模组、压带模组、除尘模组等，各模组协同配合以进行自动化生产。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明所生产的极片的示意图；

图2是本发明所适用的原料带的示意图；

图3是本发明一个实施例的立体示意图；

图4是本发明一个实施例的正视图；

图5是本发明激光切割模组一个实施例的立体示意图；

图6是本发明激光切割模组一个实施例的分解示意图；

图7是本发明多段切割辊一个方向上的立体示意图；

图8是本发明多段切割辊另一个方向上的立体示意图；

图9是本发明静止辊一个实施例的立体示意图；

图10是本发明废料辊一个实施例的立体示意图；

图11是本发明废料辊一个实施例的分解示意图；

图12是本发明正面除尘装置一个实施例的立体示意图；

图13是本发明激光光源一个实施例的立体示意图；

图14是本发明接带模组一个实施例的立体示意图；

图15是本发明胶带切断模组一个实施例的立体示意图；

图16是本发明除尘模组一个实施例的立体示意图；

图17是本发明压带模组第一个实施例的侧视图；

图18是本发明压辊与压辊驱动装置的立体示意图；

图19是原料带上成型多条极片的示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。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。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右、前、后等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

参照图1，示出了本发明所生产的极片的示意图。如图所示，极片包括基片a与位于基片a一侧或者两侧的极耳b。参照图2，示出了本发明所适用的原料带的示意图。如图所示，原料带包括多条相互间隔的涂布区与留白区，其中涂布区用于形成极片的基片a，留白区用于形成极片的极耳b。以图示为例，原料带包括三条涂布区c1、c2与c3，以及四条留白区d1、d2、d3与d4。

此外，图1中所示极片的两侧均设有极耳，但这不代表本发明对此进行了限定，本发明同样适用于单侧具有极耳的极片的生产。

参照图3、图4，分别示出了本发明一个实施例的立体示意图与正视图。如图所示，本发明的主要模组包括上料模组1、激光切割模组2、收料模组3与驱动模组，其中，在驱动模组的驱动下，上料模组1持续地向激光切割模组2释放待切割的原料带，原料带经由激光切割模组2成型出极片，成型出的极片由收料模组3进行收集，从而实现不间断的自动生产，原料带无需在不同设备之间流转，有助于增加生产效率，降低转运、管理以及中间存放的成本。

本发明中的上料模组1与收料模组3均可以采用公知技术，如通过转动辊驱动的放料卷与收料卷，随着收料卷与放料卷的转动，缠绕在放料卷上的原料带逐步被释放，成型出的极片则逐步的缠绕在收料卷上，当然上料模组1与收料模组3还可以采用其他的公知技术，本发明对此不作限定。此外，本发明还可以根据需要设置多个过渡辊与张紧辊，过渡辊与张紧辊与数量、设置位置同样不做限定。

参照图5、图6，分别示出了本发明激光切割模组一个实施例的立体示意图与分解示意图。激光切割模组包括机架21、多段切割辊22与激光光源23，多段切割辊22水平安装在机架21上，多个激光光源23设于多段切割辊22的同一侧，可朝多段切割辊22射出切割激光，配合多段切割辊22直接在原料带上成型出极片。

参照图7、图8，示出了本发明多段切割辊不同方向上的立体示意图。如图所示，多段切割辊包括两个或者两个以上的转动辊221与两个或者两个以上的静止辊222，优选还包括设于极片成型的激光切割模组两端的废料辊223。转动辊221、静止辊222与废料辊223同轴且直径相等，且转动辊221、静止辊222沿轴向间隔分布。静止辊222保持静止，转动辊221可相对静止辊222转动，其中，转动辊221、静止辊222用于配合激光实现极片的成型，废料辊223用于收集成型后剩下的废料。

参照图9，示出了本发明静止辊一个实施例的立体示意图。如图所示，静止辊222优选为圆盘结构，其圆周上设有凹槽2221，该凹槽2221用于与激光光源配合成型出极片，具体的，静止辊222绷紧原料带的留白区，凹槽2221位于留白区的背面，切割激光从留白区的正面射向留白区，在凹槽2221的区域内进行切割运动，结合原料带自身的运动便可以成型出极片。凹槽2221优选设于静止辊222的最右侧(按照图9中所示的方位定义左、右)，从而既可以保证激光的入射方向与留白区垂直，也可以实现激光的水平射出。

激光切割原料带时会产生粉尘，粉尘如果混入电池内部会带来安全隐患，基于此，多段切割辊还设有有除尘结构，除尘结构包括设置在静止辊222上的吸尘流道2222与吸尘口2223。吸尘口2223优选相对凹槽2221设于静止辊222的另一侧，并与吸尘设备连接，吸尘流道2222一端与凹槽2221连通，另一端与吸尘口2223连通，如此，切割产生的粉尘可以及时地通过吸尘流道2222吸走。进一步的，为适应凹槽2221的位置，吸尘流道2222优选为两条，沿凹槽2221的上下两侧分布。设置两条吸尘流道2222的目的在于：由于凹槽2221位于静止辊222的中间部位，故切割产生的粉尘既可能向上飘散，也可能向下飘散，设置两条吸尘流道2222可以对两个方向上的粉尘进行抽吸，避免静止辊222内滞留粉尘。

参照图10、图11，分别示出了本发明废料辊一个实施例的立体示意图与分解示意图。废料辊用于在切割过程中吸附废料，避免废料移动影响生产，并在废料运动至设定位置时释放废料，实现废料的集中收集。为实现上述效果，如图所示，废料辊223优选包括第一辊224与第二辊225，第一辊224与第二辊225同轴且等径，第一辊224保持静止，第二辊225可以相对第一辊转动。

第一辊224上设有负压腔2241，负压腔2241通过盖板226与第二辊225封闭，盖板226上设有接头227，接头227用于与抽真空设备连接以在负压腔2241内形成负压环境。优选的，负压腔2241沿第一辊224的周向从第一辊的顶部延伸至第一辊的底部。

优选的，第一辊224内还设有吹扫腔2242，吹扫腔2242沿第二辊225的转动方向(图中为顺时针方向)设于负压腔2241的后方。吹扫腔2242通过盖板228与第二辊225封闭，盖板228上设有接头229，接头229用于与鼓风设备连接。

第二辊225的周向上设有若干的气孔2251，随着第二辊225的转动，其上的气孔2251将循环经过负压腔2241与吹扫腔2242。经过负压腔2241的气孔2251与负压腔2241连通以产生吸附力，从而将废料吸附在第二辊225上，保证废料与第二辊321同步转动；由于负压腔2241的分布范围为第一辊224的1/2圆周，故当废料随第二辊225运动至第一辊224的下方时，之后的气孔2251与负压腔2241断开，吸附力消失，废料则与第二辊225分离，同时经过吹扫腔2242的气孔2251与吹扫腔2242连通以产生气流，吹动废料使其下落。

本发明中的转动辊221、静止辊222与废料辊223优选采用模块化设计，转动辊221、静止辊222与废料辊223的数量、尺寸(包括但不限于辊的宽度与辊的直径)可以根据极片的宽度、原料带上同时成型的极片数量等进行调整。

上述吸尘流道2222与吸尘口2223用于实现极片的背面除尘，除此之外本发明的除尘机构还包括正面除尘结构24，参照图12，示出了本发明正面除尘装置一个实施例的立体示意图。正面除尘装置包括除尘罩241、除尘设备242与集尘管道243。

除尘罩241中空，其朝向激光光源23的一侧设有第一开口2411，朝向多段切割辊22的一侧设有第二开口(未示出)，其中第一开口2411与第二开口用于供切割激光通过，第二开口还用于覆盖凹槽2221，以使极片的成型操作在除尘罩241内进行。优选的，除尘罩241的两竖直侧壁上还设有与多段切割辊22的圆周相匹配的弧形凹槽2412，以尽可能的减小除尘罩241与多段切割辊22之间的间隙。

除尘设备242用于在除尘罩241内形成吹扫气流或者抽吸气流，从而清除除尘罩241内滞留的粉尘。优选的，本实施例中除尘设备242固定在除尘罩241的顶部，向下方进行吹扫。集尘管道243对应除尘设备242设于除尘罩241的底部，用于收集粉尘。

优选的，除尘罩241还可以通过驱动机构244(如气缸-导轨-滑块机构)驱动沿水平方向运动，以适应不同直径的多段切割辊。

参照图13，示出了本发明激光光源一个实施例的立体示意图。如图所示，本实施例中设置有多个激光光源23，激光光源23分别与多段切割辊22上的凹槽2221对应。激光光源23优选可以沿多段切割辊的轴向和/或径向运动，本实施例中既可以沿多段切割辊的轴向运动，也可以沿多段切割辊的径向运动。如此，当辊的宽度或者数量发生变化时，激光光源23可以通过沿轴向的运动调整光源之间的间距与参与切割的光源的数量；当辊的直径发生变化时，激光光源23可以通过沿径向的运动调整激光的焦距。

激光光源23的轴向运动与径向运动可以通过常规技术手段实现，本实施例中短程的径向运动优选采用驱动机构231(气缸-导轨-滑轨驱动系统)进行驱动，长程的轴向运动采用驱动机构232(电机-丝杆-丝杆座)驱动系统进行驱动。

多段切割辊22用于绷紧原料带，且保证相邻静止辊222、转动辊221的宽度之和与相邻涂布区、留白区的宽度之和相等，优选的，涂布区的宽度与转动辊221的宽度相等，即涂布区与转动辊221一一对应，留白区与静止辊222一一对应，切割激光的数量与留白区的数量对应。

当原料带在驱动机构的驱动下向前运动时，其可以通过摩擦力带动转动辊221转动。转动辊221用于支撑涂布区，同时通过滚动的方式降低其与原料带之间的摩擦力，避免原料带因为摩擦力过大而发生拉伸变形，影响切割精度。静止辊222则保持静止。

激光光源23朝对应的凹槽2221射出切割光束，切割光束可以相对原料带运动，运动方向包括不限于原料带的宽度方向，结合原料带自身的运动便可以成型出各种不同形状的极耳(如图1中的锯齿状)，并使极片与原料带分离。切割废料则通过废料辊进行收集(具体收集方法详见上述)。

本发明还设有其他的辅助功能模组，如接带模组，参照图4与图14，图14示出了本发明接带模组一个实施例的立体示意图。接带模组4设于上料模组1与激光切割模组2之间，具体是位于靠近上料模组1的一侧。当上一卷原料带用完时需要及时的进行接带操作，接带模组可以利用胶带对上一卷原料带的尾端与下一卷原料带的首端进行粘接，以保证生产的连续性。

接带模组包括设于整体机架上的接带平台，以及位于接带平台上方的粘接模组。具体的，粘接模组包括基板41与驱动基板41运动的基板驱动装置42，基板驱动装置42在本实施例中优选采用电机-同步带传动系统。基板42上设有胶带放料辊43、压辊44、切断刀45、气缸46、气缸47与若干的过渡辊，胶带48的端部由过渡辊引导至压辊44的下方。使用时，首先由工人手动将上一卷原料带的尾端与下一卷原料带的首端在接带平台上对正，并且使得原料带的接缝处位于压辊44的正下方，随后气缸46启动，压辊44向下运动将胶带压接在接缝上，然后基板42在基板驱动装置42的驱动下带动胶带放料辊43、压辊44与切断刀45整体沿料带的宽度方向运动，直至胶带覆盖整个接缝，最后气缸47启动，切断刀45向下运动切断胶带，从而完成整个接带过程。

由于激光无法切割胶带，故激光切割模组无法将两卷原料带的接带处切割成多条极片，基于此，辅助功能模组还包括胶带切断模组5。参照图4与图15，图15示出了本发明胶带切断模组一个实施例的立体示意图。如图所示，胶带切断装置5包括切刀机构51、连接臂52与连接臂驱动装置53。切刀机构51上对应料带的切割位置设有刀片，在连接臂驱动装置53的驱动下，连接臂52发生转动，带动切刀机构51上的刀片进行切割动作以及切割后的复位动作。

切刀机构51包括切刀主轴511与刀片512，切刀主轴511沿原料带的宽度方向设置，若干刀片512并列安装在切刀主轴511上，刀片512之间的间距可调，以适应不同尺寸的原料带。优选的，本实施例中刀片512为圆形刀片，其圆周部分即为刀片的刀刃部分，圆形刀片可绕自身轴心转动以提高切割效率。具体的，圆形刀片固接在切刀主轴511上，可与切刀主轴511同步转动，切刀主轴511的两端通过轴承转动连接在两侧的连接臂52上，同时至少一侧的连接臂52上设有电机-同步带驱动机构54，该电机-同步带驱动机构54用于驱动切刀主轴511转动。

连接臂52优选为“l”型臂，“l”型臂的一端安装上述的切刀机构51，另一端与连接臂驱动装置53连接。

本发明中的连接臂驱动装置53优选采用电机-同步带驱动机构，即包括电机531、主动轮532、从动轮533、同步带534与驱动轴535，主动轮532与电机531的主轴固接，同步带534绕设在主动轮532与从动轮533上，驱动轴535的两端分别与从动轮533、连接臂52固接，如此，随着电机531的转动，连接臂52会绕驱动轴535转动，进而带动安装在连接臂52另一端的切刀机构51发生大幅度摆动。一般情况下切刀机构51处于待机状态，当需要切断胶带时，切刀机构51向下摆动至一定角度后与原料带接触，随着刀片自身的转动以及原料带的移动对原料带的接带处进行切割动作。

此外，本发明优选采用带有锁定功能的电机，当出现停气停电的突发状态时可以使连接臂52保持在当前位置，避免产生安全事故。

胶带切割过程中产生的碎屑会带来极大的安全隐患，基于此，胶带切断模组还设有用于对切割部位进行除尘的除尘装置(未示出)。优选的，除尘装置包括分设于料带两侧的第一除尘装置与第二除尘装置，第一除尘装置与第二除尘装置分别对切割部位的正面与反面进行除尘。进一步的，第一除尘装置与第二除尘装置均采用抽吸管。

辅助功能模组还包括设于激光切割模组2与收料模组3之间的除尘模组6，该除尘模组6可以在极片收料之前进行最后一步除尘。参照图4与16，图16本发明除尘模组一个实施例的立体示意图。如图所示，除尘模组6包括相对设置的转轴61，转轴61上沿轴向设有多个毛刷62，在电机63的驱动下，转轴61可带动毛刷62转动。工作时，极片从两侧毛刷62之间穿过，随着毛刷62的转动可以去除极片正反两侧的灰尘。

优选的，转轴61之间的轴间距可由气缸64调整，从而调整两侧毛刷之间的间隙。

辅助功能模组还包括压带模组7。参照图4与图17，图17示出了本发明压带模组第一个实施例的侧视图，图中隐藏了一侧机架。如图所示，压带装置包括压辊71、压辊驱动装置72与张力传感器(未示出)。在正常的生产过程中，原料带依次缠绕在各过渡辊上并持续向前运动，压辊71与过渡辊73之间设有供原料带通过的间隙。原料带正常运动时会保持一定的张力，张力传感器实时检测原料带的张力值；如果原料带发生断带情况，其张力值将会急剧降低，当原料带的张力小于设定值时，压辊71由压辊驱动装置72驱动而将料带压紧在过渡辊上，避免后段的料带发生偏位，保证在进行接带操作后可以迅速恢复生产。

参照图18，示出了本发明压辊与压辊驱动装置的立体示意图。如图所示，压辊驱动装置包括基板721与气缸722、驱动板723、压辊板724与气缸725。基板721固定在设备机架上，气缸722作为第一动力源的优选实施例固定在基板721上，其驱动轴与驱动板723固接。

气缸725作为第二动力源的优选实施例固定在驱动板723上，压辊71固定在压辊板724上，气缸725的驱动轴与压辊板724固定，随着气缸725的驱动，压辊71相对压辊板724运动。

优选的，气缸722与气缸725的施力点沿压辊71的长度方向相互错开，如此设置的目的在于：可以增加压辊71对料带的施力点，从而更好的固定料带。

以上方案中，气缸722与气缸725可由其他的公知动力源代替，本发明在此不作具体限定。此外，如果料带的张力较小，也可以无需设置两个相互交错的气缸，而采用一个气缸驱动压辊即可。

此外，本发明还设有其他的辅助功能模组，包括但不限于设于上料模组1、激光切割模组2之间的纠偏模组8与展平模组。纠偏模组8可带动原料带发生平移和/或转动，保证原料带不偏离设定的轨迹，展平模组优选包括展平辊，展平辊为中间向外突出的弧形辊，随着展平辊的转动可以消除原料带上的褶皱。

结合上述实施例与附图4，本发明的工作流程如下：在驱动模组(如驱动辊)的驱动下，原料带由上料模组1释放后依次经过接带模组4、纠偏模组8、展平模组、胶带切断模组5、压带模组7、激光切割模组2、除尘模组6、收料模组3与各模组之间的过渡辊，从而自动并持续地进行上料、展平、激光成型极片、除尘、收料等操作，并在必要时进行纠偏、原料带接带、胶带切断、压带等操作，保证生产工作持续稳定的进行。

特别的，本发明沿原料带的前进方向依次设置有两个激光切割模组2，以在原料带上同时成型出多条极片，以图2中所示的原料带为例，前一个激光切割模组2上的四个激光光源23分别沿涂布区c1与留白区d1的交界处、涂布区c1与留白区d2的交界处、涂布区c3与留白区d3的交界处以及涂布区c3与留白区d4的交界处进行切割，从而将原料带分割成如图19-1中所示的极片e1、极片e2与半成品料带e3，此外，还有可能成型出两侧的废料带e4，半成品料带e3包括涂布区c2的全部以及留白区d2、留白区d3的部分。随后半成品料带再运动至后一个激光切割模组2处，后一个激光切割模组2的两个激光光源23沿涂布区c2与留白区d2的交界处以及涂布区c2与留白区d3的交界处进行切割，从而从半成品料带上成型出如图19-2所示的极片e5，以及废料带e6。

基于上述方案，本发明设有两个收料模组3，其中一个收料模组3对应前一个激光切割模组2，用于收集极片e1、极片e2，另一个收料模组3对应后一个激光切割模组2，用于收集极片e5。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。