极耳成型方法及装置与流程

本发明涉及极耳领域，尤其涉及一种极耳成型方法及装置。

背景技术：

在锂离子电池制造过程中，极片的极耳成型工序是整个电池生产过程中非常重要环节，极耳成型工艺和设备技术的优劣会影响制造的柔性和成本，极耳品质的好坏和稳定性则直接影响电池电化学性能和安全性能。

目前常用的极耳成型方法分两种。

一种为机械模切成型，这种成型方式存在以下问题：1)一种电池尺寸需要相对应的模切模具，不同电池尺寸的模切模具很难共用，柔性差；2)受限于机械加工的精度，凹模2和凸模1(参见图1)在极耳根部倒角处(图1中的虚线圆圈区域凹模2和凸模1以间隙配合)的配合难以控制，导致此处毛刺大，极片活性材料掉粉严重，这样的极片制造的电池自放电大，甚至发生电池着火；3)机械模切成型基于凹模2和凸模1的剪切力成型，因此在使用过程中凹模2和凸模1容易磨损，导致品质稳定性差；4)模具磨损不利于产线连续生产，且模具维护和更换劳动强度大；5)模具成本高，寿命短导致制造成本增加。

另一种是单采用激光切割成型极耳但这种成型方式也有着固有的缺陷，导致该方式还没有大规模运用：1)极耳成型涉及到活性物质层282和未涂覆活性物质层282的未涂膜区2812(参见图2未涂膜区2812用于形成极耳283)，激光成型很难保证两个区域的品质同时达到最优，尤其在两个区域的过渡区域(过渡区域R即极耳根部)毛刺和熔珠大；2)激光成型需要将切割产生的粉尘去除，吹风或抽风气流一般要覆盖至少一个极耳大小的区域，面积大，导致气流较弱，除尘效果不好，毛刺熔珠和粉尘都会导致电池自放电大甚至着火等风险。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种极耳成型方法及装置，其柔性高、制造成本低、品质好且稳定性高。

为了实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种极耳成型方法，其包括步骤：步骤一：提供极片，极片具有集流体和涂覆在集流体上的活性物质层，且集流体具有涂覆活性物质层的涂膜区和沿横向位于涂膜区外侧的未涂覆活性物质层的未涂膜区；步骤二：沿纵向在极片的将形成极耳的根部倒角的位置处进行圆孔模切而形成成对贯穿极片的圆孔，一对圆孔在位置上对应一个极耳的两个根部倒角，各对圆孔处于集流体的涂膜区内、与涂膜区和未涂膜区之间的纵向交界线相切或横跨涂膜区和未涂膜区；步骤三：沿纵向对相邻两对圆孔之间的极片采用激光切割进行纵向直线切割，纵向直线切割形成的纵向直切割线与涂膜区和未涂膜区之间的纵向交界线重合或位于集流体的涂膜区内，且纵向直线切割形成的纵向直切割线与相邻两对圆孔中的处于内侧的两个圆孔相交；步骤四：沿横向对极片采用直线模切进行横向直线模切，横向直线模切形成的各条横向直切割线从集流体的横向边缘向对应的一个圆孔延伸并在末端与对应的圆孔相交；由此，极片的由各条纵向直切割线、与该条纵向直切割线的相反两端相交的两个圆孔以及分别与该两个圆孔相交的横向直切割线围成的部分被切除，从而在极片上形成极耳。

为了实现上述目的，在第二方面，本发明提供了一种极耳成型装置，其包括极片提供机构、圆孔模切机构、激光切割机构以及直线模切机构。

极片提供机构包括：放卷辊，卷绕有待放卷的极片，极片具有集流体和涂覆在集流体上的活性物质层，且集流体具有涂覆活性物质层的涂膜区和沿横向位于涂膜区外侧的未涂覆活性物质层的未涂膜区；以及过辊，位于放卷辊的下游，用于向下游输送极片。圆孔模切机构沿纵向在极片的将形成极耳的根部倒角的位置处进行圆孔模切而形成成对贯穿极片的圆孔，一对圆孔在位置上对应一个极耳的两个根部倒角，各对圆孔处于集流体的涂膜区内、与涂膜区和未涂膜区之间的纵向交界线相切或横跨涂膜区和未涂膜区。激光切割机构沿纵向对相邻两对圆孔之间的极片采用激光切割进行纵向直线切割，纵向直线切割形成的纵向直切割线与涂膜区和未涂膜区之间的纵向交界线重合或位于集流体的涂膜区内，且纵向直线切割形成的纵向直切割线与相邻两对圆孔中的处于内侧的两个圆孔相交。直线模切机构，沿横向对极片采用直线模切进行横向直线模切，横向直线模切形成的各条横向直切割线从集流体的横向边缘向对应的一个圆孔延伸并在末端与对应的圆孔相交。由此，极片的由各条纵向直切割线、与该条纵向直切割线的相反两端相交的两个圆孔以及分别与该两个圆孔相交的横向直切割线围成的部分被切除，从而在极片上形成极耳。

本发明的有益效果如下：

在根据本发明所述的极耳成型方法及装置中，通过利用圆孔模切形成极耳的根部倒角、利用直线模切成型形成极耳的横向侧边、利用激光切割形成相邻极耳之间的直线段，从而将形成极耳过程中所需切割的各段分开采用不同的方式进行，圆孔模切的圆孔的一部分将形成极耳的根部倒角，无需采用更复杂的模具，无毛刺；激光切割形成相邻极耳之间的直线段，切割品质稳定且便于长距离切割，有利于提高作业效率，这种长距离的切割也便于在采用吹风或抽风除尘时除尘效果的提升；由于圆孔模切成型和直线模切成型技术成熟且稳定，由此切割品质提高且品质稳定，模具维护更换简单且成本低；将机械切割和激光切割的优点有效结合，工艺和设备的柔性也大大增强。

附图说明

图1是现有技术中单采用机械模切成型极耳的示意图，其中虚线圆圈部分标出倒角处凸模和凹模的配合间隙；

图2是现有技术中单采用激光切割成型极耳的示意图；

图3是根据本发明的极耳成型方法的一实施例的示意图，其中(a)-(g)示出了各步骤；

图4是根据本发明的极耳成型方法的另一实施例的示意图，其中(a)-(g)示出了各步骤；

图5示出了根据本发明的极耳成型装置的一实施例的示意图；

图6示出了根据本发明的极耳成型装置的另一实施例的示意图；

图7示出了根据本发明的极耳成型装置的过辊的结构示意图，其中为了清楚起见，将图3的(c)和(d)置于过辊的上下游，从而适用于图3的极耳成型方法。

图8示出了根据本发明的极耳成型装置的过辊的结构示意图，其中为了清楚起见，将图4的(c)和(d)置于过辊的上下游，从而适用于图4的极耳成型方法。

其中，附图标记说明如下：

1凸模 22收卷辊

2凹模 23收卷侧EPC光电纠偏仪

R过渡区域 24除尘器

11极片提供机构 25分切机构

111放卷辊 26存储机构

112过辊 261机械手

1121辊子 262储存弹夹

11211抽风除尘孔 27控制机构

S轴向间隔区域 28极片

113放卷侧EPC光电纠偏仪 281集流体

114缓存机构 2811涂膜区

1141缓存用辊 2812未涂膜区

12圆孔模切机构 282活性物质层

13激光切割机构 283极耳

131固定激光头 B纵向交界线

14直线模切机构 C纵向中心线

15驱动辊 L纵向

16CCD检测器 T横向

17吹风机构 H圆孔

18密封罩 L1纵向直切割线

19抽风管 T1横向直切割线

20除尘机构 28'分条的极片

21切割分条机构 28”定尺寸极片

具体实施方式

下面参照附图来说明根据本发明的极耳成型方法及装置。

首先说明根据本发明第一方面的极耳成型方法。

参照图3和图4，根据本发明的极耳成型方法包括步骤：步骤一：提供极片28，极片28具有集流体281和涂覆在集流体281上的活性物质层282，且集流体281具有涂覆活性物质层282的涂膜区2811和沿横向T位于涂膜区2811外侧的未涂覆活性物质层282的未涂膜区2812；步骤二：沿纵向L在极片28的将形成极耳283的根部倒角的位置处进行圆孔模切而形成成对贯穿极片28的圆孔H，一对圆孔H在位置上对应一个极耳283的两个根部倒角，各对圆孔H处于集流体281的涂膜区2811内、与涂膜区2811和未涂膜区2812之间的纵向交界线B相切或横跨涂膜区2811和未涂膜区2812；步骤三：沿纵向L对相邻两对圆孔H之间的极片28采用激光切割进行纵向直线切割，纵向直线切割形成的纵向直切割线L1与涂膜区2811和未涂膜区2812之间的纵向交界线B重合或位于集流体281的涂膜区2811内，且纵向直线切割形成的纵向直切割线L1与相邻两对圆孔H中的处于内侧的两个圆孔H相交；步骤四：沿横向T对极片28采用直线模切进行横向直线模切，横向直线模切形成的各条横向直切割线T1从集流体281的横向边缘向对应的一个圆孔H延伸并在末端与对应的圆孔H相交；由此，极片28的由各条纵向直切割线L1、与该条纵向直切割线L1的相反两端相交的两个圆孔H以及分别与该两个圆孔H相交的横向直切割线T1围成的部分被切除，从而在极片28上形成极耳283。

在根据本发明所述的极耳成型方法中，通过利用圆孔模切形成极耳283的根部倒角、利用直线模切成型形成极耳283的横向侧边、利用激光切割形成相邻极耳283之间的直线段，从而将形成极耳283过程中所需切割的各段分开采用不同的方式进行，圆孔模切的圆孔H的一部分将形成极耳283的根部倒角，无需采用更复杂的模具，无毛刺；激光切割形成相邻极耳283之间的直线段，切割品质稳定且便于长距离切割，有利于提高作业效率，这种长距离的切割也便于在采用吹风或抽风除尘时除尘效果的提升；由于圆孔模切成型和直线模切成型技术成熟且稳定，由此切割品质提高且品质稳定，模具维护更换简单且成本低；将机械切割和激光切割的优点有效结合，工艺和设备的柔性也大大增强。

在根据本发明所述的极耳成型方法中，在步骤三中，纵向直线切割形成的纵向直切割线L1可与相邻两对圆孔H中的处于内侧的两个圆孔H相割或相切(在图3和图4中为相切)。

在根据本发明所述的极耳成型方法中，在步骤四中，横向直线切割形成的各条横向直切割线T1从集流体281的横向边缘向对应的一个圆孔H延伸并在末端与对应的圆孔H相割(在图3和图4中为相割)或相切。优选地，参照图3和图4，在步骤四中，横向直线切割形成的各条横向直切割线T1从集流体281的横向边缘向对应的一个圆孔H延伸并在末端与对应的圆孔H的内侧半圆(即以形成一个极耳283的根部两个倒角的一对圆孔作为整体，一对圆孔的两个中心内的半圆为内侧半圆而该对两个中心外的半圆为外侧半圆)相割(在图3和图4中为相割)或相切。

在根据本发明所述的极耳成型方法中，在步骤四中，横向直线切割形成的各条横向直切割线T1可平行于横向T或可不平行于横向T(在图3和图4中为不平行)。

在根据本发明所述的极耳成型方法中，参照图3，集流体281沿横向T位于涂膜区2811的两个外侧均具有未涂膜区2812且这两个涂膜区2811相对极片28的纵向中心线C横向对称，沿纵向L在极片28的将形成极耳283的根部倒角的位置处进行圆孔模切时形成的成对贯穿极片28的圆孔H相对极片28的纵向中心线C对称，沿纵向L对相邻两对圆孔H之间的极片28采用激光切割进行纵向直线切割时纵向直线切割形成的纵向直切割线L1相对极片28的纵向中心线C横向对称，沿横向T对极片28采用直线模切进行横向直线模切时横向直线模切形成的横向直切割线T1相对极片28的纵向中心线C横向对称，由此形成的多个极耳283相对极片28的纵向中心线C横向对称。所述极耳成型方法还包括步骤：在极耳283成型之后，沿极片28的纵向中心线C对极片28进行切割分条，以形成分条的极片28'。

在根据本发明所述的极耳成型方法中，参照图4，集流体281沿横向T位于涂膜区2811的仅一个外侧具有未涂膜区2812。所述极耳成型方法还包括步骤：在极耳283成型之后，对极片28进行分切，以形成带有对应数量极耳283的定尺寸极片28”。

其次说明根据本发明第二方面的极耳成型装置。

参照图5和图6同时参照图3和图4，根据本发明的极耳成型装置包括极片提供机构11、圆孔模切机构12、激光切割机构13以及直线模切机构14。

极片提供机构11包括：放卷辊111，卷绕有待放卷的极片28，极片28具有集流体281和涂覆在集流体281上的活性物质层282，且集流体281具有涂覆活性物质层282的涂膜区2811和沿横向T位于涂膜区2811外侧的未涂覆活性物质层282的未涂膜区2812；以及过辊112，位于放卷辊111的下游，用于向下游输送极片28。圆孔模切机构12沿纵向L在极片28的将形成极耳283的根部倒角的位置处进行圆孔模切而形成成对贯穿极片28的圆孔H，一对圆孔H在位置上对应一个极耳的两个根部倒角，各对圆孔H处于集流体281的涂膜区2811内、与涂膜区2811和未涂膜区2812之间的纵向交界线B相切或横跨涂膜区2811和未涂膜区2812。激光切割机构13沿纵向L对相邻两对圆孔H之间的极片28采用激光切割进行纵向直线切割，纵向直线切割形成的纵向直切割线L1与涂膜区2811和未涂膜区2812之间的纵向交界线B重合或位于集流体281的涂膜区2811内，且纵向直线切割形成的纵向直切割线L1与相邻两对圆孔H中的处于内侧的两个圆孔H相交。直线模切机构14沿横向T对极片28采用直线模切进行横向直线模切，横向直线模切形成的各条横向直切割线T1从集流体281的横向边缘向对应的一个圆孔H延伸并在末端与对应的圆孔H相交。由此，极片28的由各条纵向直切割线L1、与该条纵向直切割线L1的相反两端相交的两个圆孔H以及分别与该两个圆孔H相交的横向直切割线T1围成的部分被切除，从而在极片28上形成极耳283。

在根据本发明所述的极耳成型装置中，在一实施例中，参照图5和图6，极片提供机构11还可包括：放卷侧EPC光电纠偏仪113，位于放卷辊111下游，对放卷辊111放卷出的极片28进行纠偏。

在根据本发明所述的极耳成型装置中，在一实施例中，参照图5和图6，极片提供机构11还可包括：缓存机构114，位于放卷辊111的下游，具有多个呈Z字形布置的缓存用辊1141，以使通过的极片28呈Z字形。

在根据本发明所述的极耳成型装置中，在一实施例中，参照图5和图6，所述极耳成型装置还可包括：驱动辊15，用于控制放卷辊111放卷和过辊112输送的极片28的走带速度以及检测极片28的走带长度，以为圆孔模切机构12进行圆孔模切形成成对贯穿极片28的圆孔H时提供极片28沿纵向L将形成极耳283的根部倒角的位置。

在根据本发明所述的极耳成型装置中，在一实施例中，参照图5、图6、图7和图8，过辊112为同轴连接的且间隔开的辊子1121并位于激光切割机构13的下方；激光切割机构13具有固定激光头131。所述极耳成型装置还可包括：CCD检测器16，面向极片28设置，检测从下方通过的极片28上的各对圆孔H的位置。其中，当各对圆孔H中处于上游的圆孔H达到过辊112时，各对圆孔H中处于上游的圆孔H处于过辊112的相应相邻一对辊子1121之间的轴向间隔区域S，固定激光头131发出激光并沿纵向L对极片28进行纵向直线切割，直到下一对相邻圆孔H中的处于下游的圆孔H到达过辊112上且纵向直线切割形成的纵向直切割线L1与该圆孔H相交为止；当各对圆孔H达到直线模切机构14时，直线模切机构14沿横向T对极片28采用直线模切进行横向直线模切，横向直线模切形成的两条横向直切割线T1各从集流体281的横向T边缘向所述一对圆孔H中的对应的一个圆孔H延伸并在末端与该对应的一个圆孔H相交。

在根据本发明所述的极耳成型装置中，在一实施例中，参照图5和图6，所述极耳成型装置还可包括：吹风机构17，用于向固定激光头131沿纵向L对极片28进行纵向直线切割的位置吹风，以除去切屑；密封罩18，收容激光切割机构13和过辊112；以及抽风管19，连通于密封罩18，以将密封罩18内的切屑和灰尘抽出。过辊112的各辊子1121均为中空且各辊子1121在表面沿周向设有与中空的内部连通的抽风除尘孔11211，以将固定激光头131切割极片28时形成的切屑和吹风机构17吹出的风抽吸，此时，当抽风管19工作时，抽风管19也会从过辊112的各辊子1121的内部并经由表面的抽风除尘孔11211(例如处于下方的部分抽风除尘孔11211)将过辊112的各辊子1121抽吸的固定激光头131切割极片28时形成的切屑和吹风机构17吹出的风向外抽出。此外，各辊子1121在表面沿周向设有与中空的内部连通的抽风除尘孔11211还有利于将极片28吸附在辊子1121上，从而增加极片28在辊子1121上的运动的稳定性，提高激光切割的效果。在一实施例中，参照图5，吹风机构17设置于固定激光头131旁侧。在另一实施例中，参照图6，吹风机构17与固定激光头131同轴设置，这样可以更好地实现定向吹风，同时也可以对固定激光头131起到冷却的作用。

在根据本发明所述的极耳成型装置中，在一实施例中，参照图5和图6，所述极耳成型装置还可包括：除尘机构20，位于直线模切机构14的下游，用于除去极片28表面的粉尘。在一实施例中，除尘机构20可采用毛刷除尘。

在根据本发明所述的极耳成型装置中，在一实施例中，参照图5和图3，集流体281沿横向T位于涂膜区2811的两个外侧均具有未涂膜区2812且这两个涂膜区2811相对极片28的纵向中心线C横向对称，圆孔模切机构12沿纵向L在极片28的将形成极耳283的根部倒角的位置处进行圆孔模切时形成的成对贯穿极片28的圆孔H相对极片28的纵向中心线C横向对称，激光切割机构13沿纵向L对相邻两对圆孔H之间的极片28采用激光切割进行纵向直线切割时纵向直线切割形成的纵向直切割线L1相对极片28的纵向中心线C横向对称，直线模切机构14沿横向T对极片28采用直线模切进行横向直线模切时横向直线模切形成的横向直切割线T1相对极片28的纵向中心线C横向对称，由此形成的多个极耳283相对极片28的纵向中心线C横向对称。所述极耳成型装置还可包括：切割分条机构21，位于直线模切机构14的下游，用于在极耳成型之后沿极片28的纵向中心线C对极片28进行切割分条，以形成分条的极片28'。在这里补充说明的是，当采用图5的具有固定激光头131的激光切割机构13时，固定激光头131可分出两道沿纵向L平行的光进行纵向直线切割，而直线模切机构14可以通过设置成对的刀具来实现纵向中心线C两侧的横向直切割线T1。

在根据本发明所述的极耳成型装置中，在一实施例中，参照图5，所述极耳成型装置还可包括：收卷辊22，位于切割分条机构21的下游，用于对分条的极片28'进行收卷。

在根据本发明所述的极耳成型装置中，在一实施例中，参照图5，极片提供机构11还包括：收卷侧EPC光电纠偏仪23，位于收卷辊22的上游，对极片28收卷前的分条的极片28'进行纠偏。

在根据本发明所述的极耳成型装置中，在一实施例中，参照图5，所述极耳成型装置还可包括：除尘器24，设置于切割分条机构21和收卷辊22之间，对分条后的极片进行除尘。在一实施例中，除尘器24可为粘尘辊。

在根据本发明所述的极耳成型装置中，在一实施例中，参照图6和图4，集流体281沿横向T位于涂膜区2811的仅一个外侧具有未涂膜区2812；所述极耳成型装置还包括：分切机构25，位于直线模切机构14的下游，用于在极耳283成型之后对极片28进行分切，以形成带有对应数量极耳的定尺寸极片28”。

在根据本发明所述的极耳成型装置中，在一实施例中，参照图6，所述极耳成型装置还可包括：除尘器24，设置于分切机构25的下游，对分切后的定尺寸极片28”进行除尘。在一实施例中，除尘器24可为粘尘辊。

在根据本发明所述的极耳成型装置中，在一实施例中，参照图6，所述极耳成型装置还包括：存储机构26，对分切后的定尺寸极片28”进行收集。

在根据本发明所述的极耳成型装置中，在一实施例中，参照图6，所述存储机构26可包括：机械手261，拾取分切后的定尺寸极片28”；以及储存弹夹262，接收机械手261拾取的定尺寸极片28”并存储定尺寸极片28”。

在根据本发明所述的极耳成型装置中，在一实施例中，参照图5和图6，所述极耳成型装置还可包括：控制机构27，分别通信连接于极片提供机构11、圆孔模切机构12、激光切割机构13、直线模切机构14以及极片放卷辊111。当然不限于此，可以视具体情况，控制机构27还可选择性地通信连接于驱动辊15、CCD检测器16、吹风机构17、除尘机构20、切割分条机构21、收卷辊22、收卷侧EPC光电纠偏仪23、放卷侧EPC光电纠偏仪113、除尘器24、分切机构25、存储机构26的机械手261。所述通信连接可为有线通信连接或无线通信连接。在一实施例中，控制机构27可为工控机。