锂电池叠片设备及其叠片方法与流程

本发明涉及电池领域，特别涉及到一种锂电池叠片设备及其叠片方法。

背景技术：

在锂电生产过程中，需将大片铝箔和铜箔裁切成小片的正极片和负极片，正极片和负极片均包括本体和自本体一端延伸的极耳，本体上设置有隔膜将相邻本体间绝缘。极耳无隔膜,且极耳与外部电源或者用电设备电连接实现充放电。叠片操作是将锂电池的正极片和负极片按要求位置交替叠放在一起，以便后续注液和化成等工序的进行。现有技术中，基本采用手工叠片方式,效率较低,而且叠片过程中，由于极片间定位不准确，容易出现极片间发生错位，从而引起短路烧毁电池的问题，如正极耳和负极耳错位接触导致短路或者由于多次叠片操作使极片上的隔膜损坏导致正负极片短路，导致报损率高，可控性不强。

技术实现要素：

为克服现有锂电池的极片叠片位置不准确，报损率高，效率较低，可控性不强的技术难题，本发明提供了一种锂电池叠片设备以及叠片方法。

本发明解决技术问题的方案是提供一种锂电池叠片设备，其用于实现锂电池的极片之间的交替叠放，所述极片包括本体和自本体一端延伸的极耳，该锂电池叠片设备包括定位装置和叠合装置，所述定位装置包括主体以及设置在主体上的定位件，所述定位件在主体上定义一定位区域用于将一极片本体定位在该定位区域；所述叠合装置为中空框架结构，其定义一本体区以及自该本体区延伸并跟本体区连通的限位区，所述本体区跟限位区共同形成一贯穿区域分别与极片的主体及极耳匹配；使用时，叠合装置叠放在定位装置上使叠合装置与定位装置定位件卡合，且叠合装置的限位区与定位装置定位好的极片的极耳在叠合方向上错开。

优选地，所述定位装置进一步包括限位件，所述限位件固定于定位装置主体上，用于和所述定位件一起限定极片极耳位置，所述限位件与叠合装置的限位区在叠合方向上错开。

优选地，所述主体包括基板，所述定位件包括第一定位件和第二定位件，所述第一定位件和第二定位件设定于所述基板上对角位置以形成所述定位区域，所述两定位件之间距离略大于所述极片本体的对角线长度。

优选地，所述定位件还包括第三定位件，所述第三定位件设定于所述基板上并固定在第一定位件跟第二定位件之间，所述第一定位件、第二定位件和第三定位件形成三角定位区域，所述三角定位区域面积略大于所述极片本体按照对角线切分后的极片面积。

优选地，所述定位件上开设定位槽，所述定位槽与叠合装置边或角卡合。

优选地，所述主体包括基板，所述定位件为四个，分别设定在基板四个边上以限定该定位区域。

优选地，所述主体包括基板，所述定位件为从所述基板至少两边垂直延伸的具有开口的围栏。

优选地，所述主体包括基板，所述定位件可拆卸固定在所述基板上以使定位区域大小可调。

优选地，所述锂电池叠片设备进一步包括压块，所述压块放置于所述本体区内以压紧极片。

本发明还提供一种采用上述锂电池叠片设备进行叠片的方法，其包括如下步骤：

S1：将一极片放置于定位装置上并定位于所述定位件定义的定位区域上；

S2：将叠合装置叠设于定位装置上并且使叠合装置边或角与定位装置的定位件卡合，且叠合装置的限位区与定位在定位装置上极片的极耳所在区域在叠合方向上错开；

S3：将另一极片通过叠合装置的贯穿区域与定位在定位装置上的极片叠合。

与现有技术相比，本发明的锂电池叠片设备具有以下有益效果：

1、定位装置的定位件固定在主体上，定位件在主体上定义一定位区域，可以将一极片定位在该定位区域；叠合装置为中空框架结构，其形成的本体区跟限位区共同形成一贯穿区域并分别与另一极片的主体及极耳匹配；锂电池叠片设备使用时，叠合装置叠放在定位装置上使叠合装置边角与定位装置的定位件卡合，且叠合装置的限位区与定位装置定位好的极片的极耳在叠合装置与定位装置叠合方向上错开，从而限定两极片间相互位置关系，使两极片主体叠合同时两极耳错开放置，避免了两极耳接触短路的风险，提高产品良率，且操作简便，定位准确，定位次数少，极大减少操作次数，提高叠片效率。同时可通过调整定位件形成的定位区域的尺寸大小和/或形状以适配不同形状和尺寸的极片。

2、所述限位件用于限定极片极耳位置且限位件跟叠合装置的限位区在叠合方向上错开，避免极耳反向放错位置使相邻两极片的极耳叠合。

3、第一定位件和第二定位件设置于基板上。第一极片、叠合装置与第一定位、第二定位件多点接触被定位于所述定位区域，足以起到对第一极片和叠合装置准确定位的作用。基板的其余位置处均没有设置定位件，可提高叠合装置和极片拿取或放置时的便捷性，同时节省锂电池叠片设备的制造成本。

4、第三定位件固定于基板上，与第一定位件、第二定位件之间形成一三角定位区域，三角定位区域稳定性高，以使定位件对极片和叠合装置定位时达到更好的定位效果。

5、所述定位件的两限位面与凹槽形成定位槽，所述定位槽与叠合装置边或角卡合，使极片和叠合装置在所述定位区域内被精确定位。所述凹槽可防止极片和叠合装置的角位置直接与定位件接触，从而防止极片和叠合装置的角位置处被刮花或被弯折。

6、所述定位件设置在基板的各边位置形成所述定位区域，同样可以达到定位所述极片和叠合装置的效果；所述定位件设置在基板各边角，形成具有开口的围栏结构，所述开口对应所述极耳供极耳伸出所述定位区域，除所述开口位置外，所述定位件能与所述极耳和叠合装置更多位置接触从而更全面进行定位，定位得更准确稳固。

7、所述定位件可拆卸固定在所述基板上以使定位区域大小可调，从而使定位装置匹配更多大小及形状的极片，具有广泛适用性。

8、所述提拿部与所述极耳边框固定连接，可将叠合装置便捷地拿取，使叠片操作更便捷。

本发明还提供的一种锂电池叠片方法具有如下有益效果：通过限定两极片相互间位置关系，使本体叠合的同时两极耳错开放置，避免了两极片可能短路的风险，提高产品良率，且操作简便，定位次数少，定位准确，极大减少操作次数，提高效率。同时可通过调整定位件形成的定位区域的尺寸大小和/或形状以适配不同形状和尺寸的极片。

【附图说明】

图1是第一极片和第二极片的结构示意图。

图2是锂电池叠片设备的立体结构示意图。

图3是使用锂电池叠片设备叠片时的过程示意图。

图4是定位装置的立体结构示意图。

图5是定位装置的另一变形实施例的立体结构示意图。

图6是第一定位件的立体结构示意图。

图7是定位装置的再一变形实施例的立体结构示意图。

图8是定位装置的再一变形实施例的立体结构示意图。

图9是包括限位件的定位装置的立体结构示意图。

图10是锂电池叠片设备一变形实施例的立体结构示意图。

图11是叠合装置的立体结构示意图。

图12是叠合装置的另一立体结构示意图。

图13是锂电池叠片设备叠片完成后的示意图。

图14是叠合装置的另一结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。在本发明的所有实施例中，上、下、左、右、前、后、内、外等位置限定词仅限于指定视图上的相对位置，而非绝对位置，不用于限定本发明。

请参阅图1-3，本发明提供一种锂电池叠片设备1，其用于实现锂电池的正极片和负极片按照要求位置进行交替间隔叠放。正极片和负极片均包括本体和自本体一端延伸的极耳。为方便说明，如图1所示，本发明将极片分为第一极片100和第二极片200。所述第一极片100可为正极片也可为负极片，所述第一极片100包括第一本体1001和自第一本体1001一端延伸的第一极耳1002。所述第二极片200的极性与第一极片100的极性相异，即若第一极片100为正极片，则第二极片200需为负极片，若第一极片100为负极片，则第二极片200需为正极片。所述第二极片200包括第二本体2001和自第二本体2001一端延伸的第二极耳2002。为避免第一本体1001的边缘与第二本体2001的边缘接触发生短路，一般设置第一本体1001的面积大于第二本体2001的面积使第二本体2001的边缘位于第一本体1001的面上。由于第一本体1001的尺寸大于第二本体2002的尺寸，故第一极片100的整体尺寸大于第二极片200的整体尺寸。若锂电池只包含一正极片和一负极片，则该锂电池称为电池单体；为增大锂电池容量，锂电池通常由多层正极片和多层负极片交叉叠放形成，称为多层电池。

如图2-3所示，本发明的锂电池叠片设备1包括定位装置10、叠合装置20和压块30。所述定位装置10包括主体101以及设置在主体101上的定位件102，所述定位件102在主体101上定义一定位区域11，所述定位区域11的各方向尺寸均略大于所述叠合装置20和第一极片100的第一本体1001各方向上尺寸，用于将第一本体1001定位在该定位区域11。叠合装置20为一具有一定厚度的中空框架结构，其定义一本体区21以及自该本体区21延伸并跟本体区21连通的限位区22，所述本体区21跟限位区22分别与第二极片200的第二主体2001及第二极耳2002匹配，所述本体区21跟限位区22共同形成一贯穿区域23，所述贯穿区域23各方向尺寸均略大于第二极片200各方向上尺寸，使第二极片200放置时可以通过该贯穿区域23。

使用锂电池叠片设备1进行叠片过程中，叠合装置20叠放在定位装置10上使叠合装置20的边角与定位装置10的定位件102卡合，且叠合装置20上的限位区22与定位装置10定位好的第一极片100的第一极耳1002在叠合装置20与定位装置10的叠合方向上错开。当把第二极片200通过叠合装置20来与被定位在定位装置10上的第一极片100进行叠合时，由于第二极耳2002被限位在限位区22内，故第二极耳2002和第一极耳1002被错开放置，防止第一极耳1002和第二极耳2002接触短路。第一极片100和第二极片200定位叠合好后，将压块30放置于第二本体2001上压紧第一极片100和第二极片200，即完成电池单体叠片操作。如需形成多层电池，则先后取下叠合装置20和压块30，重复上述电池单体叠片操作过程即可。需要注意的是，取下叠合装置20后将其再次叠合在定位装置10上时,前次叠合的第一极片100也就为此次叠合装置20放置时的参考对象,也即叠合装置20的限位区2002需要跟前次叠合后最上层的极片的极耳位置在叠合方向上错开。也即同一类型极片极耳位置在叠合方向上是一致的。所述定位装置10的厚度范围为1mm-3mm，所述压块30为一尺寸小于极片尺寸的圆柱体或者长方体，质量范围为0.1kg-0.3kg。

请一并参阅图4，前述主体101和定位件102可以一体成型，定位件102也可拆卸固定于主体101，所述定位件102数量可为一两个或者一两个以上，所述主体101形状尺寸与所述定位区域11适配。作为本发明的一个实施例，所述主体101包括基板103，所述定位件102可拆卸固定于所述基板103上，所述基板103为一长方体板状结构，顺时针方向形成有角1、2、3、4四个角。定位件102至少包括第一定位件104和第二定位件105，第一定位件104和第二定位件105设定于基板103上的角位置处并呈对角设置，即第一定位件104位于角1位置处，第二定位件105位于角3位置处。第一定位件104和第二定位件105共同定义出该定位区域11，第一极片100被定位在定位区域11。基板103的角2和角4位置处均没有设置定位件102，方便第一极片100拿取或放置，同时节省锂电池叠片设备1的制造成本。可以理解，所述第一定位件104和第二定位件105之间的距离略大于第一极片100主体的对角线长度，以方便极片拿取和放置。

请一并参阅图5，定位件102进一步包括第三定位件106，第三定位件106设定于基板103上的角2或角4位置处。第一定位件104、第二定位件105和第三定位件106之间形成一三角定位区域，即第一定位件104、第二定位件105和第三定位件106共同定义该定位区域11。该三角定位区域面积略大于所述第一极片本体按照对角线切分后的极片面积。

请一并参阅图6，由于第一定位件104、第二定位件105和第三定位件106结构相同，只是摆放位置、摆放方向及达到的效果不同，故以第一定位件104为例对第一定位件104、第二定位件105和第三定位件106的结构进行说明。第一定位件104上形成有固定孔1041、定位孔1042、两限位面1043和凹槽1044。螺丝通过固定孔1041将第一定位件104固定在基板103上，防止叠片过程中第一定位件104移位。定位孔1042为一通孔，在基底111上设置有与定位孔1042匹配的凸起或通孔，在将第一定位件104固定到基底111过程中，先通过定位孔1042与基底111上的凸起或通孔的配合，对第一定位件104进行初步定位，然后再通过螺丝通过固定孔而准确将第一定位件104固定到基板103。由于第一定位件104、第二定位件105和第三定位件106与基板为可拆卸的螺纹连接，故可通过调整第一定位件104、第二定位件105和第三定位件106的位置调整所述定位区域11的形状和/或尺寸大小，以适配不同形状和尺寸的第一极片100。

两限位面1043相互垂直，在两限位面1043的直角位置处形成有凹槽1044，所述凹槽1044连接两限位面1043共同形成定位槽1045，定位槽1045对叠合装置20的靠近角1位置处的边或角卡合，以保证第一定位件104对叠合装置20定位精准。所述定位槽1045的凹槽1044为一向第一定位件104中心轴凹陷的圆弧结构，在对叠合装置20和第一极片100定位过程中避免叠合装置20和第一极片100的角位置直接与第一定位件104接触，防止叠合装置20和第一极片100的角位置被刮坏或被折弯。

请一并参阅图7-8，可以理解，还可以将定位件102设置在基板103的边位置处，如图7所示在基板103的各边位置均设置定位件102，该四个定位件102限定所述定位区域11；或者如图8所示，定位件102在基板103各边角位置形成具有开口的围栏结构以形成所述定位区域11，即所述定位件102为从所述基板103至少两边垂直延伸的具有开口的围栏。所述开口对应所述第一极耳1002和第二极耳2002供第一极耳1002和第二极耳2002伸出所述定位区域11。

请一并参阅图9-10，作为定位装置10的一个变形实施例，所述定位装置10进一步包括限位件107，用于和定位件102一起限定第一极耳1002的位置。所述限位件107固定于所述主体101上且在叠合装置20和定位装置10叠合时与叠合装置20的限位区22在叠合方向上错开设置。所述限位件107在朝向所述定位区域11开设有与第一极耳1002相适配的开口108，使第一极耳1002可顺利放入该开口1008定位。

请一并参阅图11，叠合装置20为一由多边构成的上下贯通的中空框架结构，所述框架结构可根据第二极片200形状尺寸的变化做出多种匹配于定位件102的变形结构。作为本发明的一个实施例，叠合装置20包括由四边形成的主边框201、自主边框201延伸的三边形成的极耳边框202和提拿部203。主边框201各边围设形成所述本体区21，极耳边框202各边围设形成所述限位区22，所述主边框201与极耳边框202连接处开设缺口以使所述本体区21和限位区22贯通，从而共同形成所述贯穿区域23。所述提拿部203与所述极耳边框202固定连接，可将叠合装置20轻捷地拿放，使叠片操作更便捷。

请一并参阅图12，主边框201各边呈直角设置，所述主边框的121的相邻边直角位置处形成一凹部204。所述凹部204与定位槽1045形成卡合结构对主边框201限位。在两凹部204之间形成凸部205，凸部205被限位在前述不同定位件12的限位面1043之间。

请一并参阅图13-14，通常情况下，导致正极片的制造成本高于负极片，故将正极片做得比负极片小以节约成本。作为本发明的一个优选方案，前述第一极片100为负极片，前述第二极片200为正极片，第一极片100与第二极片200叠放时，由于第一本体1001面积大于第二本体2002面积，第一本体1001大于第二本体2002的部分在第一本体1001上形成留白区域，使该留白区域均匀分布在第一本体1001四周。将留白区域内第一本体1001与第二本体2002之间的最短距离定义为宽度d，并将叠合装置20的凹部204部分的厚度设定为d，于是叠合装置20的主边框201各边盖住所述留白区域，使得第一本体1001与第二本体2002具有最大的接触面积。优选的，所述第一本体1001是长宽分别为120mm×60mm的矩形片，所述第二本体2001是长宽分别为118mm×58mm的矩形片，所述d的值为1mm,也即叠合装置20的凹部204部分的厚度为1mm。

本发明还提供一种采用上述锂电池叠片设备进行叠片的方法，其包括如下步骤：

S1：将一极片放置于定位装置上并定位于所述定位件定义的定位区域上；

S2：将叠合装置叠设于定位装置上并且使叠合装置边角与定位装置定位件卡合，且叠合装置的限位区与定位在定位装置上极片的极耳所在区域在叠合方向上错开；

S3：将另一极片通过叠合装置的贯穿区域与定位在定位装置上的极片叠合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。