电极片多极耳高速成型机的制作方法

本发明属于电池生产设备技术领域，尤其涉及一种电极片多极耳高速成型机。

背景技术：

近年来，锂离子电池的应用越来越广泛，潜力巨大的市场需求量促进了锂离子电池的发展。电池极耳在极片完成卷绕后需要对齐，以便后续将极耳焊接到一起，然而电池内外层极片的长度不同，为满足重合要求就需要极耳之间具有不同的间距，所以极耳的成型设备需要兼容变间距的极耳设计。

极耳的成型可通过焊接引出极耳或切割极片获得，上述方式中焊接极耳容易导致虚焊，稳定性和可靠性相对较低，而且不适用于具有大倍率放电需求的电池，比如电动汽车的动力电池。然而，通过切割电极片获得多极耳成型过程中，因为铝箔和铜箔极片是连续的薄片，快速高效实现变间距双边极耳成型是一个很棘手的问题，目前锂电池厂常用的极耳成型方式是采用刀模在线模切成型和激光在线切割成型两种。由于激光在线切割成型的能量密度极高，极容易损伤极片，因而目前锂电池厂更多采用刀模在线模切成型的方式。

其中，刀模在线模切成型又分为飞切和静切两种方式。飞切即刀模跟随电极片同步运动(刀模与极片相对静止)进行模切成型；静切指电极片在模切时间段是静止不动，模切完成后，电极片加速运动。然而目前采用静切方式的极耳模切机存在以下几个明显的缺陷：

第一、无法保持匀速收放卷。现有模切机在静态模切的时候，收放卷也同时停止运行，使得模切效率降低，同时这样极片张力波动较大，会出现“跳舞”现象，容易导致极片断带，模切长度、宽度超出规格。

第二、模切速度慢，成型效率低。虽然目前静切极耳成型方式比较广泛地应用于电极片多极耳成型，但是目前的模切速度相对较慢，实际应用于生产的速度<25m/min。这是因为静切的方式下，极片走带速度和静态模切时间是一对矛盾。若要提高生产速度，则需要压缩静态模切时间；但是静态模切时间缩短，会导致刀模发热变大，磨损严重，影响刀模寿命。因此为了保证刀模的寿命，刀模的模切时间大都设置为>0.5s，而目前的相邻两极耳间距一般为270～360mm；假设25m/min的生产速度，那么要求进给270～360mm的时间约为0.14～0.36s，而这样的进给加速度是现有电机根本无法实现的，因此目前的生产速度只能<25m/min。

第三、模切机没有在线监测品质参数功能。极耳间距、模切宽度、台阶高度、极耳高度等参数会影响到卷绕后的极片错位，甚至会影响到电池安全问题。目前极耳成型在品质上要求每片极片的长度偏差≤±3mm，台阶高度偏差≤0.5mm，极耳高度偏差≤±0.5mm，相邻极耳间距偏差≤±0.5mm，也就是说，目前对极耳成型的品质要求极为严格。然而，目前普遍应用的模切机均无在线检测系统，模切后的品质均是通过人工裁样离线检测，没有在线实时监控各个品质参数，从而影响电极片的品质。

第四、无实时补偿极耳变间距的装置。现有模切机将待冲切的间距变化的极耳分成两个部分进行冲切，其在冲切时，先冲切恒定长度，即定长切，然后再冲切一个变化的修正长度，即修正切。其虽然能够实现变间距的极耳成型，然而该冲切方法繁琐复杂，冲切效率低，而且一个极耳间距进行多次冲切，会大大增加极耳间距误差，无法满足极耳成型的精度要求。

有鉴于此，确有必要对现有的极耳成型设备作进一步的改进，以克服上述缺陷，实现电极片多极耳的高效、快速成型，同时保证极耳成型的精确度。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对现有电极片多极耳成型机结构复杂、成型速度慢、效率低、成型精度低的不足，而提供一种结构简单、成型精度高，并能够实现高效、快速成型的电极片多极耳成型机。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电极片多极耳高速成型机，包括依次设置的放卷机构、第一储料机构、模切机构、牵引机构、视觉检测机构、第二储料机构和收卷机构，所述模切机构包括第一模切刀组和第二模切刀组，所述第一模切刀组和所述第二模切刀组依次设置在电极片走带方向上，所述模切机构还包括用于补偿极耳变间距的补偿装置。

为了便于说明，首先给出以下定义：如图1所示，在电极片上每侧所需成型的极耳个数为n；相邻极耳之间的间距为d，d1指电极片的第一个极耳与第二个极耳的中心距，dn为电极片中第n个极耳与第n+1个极耳之间的中心距，即极耳之间的间距依次为d1、d2、d3......dn(n≥2)，且相邻间距之间的差值均为g，即d2-d1＝g、d3-d2＝g、d4-d3＝g、……dn-d(n-1)＝g；使用上述多极耳成型机成型极耳时，电极片的走带速度设定为v，第一模切刀组和第二模切刀组的模切动作时间为t1，进给走带时间为t2。其中，常见的极耳间距范围d1～dn为270mm～360mm，g一般为1～2mm。

现有极耳模切设备一般只设有一组刀模，并且需要在电极片静止的时候才能进行极耳的模切，因此目前模切设备都是模切一次成型一组极耳，进给距离是一个极耳间距，假设极耳间距d＝270mm，t1＝0.5s的情况下，那么v＝30m/min的生产速度则要求进给时间t2＝0.04s，而v＝20m/min的生产速度则要求进给时间t2<0.3s；而这样的进给加速度是现有电机根本无法实现的，因此目前采用静切方式的极耳模切机的生产速度最快只能达到20～25m/min，生产效率相对较低。

而本发明配置了两组刀模，因此模切一次成型两组极耳，而进给距离是相邻两个极耳间距之和，即相当于现有模切设备进给距离的两倍；目前常设的极耳间距d＝270mm～360mm，那么本发明进给距离为540～720mm。假设进给距离以600mm计算，模切时间t1＝0.5s，在v＝45m/min速度下，那么进给时间t2＝0.3s。因此，在刀模结构不变，模切时间为0.5s的情况下，能够达到40m/min以上的生产速度；因而大大提升了模切速度和模切效率。

本发明的具体工作过程为，待成型的电极片通过放卷机构进行匀速放卷，在进行模切前，第一储料机构使电极片上升，第二储料机构使电极片下降，并通过补偿装置对极耳变间距进行实时补偿，然后第一模切刀组和第二模切刀组对静止的电极片进行模切，模切动作完成后，电极片进行进给加速，第一储料机构使电极片下降，第二储料机构使电极片上升，成型后的电极片通过视觉检测机构进行品质监控，并通过收卷机构进行匀速收卷。其中，进给加速的距离等于收放卷匀速运动的长度。

作为本发明电极片多极耳高速成型机的一种改进，所述补偿装置包括两个定位辊、以及活动设置于两个所述定位辊之间的补偿辊，且所述补偿装置设置在所述第一模切刀组和所述第二模切刀组之间。本方法通过补偿辊实时地补偿两组刀模之间的极耳间距变化，其中，补偿辊在直线电机等带动下，可沿纵向上下移动。例如，假设第一模切刀组与第二模切刀组之间的距离为270mm，那么在第一模切刀组进行模切时，补偿辊会下降0.5mm进行补偿，实际补偿1mm。

作为本发明电极片多极耳高速成型机的一种改进，所述补偿装置包括直线电机和定位辊，所述定位辊设置在所述第一模切刀组和所述第二模切刀组之间，所述直线电机电连接于所述第二模切刀组，以驱动所述第二模切刀组沿电极片走带方向上前后移动。本方法通过直线电机驱动第二模切刀组实时地补偿两组刀模之间的极耳间距变化。例如，假设第一模切刀组与第二模切刀组之间的距离为270mm，那么在第一模切刀组进行模切时，直线电机会驱动第二模切刀组向右移动1mm进行补偿。

作为本发明电极片多极耳高速成型机的一种改进，所述补偿装置还包括用于提高补偿精度的绝对式光栅尺，优选的，其分辨率为10μm。采用绝对式光栅尺使直线电机移动位置值实现了高效、可靠和具有诊断功能的传输；而且在开机时或者断电重启后，无需执行参考点回零操作，就立刻重新获得各个轴的当前绝对位置值。

作为本发明电极片多极耳高速成型机的一种改进，所述放卷机构包括放卷辊、至少两个放卷导向辊和活动设置于放卷导向辊之间的放卷浮动辊；所述收卷机构包括收卷辊、至少两个收卷导向辊和活动设置于收卷导向辊之间的收卷浮动辊。放卷浮动辊用于提供放卷的张力控制，收卷浮动辊用于提供收卷的张力控制，以保证放卷、模切和收卷同时连续动作，提高了模切效率；同时保证了电极片在放卷、模切和收卷过程中的张力恒定，避免因发生张力波动而出现模切误差。

作为本发明电极片多极耳高速成型机的一种改进，所述第一储料机构包括两个第一固定辊、设置在两个所述第一固定辊之间的第一储料辊、以及驱动所述第一储料辊上升或下降的第一升降机构；所述第二储料机构包括两个第二固定辊、设置在两个所述第二固定辊之间的第二储料辊、以及驱动所述第二储料辊上升或下降的第二升降机构。第一储料辊和第二储料辊分别用于储料电极片，同时保证了模切瞬间电极片保持静止。

作为本发明电极片多极耳高速成型机的一种改进，所述牵引机构至少包括两个平行且相对设置的主动牵引辊。主动牵引辊用于提供牵引动力，同时可降低进给加速时所需克服的辊筒转动惯量，防止电极片打滑导致模切误差大。

作为本发明电极片多极耳高速成型机的一种改进，所述视觉检测机构至少包括视觉检测器，所述视觉检测器的数量设置为至少两个，其分别设置在所述电极片的两侧。视觉检测器用于实时检测极耳间距、台阶高度、模切宽度、极耳高度等品质参数；如果生产过程中某一品质参数超出规格，成型机则会报警或停机，提醒操作员工和质检人员。

作为本发明电极片多极耳高速成型机的一种改进，所述电极片的走带速度v满足v≥d1/(t1+t2)，其中，d1为相邻极耳之间间距的最小值，t1为第一模切刀组和第二模切刀组的模切动作时间，t2为进给走带时间。

作为本发明电极片多极耳高速成型机的一种改进，所述t1≥0.5s，所述d1≥270mm，优选为300～380mm。当t1≥0.5s时，可保证模切刀寿命。

作为本发明电极片多极耳高速成型机的一种改进，所述第一储料辊和所述第二储料辊上升或下降的高度h满足h＝1/2v*t1。

作为本发明电极片多极耳高速成型机的一种改进，在所述第一模切刀组和所述第二模切刀组进行模切时，所述放卷机构保持匀速放卷，所述收卷机构保持匀速收卷。

作为本发明电极片多极耳高速成型机的一种改进，在所述第一模切刀组和所述第二模切刀组进行模切前，所述第一储料辊使所述电极片上升，所述第二储料辊使所述电极片下降，且所述第一储料辊上升的高度和所述第二储料辊下降的高度相同。

作为本发明电极片多极耳高速成型机的一种改进，在所述第一模切刀组和所述第二模切刀组模切完成后，所述第一储料辊使所述电极片下降，所述第二储料辊使所述电极片上升，且所述第一储料辊下降的高度和所述第二储料辊上升的高度相同。

相比于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：

1)、本发明通过对模切刀组、模切控制方法的改进，实现了一次成型两组极耳，有效提高了模切效率，可以实现高达40～50m/min的生产速度；同时还可以保证模切刀组每次模切时间t1≥0.5s,这样既保证了模切刀的寿命，也没有提高对模切刀的要求。

2)、本发明通过设置视觉检测机构，使得极耳间距、模切宽度、台阶高度、极耳高度等品质参数可以实时地监控和显示，用于指导生产和调机，提高极耳成型的品质。

3)、本发明通过补偿装置，实现了对极耳间距进行实时地补偿，满足了极耳变间距的要求，减少了极耳成型误差，提高了产品的合格率。

4)、本发明通过第一储料机构和第二储料机构储料电极片，并通过放卷浮动辊和收卷浮动辊提供张力控制，保证了放卷、模切和收卷同时连续动作，提高了模切效率；同时保证了电极片在放卷、模切和收卷过程中的张力恒定，避免因发生张力波动而出现模切误差。

附图说明

图1为使用本发明进行极耳成型后的电极片的结构示意图。

图2为本发明实施例一中的结构示意图。

图3为本发明实施例二中的结构示意图。

图中：1-放卷机构；11-放卷辊；12-放卷浮动辊；13-放卷导向辊；2-第一储料机构；21-第一储料辊；22-第一固定辊；3-模切机构；31-第一模切刀组；32-第二模切刀组；33-补偿装置；331-补偿辊；332-定位辊；333-直线电机；4-牵引机构；41-主动牵引辊；5-视觉检测机构；51-视觉检测器；6-第二储料机构；61-第二储料辊；62-第二固定辊；7-收卷机构；71-收卷辊；72-收卷浮动辊；73-收卷导向辊；8-电极片；81-极耳。

具体实施方式

下面将结合具体实施例和说明书附图对本发明及其有益效果作进一步详细说明，但本发明的具体实施方式不限于此。

实施例一

如图1～2所示，一种电极片多极耳高速成型机，包括依次设置的放卷机构1、第一储料机构2、模切机构3、牵引机构4、视觉检测机构5、第二储料机构6和收卷机构7，模切机构3包括第一模切刀组31和第二模切刀组32，第一模切刀组31和第二模切刀组32依次设置在电极片8走带方向上，模切机构3还包括用于补偿极耳81变间距的补偿装置33。

补偿装置33包括两个定位辊332、以及活动设置于两个定位辊332之间的补偿辊331，且补偿装置33设置在第一模切刀组31和第二模切刀组32之间。本方法通过补偿辊331实时地补偿两组刀模之间的极耳81间距变化，其中，补偿辊331在直线电机333等带动下，可沿纵向上下移动。例如，假设第一模切刀组31与第二模切刀组32之间的距离为270mm，那么在第一模切刀组31进行模切时，补偿辊331会下降0.5mm进行补偿，实际补偿1mm。

本实施例中，补偿装置33还包括用于提高补偿精度的绝对式光栅尺，优选的，其分辨率为10μm。采用绝对式光栅尺使直线电机333移动位置值实现了高效、可靠和具有诊断功能的传输；而且在开机时或者断电重启后，无需执行参考点回零操作，就立刻重新获得各个轴的当前绝对位置值。

本实施例中，放卷机构1包括放卷辊11、两个放卷导向辊13和活动设置于两个放卷导向辊13之间的放卷浮动辊12；收卷机构7包括收卷辊71、两个收卷导向辊73和活动设置于两个收卷导向辊73之间的收卷浮动辊72。放卷浮动辊12用于提供放卷的张力控制，收卷浮动辊72用于提供收卷的张力控制，以保证放卷、模切和收卷同时连续动作，提高了模切效率；同时保证了电极片8在放卷、模切和收卷过程中的张力恒定，避免因发生张力波动而出现模切误差。

本实施例中，第一储料机构2包括两个第一固定辊22、设置在两个第一固定辊22之间的第一储料辊21、以及驱动第一储料辊21上升或下降的第一升降机构；第二储料机构6包括两个第二固定辊62、设置在两个第二固定辊62之间的第二储料辊61、以及驱动第二储料辊61上升或下降的第二升降机构。第一储料辊21和第二储料辊61分别用于储料电极片8，同时保证了模切瞬间电极片8保持静止。

本实施例中，牵引机构4至少包括两个平行且相对设置的主动牵引辊41。主动牵引辊41用于提供牵引动力，同时可降低进给加速时所需克服的辊筒转动惯量，防止电极片8打滑导致模切误差大。

本实施例中，视觉检测机构5至少包括视觉检测器51，视觉检测器51的数量设置为至少两个，其分别设置在电极片8的两侧。视觉检测器51用于实时检测极耳81间距、台阶高度、模切宽度、极耳81高度等品质参数；如果生产过程中某一品质参数超出规格，成型机则会报警或停机，提醒操作员工和质检人员。

本实施例中，第一储料辊21和第二储料辊61上升或下降的高度h满足h＝1/2v*t1；而电极片8的走带速度v满足v≥d1/(t1+t2)，其中，d1为相邻极耳81之间间距的最小值，t1为第一模切刀组31和第二模切刀组32的模切动作时间，t2为进给走带时间。其中，为了保证模切刀寿命，本实施例中t1≥0.5s，d1≥270mm，d1优选为300～380mm。

本实施例中，在第一模切刀组31和第二模切刀组32进行模切时，放卷机构1保持匀速放卷，收卷机构7保持匀速收卷。

本实施例中，在第一模切刀组31和第二模切刀组32进行模切前，第一储料辊21使电极片8上升，第二储料辊61使电极片8下降，且第一储料辊21上升的高度和第二储料辊61下降的高度相同；在第一模切刀组31和第二模切刀组32模切完成后，第一储料辊21使电极片8下降，第二储料辊61使电极片8上升，且第一储料辊21下降的高度和第二储料辊61上升的高度相同。

为了便于说明，首先给出以下定义：如图1所示，在电极片8上每侧所需成型的极耳81个数为n；相邻极耳81之间的间距为d，d1指电极片8的第一个极耳81与第二个极耳81的中心距，dn为电极片8中第n个极耳81与第n+1个极耳81之间的中心距，即极耳81之间的间距依次为d1、d2、d3......dn(n≥2)，且相邻间距之间的差值均为g，即d2-d1＝g、d3-d2＝g、d4-d3＝g、……dn-d(n-1)＝g；其中，常见的极耳81间距范围d1～dn为270mm～360mm，g一般为1～2mm。

现有极耳81模切设备一般只设有一组刀模，并且需要在电极片8静止的时候才能进行极耳81的模切，因此目前模切设备都是模切一次成型一组极耳81，进给距离是一个极耳81间距，假设极耳81间距d＝270mm，t1＝0.5s的情况下，那么v＝30m/min的生产速度则要求进给时间t2＝0.04s，而v＝20m/min的生产速度则要求进给时间t2<0.3s；而这样的进给加速度是现有电机根本无法实现的，因此目前采用静切方式的极耳81模切机的生产速度最快只能达到20～25m/min，生产效率相对较低。

而本发明配置了两组刀模，因此模切一次成型两组极耳81，而进给距离是相邻两个极耳81间距之和，即相当于现有模切设备进给距离的两倍；目前常设的极耳81间距d＝270mm～360mm，那么本发明进给距离为540～720mm。假设进给距离以600mm计算，模切时间t1＝0.5s，在v＝45m/min速度下，那么进给时间t2＝0.3s。因此，在刀模结构不变，模切时间为0.5s的情况下，能够达到40m/min以上的生产速度；因而大大提升了模切速度和模切效率。

本发明的具体工作过程为，待成型的电极片8通过放卷机构1进行匀速放卷，在进行模切前，第一储料机构2使电极片8上升，第二储料机构6使电极片8下降，并通过补偿装置33对极耳81变间距进行实时补偿，然后第一模切刀组31和第二模切刀组32对静止的电极片8进行模切，模切动作完成后，电极片8进行进给加速，第一储料机构2使电极片8下降，第二储料机构6使电极片8上升，成型后的电极片8通过视觉检测机构5进行品质监控，并通过收卷机构7进行匀速收卷。其中，进给加速的距离等于收放卷匀速运动的长度。

实施例二

如图3所示，与实施例一结构不同的是，本实施例中补偿装置33包括直线电机333和定位辊332，定位辊332设置在第一模切刀组31和第二模切刀组32之间，直线电机333电连接于第二模切刀组32，以驱动第二模切刀组32沿电极片8走带方向上前后移动。本方法通过直线电机333驱动第二模切刀组32实时地补偿两组刀模之间的极耳81间距变化。例如，假设第一模切刀组31与第二模切刀组32之间的距离为270mm，那么在第一模切刀组31进行模切时，直线电机333会驱动第二模切刀组32向右移动1mm进行补偿。

其它结构同实施例一，这里不再赘述。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。