一种卷绕电池的卷绕装置及卷绕方法与流程

本发明涉及电池制造技术，具体涉及一种卷绕电池的卷绕装置及卷绕方法。

背景技术：

以卷绕方式组合成形的电芯所组成的电池，称为卷绕电池。相对于平板电池而言，卷绕式电池采用只有1mm左右的极板高压卷绕而成，通过特殊的工艺手段使得电池具有了如下优点：1)超强的高倍率放电能力，最大放电倍率为18c～30c；2)卓越的高低温性能，可在-55℃～150℃下工作；3)平稳的高输出电压，更高的能量密度；4)结构坚固，具有优异的抗震性能；5)无游离电解液(如采用胶体酸)，可任意方向放置工作；6)可以进行快速充电，40分钟内可充入95％以上的电量(1c充电)；7)超长寿命，设计浮充寿命可达8年以上；8)极高的耐小电流深放电能力。

常用的锂电池的电芯，为了获得更好的性能，也可以采用卷绕方式制造。锂电池的电芯由隔膜和正、负极片组成，通常需采用卷针将极片与隔膜卷绕成卷芯，卷绕完成后先将卷针抽出，再对卷芯进行预压或直接热压工序，成为结构稳定、尺寸一致的电芯。现有卷针形状多为菱形或椭圆形，其中菱形卷针抽针方案一般如图1所示：卷绕完成后，压板1向卷芯2中部运动，接触并对卷芯2施加一定的压力，于此同时，压板下方的吸盘3吸住卷芯2最外层隔膜，卷针a、b同时抽针。采用该方法得到的卷芯，极易产生抽针不良缺陷，即卷针在抽出的过程会将内层隔膜带出，致内层隔膜皱折不齐，大大影响电池性能，甚至无法使用。这是由于压板对卷芯施加压力的同时也增大了最内层隔膜与卷针之间的摩擦力，而吸盘仅对外层隔膜有约束作用，对内层隔膜无实质性约束，因此抽针摩擦力比较大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明期望提供一种卷绕电池的卷绕装置及卷绕方法，能实现抽针方便，避免卷芯内层隔膜皱折不齐。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明公开了一种卷绕电池的卷绕装置，所述卷绕装置包括按第一方向顺序放置的第一卷针、卸料板和第二卷针；所述第一卷针和所述第二卷针的形状、大小相同，且所述第一卷针和所述第二卷针朝向所述卸料板的一端均设有夹持电池极片起始端的第一夹持面；所述卸料板在所述第一方向的两端均设有第二夹持面，分别朝向所述第一卷针或第二卷针的第一夹持面；

所述卸料板一端的第二夹持面贴合所述第一卷针或所述第二卷针的第一夹持面，另一端的第二夹持面通过所述电池极片起始端贴合所述第二卷针或所述第一卷针的第一夹持面；

所述第一卷针和所述第二卷针在第二方向上的长度可以调节，所述卸料板在所述第二方向上的长度无法调节，所述第二方向垂直于所述第一方向。

上述方案中，所述第一卷针和所述第二卷针均包括第一本体、第二本体和伸缩部件；所述第一本体和所述第二本体在所述第二方向上排列，所述第一本体和所述第二本体通过至少一个所述伸缩部件连接在一起，所述伸缩部件的一端连接所述第一本体、另一端连接所述第二本体，所述伸缩部件伸缩时，所述第一卷针或所述第二卷针在第二方向上的长度被改变。

上述方案中，所述伸缩部件为液压缸，所述液压缸的缸体固定在所述第一本体或所述第二本体上，所述液压缸的活塞杆固定在所述第二本体或所述第一本体上。

上述方案中，所述第一卷针和所述第二卷针的形状均为三角形，所述第一卷针和所述第二卷针向内合针后的形状为菱形，所述菱形构成电池卷芯卷绕的内框架；所述第一本体和所述第二本体均为三角形，且所述第一本体和所述第二本体的形状、大小相同。

上述方案中，所述第一卷针、所述卸料板和所述第二卷针均由不锈钢材质制成。

上述方案中，所述第一卷针、所述卸料板和所述第二卷针的外表面均设有光滑层，所述光滑层由摩擦系数低的材料制成。

本发明还提供了一种卷绕电池的卷绕方法，所述方法包括：

第一卷针和第二卷针在第一方向上向内合针，将电池极片起始端夹持住；

以所述第一卷针和所述第二卷针为卷绕内框架，卷绕成预设圈数的电池卷芯；

所述电池卷芯第二方向两端的压板对所述电池卷芯进行压平；所述第二方向垂直于所述第一方向；

所述压板的压平运动被卸料板的两端顶住时，停止所述压板对所述电池卷芯的压平；

收缩所述第一卷针和所述第二卷针在第二方向上的长度，将所述第一卷针和所述第二卷针从电池卷芯中间抽出；

将所述卸料板从电池卷芯中间抽出，所述压板对所述电池卷芯继续进行压平，直至电池卷芯在所述第二方向上的厚度达到预设值。

上述方案中，所述将所述卸料板从电池卷芯中间抽出，包括：

将所述卸料板以所述电池卷芯的轴线为转动轴线转动90度，并带动所述电池极片起始端转动预设角度；

将所述卸料板从电池卷芯中间抽出。

上述方案中，所述第一卷针和第二卷针在第一方向上向内合针，将电池极片起始端夹持住，包括：

将电池极片起始端插入所述第一卷针的第一夹持面和所述卸料板的第二夹持面之间，或将所述电池极片起始端插入所述第二卷针的第一夹持面和所述卸料板的第二夹持面之间；

所述第一卷针和所述第二卷针在第一方向上向内合针，将所述电池极片起始端夹持住。

上述方案中，所述卷绕方法通过上面所述的任意一种卷绕装置进行。

本发明的卷绕电池的卷绕装置及卷绕方法，包括按第一方向顺序放置的第一卷针、卸料板和第二卷针；所述第一卷针和所述第二卷针的形状、大小相同，且所述第一卷针和所述第二卷针朝向所述卸料板的一端均设有夹持电池极片起始端的第一夹持面；所述卸料板在所述第一方向的两端均设有第二夹持面，分别朝向所述第一卷针或第二卷针的第一夹持面；所述第一卷针和所述第二卷针在第二方向上的长度可以调节，所述卸料板在所述第二方向上的长度无法调节；可见，本发明的卷绕电池的卷绕装置及卷绕方法，卷针可伸缩，抽针方便，卷芯内层隔膜不会皱折不齐。

本发明的其他有益效果将在具体实施方式中结合具体技术方案进一步说明。

附图说明

图1为现有技术中卷绕电池的卷绕装置的示意图；

图2为本发明实施例一卷绕电池的卷绕装置的示意图；

图3为本发明实施例二卷绕电池的卷绕方法的示意图一；

图4为本发明实施例二卷绕电池的卷绕方法的示意图二；

图5为本发明实施例二卷绕电池的卷绕方法的示意图三；

图6为本发明实施例二卷绕电池的卷绕方法的示意图四；

图7为本发明实施例二卷绕电池的卷绕方法的示意图五；

图8为本发明实施例二卷绕电池的卷绕方法的示意图六；

图9为本发明实施例二卷绕电池的卷绕方法的示意图七；

图10为本发明实施例二卷绕电池的卷绕方法的示意图八；

图11为本发明实施例二卷绕电池的卷绕方法的示意图九。

具体实施方式

需要说明的是，在本发明实施例记载中，除非另有说明和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

需要说明的是，本发明实施例如有涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本发明实施例提供了一种卷绕电池的卷绕装置，所述卷绕装置包括按第一方向顺序放置的第一卷针、卸料板和第二卷针；所述第一卷针和所述第二卷针的形状、大小相同，且所述第一卷针和所述第二卷针朝向所述卸料板的一端均设有夹持电池极片起始端的第一夹持面；所述卸料板在所述第一方向的两端均设有第二夹持面，分别朝向所述第一卷针或第二卷针的第一夹持面；所述卸料板一端的第二夹持面贴合所述第一卷针或所述第二卷针的第一夹持面，另一端的第二夹持面通过所述电池极片起始端贴合所述第二卷针或所述第一卷针的第一夹持面；所述第一卷针和所述第二卷针在第二方向上的长度可以调节，所述卸料板在所述第二方向上的长度无法调节，所述第二方向垂直于所述第一方向。

这里，所述第一卷针和第二卷针为电池卷芯卷绕的内框架主体；卷绕前，需要先将电池极片起始端夹持住，才能将电池极片一圈一圈的卷绕在所述第一卷针和第二卷针构成的内框架；

所述第一方向为卷针合针的方向，所述第二方向为压板压平电池卷芯的方向。合针的意思就是两个卷针，第一卷针和第二卷针合拢，形成电池卷芯卷绕的内框架。

本发明实施例的原理：卷针可伸缩，抽针方便，卷芯内层隔膜不会皱折不齐。

在一种实施方式中，所述第一卷针和所述第二卷针均可以包括第一本体、第二本体和伸缩部件；所述第一本体和所述第二本体在所述第二方向上排列，所述第一本体和所述第二本体通过至少一个所述伸缩部件连接在一起，所述伸缩部件的一端连接所述第一本体、另一端连接所述第二本体，所述伸缩部件伸缩时，所述第一卷针或所述第二卷针在第二方向上的长度被改变。这样，通过伸缩部件的伸缩，调节所述第一卷针或所述第二卷针在第二方向上的长度，使抽针，即将第一卷针和第二卷针从电池卷芯内抽出更容易。本领域技术人员能够理解，所述第一卷针和所述第二卷针在第二方向上调节长度的方式也可以是其它方式，例如可以是将所述第一卷针和所述第二卷针设计为弹性部件，或者将所述第一卷针和所述第二卷针设计为可在第二方向上相互滑动的两个本体连接而成，滑动的轨道中设置锁止装置，在卷绕时，两个本体无法滑动。

在一种实施方式中，所述伸缩部件可以是液压缸，所述液压缸的缸体固定在所述第一本体或所述第二本体上，所述液压缸的活塞杆固定在所述第二本体或所述第一本体上。这样，伸缩平稳。能够理解，所述伸缩部件也可以是其它部件，例如可以是气压缸；

在一种实施方式中，所述第一卷针和所述第二卷针的形状均可以是三角形，所述第一卷针和所述第二卷针向内合针后的形状为菱形，所述菱形构成电池卷芯卷绕的内框架；采用菱形作为卷绕内框架，卷绕更方便；能够理解，所述卷绕内框架也可以是椭圆形等形状，所述第一卷针和所述第二卷针的形状是和卷绕内框架的形状相适应的。

所述第一本体和所述第二本体均为三角形，且所述第一本体和所述第二本体的形状、大小相同。将所述第一本体和所述第二本体设计为形状、大小相同，可以保证所述第一卷针或所述第二卷针在伸缩时更平稳。能够理解，设计为不同形状或不同大小的，也是可以的。

在一种实施方式中，所述第一卷针、所述卸料板和所述第二卷针均可以由不锈钢材质制成。具体地，可以是sus304不锈钢，这样，有很好的刚度，也不容易被腐蚀；能够理解，也可以是其它材质，例如，可以是高碳钢、合金钢加表面耐腐蚀处理等。

在一种实施方式中，所述第一卷针、所述卸料板和所述第二卷针的外表面均可以设有光滑层，所述光滑层由摩擦系数低的材料制成。这样，使抽针更容易；更具体地，所述光滑层可以由聚四氟乙烯制成，将聚四氟乙烯设置在所述第一卷针、所述卸料板和所述第二卷针的外表面的方法可以是喷涂。能够理解，不设置所述光滑层也是可以的。

本发明实施例还提供了一种卷绕电池的卷绕方法，所述卷绕方法可以通过上面所述的任意一种卷绕装置进行，所述方法包括：

第一卷针和第二卷针在第一方向上向内合针，将电池极片起始端夹持住；

以所述第一卷针和所述第二卷针为卷绕内框架，卷绕成预设圈数的电池卷芯；

所述电池卷芯第二方向两端的压板对所述电池卷芯进行压平；所述第二方向垂直于所述第一方向；

所述压板的压平运动被卸料板的两端顶住时，停止所述压板对所述电池卷芯的压平；

收缩所述第一卷针和所述第二卷针在第二方向上的长度，将所述第一卷针和所述第二卷针从电池卷芯中间抽出；

将所述卸料板从电池卷芯中间抽出，所述压板对所述电池卷芯继续进行压平，直至电池卷芯在所述第二方向上的厚度达到预设值。

这样，所述第一卷针和所述第二卷针在第二方向上的长度可伸缩，抽针方便，卷芯内层隔膜不会皱折不齐。

卷绕成预设圈数的电池卷芯是根据电池容量等指标设计的，不是本发明的内容，因此，不作详述。

这里，卷绕前，需要先将电池极片起始端夹持住，才能将电池极片一圈一圈的卷绕在所述第一卷针和第二卷针构成的内框架，因此需要将电池极片起始端夹持住；

所述第一方向为卷针合针的方向，所述第二方向为压板压平电池卷芯的方向。

在一种实施方式中，所述将所述卸料板从电池卷芯中间抽出，可以包括：

将所述卸料板以所述电池卷芯的轴线为转动轴线转动90度，并带动所述电池极片起始端转动预设角度；

将所述卸料板从电池卷芯中间抽出。

由于原来的所述电池极片起始端贴合在所述卸料板的第二夹持面上，当所述卸料板转动时，会带动所述电池极片起始端转动，使所述电池极片起始端的朝向更接近第一方向，所述预设角度可以是小于或等于90度的一个角度，例如可以是80度；这样，在最终的电池卷芯压平工艺中，所述电池极片起始端不会出现皱折和损坏。

在一种实施方式中，所述第一卷针和第二卷针在第一方向上向内合针，将电池极片起始端夹持住，可以包括：

将电池极片起始端插入所述第一卷针的第一夹持面和所述卸料板的第二夹持面之间，或将所述电池极片起始端插入所述第二卷针的第一夹持面和所述卸料板的第二夹持面之间；

所述第一卷针和所述第二卷针在第一方向上向内合针，将所述电池极片起始端夹持住。

合针的目的是将所述电池极片起始端夹持住，因此通过所述第一卷针或第二卷针的任意一个第一夹持面和所述卸料板的第二夹持面对所述电池极片起始端进行夹持，都是可以的。

以下结合附图及具体实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

图2为本发明实施例一卷绕电池的卷绕装置的示意图，如图2所示，所述卷绕装置包括：第一卷针11、卸料板12和第二卷针13，所述第一卷针11、卸料板12和第二卷针13在第一方向顺序放置；所述第一卷针11和所述第二卷针13的形状、大小相同，且所述第一卷针11和所述第二卷针13朝向所述卸料板12的一端均设有第一夹持面111；所述卸料板12在所述第一方向的两端均设有第二夹持面121，分别朝向所述第一卷针或第二卷针的第一夹持面111；所述第一卷针和所述第二卷针在第二方向上的长度可以调节，所述卸料板在所述第二方向上的长度无法调节，所述第二方向垂直于所述第一方向。

所述第一方向为卷针合针的方向，所述第二方向为压板压平电池卷芯的方向。

本实施例中，所述第一卷针11和所述第二卷针13均可以包括第一本体112、第二本体113和伸缩部件114；所述第一本体112和所述第二本体113在所述第二方向上排列，即在图中的上下方向排列；所述第一本体112和所述第二本体113通过两个伸缩部件114连接在一起，所述伸缩部件114伸缩时，所述第一卷针11或所述第二卷针13在第二方向上的长度被改变。这样，通过伸缩部件的伸缩，调节所述第一卷针或所述第二卷针在第二方向上的长度，使抽针更容易。

本实施例中，所述伸缩部件114可以是液压缸，所述液压缸的缸体固定在所述第一本体或所述第二本体上，所述液压缸的活塞杆固定在所述第二本体或所述第一本体上。这样，伸缩平稳。

本实施例中，所述第一卷针11和所述第二卷针13的形状均可以是三角形，所述第一卷针和所述第二卷针向内合针后的形状为菱形，所述菱形构成电池卷芯卷绕的内框架；采用菱形作为卷绕内框架，卷绕更方便。

所述第一本体112和所述第二本体113均为三角形，且所述第一本体和所述第二本体的形状、大小相同。将所述第一本体和所述第二本体设计为形状、大小相同，可以保证所述第一卷针或所述第二卷针在伸缩时更平稳。

本实施例中，所述第一卷针11、所述卸料板12和所述第二卷针13均可以由不锈钢材质制成。具体地，可以是sus304不锈钢，这样，有很好的刚度，也不容易被腐蚀。

本实施例中，所述第一卷针11、所述卸料板12和所述第二卷针13的外表面均可以设有光滑层，所述光滑层由摩擦系数低的材料制成。这样，使抽针更容易；更具体地，所述光滑层可以由聚四氟乙烯制成。

实施例二

本发明实施例还提供了一种卷绕电池的卷绕方法，所述卷绕方法可以通过实施例一所述的卷绕装置进行，所述方法包括：

步骤201：将所述电池极片起始端21插入所述第二卷针13的第一夹持面111和所述卸料板12的第二夹持面121之间，如图3所示；

步骤202：所述第一卷针11和所述第二卷针13在第一方向上向内合针，将所述电池极片起始端21夹持住，如图4所示，第一方向为图中的水平方向；

步骤203：以所述第一卷针11和所述第二卷针13为卷绕内框架，卷绕成预设圈数的电池卷芯22；具体地，将所述第一卷针11和所述第二卷针13合拢成的卷绕内框架以电池卷芯轴线为轴线转动，这样电池极片就卷绕在所述卷绕内框架上，能够理解，将所述卷绕内框架固定，将电池极片在所述卷绕内框架绕卷，也是一样的，如图5所示；

步骤204：所述电池卷芯22第二方向两端的压板23对所述电池卷芯22进行压平，即所述压板在竖直方向向所述电池卷芯直线移动，如图6所示，第二方向为图中的竖直方向；

步骤205：所述压板23的压平运动被卸料板12的两端顶住时，停止所述压板23对所述电池卷芯的压平，即停止压板23的移动，如图7所示；这里，所述压板23的移动设有传感器，当压板的运动受阻，传感器马上能感测到，并通知相应控制部件立即停止所述压板23的移动，以免电池卷芯损坏。所述传感器可以是压力传感器；

步骤206：收缩所述第一卷针11和所述第二卷针13在第二方向上的长度，即通过伸缩部件114将所述第一卷针11或所述第二卷针13在第二方向上的长度缩短，将所述第一卷针11和所述第二卷针13从电池卷芯22中间抽出，如图8、9所示；具体地，收缩是通过所述伸缩部件114进行的，本实施例中，所述伸缩部件114是液压缸；

步骤207：将所述卸料板12以所述电池卷芯22的轴线为转动轴线转动90度，并带动所述电池极片起始端21转动预设角度，本实施例中，所述预设角度是75度，如图10所示，具体地，所述卸料板12顺时针转动，带动所述电池极片起始端21逆时针转动，并贴合到所述电池卷芯22内壁；

步骤208：将所述卸料板12从电池卷芯22中间抽出，所述压板23对所述电池卷芯22继续进行压平，直至电池卷芯22在所述第二方向上的厚度达到预设值，如图11所示；这里，为了保证电池卷芯的厚度符合预设要求，并且电池卷芯不会损坏，两块所述压板23的移动有极限位置，即移动到极限位置无法移动。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和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。