本实用新型涉及电池制备设备技术领域,尤其是一种卷绕方形电池的卷针机构。
背景技术：
在目前锂电池设备中,卷绕形式的电芯在锂电池中由于其电池性能稳定、制造效率高等优点被广大锂电制造企业所采用,市场所占比重很大。
而用于卷绕形式的电芯卷绕的卷绕机之关键部件是卷绕机的卷针,卷针的结构和形状直接影响到卷绕机的制造效率、适用锂电原材料的多样化和电芯品质。随着锂电池行业的高速发展对电池的要求越来越高，目前卷绕机设备使用的单一的扁菱形、多边形、椭圆形等卷针；在卷绕时由于两种极片前部有极耳卷绕在其中,继续层叠卷绕后极片的极耳会造成电池极片和隔膜不同程度的多层极片折弯和锂电池多层叠卷绕时不同程度的折弯变形,在完成卷绕后对锂电池电芯进行压扁后,卷绕重叠过程中电池极片和隔膜的折弯使电池电芯造成不同程度的变形，压力压扁整形后也不一定能完全整平修整好，还出现整形后极片的损伤；而造成电芯半成品合格率低或者品质下降，这种现状不能满足当下方形电池电芯的品质需求。
技术实现要素：
本实用新型解决的技术问题是针对上述现有技术中的问题,提供一种卷绕方形电池的卷针机构,该卷针机构卷绕的电芯叠层平顺均匀、电芯半成品合格率高。
根据本实用新型的一方面,本实用新型采取的一种技术方案如下:一种卷绕方形电池的卷针机构,包括固定卷针本体、活动卷针本体、弹性内夹条及活动内夹条；所述固定卷针本体与活动卷针本体对称设置并构成撑起电芯的正、负极片和隔膜的成型支架,所述活动卷针本体还能由驱动装置传动朝向/背离所述固定卷针本体移动,匹配所述卷针机构打开/闭合并匹配撑起/松开卷绕的电芯；所述固定卷针本体与活动卷针本体正对的端上制有内凹槽,所述弹性内夹条通过弹性组件配合限位组件装配于内凹槽内,且能由所述弹性组件提供动力并配合所述限位组件的限位相对所述固定卷针本体弹性移动；所述活动卷针本体与固定卷针本体正对的端制有内凹的滑槽,所述活动内夹条活动装配于所述滑槽内并能由第一驱动装置传动朝向/背离所述弹性内夹条移动,所述活动内夹条和弹性内夹条相对的端均制在结构上相匹配的齿凸和齿槽，所述活动内夹条朝向/背离弹性内夹条移动并配合齿凸和齿槽相互咬合/脱离,匹配夹紧/松夹电芯的隔膜而匹配完成卷绕电芯。
作为对上述技术方案的进一步阐述：
在上述技术方案中,所述弹性组件为压簧，所述限位组件为限位螺丝；所述内凹槽内设有若干安装孔,所述弹性内夹条上与若干所述安装孔相匹配的位置上制有匹配数目的孔槽，所述压簧一端嵌在所述安装孔内,另一端伸入所述孔槽内,配合置于所述内凹槽内且在位置上靠近所述弹性内夹条两端的两所述限位螺丝的限位,使所述弹性内夹条与所述固定卷针本体活动连接并能相对固定卷针本体弹性移动。
在上述技术方案中,所述固定卷针本体与所述活动卷针本体活动对接构成梭型卷针机构, 且所述梭型卷针机构两侧成型有弧形顶角。
在上述技术方案中,所述驱动装置和所述第一驱动装置均为滚珠丝杆线性模组。
在上述技术方案中,所述固定卷针本体和活动卷针本体上均制有“︺”形凹槽,且设在所述固定卷针本体上的所述“︺”形凹槽界定为电芯的正极耳避空槽,设在所述活动卷针本体上的所述“︺”形凹槽界定为电芯的负极耳避空槽；且所述卷针机构打开时,所述正极耳避空槽和所述负极耳避空槽以所述卷针机构中轴为对称中心轴对称设置或以所述卷针机构的中心为对称中心中心对称设置。
在上述技术方案中,所述活动内夹条背离所述弹性内夹条移动至匹配所述活动内夹条与弹性内夹条松夹位置时,所述活动内夹条与所述弹性内夹条之间形成宽度为1～2mm的间隙。
本实用新型还提供一种使用上述卷针机构实施卷绕电芯的方法工艺，包括如下工艺步骤：
步骤A.卷针机构初始化
i.启动驱动装置并传动所述卷针机构处于闭合状态；
ⅱ.启动第一驱动装置并传动所述活动内夹条与所述弹性内夹条处于松夹状态,并于两者之间形成1～2mm的间隙；
步骤B隔膜预卷绕
i.采用隔膜输送机构将具有两层隔膜层的隔膜输送至活动内夹条与弹性内夹条之间的间隙中；
ⅱ.驱动装置传动所述卷针机构处于打开状态,并由第一驱动装置同步传动活动内夹条朝向弹性内夹条移动,使活动内夹条和弹性内夹条夹紧隔膜；
ⅲ.旋转卷针机构并使隔膜卷绕N+a圈后使隔膜卷绕至正极耳避空槽位置处,并使两隔膜层于正极耳避空槽上或靠近正极耳避空槽位置处形成正极片插入夹角；其中,记隔膜从活动内夹条与弹性内夹条之间的间隙卷绕至正极耳避空槽位置处为a圈,N为隔膜从正极耳避空槽位置处卷绕并回到正极耳避空槽位置处的整圈数,N≥0；
步骤C正极片预卷绕
i.采用正极片传送机构将正极片送正极片插入夹角内,并使正极片位于两隔膜层之间；
ⅱ.将正极耳放置于正极耳避空槽内,并使正极耳位于两隔膜层之间且与正极片连接；
ⅲ.旋转卷针机构并使两隔膜层夹正极片的复合卷层卷绕M+b圈后使复合卷层卷绕至负极耳避空槽位置处,并使待卷复合卷层与已卷绕的隔膜/复合卷层于负极耳避空槽上或靠近负极耳避空槽位置处形成负极片插入夹角；其中,记复合卷层从正极耳避空槽卷绕至负极耳避空槽位置处为b圈,M为复合卷层从负极耳避空槽位置处卷绕并回到负极耳避空槽位置处的整圈数,M≥0；
步骤D负极片卷绕及电芯卷绕；
i.采用负极片传送机构将负极片插入负极片插入夹角内,并使负极片位于待卷复合卷层与已卷绕的隔膜/复合卷层之间；
ⅱ.将负极耳放置于负极耳避空槽内,并使负极耳位于待复合卷层与已卷绕的隔膜/复合卷层之间且与负极片连接；
ⅲ.旋转卷针机构并使包含隔膜、正极片和负极片的卷层同步层叠卷绕若干圈；
步骤E电芯固定及电芯顶出
使用胶带将叠层卷绕若干圈的卷层的尾端胶粘固定并成型电芯；启动驱动装置并传动所述卷针机构处于闭合状态匹配将成型电芯顶出。
作为对上述技术方案的进一步阐述：
在上述技术方案中,步骤B中,隔膜从正极耳避空槽位置处卷绕并回到正极耳避空槽位置处的整圈数N为1。
在上述技术方案中,步骤C中,复合卷层从负极耳避空槽位置处卷绕并回到负极耳避空槽位置处的整圈数M为1,负极片插入夹角形成于待卷复合卷层与已卷绕的复合卷层之间；步骤D 中,负极片和负极耳位于待卷复合卷层与已卷绕的复合卷层之间。
本实用新型的有益效果在于:本实用新型的卷针机构通过在可活动打开/闭合的卷针机构上对称(轴对称或中心对称)设置两极耳避空槽，在卷绕正、负极片时，通过将极耳安设在匹配的极耳避空槽内,在外层层叠极片和隔膜后,极耳匹配成型且不会造成电池极片和隔膜折弯变形,电芯叠层平顺均匀、电芯半成品合格率高。同时，本实用新型的卷针机构结构精简、卷绕电芯效率高。
附图说明
图1是本实用新型卷针机构与电芯的轴测图；
图2是本实用新型卷针机构与电芯的正视图；
图3是图2去除电芯后A-A剖视图；
图4是电芯在卷针机构上卷绕的示意图；
图5是电芯卷绕展开图；
图6本实用新型卷针机构卷绕的电芯成品效果示意图；
图7是本实用新型电芯卷绕方法的工艺步骤流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此, 限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,“若干个”、“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。在本申请中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接；可以是机械连接,也可以是电连接；可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。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在本申请中的具体含义。在本申请中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
附图1-5实例了本实用新型一种卷绕方形电池的卷针机构的具体实施例,参考附图1-5, 一种卷绕方形电池的卷针机构,包括固定卷针本体1、活动卷针本体2、弹性内夹条3及活动内夹条4；在实际中，所述固定卷针本体1是固设在连接卷针机构的连接头上的,所述固定卷针本体1与活动卷针本体2对称设置并构成撑起电芯001的正极片002、负极片003和隔膜 004的成型支架,也就是所述固定卷针本体1与活动卷针本体2组成的成型支架的外围轮廓与卷绕成型的电芯结构相匹配,并且电芯001的卷绕成型是通过将正极片002、负极片003及隔膜004叠层在成型支架上,从而匹配成型电芯,在本实施例中,所述固定卷针本体1与所述活动卷针本体2活动对接构成梭型卷针机构,且所述梭型卷针机构两侧成型有弧形顶角；所述活动卷针本体2还能由驱动装置(附图未显示)传动朝向/背离所述固定卷针本体1移动,匹配所述卷针机构打开/闭合并匹配撑起/松开卷绕的电芯,在本实施例中，所述驱动装置优选滚珠丝杆线性模组；参考附图1-5,所述固定卷针本体1与活动卷针本体2正对的端上制有内凹槽101, 所述弹性内夹条3通过弹性组件5配合限位组件6装配于内凹槽101内,且能由所述弹性组件 5提供动力并配合所述限位组件6的限位相对所述固定卷针本体1弹性移动；所述活动卷针本体2与固定卷针本体1正对的端制有内凹的滑槽201,所述活动内夹条4活动装配于所述滑槽 201内并能由第一驱动装置(附图未显示)传动朝向/背离所述弹性内夹条3移动,所述活动内夹条4和弹性内夹条3相对的端均制在结构上相匹配的齿凸301和齿槽302,所述活动内夹条 4朝向/背离弹性内夹条3移动并配合齿凸301和齿槽302相互咬合/脱离,匹配接触夹紧/松夹电芯001的隔膜004而匹配完成卷绕电芯,在本实施例中,所述第一驱动装置也优选滚珠丝杆线性模组,在本实施例中,所述活动内夹条4背离所述弹性内夹条3移动至匹配所述活动内夹条4与弹性内夹条3松夹位置时,所述活动内夹条4与所述弹性内夹条3之间形成宽度为1～ 2mm的间隙；在本实施例中,所述固定卷针本体1和活动卷针本体2上均制有“︺”形凹槽8, 且设在所述固定卷针本体1上的所述“︺”形凹槽8界定为电芯的正极耳避空槽8(a),设在所述活动卷针本体2上的所述“︺”形凹槽8界定为电芯001的负极耳避空槽8(b)；且所述卷针机构打开时,所述正极耳避空槽8(a)和所述负极耳避空槽8(b)以所述卷针机构中轴为对称中心轴对称设置或以所述卷针机构的中心为对称中心中心对称设置。需要说明的是,对于正极耳避空槽8(a)和负极耳避空槽8(b)的界定，只是用于通过名词进行区分，实际中并不限定它们在卷针机构上的位置，也就是正极耳避空槽8(a)和负极耳避空槽8(b)的位置可替换；所述活动卷针本体2和活动内夹条4的驱动使采用的两独立的驱动机构,而且在卷绕过程中，所述活动卷针本体2是相对所述固定卷针本体1背离移动,从而匹配卷针机构打开,而卷绕过程中,所述活动内夹条4则是朝向弹性内夹条3移动的,匹配夹紧电芯001的隔膜004。
参考附图1-5,作为优选,在本实施例中,所述弹性组件5为压簧,所述限位组件6为限位螺丝；所述内凹槽101内设有若干安装孔102,所述弹性内夹条3上与若干所述安装孔102相匹配的位置上制有匹配数目的孔槽303，所述压簧一端嵌在所述安装孔102内,另一端伸入所述孔槽303内,配合置于所述内凹槽101内且在位置上靠近所述弹性内夹条3两端的两所述限位螺丝的限位,使所述弹性内夹条3与所述固定卷针本体1活动连接并能相对固定卷针本体1弹性移动，设置弹性组件5和限位组件6是匹配所述活动内夹条4与弹性内夹条3夹紧隔膜004 过程中,缓冲第一驱动装置传动活动内夹条4与弹性内夹条3咬合的冲力。
本实施例的卷针机构通过在可活动打开/闭合的卷针机构上对称(轴对称或中心对称)设置两极耳避空槽,在卷绕正、负极片时,通过将极耳安设在匹配的极耳避空槽内,在外层层叠极片和隔膜后,极耳匹配成型且不会造成电池极片和隔膜折弯变形,电芯叠层平顺均匀、电芯半成品合格率高。同时,本实用新型的卷针机构结构精简、卷绕电芯效率高。
参考附图1-5和附图7,利用上述卷针机构卷绕电芯的工艺方法包括如下工艺步骤：
步骤S201.卷针机构初始化,其具体包括如下步骤：
i.启动驱动装置并传动所述卷针机构处于闭合状态；
ⅱ.启动第一驱动装置并传动所述活动内夹条4与所述弹性内夹条3处于松夹状态,并于两者之间形成1～2mm的间隙；
步骤S202隔膜预卷绕,其具体包括如下步骤：
i.采用隔膜输送机构将具有两层隔膜层的隔膜004输送至活动内夹条4与弹性内夹条3 之间的间隙中；
ⅱ.驱动装置传动所述卷针机构处于打开状态,并由第一驱动装置同步传动活动内夹条4 朝向弹性内夹条3移动,使活动内夹条4和弹性内夹条3夹紧隔膜004；
ⅲ.旋转卷针机构并使隔膜004卷绕N+a圈后使隔膜卷绕至正极耳避空槽位置处,并使两隔膜层于正极耳避空槽上或靠近正极耳避空槽位置处形成正极片插入夹角005；其中,记隔膜从活动内夹条4与弹性内夹条3之间的间隙卷绕至正极耳避空槽位置处为a圈,N为隔膜从正极耳避空槽位置处卷绕并回到正极耳避空槽位置处的整圈数,N≥0；
步骤S203正极片预卷绕，其具体包括如下步骤：
i.采用正极片传送机构将正极片002送正极片插入夹角005内,并使正极片002位于两隔膜层之间；
ⅱ.将正极耳006放置于正极耳避空槽内,并使正极耳006位于两隔膜层之间且与正极片 002连接；
ⅲ.旋转卷针机构并使两隔膜层夹正极片002的复合卷层卷绕M+b圈后使复合卷层卷绕至负极耳避空槽位置处,并使待卷复合卷层与已卷绕的隔膜/复合卷层于负极耳避空槽上或靠近负极耳避空槽位置处形成负极片插入夹角007；其中,记复合卷层从正极耳避空槽卷绕至负极耳避空槽位置处为b圈,M为复合卷层从负极耳避空槽位置处卷绕并回到负极耳避空槽位置处的整圈数,M≥0；
步骤S204负极片卷绕及电芯卷绕，其具体包括如下步骤：
i.采用负极片传送机构将负极片003插入负极片插入夹角007内,并使负极片003位于待卷复合卷层与已卷绕的隔膜/复合卷层之间；
ⅱ.将负极耳008放置于负极耳避空槽内,并使负极耳008位于待复合卷层与已卷绕的隔膜/复合卷层之间且与负极片003连接，也就是将负极片003和负极耳008插入待复合卷层下端，从而匹配能将负极片003和负极耳008嵌入卷层叠层中；
ⅲ.旋转卷针机构并使包含隔膜004、正极片002和负极片003的卷层同步层叠卷绕若干圈；
步骤S205电芯固定及电芯顶出
使用胶带将叠层卷绕若干圈的卷层的尾端胶粘固定并成型电芯001；启动驱动装置并传动所述卷针机构处于闭合状态匹配将成型电芯001(参考附图6)顶出。实际中,卷绕成型电芯 001后，会对电芯进行压扁后,通过各叠层的贴合,电芯极片和隔膜的折弯不会造成电芯变形, 压力压扁电芯整形后也电芯能完全整平修整好,整形后极片无损伤,卷绕的电芯叠层平顺均匀、电芯半成品合格率高。
步骤S202中,隔膜004从正极耳避空槽位置处卷绕并回到正极耳避空槽位置处的整圈数N 为1。
实际中，电芯001的卷绕方向及插入正极片002、负极片003和正极耳006和负极耳009 顺序是可改变的,在本实施例中,电芯001的卷绕方向是顺时针卷绕,且卷绕过程中,是先插入正极片002和正极耳006后再插入负极片003和负极耳008的，最后同步四层叠层同步卷绕。
步骤S203中,复合卷层从负极耳避空槽位置处卷绕并回到负极耳避空槽位置处的整圈数M 为1,负极片插入夹角007形成于待卷复合卷层与已卷绕的复合卷层之间,匹配的步骤S204中, 负极片003和负极耳008位于待卷复合卷层与已卷绕的复合卷层之间。
以上并非对本实用新型的技术范围作任何限制，凡依据本实用新型技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。