一种软包电池生产合成生产线的制作方法

本实用新型涉及锂离子电池制造技术领域，尤其涉及一种软包电池生产合成生产线，包括机架、上料装置、热压化成装置、下料装置、移载机械手、四轴机械手及二封切边机。

背景技术：

已知锂离子电池在注液后，必须经历热压化成工序，为了排出热压化成过程中产生的气体，一般会在化成完成后，会单独进行排气，但排气设备在对电芯进行排气工序时，往往因为追求效率，会提高排气时的负压环境，过高的负压又往往容易引起电解液随着气体从注液口涌出，污染电池，同时导致电解液减少，而且电解液大多具有毒性，会对工作人员的身体健康产生危害，同时，也需要对电池进行补液，增加成本。

目前市场上现有的生产过程热压化成和排气工序是分开的，需要分别将电芯放置在不同的设备和工装夹具中进行加工，设备的投入较高，对于提高电池产量有比较大的瓶颈，同时，也不利于电池产品质量的提高。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型所解决的技术问题是如何减少压化成和排气设备投入和防止电解液排气时的损失。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种软包电池生产合成生产线，包括机架、上料装置、热压化成装置、下料装置、移载机械手、四轴机械手及二封切边机，所述上料装置、热压化成装置、下料装置、四轴机械手及二封切边机依次工艺连接，所述上料装置、热压化成装置、下料装置上方为所述机架，所述移载机械手与所述机架内设有的轨道配合移动将上料装置中的电芯移载至所述热压化成装置进行化成、再移载至下料装置中由四轴机械手送至所述二封切边机进行二封切边成形。

所述热压化成装置至少一个。

所述热压化成装置包括冷热压夹具、开口化成和排气一体装置、充放电源及负压系统，所述冷热压夹具内设有至少个层压板，所述开口化成和排气一体装置安装在所述层压板顶部并与所述负压系统相连通，所述充放电源及负压系统均设置在所述冷热压夹具下方且所述充放电源与所述冷热压夹具电性相连。

所述开口化成和排气一体装置，包括前段部件、后段部件及封口机构，所述封口机构分设在前段部件、后段部件相向端面上，所述前段部件包括前座、吸盘及刺刀机构，所述吸盘安装在前座端面，所述刺刀机构安装在所述前座上并从所述吸盘、封口机构内穿出，所述前座设置有进气口及抽气口，所述前段部件、后段部件为分体结构相向运动，所述刺刀机构动作刺破电芯气袋后由抽气口真空抽气再由所述封口机构完成电芯气袋刺破口周边封口实现开口化成、排气及封口目的。

所述前段部件设置在所述冷热压夹具内设有的一个层压板顶部，所述后段部件设置在相邻的层压板顶部顶部对应位置同时旁边还另设置有一个所述前段部件，下一相邻层压板顶部对应位置还设置有所述后段部件与其对应，如此类推，构成多组开口化成和排气一体装置。

所述前座侧面开设有进气口及抽气口，正面与所述吸盘密封连接且密封区端面开设有通气道与所述抽气口相通，背面开设有下沉台及上沉台，下沉台中心开设有通孔，所述上沉台表面还开设有通气槽与所述进气口相通。

所述刺刀机构包括刺刀、滑套、弹簧、活塞、沉头螺纹及盖板，所述滑套套装固定在所述下沉台开设的通孔内，所述刺刀为前端带刺刀头的圆柱体，圆柱体尾端设有螺纹孔，所述活塞卡在弹簧之间，所述沉头螺纹将活塞与刺刀尾端螺纹孔连接，所述弹簧两端分别和所述滑套与盖板相抵接，所述盖板盖封在所述前座背面开设的所述上沉台上，所述活塞周边开设有气流槽以通入压缩空气驱动活塞带动所述刺刀在所述滑套内滑动。

所述封口机构可为热封机构或喷射封口机构。

所述热封机构包括前封框、后封框及发热丝，所述前封框、后封框分别设置在所述前段部件及所述后段部件对应端上，所述发热丝分别设置在所述前封框、后封框内部以便在短时间内能将所述热封框加热至一定温度进行电芯气袋的预封工作。

所述喷射封口机构在原有前座及后座底部均设置有封口胶接口，所述封口胶接口连接有l型弯管，所述l型弯管口连接有封胶针头，所述封胶针头具有弧度的弯型，所述针头处于所述刺刀的刺穿口的下方约5mm距离，且所述针头向上倾斜约30度以保障所述针头喷出的胶水能全覆盖住由所述刺刀的刺穿口，增强刺穿口被胶水密封的可靠性。

所述后段部件包括后座，所述后座贴合设置在后封框背面。

为有效地对后封框进行隔热，作为本实用新型的一种改进，本实用新型还包括隔热板，所述隔热板贴合设置在所述后封框、后座之间。

为保证刺刀对电芯气袋刺透效果实现快速排气，作为本实用新型的一种改进，本实用新型还包括挡块，所述挡块对应刺刀处端面设置有刺刀沉孔并贴合设置在所述后封框、隔热板之间。

所述上料装置包括夹具移动架、轨道及中央控制单元，其工作面分设为人工上料使用的第一上料工位、移载机械手进行上下料使用的第二上料工位，所述轨道横跨所述第一上料工位、第二上料工位，所述第二上料工位下方设有中央控制单元，所述夹具移动架下方设有电机驱动的同步带且两端设有导滑板与所述轨道滑动接触，所述夹具移动架面上设有电芯夹具，在下方所述同步带的带动下通过所述导滑板与轨道的滑动接触在所述第一上料工位、第二上料工位之间往复移动。

所述电芯夹具包括内框体、固定板、若干上料层压板及电机，所述内框体两内侧设有滑轨，所述固定板及上料层压板两端均设有与所述滑轨配合的滑块，所述电机驱动所述上料层压板在所述滑轨上移动。

为防止移载机械手在第二上料工位移取电芯时，人工操作异常进入到所述第二上料工位危险区造成伤害事故，在所述第一上料工位、第二上料工位之间设有自动屏门，并设有预警装置。当移载机械手在所述第二上料工位进行取料时，自动屏门会自动关闭。

所述下料装置与所述上料装置结构相同，也分为第一下料工位和第二下料工位，所述移载机械手将电芯放至所述第一下料工位的夹具移动架上，所述夹具移动架再由所述第一下料工位移至所述第二下料工位以便于所述四轴机械手取出电芯。

所述机架为一体化机架，其前后端分别罩盖在所述上料装置的第二上料工位及所述下料装置的第一下料工位上方之间且其两端设有齿条轨道。

所述移载机械手具有一个方形框架，包括夹爪、横移伺服电机及竖移伺服电机，所述横移伺服电机及竖移伺服电机均设置在所述方形框架上，所述夹爪设置在所述方形框架下方，所述方形框架两侧设有齿轮与所述机架的所述齿条轨道啮合传动由所述横移伺服电机带动所述移载机械手前后移动，所述竖移伺服电机通过丝杆传动带动所述夹爪上下移动。所述夹爪数量与所述上料装置的夹具移动架、所述冷热压夹具及所述下料装置的夹具移动架一次能装载的电芯数量一致。

进一步，为防止所述夹爪在移载电芯过程中因夹取动作的失误而造成电芯掉落，作为本实用新型的进一步改进，所述夹爪下方设置有防护装置，所述防护装置为框架结构，其底部设有折叠防护网，所述折叠防护网两端均设有滑块及与之配合的无杆气缸，所述无杆气缸带动所述折叠防护网伸缩以展开或收起。当夹爪抓取电芯后，防护网展开闭合，在所述移载机械手移动过程中从所述夹爪中意外掉落的电芯会落在防护网上。

进一步，为准确检测到电芯的下落，作为本实用新型的进一步改进，在所述夹爪下方且电芯的投影范围之外，还设置至少一对对射光电以预警电芯的下落。

所述四轴机械手设置在所述下料装置、二封切边机之间，负责将所述下料装置的夹具移动架上的电芯抓取到所述二封切边机上。

所述二封切边机为现有技术，负责最后对电芯进行二封及切边。

与现有技术相比，本实用新型可将化成工艺和排气工艺同时进行，无需单独分开的设备，节省了设备投入成本并有效防止了电解液排气时的损失。

附图说明

图1为本实用新型立体结构示意图；

图2为开口化成和排气一体装置结构主视图；

图3为开口化成和排气一体装置结构后视图；

图4为开口化成和排气一体装置结构分解示意图；

图5为刺刀机构、前座与吸盘结构示意图；

图6为多组开口化成和排气一体装置结构示意图；

图7为喷射封口机构示意图；

图8为上料装置结构示意图；

图9为上料装置的电芯夹具结构示意图；

图10为移载机械手结构示意图；

图11为防护装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明，但不是对本实用新型的限定。

图1示出了一种软包电池生产合成生产线，包括机架1、上料装置2、热压化成装置3、下料装置4、移载机械手5、四轴机械手6及二封切边机7，上料装置2、热压化成装置3、下料装置4、四轴机械手6及二封切边机7依次工艺连接，上料装置2、热压化成装置3、下料装置4上方为机架1，移载机械手5与机架1内设有的轨道配合移动将上料装置2中的电芯移载至热压化成装置3进行化成、再移载至下料装置4中由四轴机械手6送至二封切边机7进行二封切边成形。

热压化成装置3至少一个。

热压化成装置3包括冷热压夹具31、开口化成和排气一体装置32、充放电源33及负压系统，冷热压夹具31内设有至少2个层压板311，开口化成和排气一体装置32安装在层压板311顶部并与负压系统相连通，充放电源33及负压系统均设置在冷热压夹具31下方且充放电源33与冷热压夹具31电性相连。

如图2至5所示，开口化成和排气一体装置32，包括前段部件321、后段部件322及封口机构323，封口机构323分设在前段部件321、后段部件322相向端面上，前段部件321包括前座3211、吸盘3212及刺刀机构，吸盘3212安装在前座3211端面，刺刀机构安装在前座3211上并从吸盘3212、封口机构323内穿出，前座3211设置有进气口32111及抽气口32112，前段部件321、后段部件322为分体结构相向运动，刺刀机构动作刺破电芯气袋后由抽气口32112真空抽气再由封口机构323完成电芯气袋刺破口周边封口实现开口化成、排气及封口目的。

如图6所示，前段部件321设置在冷热压夹具31内设有的一个层压板311顶部，后段部件322设置在相邻的层压板311顶部顶部对应位置同时旁边还另设置有一个前段部件321，下一相邻层压板311顶部对应位置还设置有后段部件322与其对应，如此类推，构成多组开口化成和排气一体装置32。

如图2至图4所示，前座3211侧面开设有进气口32111及抽气口32112，正面与吸盘3212密封连接且密封区端面开设有通气道32113与抽气口32112相通，背面开设有下沉台及上沉台，下沉台中心开设有通孔，上沉台表面还开设有通气槽与进气口32111相通。

如图5所示，刺刀机构包括刺刀32131、滑套32132、弹簧32133、活塞32134、沉头螺纹32135及盖板32136，滑套32132套装固定在所述前座3211开设有的下沉台所开设的通孔内，刺刀32131为前端带刺刀头的圆柱体，圆柱体尾端设有螺纹孔，活塞32134卡在弹簧32133之间，沉头螺纹32135将活塞32134与刺刀32131尾端螺纹孔连接，弹簧32133两端分别和滑套32132与盖板32136相抵接，盖板32136盖封在前座3211背面开设的上沉台上，活塞32134周边开设有气流槽以通入压缩空气驱动活塞32134带动刺刀32131在滑套32132内滑动。

封口机构323可为热封机构或喷射封口机构。

热封机构包括前封框3231、后封框3232及发热丝，前封框3231、后封框3232分别设置在前段部件321及后段部件322对应端上，发热丝分别设置在前封框3231、后封框3232内部以便在短时间内能将热封框加热至一定温度进行电芯气袋的预封工作。

如图7所示，喷射封口机构在原有前座3211及后座3221底部均设置有封口胶接口324，封口胶接口324连接有l型弯管，l型弯管口连接有封胶针头325，封胶针头325具有弧度的弯型，针头处于刺刀的刺穿口326的下方约5mm距离，且针头向上倾斜约30度以保障针头喷出的胶水9能全覆盖住由刺刀的刺穿口326，增强刺穿口326被胶水9密封的可靠性。

如图4所示，后段部件322包括后座3221，后座3221贴合设置在后封框3232背面。

为有效地对后封框3232进行隔热，作为本实用新型的一种改进，本实用新型还包括隔热板3222，隔热板3222贴合设置在后封框3232、后座3221之间。

为保证刺刀32131对电芯气袋刺透效果实现快速排气，作为本实用新型的一种改进，本实用新型还包括挡块3223，挡块3223对应刺刀32131处端面设置有刺刀沉孔231并贴合设置在后封框3232、隔热板3222之间。

如图1、图8所示，上料装置2包括夹具移动架21、轨道22及中央控制单元23，其工作面分设为人工上料使用的第一上料工位24、移载机械手5进行上下料使用的第二上料工位25，轨道22横跨第一上料工位24、第二上料工位25，第二上料工位25下方设有中央控制单元23，夹具移动架21下方设有电机驱动的同步带26且两端设有导滑板27与轨道22滑动接触，夹具移动架21面上设有电芯夹具28，在下方同步带26的带动下通过导滑板与轨道22的滑动接触在第一上料工位24、第二上料工位25之间往复移动。

如图9所示，电芯夹具28包括内框体281、固定板282、若干上料层压板283及电机284，内框体311两内侧设有滑轨，固定板282及上料层压板283两端均设有与滑轨配合的滑块，电机驱动上料层压板283在滑轨上移动。

如图1所示，为防止移载机械手5在第二上料工位25移取电芯时，人工操作异常进入到第二上料工位25危险区造成伤害事故，在第一上料工位24、第二上料工位25之间设有自动屏门29，并设有预警装置。当移载机械手5在第二上料工位25进行取料时，自动屏门29会自动关闭。

下料装置4与上料装置2结构相同，也分为第一下料工位41和第二下料工位42，移载机械手5将电芯放至第一下料工位41的夹具移动架21上，夹具移动架21再由第一下料工位41移至第二下料工位42以便于四轴机械手6取出电芯8。

机架1为一体化机架，其前后端分别罩盖在上料装置2的第二上料工位25及下料装置4的第一下料工位41上方之间且其两端设有齿条轨道11。

如图10所示，移载机械手5具有一个方形框架，包括夹爪51、横移伺服电机52及竖移伺服电机53，横移伺服电机52及竖移伺服电机53均设置在方形框架上，夹爪51设置在方形框架下方，方形框架两侧设有齿轮54与机架1的齿条轨道11啮合传动由横移伺服电机52带动移载机械手5前后移动，竖移伺服电机53通过丝杆传动带动夹爪51上下移动。夹爪51数量与上料装置2的夹具移动架21、冷热压夹具31及下料装置4的夹具移动架21一次能装载的电芯数量一致。

进一步，如图11所示，为防止夹爪51在移载电芯过程中因夹取动作的失误而造成电芯掉落，作为本实用新型的进一步改进，夹爪51下方设置有防护装置，防护装置为框架结构，其底部设有折叠防护网56，折叠防护网两端均设有滑块57及与之配合的无杆气缸58，无杆气缸带动折叠防护网伸缩以展开或收起。当夹爪51抓取电芯后，防护网展开闭合，在移载机械手5移动过程中从夹爪51中意外掉落的电芯会落在防护网上。

进一步，为准确检测到电芯的下落，作为本实用新型的进一步改进，在夹爪51下方且电芯的投影范围之外，还设置至少一对对射光电以预警电芯的下落。

四轴机械手6设置在下料装置4、二封切边机7之间，负责将下料装置4的夹具移动架21上的电芯8抓取到二封切边机7上。

二封切边机7为现有技术，负责最后对电芯进行二封及切边。

本实用新型的工作原理：

开始生产时，生产人员在第一上料工位24将电芯8放置于上料装置2中的夹具移动架21的电芯夹具28上，电芯8的气袋朝上，电芯夹具28通过固定板282、若干上料层压板283对电芯8进行定位，然后夹具移动架21从第一上料工位24移动至第二上料工位25，移载机械手5开始运行将电芯8从电芯夹具28上取出移至热压化成装置3中的冷热压夹具31中进行开口化成及排气工序。夹具移动架21进入第二上料工位25后，移载机械手5开始运行时，自动屏门29自动关闭。

开始进行排气工序时，开口化成和排气一体装置32中的前段部件321会与后段部件322相向移动到指定位置。此时吸盘3212将和挡块3223紧密贴合，夹住气袋，再由负压接口接通的负压使气袋与前段部件321、后段部件322紧密贴合。当压缩空气通过进气口32111进入前座3211时，压缩空气气流由活塞32134上的气流槽聚集在盖板32136与活塞32134之间，使活塞32134推动刺刀32131刺入后段部件322的挡块3223中的刺刀沉孔231中，完成刺穿气袋的动作。刺穿完成后，压缩空气会停止供气，刺刀32131在弹簧32133的复位作用下收回，气袋中的气体会被吸盘3212持续的吸出。采用热封机构进行封口时，化成结束前，前封框3231、后封框3232开始预热，当达到指定温度时，前封框3231向后封框3232移动，压合气袋，预封刺口。数秒后，前封框3231退回原位，停止加热，真空断开，前段部件321会与后段部件322分别同时回到原位，排气完成。采用喷射封口机构进行封口时，在刺刀的刺穿电芯7气袋的同时，封胶针头325将胶水9同时喷出覆盖住由刺刀的刺穿口326，化成结束，刺穿口326经前段部件321会与后段部件322的压紧贴合完成刺穿口326周边的封口。真空断开，前段部件321会与后段部件322分别同时回到原位，排气完成。

排气完成后，移载机械手5将排气热封完成后的电芯8取出移至下料装置4的第一下料工序中的夹具移动架21上，然后下料装置4的夹具移动架21上由第一下料工序41移动至第二下料工序42，此时，四轴机械手6接着将电芯8抓取到二封切边机7上进行二封及边机工作。

与现有技术相比，本实用新型有益效果：

开口化成和排气一体装置中设置有吸盘，进行开口化成操作时，通过外接负压真空泵，在吸盘内部产生负压，电芯内产生的气体在吸盘内部负压的作用下，通过刺刀刺穿的破口渗出，并通过负压接口进行回收，开口化成和排气同时进行，减少加工环节，提高产量；

设置有负压抽气口，在进行操作时，电芯内产生的气体在吸盘内部负压的作用下，通过刺刀刺穿的破口渗出，并通过负压接口进行回收，热压化成和排气同时进行，因此，不需要很大的负压即可进行排气，防止过高的负压引起电解液在高负压下气化从破口涌出，损失了电解液同时污染电池；

设置前封框、后封框，进行开口化成时，电芯内产生的气体在吸盘内部负压的作用下，通过刺刀刺穿的破口渗出，随后，前封框、后封框内部的发热丝开始对前封框、后封框进行加热，达到一定的温度后，前封框、后封框与电芯气袋相接触的部分进行热熔粘合，完成封口，有效的封闭电芯电解液与外界空气的隔绝，防止外界空气中的水分渗透入电解液内，损害电芯；

设置有前座，进行排气时，电芯内产生的气体在前座侧面吸盘内部负压的作用下，通过刺刀刺穿的破口渗出，并通过负压接口进行回收，热压化成和排气同时进行，因此，只需要很小的负压环境，就可让电芯内产生的气体随时排出，避免过高负压环境引起电芯内电解液气化而被排出，使得电解液质量减少。避免补液和降低生产成本；

设置有刺刀，进行排气时，刺刀以一定的速度刺穿气袋，电芯内产生的气体在吸盘内部负压的作用下通过刺刀刺穿的破口渗出，并通过负压抽气口进行回收，由此在保证排气彻底的同时，又能防止电解液在负压的情况下被气化及放置电芯电解液的损耗，并减少污染电芯的可能。

以上结合附图对本实用新型的实施方式做出了详细说明，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对于本领域技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下，对这些实施方式进行各种变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。