叠带制袋的叠片工艺方法及其设备与流程

本发明属于于锂离子蓄电池制造技术领域，特别涉及一种叠带制袋的叠片工艺方法及其设备。

背景技术：

目前层叠型二次锂电池的装配工艺有以下几种：

1.之字形，又称为Z字形，结构示意图如图1所示，其工艺步骤是，先从料盒中取出一种电池极片(正极或负极)，并放置在隔离膜上，然后将隔离膜180度折弯，再放上另一种电池极片，通过机械如此往复的进行Z字形运动，快速形成正极、隔离膜及负极相间层叠的效果。在重复一定次数，达到预定层叠层数后，将隔离膜切断，收尾、贴胶下料。

该方法是目前使用最广泛的叠片工艺方法，但其缺点为：料盒、吸盘、压刀等部件运行、避让动作所需时间长，平均每叠一片需1.4s以上，全自动实现成本高；通过吸盘取片、定位，在一组电芯完成前无固定工序，因此极片容易跑偏、卡位，生产控制难。

另外，本工艺方法形成的电池极片由一张隔离膜形成间隔功能，当局部极片体积发生变化会引起电芯内部其他极片的受力变化，隔离膜可能受热破裂、收缩，从而使电池极片接触短路。

2.卷绕式叠片，结构示意图如图2所示，卷绕式叠片工艺方法是利用夹具或机械手将正负极片压在隔膜上，利用卷绕装置再进行一体翻转，通过控制或辅助功能完成层叠工作，当完成预定层数层叠后裁断即可。该方法极片被隔离膜紧绕，电芯不易松散，精度也高于Z型叠片。但该工艺所涉及的设备涉及到卷绕装置、隔膜送料装置、极片给料装置、送极片机械手以及切隔膜装置，相应部件运行时均需考虑避让、往返时间，因此叠片效率比Z型叠片更低。

3.制袋式叠片，又称袋装隔离膜式，制袋式叠片的工作原理是根据需要将正极极片或负极极片或两种极片进行袋式保护，然后进行层叠。正负极片均制袋后层叠的结构示意图如图3所述。由于极片处于独立的电子绝缘的隔 离膜袋中，因此在工况下极片的膨胀收缩仅限于极片本身区域，不会象卷绕电池一样影响到其他极片的空间。因而极片在充放电时不容易发生褶皱、弯曲、破裂、掉料等现象，电池性能更稳定，更适合作为动力电池使用。制袋式的方法发展至今已引申出有多种方式，如封装方式有点焊式、热封式、粘结式、热压熔接等，进料方式有托膜转移式、卡槽定位式、贴胶式等。

在现有工艺中，制袋设置在叠片之前，因此需要单独对每个极片进行制袋，因此现有制袋工艺方法存在制作过程繁杂，工序操作多、制作效率低的问题。以专利中国公开专利CN200910106778.X为代表，其提及一种将正极极片或负极极片制袋后进行Z型层叠的方式，该方式虽然将Z型叠片工艺和制袋工艺进行了结合，提升了层叠时的速度，但制袋效率并没有得到提升。另外将袋式包裹极片进行Z型叠片时，由于极片强度和隔离膜强度的不一致性，在水平方向上极片的放置位置易发生偏离，影响电池极片层叠精度。另外，制成的电芯中隔离膜从头至尾相连，具有Z型电池极片的通病，即局部极片变形后，整个电芯中极片受力发生变化。

综上所述，现有电池极片叠片工艺方法精度越高、极片保护越好则机械自动化越难，设备成本高、生产控制难且制造效率低。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种自动化程度高、组装速度快、定位精度高的叠带制袋的叠片工艺方法及其设备。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种叠带制袋的叠片工艺方法，包括如下步骤：

1)放置极片：设有若干层走带隔离膜，除最上层外每层隔离膜上间隔设置极片，并使极片按正、负极从上到下周期排列；

2)叠带：将上述放置好极片的隔离膜相互贴近、层叠，并使极片除极耳部分外处于隔离膜的包覆中；

3)制袋：将层叠后的隔离膜无极片空白区进行多层一体制袋，使隔离膜间的极片均处于隔离膜制成的袋子中；

4)出料。

作为优选，同层所述隔离膜设置的极片类型相同或按正、负极周期性排列，且极片设置为单行。

作为优选，所述隔离膜同层设置的极片类型相同，且多行排列。

作为进一步优选，所述步骤4)出料的方式包括以切割方式出料，所述切割方式的步骤包括先将隔离膜袋进行横向切割，再将隔离膜袋进行径向切割。

作为优选，所述步骤3)制袋的方式包括胶黏方法、加热方法、加压方法或热压方法中的任意一种，以使隔离膜袋至少有两条边处于封边或局部封边状态。

作为优选，所述步骤3)制袋的过程包括分割隔离膜袋的步骤。

一种应用于上述工艺的叠带制袋的叠片设备，包括

走带装置，其设置有多层，用于对隔离膜进行传输，所述走带装置的层数大于电芯极片的层数；

极片上料装置，其设于除最上层之外的每层隔离膜的上方，用于将极片放置到走带的隔离膜上的预设区域；上料装置采用直接落料式、吸盘落料式、托膜转移式、卡槽定位式及贴胶式中任选一种。

叠带装置，其位于所述极片上料装置的后方，并位于多层走带装置的中部，用于将多层隔离膜进行堆叠；

制袋装置，其位于所述叠带装置的后方，用来将极片空白局部的隔离膜相连接；

出料装置，其用于将隔离膜分割开并收集或直接送至下道工序。

作为优选，所述走带装置包括支架、安装于支架上的隔离膜放卷装置和辅助张力辊，所述隔离膜放卷装置从上至下设置为多个，同样数量的辅助张力辊设于同层隔离膜放卷装置的后方，用于为隔离膜提供张紧力；所述极片上料装置包括安装于支架上的吸爪式自动机械手，其位于隔离膜的上方，用于周期性抓取极片并将极片放置于隔离膜上；所述叠带装置包括上下相对平行设置的压辊和叠带辊，且共同设于所述辅助张力辊的后方，并位于多层隔离膜的中心位置处，用于压制多层放置极片的隔离膜；所述制袋装置包括能够同步前进的水平传送带和压板，以提供张力保障隔离膜袋能够稳定传输，所述压板上设有点焊设备；所述出料装置包括分割装置和料盒或传送带。

作为进一步优选，所述分割装置包括径向分割装置和横向分割装置。

作为优选，所述走带装置包括隔离膜放卷装置和辅助张力辊，所述隔离膜放卷装置从上至下设置为多个，同样数量的辅助张力辊对应设于同层隔离膜放卷装置的后方，用于为隔离膜提供涨紧力；所述极片上料装置为吸爪式 自动机械手，其位于隔离膜的上方，用于周期性抓取极片并将极片放置于隔离膜上；所述叠带装置包括上下相对平行设置的压辊和叠带辊，且共同设于所述辅助张力辊的后方，并位于多层隔离膜的中心位置处，用于压制多层放置极片的隔离膜；所述制袋装置包括能够同步前进的水平传送带和压板，以提供张力保障隔离膜袋能够稳定传输，所述压板上设有激光设备，在同步运动的同时进行制袋和切割分离

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明将堆叠的工序提至制袋之前，叠带后多层极片同时制袋，利用多层走带方式和制袋工艺的结合，实现了极片高效、高精度的无损层叠。

附图说明

图1为现有技术中的之字形叠片过程示意图；

图2为现有技术中的卷绕式叠片过程示意图；

图3为现有技术中的制带式叠片过程示意图；

图4为本发明中的叠带制袋的叠片设备及叠片过程示意图；

图5为本发明中的叠带纸袋的工艺流程图。

图中：

1－自动涂胶机； 2-吸爪式自动机械手；

3-叠带辊； 4-加厚隔离膜放卷设备；

5-辅助张力辊； 6-压辊；

7－水平传送带； 8－压板；

9-分割装置； 10-极片；

11-隔离膜； 12-隔离膜袋；

13-上传送带。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

一种叠带制袋的叠片工艺方法，包括如下步骤：

1.放置极片10：设有若干层走带隔离膜11，层数大于电芯极片层数，每层走带的可以是一层或若干层隔离膜11。在走带的同时根据设计需求将正极或负极极片10的任一种放置到传输带的指定隔离膜11上的指定位置。放置 极片的位置需根据下一步叠带的位置进行反推计算，从而确保多层极片10的位置重叠后无偏差。

2.叠带：将上述带有极片10的隔离膜11相互贴近，进行层叠。隔离膜11在水平方向的位置根据设计进行布置，确保极片10除极耳部分外处于隔离膜11的包覆中。

3.制袋：层叠后将隔离膜11的无极片10的空白区域进行多层一体制袋连接，使隔离膜11之间的极片10均处于隔离纸制成的袋子中。隔离膜袋12至少有两条边处于封边或局部封边状态，封边的形状或封点大小根据需求进行设计。制袋可以采用多种方法，包括但不限于下述方法：胶黏方法、加热方法、加压方法或热压方法。

4.出料：制袋完成后，多个极片10仍处于通过隔离膜11相连的状态，可根据下一步工艺需求，进行分割处理或者直接送至下一道工序，完成叠片制袋工作。

本发明还公开了一种应用于上述的工艺方法的叠带制袋的叠片设备，包括：

走带装置，其设置有多层，用于对隔离膜11进行传输，走带装置的层数大于电芯极片的层数；

极片上料装置，其设于除最上层之外的每层隔离膜11的上方，用于将极片10放置到走带的隔离膜11上的预设区域；上料装置采用直接落料式、吸盘落料式、托膜转移式、卡槽定位式及贴胶式中任选一种。

叠带装置，其位于极片上料装置的后方，并位于多层走带装置的中部，用于将多层隔离膜11进行堆叠；

制袋装置，其位于叠带装置的后方，用来将极片空白局部的隔离膜11相连接；制袋装置可采用胶黏、条状热封、电加热点焊、超声波点焊、热压熔接及激光焊接中任选一种。

出料装置，其用于将隔离膜11分割开并收集或直接送至下道工序。分割的装置可采用剪切、模切、熔切、气刀切割及激光切割等装置，分割后根据需求设置收料盒、传送带或其他机械装置。

走带装置、极片上料装置、叠带装置、制袋装置和出料装置均安装于支架(图中未示出)上。

具体地，走带装置包括自动涂胶机1、隔离膜放卷装置(图中未示出) 和辅助张力辊5，隔离膜放卷装置从上至下设置为多个，在最上层之外的每层隔离膜放卷处设有自动涂胶机1，用于给隔离膜11涂覆一层胶水。多个辅助张力辊5设于每层隔离膜11的下方且位于同一铅垂面内，以便于使辅助张力辊5之前的多层隔离膜11呈水平平行设置。

极片上料装置为吸爪式自动机械手2，其设于自动涂胶机1的后方且位于除最上层之外的隔离膜11的上方，以周期性抓取极片10并将极片10放置于隔离膜11上，每层吸爪式自动机械手2的运转周期可调整。

叠带装置包括压辊6和叠带辊3，压辊6和叠带辊3上下相对平行设置，且共同设于辅助张力辊5的后方，并位于多层隔离膜11的中心位置处，用于压制多层放置极片10的隔离膜11，叠带辊3和压辊6至少设有一个驱动辊，以使叠带辊3和压辊6转动制备隔离膜袋12。还可以在叠带双辊前后设置辅助加压、缓冲弧度的装置，以提升走带顺畅程度。

制袋装置包括水平传送带7和压板8，压板8安装于上传送带13上，水平传送带7位于上传送带13的下方，压板8与水平传送带7同步前进，以提供张力保障隔离膜袋12能够稳定传输。压板8上同时设有点焊设备，在同步运动的同时进行电焊制袋。在走带的最末端区域设置分割装置9，用于将隔离膜袋12进行径向分割。

在上下最外层的隔膜膜11下方还可以设置加厚隔离膜放卷设备4。

叠带制袋的叠片设备应用于叠带制袋的叠片工艺时，其工艺步骤参见如下实施例。

实施例一

1.吸爪式自动机械手2将正、负极极片10按周期抓取并放置在涂胶的隔离膜11上，同层极片10类型相同，例如第一层放置正极极片，则第二层放置负极极片，第三层放置正极极片……依次类推，按所需叠片的相应层数设置结构层数，每层极片的位置通过计算确定，根据实际情况向上逐层增加抓取周期时间。

2.在上下两边最外层包覆多层沾有极片10的隔离膜11经过压辊6和叠带辊3轻微加压之后层叠，制成隔离膜袋12；

3.隔离膜袋12通过水平传送带7传送到压板8的下方，压板8压住隔离膜11的无极片分布的空白区域，压板8上的电焊机进行多排点焊，完成制袋；

4.将相连的隔离膜袋12通过切割装置9分割开并收料，完成叠片工作。

实施例二

1.吸爪式自动机械手2将正、负极极片10按周期抓取并放置在涂胶的隔离膜11上，同层上正负极片相间放置，相邻层同一位置极片10也相间放置，且上下层同一位置处正、负极极片相间放置，例如，第一层依次放置正极极片、负极极片、正极极片、负极极片……依次类推，则第二层依次放置负极极片、正极极片、负极极片、正极极片……依次类推，而第三层依次放置正极极片、负极极片、正积极片、负极极片……依次类推，重复上述结构，按所需叠片的相应层数设置结构层数。每层极片的位置通过计算确定，根据实际情况向上逐层增加抓取周期时间。

2.重复实施例一2至4的步骤。

该实施例与实施例一的不同点在于极片周期性放置的方式不同，便捷性稍差。但左右对称式放置方式能使隔离膜11受力均匀，使隔离膜11的走带更稳定，在叠带时使压辊两侧张力更均匀。

实施例三

1.将隔离膜11沿径向(MD，与传动方向垂直)功能性增宽，并预先在隔离膜11上按需求分布孔洞，以确保覆盖后电极极耳部分露出；

2.将分割装置9增加横向(TD，传动方向)切割装置，用来将隔离膜袋12沿传送方向分割。

3.吸爪式自动机械手2将正、负极极片10按周期抓取并放置在涂胶的隔离膜11上，且每层隔离膜11上放置多行同极极片，例如，第一层隔离膜11上沿走带的运动方向放置三行正极极片10，则在第二层隔离膜11上放置与第一层隔离膜11上的正极极片上下位置相对的三行负极极片，而第三层隔离膜11上放置与上上层上的正极极片和负极极片上下位置均相对的正极极片……依次类推，重复上述结构，按所需叠片的相应层数设置结构层数。每层极片的位置通过计算确定，根据实际情况向上逐层增加抓取周期时间。

4.重复实施例中的2至3的步骤，将完成的相连的隔离膜袋12按照先MD方向，再TD方向分割的方式进行切割，分割出电芯并收料，完成叠片工作。

实施例四

在实施案例1的基础上将设备下述调整：

1.重复实施例一中1至3的步骤；

2.在压板8上设有激光设备，在同步运动的同时进行制袋和切割分离。

3.在隔离膜11的无极片分布的空白区域进行封边焊接，同时将相邻封边间的隔离膜11进行熔断分离；

4.将隔离膜袋12通过传送带运输并收料，完成叠片工作。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。