电池芯组件装配方法和设备与流程

本发明电池芯组件装配工艺，并更具体地，涉及一种电池芯组件装配方法和设备。

背景技术：

目前层叠型二次锂电池的装配工艺有以下几种：

一、Z型结构。先从料盒中取出一种正极或负极的电池极片，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。

二、卷绕式叠片。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，电池芯组件不易松散，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。

三、制袋式叠片。制袋式叠片的工作原理是根据需要可以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。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。

然而，在现有制袋式叠片工艺中，制袋设置在叠片之前，需要单独对每个极片进行制袋，现有的制袋工艺方法制作过程繁杂，工序操作多、因此电池芯组件装配效率较低。

技术实现要素：

本发明提供了一种电池芯组件装配方法和设备，能够提高电池芯组件装配效率。

一方面，提供了一种电池芯组件装配方法，包括：极片放置步骤，在相互平行地布置在不同水平面的多个隔离膜走带上的各预定位置固定正极极片和负极极片，固定在相邻的两层隔离膜走带的对应的极片位置上的极片极性相反；叠带步骤，将经过上述极片放置步骤的多个隔离膜走带相互贴合进行层叠；层间固定步骤：对经层叠的隔离膜走带的每个极片间区域的各层隔离膜沿隔离膜走带的宽度方向进行层间固定，形成连续的多个极片袋；叠袋步骤：将每预定数量的连续的所述极片袋进行堆叠形成电池芯组件，其中，极片放置步骤中将正极极片和负极极片固定为使得在每个电池芯组件中相邻的极片均由隔离膜隔开并且极性相反。

根据本发明的一个实施例，在层间固定步骤中，用夹具对每个极片间区域的各层隔离膜沿隔离膜走带的宽度方向进行层间固定，在叠袋步骤之后还包括完成电池芯组件的封边。

根据本发明的另一实施例，在层间固定步骤中，采用粘接、加压、热压或超声波焊接的方式对每个极片袋按需求进行封边。

根据本发明的一个实施例，所述堆叠为卷绕堆叠，多个隔离膜走带为2n+1个，n为自然数，在极片放置步骤中，在第一层隔离膜走带上每隔对应于预定数量个极片袋的距离的位置处固定一个第一极性的极片，在各偶数层隔离膜走带上连续地固定第二极性的极片，在其他奇数层隔离膜走带上连续地固定第一极性的极片，第一极性与第二极性相反，第一极性为正极或负极。

根据本发明的实施例，在极片放置步骤中，所述堆叠为Z型堆叠，并且，在第二层隔离膜走带上连续交替地固定不同极性的极片，或者在从第二层开始的每层隔离膜走带上连续交替地固定不同极性的极片 并且固定在相邻的两层走带隔离膜的对应的极片位置上的极片极性相反。

另一方面，本发明提供了一种电池芯组件装配设备，包括：极片上料装置、叠带装置、层间固定装置、叠袋装置以及与极片上料装置、叠带装置、层间固定装置以及叠袋装置电连接的控制器，极片上料装置构造为在所述控制器的控制下在相互平行地布置在不同水平面的多个隔离膜走带上的各预定位置固定正极极片和负极极片；叠带装置构造为在所述控制器的控制下将放置有上述极片的多个隔离膜走带相互贴合进行层叠；层间固定装置构造为在所述控制器的控制下对经所述叠带装置层叠的隔离膜走带的每个极片间区域的各层隔离膜沿隔离膜走带的宽度方向进行层间固定，形成连续的多个极片袋；叠袋装置构造为在所述控制器的控制下将每预定数量的连续的极片袋进行堆叠形成电池芯组件，其中，所述控制器配置为使得所述极片上料装置在所述隔离膜走带上将正极极片和负极极片固定为使得在每个电池芯组件中相邻的极片均由隔离膜隔开并且极性相反。

根据本发明的一个实施例，层间固定装置包括夹具以对每个极片间区域的各层隔离膜沿隔离膜走带的宽度方向进行层间固定，该设备还包括：封边装置，其构造为在所述控制器的控制下完成电池芯组件的封边。

根据本发明的另一个实施例，所述层间固定装置为封边装置，其构造为采用粘接、加压、热压或超声波焊接对每个所述极片袋按需求进行封边。

根据本发明的一个实施例，所述叠袋装置构造为在所述控制器的控制下通过卷绕堆叠形成所述电池芯组件，所述多个隔离膜走带为2n+1个，n为自然数，所述极片上料装置构造为在所述控制器的控制下，在第一层隔离膜走带上每隔对应于预定数量个极片袋的距离的位置处固定一个第一极性的极片，在各偶数层隔离膜走带上连续地固定第二极性的极片，在其他奇数层隔离膜走带上连续地固定第一极性的极片，其中第一极性与第二极性相反，第一极性为正极或负极。

根据本发明的另一实施例，所述叠袋装置构造为在所述控制器的控制下通过Z型堆叠形成所述电池芯组件，所述极片上料装置构造为 在所述控制器的控制下，在第二层隔离膜走带上连续交替地固定不同极性的极片，或者在从第二层开始的每层隔离膜走带上连续交替地固定不同极性的极片并且固定在相邻的两层走带隔离膜的对应的极片位置上的极片极性相反。

本发明的实施例通过先在多层隔离膜走带上进行极片放置，然后进行堆叠，由于采用的多层隔离膜走带对极片进行隔离固定，避免了后续的抓取和夹入等操作，因此提高了电池芯组件的装配效率。通过该装配工艺方法及其设备，在同等设备成本条件下提升制袋叠片电芯的装配速度。通过该装配工艺方法及其设备，可以在同等叠片速度下实现两种极片均处于隔离膜保护袋中，提升电池安全性能。同时该发明所提及的装配设备具有很强的灵活性，可以在电芯中任意位置设置任意层数的隔离膜，或控制电芯中任意位置极片袋的形状及大小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明的另一实施例的电池芯组件装配设备的示意图；

图2为根据本发明的一个实施例的电池芯组件装配方法的示意性流程图；

图3为根据本发明的一个实施例的电池芯组件的侧视图；

附图标记说明

1-涂胶装置

2-抓取装置

3-叠带辊

4-控制器

5-张力辊

6-压辊

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。

图1为根据本发明的一个实施例的电池芯组件装配设备的示意图。图1的设备包括：

极片上料装置、叠带装置、层间固定装置以及叠袋装置以及与极片上料装置、叠带装置、层间固定装置以及叠袋装置电连接的控制器。

极片上料装置构造为在所述控制器的控制下在相互平行地布置在不同水平面的多个隔离膜走带上的各预定位置固定正极极片和负极极片；

叠带装置构造为在所述控制器的控制下将放置有上述极片的多个隔离膜走带相互贴合进行层叠；

层间固定装置构造为在所述控制器的控制下对经叠带装置层叠的隔离膜走带的每个极片间区域的各层隔离膜沿隔离膜走带的宽度方向进行层间固定，形成连续的多个极片袋；

叠袋装置构造为在所述控制器的控制下将每预定数量的连续的极片袋进行堆叠形成电池芯组件，

其中，所述控制器配置为使得所述极片上料装置在所述隔离膜走带上将正极极片和负极极片固定为使得在每个电池芯组件中相邻的极片均由隔离膜隔开并且极性相反。

具体地，极片上料装置用来将极片放置到隔离膜走带上的预定位置。可采用各种形式的极片上料装置，例如，直接落料式、吸盘落料式、托膜转移式、卡槽定位式及贴胶式等。以三层隔离膜走带为例，图1示出了贴胶式极片上料装置，包括三个涂胶装置1以及将负极和正极极片按设计精确抓取并放置在涂胶的隔离膜上的三个抓取装置2。叠带装置用来将多层隔离膜进行堆叠。叠带装置可以包括双辊进行叠带，即，叠带辊3和压辊6。优选地可在叠带双辊前后设置辅助加压、缓冲弧度的装置，提升走带顺畅程度。如图1所示，叠带辊3前设有辅助的张力辊5。叠带辊3上设有压辊6，其中叠带辊3和压辊6至少设有一个为驱动辊。

层间固定装置可以包括夹具，用夹具可以对每个极片间区域的各层隔离膜沿隔离膜走带的宽度方向先进行固定，相应地，本发明的设备还包括在叠袋之后完成对电池芯组件封边的封边装置。例如，将用于制袋的封边装置至于卷绕装置、贴胶装置及隔离纸裁切装置的后方。具体的次序是先采用诸如夹具等的层间固定装置进行层间固定，然后在完成叠袋后，卷绕机构配合制袋装置运行后能运行至下料装置上方，然后抽出条形夹，将完成的电池芯组件进行转移。由于极片和隔离膜走带之间是固定的，因此无需先进行制袋，而只需先层间固定，节省了装配时间。

或者，层间固定装置也可以是封边装置，其采用粘接、加压、热压或超声波焊接的方式对每个极片袋按需求进行封边，例如仅将沿隔离膜走带宽度方向的两边进行封边，之后叠袋装置直接对已经制袋完毕的电极袋进行堆叠。

封边装置可以是任何类型，例如胶黏、条状热封、电加热点焊、超声波点焊、热压熔接及激光焊接等类型。制袋的形状和大小也可根据需要任意设置。叠袋装置用来将每预定数量的连续的多个极片袋进行重复堆叠，形成装配的电池芯组件。

叠袋装置可采用Z字型堆叠装置、卷绕装置等。

此外，该设备还可以包括出料装置。用来将装配完后相连的工件分割开并收集或直接送至下道工序。该出料装置的分割的部分需集成在电池芯组件装配设备的尾部，例如，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下料盒、传送带或其他机械装置。

本发明的实施例通过先在多层隔离膜走带上进行极片放置，然后在进行叠袋等操作，由于采用的多层隔离膜走带先对极片进行了隔离固定，避免了后续的抓取和夹入等操作，因此提高了电池芯组件的装配效率。换句话说,通过该装配工艺方法及其设备，在同等设备成本条件下提升制袋叠片电芯的装配速度。另外，通过该装配工艺方法及其设备，可以在同等叠片速度下实现两种极片均处于隔离膜保护袋中，提升电池安全性能。同时该发明所提及的装配设备具有很强的灵活性，可以在电芯中任意位置设置任意层数的隔离膜，或控制电芯中任意位 置极片袋的形状及大小。可选地，作为一个实施例，叠带装置在控制器4的控制下通过卷绕堆叠形成电池芯组件，并且多个隔离膜走带为2n+1个，n为自然数，所述极片上料装置构造为在所述控制器的控制下，在第一层隔离膜走带上每隔对应于预定数量个极片袋的距离的位置处固定一个第一极性的极片，在各偶数层隔离膜走带上连续地固定第二极性的极片，在其他奇数层隔离膜走带上连续地固定第一极性的极片，其中第一极性与第二极性相反，第一极性为正极或负极。

应理解，当采用卷绕方法时需精确计算极片放置位置，卷绕外侧的极片间距需相对内侧的极片间距逐层增大。对于该卷绕的堆叠方式，诸如条形夹的装置可以进行相同方向的反转，因此堆叠速度最快，从而提高了装配效率。

可选地，作为另一实施例，叠袋装置在控制器4的控制下通过Z型堆叠形成电池芯组件，极片上料装置构造为在所述控制器的控制下，在第二层隔离膜走带上连续交替地固定不同极性的极片，或者在从第二层开始的每层隔离膜走带上连续交替地固定不同极性的极片并且固定在相邻的两层走带隔离膜的对应的极片位置上的极片极性相反。

具体地，叠袋装置进行Z型堆叠可参考图2的方法。由于本发明的Z型堆叠的过程中不涉及极片的抓取和夹入，因此与传统Z型叠片不同。相比而言，这种Z型堆叠极片间空白隔离膜区域计算简单，从而提高了装配效率。

图2为根据本发明的一个实施例的电池芯组件装配方法的示意性流程图。图2的方法可用于解释图1的设备的各部分的功能及操作，该方法包括：

210、极片放置步骤，在相互平行地布置在不同水平面的多个隔离膜走带上的各预定位置固定正极极片和负极极片，固定在相邻的两层隔离膜走带的对应的极片位置上的极片极性相反。

应理解，在每层走带上可以根据需要设置一层或多层隔离膜，预定位置可以根据后续的叠袋的方式来确定，隔离膜走带的层数也是由后续的叠袋方式来确定。例如，如果是Z型堆叠，则可以在首层不设置极片，而在第二层隔离膜走带上连续交替地固定不同极性的极片，或从第二层开始在每层隔离膜上交替地设置不同极性的极片并且固定 在相邻的两层走带隔离膜的对应的极片位置上的极片极性相反，换句话说，在相同层上的相邻极片极性不同；如果是卷绕堆叠，当隔离膜走带为奇数层时，则在每层隔离膜走带上设置的极片的极性相同，换句话说，相同层上的相邻极片的极性相同。具体的一种放置方式例如为，在第一层隔离膜走带上每隔对应于电池芯组件所包括的预定数量个极片袋的距离的位置处固定一个第一极性的极片，在各偶数层隔离膜走带上连续地固定第二极性的极片，在其他奇数层隔离膜走带上连续地固定第一极性的极片，第一极性与所述第二极性相反，第一极性为正极或负极。相邻的隔离膜走带之间的对应位置(大致为竖直方向)上的极片的极性是不同的。另外，极片放置的精确位置需根据下一步叠带的位置进行反推计算，从而确保多层极片的位置重叠后无偏差。

220、叠带步骤，将经过上述极片放置步骤的多个隔离膜走带相互贴合进行层叠。

应理解，一般地，隔离膜走带的层数越多，同时进行叠带的层数也越多，效率就越高。具体而言，在进行叠带之前，多层隔离膜走带由互相平行逐渐贴近，同时，隔离膜在水平方向上的位置根据预先设计进行布置，以确保极片除极耳部分以外均处于隔离膜的包覆中。

230、层间固定步骤：对经层叠的隔离膜走带的每个极片间区域的各层隔离膜沿隔离膜走带的宽度方向进行层间固定，形成连续的多个极片袋。

应理解，层间固定可以制袋是制袋处理，即进行层叠后将隔离膜无极片空白区域进行多层一体制袋连接，使隔离膜间的极片均处于隔离膜形成的袋子中。在这种情况下，隔离膜袋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可以根据需求进行设计，本发明的实施例对此不作限定。制袋可以采用多种方法，例如，采用粘接、加压、热压或超声波焊接的方式对每个极片袋按需求进行封边。

此外，层间固定还可以是用夹具对每个极片间区域的各层隔离膜沿隔离膜走带的宽度方向先进行固定，相应地，在叠袋之后再完成对电池芯组件的封边制袋。由于极片和隔离膜走带之间是固定的，因此无需先进行制袋，而只需先层间固定，节省了装配时间。

240、叠袋步骤：将每预定数量的连续的极片袋进行堆叠形成电池 芯组件。

其中，根据需要形成的电池芯组件中的极片数量、隔离膜走带的层数来设计极片放置步骤210中的固定极片的各预定位置，将正极极片和负极极片固定为使得在每个电池芯组件中相邻的极片均由隔离膜隔开并且极性相反。

应理解，如上文所描述的，诸如Z型或卷绕的堆叠方式与上述设置层数及极片放置的设计相关。此外，堆叠方式还可以是分割后堆叠，即设置多层走带结构，最上层不放置极片，从第二层开始每层分别放置正负极极片，然后进行分割后堆叠，其中优选地设置三层的走带结构。

此外，在叠袋之后，还可以包括出料步骤。若干层叠袋完成后，多工件仍处于相连状态，需通过预先设定的隔离膜包扎贴胶以及分割操作。

本发明的实施例通过先在多层隔离膜走带上进行极片放置，然后进行叠袋等操作，由于采用的多层隔离膜走带对极片进行了隔离固定，避免了后续的抓取和夹入等操作，因此提高了电池芯组件的装配效率。

还应理解，传统的Z型叠片方法是目前使用最广泛的叠片工艺方法，其缺点为：1)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；2)通过吸盘取片、定位，在一组电池芯组件完成前无固定工序，因此极片容易跑偏、卡位，生产控制难。3)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池芯组件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。由于本发明的Z型堆叠的过程中不涉及极片的抓取和夹入，因此与传统Z型叠片不同。相比而言，这种Z型堆叠极片间空白隔离膜区域计算简单，从而提高了装配效率。

此外，对于卷绕的堆叠方式，诸如条形夹的装置可以进行相同方向的反转，因此堆叠速度最快，从而提高了装配效率。对于分割后堆叠的方式，由于其针对多层的结构进行分割再堆叠，同样提高了装配效率。

应理解，当采用卷绕方法时需精确计算极片放置位置，卷绕外侧 的极片间距需相对内侧的极片间距逐层增大。

例如，以两层隔离膜走带为例，图3示出了电池芯组件的侧视图。具体地，装配成图3所示的电池芯组件可进行如下操作，例如，在进行堆叠时，可以先将工件中连续的三个制袋区域通过条形夹压住，并机械进行Z型翻转至满足层数需求。完成后三个夹具固定位置共同进行卷绕，利用隔离膜进行包扎。包扎完成后贴胶，切割隔离膜，并转移电池芯组件至下料盒。

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。