一种凝胶电解液锂电池加工设备的制作方法

本发明涉及锂电池生产技术领域，尤其是采用凝胶电解液锂电池的生产设备。

背景技术

采用凝胶电解液的锂电池在生产时需要经过静置和热聚合两个重要的工艺，由于静置和热聚合的操作时间长，静置时间普遍超过10个小时，热聚合时间普遍超过4个小时，因此现有的用凝胶电解液的锂电池在生产时，各个工艺阶段是分开操作的，例如单独一个区域进行静置，单独一个区域进行热聚合，静置和热聚合过程中混入杂质会影响电池的性能。目前还没有全自动设备生产采用凝胶电解液的锂电池。

技术实现要素：

本发明的一个目的是为了提供一种电池和杯套具拆装方便的锂电池加工设备。本发明的另一个目的是为了提供一种凝胶电解液锂电池加工设备，可以全自动生产采用凝胶电解液的锂电池。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种凝胶电解液锂电池加工设备，包括杯套机械手，杯套机械手用于将杯套具安装在电池上、以及将杯套具从电池上拆下；

杯套机械手包括右机械手连接架、左机械手连接架、左气缸推板、右气缸推板、横向梯形导轨滑块、第一竖直固定板、左伸缩气缸、右伸缩气缸、横向固定板、左机械手爪、右机械手爪、电缆固定装置、光电开关遮光片、防撞顶针、第二竖直固定板、电缆装置、竖直气缸、左右气缸固定板、竖直限位固定板和竖直梯形导轨滑块；

竖直梯形导轨纵向安装在第二竖直固定板上，竖直梯形导轨滑块连在竖直梯形导轨上，第一竖直固定板安装在竖直梯形导轨滑块上，第一竖直固定板和竖直梯形导轨滑块沿竖直梯形导轨上下移动；横向固定板固定在第一竖直固定板上，左伸缩气缸、右伸缩气缸设置在横向固定板上；横向梯形导轨滑块安装在横向固定板底部，左伸缩气缸通过左气缸推板带动左机械手连接架及其上的左机械手爪沿横向梯形导轨滑块横向移动；右伸缩气缸通过右气缸推板带动右机械手连接架及其上的右机械手爪沿横向梯形导轨滑块横向移动；左机械手爪和右机械手爪相向设置；竖直气缸底部安装在机架上，竖直气缸顶部的输出轴连接横向固定板，竖直气缸控制横向固定板沿竖直梯形导轨上下移动；防撞顶针通过竖直限位固定板安装在第二竖直固定板上，防撞顶针的位置处于竖直梯形导轨滑块底部；电缆装置通过电缆固定装置固定在第二竖直固定板上；光电开关遮光片安装在第二竖直固定板上，光电开关遮光片用于控制机械手爪上下移动的位置。

作为优选，包括机架及其上的加工传输机构和杯套机构；加工传输机构上设置杯套上料工位和杯套下料工位；杯套机构位置对应上料工位和杯套下料工位；

杯套机构包括移动装置、杯套具、置液盘和所述的杯套机械手；移动装置安装在机架上，第二竖直固定板固定在移动装置上，杯套机械手沿移动装置在杯套上料工位与杯套下料工位之间横向移动，杯套机械手用于将置液盘上的杯套具抓取并安装在杯套上料工位的电池上，以及将杯套下料工位处的电池上的杯套拆下并放置在置液盘上。

作为优选，杯套具包括固定板、漏斗套、支撑杆、漏斗嘴、外壳、回扣夹具和固定片；回扣夹具活动连接在外壳上，通过回扣夹具实现杯套具与电池的安装或拆除；漏斗套和支撑杆安装在外壳上，漏斗套用于容纳注液机构喷出的电解液；支撑杆用于支撑漏斗套；固定板和固定片安装在漏斗套上，固定板和固定片用于固定漏斗套。

作为优选，移动装置包括伺服电机、滑块组件、梯形导轨、导轨固定板、丝杠杆、横向杆、支撑底板和光电开关；支撑底板是竖直分布安装的多块，横向杆横向安装在支撑底板上；导轨固定板安装在横向杆上，梯形导轨固定在导轨固定板上；滑块组件安装设置在梯形导轨上，丝杠杆横向安装设置在支撑底板上，伺服电机连接丝杠杆一端，伺服电机控制丝杠杆转动；杯套机械手连接在滑块组件和丝杠杆上，杯套机械手沿梯形导轨在杯套上料工位和杯套下料工位之间横向移动；光电开关安装在横向杆上，光电开关用于控制杯套机械手横向移动的距离。

作为优选，机架上还设有注液机构、凝胶成型机构、升降机构和夹具机构；沿电池进料至出料方向，加工传输机构上依次设置杯套上料工位、注液工位、第一静置工位、第二静置工位、热聚合工位和杯套下料工位；注液机构位置对应注液工位，凝胶成型机构位置对应第一静置工位、第二静置工位和热聚合工位，升降机构位置对应第一静置工位、第二静置工位和热聚合工位；加工传输机构上设有定位机构，定位机构的数量和位置与加工传输机构上的工位数量和位置匹配，定位机构用于电池在各个工位上操作时对电池进行定位。

采用了上述技术方案的一种凝胶电解液锂电池加工设备，杯套机械手使锂电池和杯套具拆装拆装方便。加工传输机构用于移动电池，使电池在各个工位完成相应的操作。定位机构用于电池在各个工位上的定位。杯套机构用于杯套具的上料、移动和下料。注液机构用于将电解液注入电池；升降机构用于将电池顶入凝胶成型机构内，凝胶成型机构用于电解液的静置和热聚合。夹具机构用于夹持电池，便于杯套具的下料。该凝胶电解液锂电池加工设备的优点是锂电池和杯套具拆装方便。

附图说明

图1为本发明实施例的爆炸结构示意图。

图2为本发明实施例的加工传输机构的爆炸结构示意图。

图3为本发明实施例的定位机构的爆炸结构示意图。

图4为本发明实施例的杯套具的爆炸结构示意图。

图5为本发明实施例的移动装置和置液盘的爆炸结构示意图。

图6为本发明实施例的杯套机械手的爆炸结构示意图。

图7为本发明实施例的注液机构的爆炸结构示意图。

图8为本发明实施例的电解液传输装置的爆炸结构示意图。

图9为本发明实施例的凝胶成型机构的爆炸结构示意图。

图10为本发明实施例的升降机构的爆炸结构示意图。

图11为本发明实施例的夹具机构的爆炸结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1-图11对本发明做进一步描述。

如图1-11所示的一种凝胶电解液锂电池加工设备，包括机架1、加工传输机构6、定位机构10、杯套机构2、注液机构3、凝胶成型机构5、升降机构9和夹具机构8；加工传输机构6、杯套机构2、注液机构3、凝胶成型机构5和升降机构9安装在机架1上；定位机构10和夹具机构8安装在加工传输机构6上。

如图2所示，加工传输机构6包括支撑装置61、传输架62、感应器、链条65、主动齿轮轴66、从动齿轮轴67、电机68、带传动部件69和挡块611；传输架62通过支撑装置61安装在机架1上；感应器安装在传输架62上，感应器用于确认电池在传输架62上的位置；主动齿轮轴66和从动齿轮轴67安装在传输架62上，链条65缠绕在主动齿轮轴66和从动齿轮轴67上；电机68通过带传动部件69连接主动齿轮轴66；挡块611设置在传输架62的进料端上，挡块611用于放置电池在加工传输机构6起点处的限位。沿电池进料至出料方向，传输架62上依次设置杯套上料工位a、注液工位b、第一静置工位c、第二静置工位d、热聚合工位e和杯套下料工位f。

感应器是多个，感应器包括红外挡片63和红外线发射器64，红外挡片63等间距安装设置在传输架62一侧，红外线发射器64等间距对称安装设置在传输架62另一侧，红外线发射器64发出的红外线经红外挡片63被反射回红外线发射器64。

加工传输机构6使用时，先将电池放在传输架62起始端的挡块611处，通过电机68驱动链条65运动，使得放置在其上的电池运动。电池依次经过杯套上料工位a、注液工位b、第一静置工位c、第二静置工位d、热聚合工位e和杯套下料工位f，每个工位上对应的机构对电池进行操作，直至电池移动至传输架62末端，收取加工完成的电池。

定位机构10安装在加工传输机构6上，定位机构10的数量和位置与加工传输机构6上的工位数量和位置匹配，定位机构10用于电池在各个工位上操作时对电池进行定位；

如图3所示，定位机构10包括定位气缸101、定位连接板102、定位固定板103和卡手104；定位固定板103固定在加工传输机构6的传输架62上，定位气缸101安装在定位固定板103上，定位气缸101的输出端通过定位连接板102连接卡手104，定位气缸101控制卡手104动作。

定位机构10使用时，当电池传输到对应工位时会触发传感器发出信号，定位机构10启动。定位气缸101推动卡手104伸出，抵住移动中的电池，电池被限制在对应的加工工位，随后相应的加工工位对电池进行相应的加工，完成加工动作后，定位气缸101带动卡手104复位，解除对电池的位置限制，电池被加工传输机构6继续传输至下一加工工位，每个加工工位上均设置定位机构10，直至加工完成。

杯套机构2包括移动装置、杯套具13、杯套机械手4和置液盘2a；移动装置安装在机架上，杯套机械手4连接在移动装置上，杯套机械手4沿移动装置在杯套上料工位a与杯套下料工位f之间横向移动，杯套机械手4用于将置液盘2a上的杯套具抓取并安装在杯套上料工位a的电池上，以及将杯套下料工位f处的电池上的杯套拆下并放置在置液盘2a上。

如图4所示，杯套具13包括固定板131、漏斗套132、支撑杆133、漏斗嘴134、外壳135、回扣夹具136和固定片137；回扣夹具136活动连接在外壳135上，通过回扣夹具136实现杯套具13与电池的安装或拆除；漏斗套132和支撑杆133安装在外壳135上，漏斗套132用于容纳注液机构3喷出的电解液，经漏斗嘴134流入电池中，漏斗嘴134开小口的结构，用于形成压力差挤压液体喷入电池底部，加快流入效率；支撑杆133用于支撑漏斗套132；固定板131和固定片137安装在漏斗套132上，固定板131和固定片137用于固定漏斗套132。

杯套具13使用时，把电池空壳放到传输架62开始端，电池空壳被杯套机械手4从置液盘2a中搬运到杯套上料工位a，并将杯套具13的回扣夹具136卡在电池上，完成杯套上料；电池加工完成后，在杯套下料工位f，杯套机械手4将杯套具13于电池拆开，并将杯套具13放入置液盘2a中。

如图5所示，移动装置包括伺服电机21、滑块组件23、梯形导轨24、导轨固定板25、丝杠杆26、横向杆28、支撑底板29和光电开关210；

支撑底板29是竖直分布安装的多块，横向杆28横向安装在支撑底板29上；导轨固定板25安装在横向杆28上，梯形导轨24固定在导轨固定板25上；滑块组件23安装设置在梯形导轨24上，丝杠杆26横向安装设置在支撑底板29上，伺服电机21连接丝杠杆26一端，伺服电机21控制丝杠杆26转动；杯套机械手4连接在滑块组件23和丝杠杆26上，杯套机械手4沿梯形导轨24在杯套上料工位a和杯套下料工位f之间横向移动；光电开关210安装在横向杆28上，光电开关210用于控制杯套机械手4横向移动的距离。

移动装置使用时，伺服电机21控制杯套机械手4在沿梯形导轨24在杯套上料工位a和杯套下料工位f之间横向移动。

如图6所示，杯套机械手4包括右机械手连接架40、左机械手连接架41、左气缸推板414、右气缸推板413、横向梯形导轨滑块42、第一竖直固定板43、左伸缩气缸44、右伸缩气缸45、横向固定板46、左机械手爪415、右机械手爪4150、电缆固定装置47、光电开关遮光片48、防撞顶针49、第二竖直固定板410、电缆装置411、竖直气缸412、左右气缸固定板413、竖直限位固定板416和竖直梯形导轨滑块417。

第二竖直固定板410固定在移动装置的滑块组件23上；竖直梯形导轨418纵向安装在第二竖直固定板410上，竖直梯形导轨滑块417连在竖直梯形导轨418上，第一竖直固定板43安装在竖直梯形导轨滑块417上，第一竖直固定板43和竖直梯形导轨滑块417沿竖直梯形导轨418上下移动；横向固定板46固定在第一竖直固定板43上，左伸缩气缸44、右伸缩气缸45设置在横向固定板46上；横向梯形导轨滑块42安装在横向固定板46底部，左伸缩气缸44通过左气缸推板414带动左机械手连接架41及其上的左机械手爪415沿横向梯形导轨滑块42横向移动；右伸缩气缸45通过右气缸推板413带动右机械手连接架40及其上的右机械手爪4150沿横向梯形导轨滑块42横向移动；左机械手爪415和右机械手爪4150相向设置；竖直气缸412底部安装在机架上，竖直气缸412顶部的输出轴连接横向固定板46，竖直气缸412控制横向固定板46沿竖直梯形导轨418上下移动；防撞顶针49通过竖直限位固定板416安装在第二竖直固定板410上，防撞顶针49的位置处于竖直梯形导轨滑块417底部，防撞顶针49用于防止机械手爪415在竖直方向超程碰撞，作为缓冲机构使用。电缆装置411通过电缆固定装置47固定在第二竖直固定板410上，电缆装置411跟随机械手竖直移动，及时提供电源；光电开关遮光片48安装在第二竖直固定板410上，光电开关遮光片48用于控制机械手爪415上下移动的位置。

杯套机械手4使用时，杯套机械手4移动至置液盘2a上方，使左机械手爪415和右机械手爪4150位置对应置液盘2a上的杯套具。左伸缩气缸44和右伸缩气缸45控制左机械手爪415和右机械手爪4150相向移动将杯套具13夹紧；杯套机械手4在移动装置上移动至杯套上料工位a后，竖直气缸412动作控制横向固定板46向下移动直至杯套具13的回扣夹具136卡在电池上，完成杯套上料。电池经过静置工位的静置操作和热聚合工位的热聚合操作后进入杯套下料工位f，杯套机械手4通过移动装置移动至杯套下料工位f，竖直气缸412动作控制横向固定板46向下移动直至使左机械手爪415和右机械手爪4150位置对应电池上的杯套具，左伸缩气缸44和右伸缩气缸45控制左机械手爪415和右机械手爪4150相向移动将杯套具13夹紧，竖直气缸412动作控制横向固定板46向上移动，杯套具13与电池分离。杯套机械手4通过移动装置移动，直至左机械手爪415和右机械手爪4150上的杯套具13处于置液盘2a上，左机械手爪415和右机械手爪4150松开复位，杯套具13被放置在置液盘2a上，残余在漏斗套132内部的电解液流入置液盘中回收利用，杯套具13再经杯套机械手4安装于下一个电池注液工序中。

如图7和图8所示，注液机构3位置对应传输架62上的注液工位b；注液机构3包括齿轮带二联件31、丝杠套件32，伺服电机33、喷嘴固定板35、喷嘴36、注液管37、伺服系统固定板38、梯形导轨39、光电感应器310、丝杠固定座311、注液安装板312、注液安装柱313和电解液传输装置7；注液安装柱313固定在机架上，注液安装板312安装在注液安装柱313上，伺服系统固定板38和梯形导轨39固定在注液安装板312上；齿轮带二联件31、伺服电机33和光电感应器310连接在伺服系统固定板38上；喷嘴固定板35连接在丝杠套件32上，丝杠套件32通过丝杠固定座311安装在伺服系统固定板38上；喷嘴固定板35连接在梯形导轨39上；注液管37和喷嘴36连接在喷嘴固定板35上，喷嘴固定板35和喷嘴36沿梯形导轨39横向移动。

伺服电机33横向安装于伺服系统固定板38上，用于提供动力；齿轮带二联件31相对于电机安装于伺服系统固定板38左侧，用于传递伺服电机33动力；丝杠套件32横向安装于伺服系统固定板38上，左侧连接齿轮带二联件31，丝杠套件32用于横向移动喷嘴固定板35带动喷嘴36移动杯套具处进行注液；凝胶成型机构5和注液机构3通过l型固定板34相连；光电感应器310横向相对于两侧安装于伺服系统固定板38上，位于丝杠套件32的横向两侧极限位置，喷嘴系统运行超过丝杠套件32的限程触发光电感应器310急停；注液管37用于输送经气泵挤压的电解液到喷嘴36。

电解液传输装置7包括液压泵71和双头泵72，液压泵71安装在机架1上，液压泵71用于将电解液压缩送入双头泵72中。

双头泵72包括第一分头721和第二分头722，第一分头721和第二分头722分别经输液管连接喷嘴36，双头泵72用于把液压泵71压缩的电解液分两路送至喷嘴36。

注液机构3工作时，电池移动至注液工位b，注液工位b的定位机构10检测到电池后启动，将电池定位不能移动。喷嘴36处于电池正上方。液压泵71将电解液罐中的电解液压缩送入双头泵72中，双头泵72把液压泵71压缩电解液分两路送至喷嘴36，喷嘴36往杯套具13中注液，电解液经喷嘴36注射进入杯套具,喷嘴中部呈圆柱，嘴口细小呈针状，上下的压力差便于液体喷射出，加快注液效率，一排杯套具注满液体后，液压泵71暂停压液，喷嘴36移动至第二排漏斗套132处，液压泵71继续压液经喷嘴注入漏斗套132，以此类推直至最后一排漏斗套132注液后，液压泵71停止向双头泵72压液；注液工位b的定位机构10复位松开电池，电池经加工传输机构6进入下一加工工位。

如图9所示，凝胶成型机构5包括凝胶底板51、电解液静置箱52、密封顶板53和支撑杆54；

凝胶底板51固定在机架上，支撑杆54底端固定在凝胶底板51上，电解液静置箱52安装在支撑杆54顶部，电解液静置箱52底端开口，电解液静置箱52顶部通过密封顶板53密闭；电解液静置箱52处于传输架62正上方。

置液盘处于密封顶板53上，安装位置不与凝胶成型机构5干涉。

凝胶成型机构5分为第一静置机构5a和热聚合机构5c，第一静置机构5a位置对应第一静置工位c；热聚合机构5c位置对应热聚合工位e，热聚合机构5c的电解液静置箱52内设有加热器55，加热器55将热聚合机构5c的电解液静置箱52内稳定控制在40-85℃。胶成型机构5还包括第二静置机构5b，第二静置机构5b位置对应第二静置工位d。

如图10所示，升降机构9包括升降杆91、托举板92、伸降气缸安装板93和伸降气缸94；伸降气缸安装板93安装在机架1上，伸降气缸94安装在伸降气缸安装板93上，托举板92连接在伸降气缸94顶部的输出端上，升降杆91连接在托举板92和伸降气缸安装板93上，升降杆91用于提升伸降气缸94托举动作的稳定性。

升降机构9分为第一升降机构和第三升降机构；第一升降机构位置对应第一静置工位c，第一升降机构将第一静置工位c上的电池顶入第一静置机构5a的电解液静置箱52内；第三升降机构位置对应热聚合工位e，第三升降机构将热聚合工位e上的电池顶入热聚合机构5c的电解液静置箱52内；升降机构9还包括第二升降机构，第二升降机构位置对应第二静置工位d，第二升降机构将第二静置工位d上的电池顶入第二静置机构5b的电解液静置箱52内。

凝胶成型机构5和升降机构9使用时，注液完成的电池从注液工位b移动至第一静置工位c，第一静置工位c处的定位机构10检测到电池后启动，将电池定位不能移动。第一升降机构动作，第一升降机构的托举板92将第一静置工位c上的电池顶入第一静置机构5a的电解液静置箱52内进行电解液静置操作，电解液的静置时间一般是16-50小时之间，通过密封的电解液静置箱可以防止杂质混入，提高电池的性能。第一静置机构5a内的电解液静置完成后，第一升降机构复位，电池回到第一静置工位c上，第一静置工位c的定位机构10复位。第一静置工位c上的电池移动至热聚合工位e，热聚合工位e的定位机构10检测到电池后启动，将电池定位不能移动。第三升降机构动作，第三升降机构的托举板92将热聚合工位e上的电池顶入热聚合机构5c的电解液静置箱52内，加热器55启动，电解液在电解液静置箱52内完成凝结聚合，聚合的时间一般4-10个小时，电解液凝结聚合后，三升降机构复位，电池回到热聚合工位e，热聚合工位e上的定位机构10复位，电池继续移动至杯套下料工位f；由于静置的时间是凝结聚合的2倍以上，为了提高加工效率，可以多设置几组静置工位以及升降机构和静置机构。当第一静置机构5a内的电池静置操作4个小时以后，再将一组空电池放入传输架62起始端的挡块611处，经过杯套件安装和电解液注液操作后，由注液工位b直接移动至第二静置工位d，第二升降机构将第二静置工位d上的电池顶入第二静置机构5b的电解液静置箱52内进行电解液静置操作，静置完成后，电池复位移动至热聚合工位e进行热聚合操作。

如图11所示，夹具机构8位置对应杯套下料工位f；夹具机构8包括固定夹头81、夹具气缸82、夹具感应器83和活动夹头84；固定夹头81固定在传输架62的一侧上，夹具气缸82安装在传输架62的另一侧上，夹具气缸82控制活动夹头84移动；链条65处于固定夹头81和活动夹头84之间；夹具感应器设置在活动夹头84上，夹具感应器83是弹性接触针，接触针由硅胶制成，夹持电池时接触针用于率先触及电池向系统发出讯号，夹紧气缸85停止伸出动作。

夹具机构8使用时，电池由热聚合工位e移动至杯套下料工位f，杯套下料工位f处的定位机构10检测到电池后启动，将电池定位不能移动，同时夹具机构8从两侧夹住电池。定位机构10限制电池在传输架62行进方向的运动，即从左右方向限制电池，夹具机构8用于夹住，将传输架62两侧之间的电池，即从前后方向夹住电池。杯套机械手4将电池上的杯套具13拆除，杯套机械手4上升后，定位机构10复位松开，电池从传输架62末端离开，得到采用凝胶电解液的锂电池。