一种方型电芯卷绕方法及装置与流程

本发明涉及电池加工技术领域，具体涉及一种方型电芯卷绕方法及装置。

背景技术：

锂电池电芯制作过程中，通过卷针的旋转运动卷绕正极片、负极片以及夹置于两者之间起绝缘作用的隔膜以形成电芯。其中料带张力控制是一个非常重要的生产工艺指标，张力控制是锂电池电芯卷绕设备的技术重点和难点，特别对于方型锂电池卷绕设备。与圆形锂电池卷绕设备相比，采用的是方型或菱形的卷针，当卷针恒角速度转动时，引起料带的线速度周期性变化，造成卷绕过程中张力的大幅度波动，从而导致张力周期性变化难以控制。张力波动过大时，首先会引起卷绕的不平稳，容易造成料带拉断，影响生产效率及合格率；其次，当张力的波动超过额定指标时，会造成电芯内部电极产生膨胀，造成电芯变形、卷绕不整齐、电池表面不平整等，影响电池的容量和寿命。

而为了解决该问题，现有技术提出了加厚卷针、卷针自传同时加入公转、加入调速机械凸轮、加入主动送料电机等方法，同时配合变角速度控制，使线速度趋于恒定，实现变角速度卷绕。由于方型卷针为左右两半可自动张紧松开的卷针设计而成，当料带以同一角度或对称插入两卷针形成的方型卷针中时，均可用上述方法实现线速度恒定，参照图1所示，即为利用matlab平台拟合出的料带与卷针相切点半径与卷针角速度之间的关系。随着料带与卷针相切点半径的周期性变化，为保持恒线速度，卷针的角速度随之周期性变化。

但当隔膜和极片料带从卷针的不同部位入卷时，例如本申请人先前申请的发明专利cn2019100262492，只能以隔膜和极片之一的入卷位置为基准来改变卷针旋转速度，不能两者兼顾，则必然会导致一种料带(隔膜或极片)的入卷速度不恒定，导致料带张力忽大忽小，使料带受损。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种方型电芯卷绕方法，不论料带以何种角度插入卷针，均能够保证隔膜和极片料带的入卷速度稳定，避免料带受损。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种方型电芯卷绕装置，包括极片输送组件、隔膜输送组件、卷针组件、压辊组件和支架，其中，

所述极片输送组件和隔膜输送组件，设置在卷针组件侧边；

所述卷针组件，安装于所述支架上，设置有第一卷针片和第二卷针片，极片和隔膜夹持在所述第一卷针片和第二卷针片之间；

所述压辊组件，设置于所述极片输送组件与卷针组件连线一侧或所述隔膜输送组件与卷针组件连线一侧，所述压辊组件至少设置有一个。

进一步的，所述压辊组件包括连接板、气缸、压辊安装板和压辊，所述压辊转动连接于所述压辊安装板一端，所述压辊安装板由所述气缸驱动，所述气缸通过连接板安装于所述支架上。

进一步的，所述极片输送组件和隔膜输送组件位于所述卷针组件一侧，所述压辊组件设置有两个，所述压辊组件分别设置在所述极片输送组件和隔膜输送组件外两侧。

进一步的，所述极片输送组件和/或隔膜输送组件设置于所述卷针组件两侧，所述压辊组件将所述极片输送组件和/或隔膜输送组件输送的料带中心对称压合于所述卷针组件两侧。

进一步的，所述极片输送组件包括正极片输送组件和负极片输送组件，所述正极片输送组件和负极片输送组件位于所述卷针组件两个，且两者之间的夹角大于170度且小于190度，所述压辊组件将隔膜料带压向极片料带。

进一步的，所述正极片输送组件、卷针组件和负极片输送组件的连线为直线。

进一步的，所述隔膜输送组件包括输送机构和拉料机构，所述拉料机构夹持隔膜料带从所述输送机构拉出并穿过所述卷针组件。

进一步的，所述卷针组件包括卷针头和卷针嘴，所述第一卷针片和第二卷针片一端安装于所述卷针头上，所述第一卷针片和第二卷针片另一端活动插入所述卷针嘴中。

进一步的，所述卷针组件包括第一卷绕端和第二卷绕端，所述第一卷针片和第二卷针片分别安装于所述第一卷绕端和第二卷绕端，所述第一卷绕端和第二卷绕端配合使所述第一卷针片和第二卷针片夹紧。

进一步的，所述支架包括立板，所述极片输送组件、隔膜输送组件、卷针组件和压辊组件垂直于所述立板表面安装。

本发明还提供了一种方型电芯卷绕方法，包括如下步骤：

方型卷针两侧夹持极片和/或隔膜，将方型卷针两侧的料带分别压合，使方型卷针中心点和两个压合点成一条直线，且方型卷针中心点位于中间；转动方型卷针，根据方型卷针的形状及料带的厚度控制卷针转动的角速度，使方型卷针两侧料带的线速度保持稳定匀速运行。

进一步的，隔膜穿过方型卷针，正极片和负极片分别夹持于方型卷针两侧，正极片和负极片分别与方型卷针两侧的隔膜压合。

本发明的一种方型电芯卷绕装置及方法与现有技术相比的有益效果是，通过压辊机构将隔膜与极片压合，即使料带位于方型卷针的两侧也能够使隔膜和极片与卷针之间的入卷角度一致，进而实现两种料带的入卷速度恒定，避免料带受损，提高电芯卷绕质量。

附图说明

图1为料带与卷针相切点半径与卷针角速度之间的关系图；

图2为本发明的的实施例一整体结构示意图；

图3是本发明的压辊组件示意图；

图4-图5是本发明的实施例二示意图；

图6-图7是本发明工作过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图2所示，为本发明的一种方型电芯卷绕装置的实施例一示意图，本实施例的卷绕装置包括极片输送组件10、隔膜输送组件20、卷针组件30、压辊组件40和支架50。各组件均安装在支架50上，极片输送组件10用于输送极片料带11，隔膜输送组件20用于输送隔膜料带21，极片料带11和隔膜料带21均穿过卷针组件30通过卷针组件30进行卷绕，压辊组件40将从各方向拉出的隔膜料带21和极片料带11压合成一条料带，或压合为相对卷针对称的两条料带。具体的，所述支架50包括立板51，所述极片输送组件10、隔膜输送组件20、卷针组件30和压辊组件40垂直于所述立板51表面安装，使得各料带能够绕过各组件。所述极片输送组件10和隔膜输送组件20，设置在卷针组件30侧边，可以设置于卷针组件30一侧，也可以设置于卷针组件30两侧。本实施例中，所述极片输送组件10和隔膜输送组件20位于所述卷针组件30一侧，按照第一隔膜料带21a-正极片料带11-第二隔膜料带21b-负极片料带11，以依序布置的方式向卷针组件30供料，此种设置方式中，隔膜输送组件20设置有两套，分别输送第一隔膜料带21a和第二隔膜料带21b。所述卷针组件30，安装于支架50上，设置有第一卷针片31和第二卷针片32，极片和隔膜夹持在所述第一卷针片31和第二卷针片32之间，用以固定各料带端部，从而带动各料带旋转卷绕。本实施例中，所述卷针组件30包括卷针头和卷针嘴，所述第一卷针片31和第二卷针片32一端安装于所述卷针头上，所述第一卷针片31和第二卷针片32另一端活动插入所述卷针嘴中。当第一卷针片31和第二卷针片32未插入卷针嘴中时，方便将各料带插入第一卷针片31和第二卷针片32之间，而后将第一卷针片31和第二卷针片32插入卷针嘴，将第一卷针片31和第二卷针片32的位置固定，并使两者夹紧，保证料带被稳定夹持。所述压辊组件40，设置于所述极片输送组件10与卷针组件30连线一侧或所述隔膜输送组件20与卷针组件30连线一侧，从而能够将极片料带11压向隔膜料带21或将隔膜料带21压向极片料带11，根据各料带的位置及料带间的距离，所述压辊组件40至少设置有一个，本实施例中，由于4条料带之间距离较远，若仅采用一个压辊组件40，则压辊组件40需要伸出的距离过长，因此所述压辊组件40设置有两个，所述压辊组件40分别设置在所述极片输送组件10和隔膜输送组件20外两侧，从而两个压辊组件40将料带从两侧向中间压合，保证4条料带能够压合于一起，且每条料带不至于被推出过长的距离。

参照图3所示，为压辊组件40结构示意图，所述压辊组件40包括连接板41、气缸42、压辊安装板43和压辊44。所述压辊44转动连接于所述压辊安装板43一端，保证随着料带的输送能够带动压辊44转动，即料带与压辊44之间为滚动摩擦，减少压辊44压合隔膜料带21与极片料带11时对料带的损伤。所述压辊安装板43由所述气缸42驱动推出或收回，为保证压辊安装板43沿气缸42推出的方向压向料带，本实施例中气缸42为滑台气缸42。所述气缸42通过连接板41安装于所述支架50上，连接板41的角度控制气缸42的角度，从而控制压辊44压向料带的角度。

参照图4和图5所示，为本发明的卷绕装置的实施例二结构示意图，本实施例中，所述极片输送组件10和/或隔膜输送组件20设置于所述卷针组件30两侧，所述压辊组件40将所述极片输送组件10和/或隔膜输送组件20输送的料带中心对称压合于所述卷针组件30两侧。即输送正极片和负极片的极片输送组件可以夹持于卷针组件一侧，两极片输送组件之间夹持一个隔膜输送组件，另一个隔膜输送组件设置于卷针组件另一侧，压辊组件将卷针组件一侧的三料带压合，压辊组件将卷针组件另一侧的隔膜压至与重合的三料带中心对称；输送正极片和负极片的极片输送组件还可以夹持于卷针组件两侧，两隔膜输送组件设置于卷针组件一侧，将该侧的极片输送组件夹持与中间，压辊组件将卷针组件一侧的三料带压合，压辊组件将卷针组件另一侧的极片压至与重合的三料带中心对称。本实施例中为保证卷针组件两侧压合的料带厚度相近，优选的，极片输送组件10位于卷针组件30两侧，且隔膜输送组件20也位于卷针组件30两侧，同样按照第一隔膜料带21a-正极片料带11a-第二隔膜料带21b-负极片料带11b，以依序布置的方式向卷针组件30供料。压辊组件40设置在卷针组件30两侧，将卷针两侧的极片料带11和隔膜料带21分别压合，且压合后的料带相对于卷针组件30对称。由于卷针组件30结构对称，因此卷针组件30两侧对称的料带均能够与卷针的速度匹配。在此种设置方式中，由于隔膜输送组件20位于卷针组件30两侧，第一隔膜料带21a和第二隔膜料带21b可以由一根隔膜料带21穿过第一卷针片31和第二卷针片32形成，从而减少隔膜料带21切割料头的数量，大大提高隔膜料带21的利用率。为实现上述设置，所述隔膜输送组件20包括输送机构22和拉料机构23，所述拉料机构23夹持隔膜料带21从所述输送机构22拉出并穿过所述卷针组件30。通过输送机构22与拉料机构23的配合，使隔膜料带21穿过卷针组件30，随后，借助于卷针组件30的卷绕动作使得隔膜料带21发生对折，由于隔膜料带21与正极片料带11a、负极片料带11b间隔设置，因此对折后能够实现正极片料带11a与负极片料带11b的完全隔离。且仅设置一个输送机构22，更有利于电芯卷制装置整体的结构布局及优化，进而有助于实现方型电芯卷绕装置的“小型化”、“轻型化”。所述极片输送组件10包括正极片输送组件10a和负极片输送组件10b，即设置于卷针组件30两侧的极片输送组件10分别为正极片输送组件10a和负极片输送组件10b，本实施例中，为减少对极片的施力，所述正极片输送组件10a和负极片输送组件10b位于所述卷针组件两侧，两者之间的夹角大于170度且小于190度，此时，所述压辊组件40将隔膜料带21压向极片料带11，仅需少许压力即可使压辊组件40两侧的料带中心对称。优选的，所述正极片输送组件10a、卷针组件40和负极片输送组件10b的连线为直线，压辊组件40将隔膜料带21压向极片料带11，此时极片料带11不受额外的压力，尽可能对极片料带形成保护。进一步的，本实施例中，所述卷针组件30包括第一卷绕端和第二卷绕端，所述第一卷针片31和第二卷针片32分别安装于所述第一卷绕端和第二卷绕端，所述第一卷绕端和第二卷绕端配合使所述第一卷针片31和第二卷针片32夹紧，在插入料带时，第一卷绕端和第二卷绕端控制第一卷针片31和第二卷针片32分离，方便料带的插入，在卷绕时，第一卷绕端和第二卷绕端控制第一卷针片31和第二卷针片32夹紧，保证对料带夹持的稳定。

参照图6和图7所示，为本发明实施例二的工作过程示意图。本实施例工作时，隔膜料带21完成穿针后，隔膜料带21穿设于第一卷针片31和第二卷针片32之间的间隙中，隔膜料带21自由端被隔膜拉料机构拉持，正极片输送组件10a和负极片输送组件10b分别将正负极片料带11b输送至卷针组件30，此时，正负极片料带11b及隔膜料带21的相对位置如图5所示，于是压辊组件40启动，压辊组件40分别将隔膜料带21压向正负极片料带11b，使正负极片料带11b分别和隔膜料带21贴平重合，卷针组件30启动开始旋转进行变速卷绕，极片料带11与隔膜料带21与卷针组件30的入卷角度相同，从而入卷的线速度相同，保证了电芯的质量。本发明中，压辊44机构还可以在卷针组件30开始旋转的同时或稍后启动，将隔膜料带21压向极片料带11。

本发明还提供了一种方型电芯卷绕方法，包括如下步骤：

方型卷针两侧夹持极片和/或隔膜，即方型卷针两侧均夹持有料带，由于各隔膜和极片料带插入卷针的角度不同，使得卷针角速度变化周期确定时，最多仅有一条料带与卷针相切点半径变化关系能够与卷针角速度变化周期匹配。将方型卷针两侧的料带分别压合，从而多条分散的料带在方型卷针两侧被压重叠成为两条料带，但两条料带插入方型卷针的角度仍不相同，无法保证两条料带的入卷速度相同。由于方形卷针对称，因此本实施例中使方型卷针中心点和两个压合点成一条直线，且方型卷针中心点位于中间，此时两条压合的料带在卷针两侧对称。当卷针转动，两条料带一卷针中心点为对称点中心对称，保证两侧料带与卷针的切点以卷针为中心对称，两侧的料带的线速度相同。转动方型卷针，根据方型卷针的形状及料带的厚度控制卷针转动的角速度，使方型卷针两侧料带的线速度保持稳定匀速运行。控制卷针转动的角度能够使料带线速度保持稳定匀速的原理及控制方式在2013年华中科技大学硕士学位论文：全自动锂电池电芯卷绕机张力与纠偏控制关键技术研究，作者：彭碧，及2015年广东工业大学硕士学位论文：基于dsc的方型锂离子电池卷绕机嵌入式控制系统的设计与实现，作者：陈镇星中均有介绍，在此不再赘述。进一步的，由于料带的厚度也会对料带的线速度造成影响，为保证方形卷针两侧压合的料带的厚度一致，隔膜穿过方型卷针，正极片和负极片分别夹持于方型卷针两侧，正极片和负极片分别与方型卷针两侧的隔膜压合，即方型卷针两侧均夹持有极片和隔膜，且一条隔膜穿过方型卷针，能够减少隔膜料带切割料头的数量，大大提高隔膜料带的利用率。

本实施例通过将隔膜与极片压合，使得多条料带在卷针两侧合为两条中心对称的料带，从而保证各料带与卷针的入卷角度一致，进而实现隔膜和极片的入卷速度稳定。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。