锂电池无腔真空封装机的制作方法

本实用新型属于锂离子电池制造技术领域，尤其涉及一种锂电池的封装设备。

背景技术：

锂电池具有能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长和体积小的优点，已被广泛应用于军事和民用小型电器中。带气囊的电池是软包锂电池制备过程中的一种形态，属于半成品，气囊用于注入电解液以及收集化成过程中产生的废气，在化成完成后需要将气囊中的废气抽出，然后再进行封口，保证电池本体内部与外部空气隔绝，这一工序通常是在真空环境下进行。传统的锂电池生产工艺中，抽取气囊中废气的工序通常是在一个密闭的腔体内进行真空抽气封边，然后再将电芯移至裁切工位将气囊切除。在电芯搬运至裁切工位的过程中，可能会发生气囊中残留的电解液腐蚀电池或零部件的情况，造成电池本体被污染，而且在抽气时需设置一个密闭的容器，不仅增加了设备结构的复杂程度，也不便于设备的维护。如果能将气囊的抽气、电池封装和气囊的切除集成于一个工位中进行，不仅可以避免零部件及电池被污染，而且还有利于提高效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种结构简单、效率高的锂电池无腔真空封装机，可以在同一工位实现气囊内气体的抽取、电池封装和气囊切除三个步骤。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：

锂电池无腔真空封装机，包括：机架；可水平移动地设置于所述机架上的电池夹具，所述电池夹具包括固定板、设置于所述固定板上的电池放置板、设置于所述固定板上的吸盘组件以及设置于所述固定板上的废液排出管，所述电池放置板上设置有用于容纳电池的电池放置槽，所述吸盘组件包括位于所述电池放置板一侧的气囊支撑板和设置于所述气囊支撑板上的下吸盘，所述下吸盘内设置有与所述废液排出管连通的管道；设置于所述机架上的切刀组件，所述切刀组件包括可上下相对运动的上切刀和下切刀；设置于所述机架上的电池按压组件，所述电池按压组件包括可上下移动的电池压板；设置于所述机架上的封装组件，所述封装组件包括可上下相对运动的上封头组件和下封头组件；设置于所述机架上的气囊刺破组件，所述气囊刺破组件包括可上下移动的刺针安装板、设置于所述刺针安装板上的刺针机构以及设置于所述刺针安装板上的上吸盘，所述刺针机构包括与所述上吸盘同轴布置的刺针，所述刺针可向下伸出于所述上吸盘或向上缩回至所述上吸盘内；所述电池夹具可在所述切刀组件、电池按压组件、封装组件、气囊刺破组件之间移动，所述刺针穿刺电池气囊时，所述下吸盘和所述上吸盘同轴。

更具体的，所述气囊支撑板位于所述电池放置板的前侧，所述切刀组件、电池按压组件、封装组件、气囊刺破组件沿所述电池夹具的移动方向依次设置。

更具体的，所述机架包括底板、设置于所述底板上的支柱以及设置于所述支柱上的安装板，所述底板上设置有导轨，所述导轨上设置有可沿所述导轨移动的滑座，所述电池夹具设置于所述滑座上。

更具体的，所述上切刀可上下移动地设置于上切刀固定架上，所述下切刀可上下移动地设置于所述下切刀固定架上，所述上切刀固定架和所述下切刀固定架设置于所述机架上。

优选的，所述电池按压组件还包括驱动所述压板上下移动的压板驱动机构、压板导向轴和压板导向轴承，所述压板导向轴承设置于所述安装板上，所述压板导向轴贯穿所述压板导向轴承、底部与所述压板相连，所述压板驱动机构设置于所述安装板上。

更具体的，所述压板驱动机构包括压板电机和由所述压板电机驱动的压板丝杆，所述压板丝杆通过连接器与所述压板相连，所述压板和所述压板丝杆的连接器之间设置有压力传感器。

更具体的，所述上封头组件包括上封头气缸、在所述上封头气缸驱动下上下移动的上封头固定座、通过一转轴与所述上封头固定座相连的上封头安装板、与所述上封头安装板相连的上封头隔热板、与所述上封头隔热板相连的上封头加热座、与所述上封头加热座相连的上封头，所述上封头安装板可绕所述转轴摆动；所述下封头组件包括下封头气缸、在所述下封头气缸驱动下上下移动的下封头安装板、设置于所述下封头安装板上的下封头隔热板、设置于所述下封头隔热板上的下封头加热座、设置于所述下封头加热座上的下封头。

优选的，所述上封头组件还包括设置于所述安装板上的上封头导向轴承和贯穿所述上封头导向轴承的上封头导向轴，所述上封头导向轴的底部与所述上封头固定座相连；和/或所述下封头组件还包括下封头气缸安装板、下封头导向轴承和下封头导向轴，所述下封头气缸安装板设置于所述安装板上，所述下封头气缸设置于所述下封头气缸安装板上，所述下封头导向轴承设置于下封头气缸安装板上，所述下封头导向轴贯穿所述下封头导向轴承、顶部与所述下封头安装板相连。

更具体的，所述刺针机构还包括驱动所述刺针上下移动的刺针伸缩气缸，所述刺针伸缩气缸设置于所述刺针安装板上，所述刺针安装板上设置有供所述刺针穿过的通孔。

优选的，所述气囊刺破组件还包括刺针导向轴和刺针导向轴承，所述刺针导向轴承设置于所述安装板上，所述刺针导向轴贯穿所述刺针导向轴承、底部与所述刺针安装板相连。

由以上技术方案可知，本实用新型可同时电池气囊的刺破、废气/废液的抽取、封边以及气囊的裁切工序，不仅可以提高效率，在同一设备完成以上工序也可以减少电池定位次数，尽量减少因电池在不同工位间的流转可能发生的残留的电解液污染电池或污染零部件的情况发生，提高电池的良率，同时也有利于降低设备的调试与维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例电池按压组件安装在机架上的示意图；

图3为本实用新型实施例气囊刺破组件安装在机架上的示意图；

图4为本实用新型实施例气囊刺破组件刺针部分的局部结构放大示意图；

图5为本实用新型实施例电池夹具的结构示意图；

图6为本实用新型实施例切刀组件的示意图；

图7为本实用新型实施例切刀组件另一角度的示意图；

图8为本实用新型实施例上封头的结构示意图；

图9为本实用新型实施例下封头的结构示意图；

图10为电池抽气封装时的示意图。

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

结合图1、图2和图3，本实施例的锂电池无腔真空封装机包括机架1、电池夹具2、切刀组件3、封装组件4、电池按压组件5及气囊刺破组件6。机架1由底板1-1、支柱1-2和安装板1-3组成。本实施例在底板1-1上设置了四根支柱1-2，安装板1-3设置于支柱1-2上，由支柱1-2支撑。安装板1-3用于安装电池按压组件5、封装组件4中的上封头组件以及气囊刺破组件6。电池夹具2和切刀组件3设置于底板1-1上。电池夹具2通过一滑座2a可移动地设置于底板1-1上，切刀组件3、电池按压组件5、封装组件4、气囊刺破组件6沿电池夹具2的移动方向依次设置。本实施例在底板1-1上设置了一对平行的导轨1-1a，滑座2a设置于导轨1-1a上并可沿导轨1-1a往复移动。在底板1-1上还设置有滑座驱动单元，本实施例的滑座驱动单元由伺服电机7和丝杆8组成，伺服电机7驱动丝杆8，丝杆8通过连接器(未图示)带动滑座2a沿导轨1-1a在切刀组件3、封装组件4、电池按压组件5及气囊刺破组件6所在位置间移动。

如图5所示，本实施例的电池夹具2包括固定板2-1、电池放置板2-2、电池挡板2-3、吸盘组件2-4和废液排出管2-5。固定板2-1与滑座2a相连，电池放置板2-2安装于固定板2-1上。电池放置板2-2上加工有用于容纳电池的电池放置槽2-2a，本实施例的电池放置槽2-2a为一侧敞开的凹槽，电池挡板2-3设置于电池放置槽2-2a不封闭的侧壁上，作为电池放置槽2-2a的一个可拆卸的侧壁，从而可以根据电池的尺寸灵活调整电池放置槽2-2a的大小，方便换型。吸盘组件2-4包括气囊支撑板2-4a和下吸盘2-4b，气囊支撑板2-4a安装于固定板2-1上，位于电池放置板2-2的一侧，本实施例气囊支撑板2-4a位于滑座前进方向的电池放置板2-2的前侧，即滑座2a从原始位置向切刀组件3移动时，气囊支撑板2-4a先经过切刀组件3，电池放置板2-2再经过切刀组件3。在气囊支撑板2-4a上加工有用于容纳下吸盘的吸盘安装槽(未标号)，下吸盘2-4b设置于吸盘安装槽内，下吸盘2-4b内设置有与废液排出管2-5连通的管道(未图示)，从而进入下吸盘2-4b内的废液可经废液排出管2-5向外排出。废液排出管2-5设置于固定板2-1的底面上。

参照图6和图7，本实施例的切刀组件3包括上切刀3-1和下切刀3-2。下切刀3-2通过下切刀滑架3-2a设置于下切刀固定架3-3上，本实施例在下切刀固定架3-3上设置有滑轨，下切刀滑架3-2a设置于滑轨上，并可沿竖直方向在下切刀固定架3-3上移动，下切刀固定架3-3设置于底板1-1上。下切刀气缸3-4与下切刀固定架3-3相固定，下切刀气缸3-4的活塞杆与下切刀滑架3-2a相连，在下切刀气缸3-4的驱动下，下切刀3-2随下切刀滑架3-2a在下切刀固定架3-3上上下移动。导轨1-1a位于下切刀3-2的两侧，下切刀3-2可向下移动至不阻碍滑座2a移动通过切刀组件3。

上切刀3-1通过上切刀滑架3-1a设置于上切刀固定架3-5上，在上切刀固定架3-5上同样设置有滑轨，上切刀滑架3-1a设置于滑轨上，并可沿竖直方向在上切刀固定架3-5上移动。上切刀固定架3-5设置于底板1-1上，本实施例的上切刀固定架3-5呈龙门型。上切刀气缸3-6与上切刀固定架3-5相固定，上切刀气缸3-6的活塞杆与上切刀滑架3-1a相连，在上切刀气缸3-6的驱动下，上切刀3-1随上切刀滑架3-1a在上切刀固定架3-5上上下移动。上切刀3-1位于下切刀3-2的上方，上、下切刀的相对运动可完成对电池气囊的裁切，防止气囊上的电解液污染电池或其他零部件。

参照图2，电池按压组件5包括电池压板5-1和压板驱动机构，本实施例的压板驱动机构采用伺服电机+丝杆的结构，其包括压板电机5-2和压板丝杆5-3，压板丝杆5-3通过连接器与压板5-1相连，压板电机5-2通过压板丝杆5-3带动电池压板5-1沿竖直方向上下移动。压板驱动机构通过一固定板5-7安装于安装板1-3上，电池压板5-1位于安装板1-3的下方，电池压板5-1采用绝缘材料制成，从而可以防止与电池接触时电池短路，而且电池压板5-1具有足够的平整度，与电池可以完全贴合，否则容易出现电池不良。为了保证电池压板上下移动的准确度，在安装板1-3上设置有压板导向轴5-4，压板导向轴5-4贯穿固定在安装板1-3上的压板导向轴承5-5、底部与连接板5-6相连，连接板5-6与电池压板5-1相连。优选设置四根导向轴，导向轴连接于方形连接板的四个角位置处。更进一步的，在连接板5-6(或压板)和压板丝杆5-3的连接器之间设置有压力传感器5-8，通过压力传感器5-8可以实时反馈压力给压板电机，保证电池压板5-1作用于电池上的压力在工艺范围内。

本实用新型的封装组件4包括上封头组件和下封头组件。如图8所示，上封头组件包括上封头气缸4-1、上封头导向轴4-2、上封头固定座4-3、上封头安装板4-4、上封头隔热板4-5、上封头加热座4-6和上封头4-7。在安装板1-3上安装有上封头导向轴承4-8(图1)，上封头导向轴4-2贯穿上封头导向轴承4-8、底部与上封头固定座4-3相连。上封头气缸4-1设置于安装板1-3上，上封头气缸4-1的活塞杆穿过安装板1-3与上封头固定座4-3相连，从而可以驱动上封头固定座4-3沿竖直方向上下移动。上封头安装板4-4通过一转轴4-9与上封头固定座4-3相连，上封头安装板4-4可绕转轴4-9摆动，从而可调节上封头安装板4-4的水平度。上封头安装板4-4、上封头隔热板4-5、上封头加热座4-6和上封头4-7依次通过螺钉固定在一起。更具体的，在上封头加热座4-6内中设置了加热管与感温线，用于控制上封头的温度。

如图9所示，下封头组件包括下封头气缸5-1、下封头导向轴5-2、下封头安装板5-3、下封头隔热板5-4、下封头加热座5-5、下封头5-6。本实施例在安装板1-3上设置有下封头气缸安装板5-7，下封头气缸5-1设置于下封头气缸安装板5-7上。下封头气缸安装板5-7上设置有下封头导向轴承5-8，下封头导向轴5-2贯穿下封头导向轴承5-8、顶部与下封头安装板5-3相连。下封头气缸5-1的活塞杆穿过下封头气缸安装板与下封头安装板5-3相连，从而驱动下封头安装板5-3沿竖直方向上下移动。下封头安装板5-3、下封头隔热板5-4、下封头加热座5-5和下封头5-6依次通过螺钉固定在一起。更具体的，在下封头加热座5-5内中设置了加热管与感温线，用于控制下封头的温度。上封头4-7位于下封头5-6的上方，上、下封头的相对运动可完成对电池的封边。

如图3所示，气囊刺破组件6包括刺针机构6-1、刺针安装板6-2、上吸盘6-3、刺针驱动机构。本实施例的刺针驱动机构同样采用伺服电机+丝杆的结构，其包括刺针驱动电机6-4和刺针丝杆6-5，刺针丝杆6-5通过连接器与刺针安装板6-2相连，刺针驱动电机6-4通过刺针丝杆6-5带动刺针安装板6-2沿竖直方向上下移动。刺针机构6-1安装于刺针安装板6-2上。结合图4所示，刺针机构6-1包括刺针伸缩气缸6-1a和刺针6-1b，刺针伸缩气缸6-1a设置于刺针安装板6-2上，刺针6-1b由刺针伸缩气缸6-1a控制可向下伸出或向上缩回。本实施例在刺针安装板6-2上加工有供刺针6-1b穿过的通孔，刺针6-1b可向下移动穿过刺针安装板6-2。上吸盘6-3设置于刺针安装板6-2的底面上，上吸盘6-3与刺针6-1a同轴，上吸盘6-3上设置有供刺针6-1a穿过的通孔(刺针能够在孔内自由运动)，刺针6-1b可经由该通孔穿出上吸盘6-3。电池夹具2移动到位时，下吸盘2-4b和上吸盘6-3同轴，从而保证气囊刺破过程中不会造成真空泄漏。为了保证刺针上下移动的准确度，在安装板1-3上设置刺针导向轴6-6，刺针导向轴6-6贯穿固定于安装板1-3上的刺针导向轴承6-7、底部与刺针安装板6-2相连。上吸盘6-3通过管道(未图示)与真空泵(未图示)相连。上吸盘6-3吸住电池气囊上侧的铝塑膜后，刺针6-1b可向下移动扎破气囊上下两侧的铝塑膜，然后第一、上吸盘对气囊进行抽真空，气囊内部形成负压，废气和废液通过下吸盘2-4b排出(图10)。

下面对本实用新型的工作过程作进一步的说明：

将电池放入电池夹具2中，电池夹具2随滑座2a在滑座驱动单元的控制下移动至封装区域(安装板下方)，电池压板5-1在压板驱动机构的控制下向下移动并压在电池上，慢慢向电池施加压力，将电池内的废气和废液挤入气囊中，防止回流，当电池压板施加的压力达到预定值后，停止下移；

气囊刺破组件6的刺针安装板6-2带着刺针机构6-1向下移动，当上吸盘6-3与气囊上侧的铝塑膜相接触后，真空泵启动，上吸盘6-3吸住气囊上侧的铝塑膜，此时电池夹具2上的下吸盘2-4b也吸着气囊下侧的铝塑膜，然后刺针伸缩气缸6-1a驱动刺针6-1b向下伸出，将气囊两侧的铝塑膜刺破后回位，气囊被刺破后，内部立即形成负压状态，残留的废气与电解液经上吸盘6-3立即被排到设备外部的废气收集盒(未图示)中；气囊被刺破后，刺针安装板6-2带动上吸盘6-3向上移动一个微小的距离，如2mm，以防止两侧铝塑膜粘贴在一起，影响抽真空；

真空稳定一段时间后，表明内部废气已经全部排出，此时上封头4-7和下封头5-6同时相向移动，分别与气囊上下表面接触，将电池与气囊交界处的两层铝塑膜热融在一起；

封装完毕后，滑座驱动单元带着滑座2a和电池夹具2移动到裁切位置，上切刀3-1和下切刀3-2相向移动，对气囊进行裁切；

裁切完成后，滑座2a回位，将电池夹具2中的电池取出后，换上另一电池，重复以上动作，进行下一循环。

为了防止残留的电解液腐蚀零部件，与电池接触的零部件表面可电镀耐腐蚀的疏水层。

当然，本实用新型的技术构思并不仅限于上述实施例，还可以依据本实用新型的构思得到许多不同的具体方案，例如，切刀、压板、气囊刺破组件的上下移动除了可采用气缸驱动外，也可采用电机驱动；滑座除了可采用电机+丝杆的组合实现移动外，也可采用电机+皮带/电机+链条，或采用气缸等常规的驱动结构驱动；诸如此等改变以及等效变换均应包含在本实用新型所述的范围之内。