CN102368566A - 一种电池卷芯半自动卷绕机及卷绕方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池卷芯半自动卷绕机及卷绕方法，该卷绕机包括机架组件、极片送料组件和卷针组件，所述极片送料组件包括两个分别用于放置正、负极片的导板，所述卷针组件包括卷针和卷针底座，在所述机架组件上设有将所述导板上的正、负极片自动输送至所述卷针处的同步输送装置。采用此技术方案，增设用于自动输送正、负极片的同步输送装置，卷绕机在工作中只需将需要卷绕的极片送入导板，通过驱动辊和导辊相互作用，将正、负极片自动同步输送至卷针处卷绕，确保正、负极片在输送过程中的同步性，还能有效预防操作者操作时所带来的正负极片的交叉感染，提高电池卷芯的质量，降低废品率，此外还能大大节省生产时间，也降低了操作者劳动强度。

Description

一种电池卷芯半自动卷绕机及卷绕方法

技术领域

本发明涉及制造二次电池的设备，具体地说，本发明涉及一种电池卷芯半自动卷绕机及卷绕方法。

背景技术

聚合物锂电池的卷芯质量对锂电池的安全性和使用寿命有着非常重要的影响，电池卷芯是通过电池卷芯卷绕机加工完成的。目前，电池卷芯卷绕机大体分为上料、卷绕、贴胶带、下料四个部分，根据卷绕机工作流程的自动化程度可以分为手动卷绕机、半自动卷绕机和全自动卷绕机。其中半自动卷绕机结合了手动卷绕机以及全自动卷绕机的优点，有着相对较低的投入成本和较高的生产效率。如专利号为ZL200710073568.6的专利公开了一种电池卷芯半自动卷绕机，公开的这种电池卷芯半自动卷绕机都由人工手动完成上极片、上隔膜工序，卷绕机在卷绕过程中分为预卷、一次卷绕、二次卷绕三部分，其中上极片工序发生在预卷后，一般由操作者手工完成，每生产一个产品都需要人工将极片送入卷绕部分，由于是操作者直接接触正负极片，容易造成正负极片的交叉感染，影响到电池卷芯的质量，而且操作者手工不能保证正负极片输送过程中的同步性，正负极片输送不同步会导致电芯卷绕不均匀，松紧不一致，同样也会影响到电池卷芯的质量，容易导致废品率提高，此外，操作者手工操作生产效率较低，还增加了操作者的劳动强度，甚至由于长时间的连续工作也会影响到电池卷芯的质量。专利号为ZL200710073392.4的专利公开了一种电池卷芯的卷绕方法，此种方法中极片的输送即是通过人工手动完成，不能保证正负极片输送至卷针处卷绕的同步性，会影响到电池卷芯的质量，容易导致废品率提高。

而且，现有技术的电池卷芯半自动卷绕机上的卷针定位是采用支座直线定位式，并用螺钉固定，此种定位方式为间隙配合，因此精度较差，同时较容易发生磨损，在卷针的定位部分出现一定的磨损后，会使卷绕出来的电池卷芯的质量下降，当卷针定位部分的磨损较大时，必须报废卷针。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电池卷芯半自动卷绕机及卷绕方法，达到能自动且同步输送正负极片以提高电池卷芯的质量的目的。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种电池卷芯半自动卷绕机，包括机架组件、下料压紧组件、极片送料组件、卷针组件和隔膜送料组件，所述极片送料组件包括两个分别用于放置正、负极片的导板，所述卷针组件包括卷针和卷针底座，所述隔膜送料组件包括两个将隔膜输送至卷针处的放卷机构，所述下料压紧组件包括上压块和下压块，在所述机架组件上设有将所述导板上的正、负极片自动输送至所述卷针处的同步输送装置。

所述同步输送装置包括一个驱动电机和两个分别设在所述两个导板上的驱动辊，驱动辊分别通过皮带传动，所述皮带的从动带轮与所述驱动辊同轴，所述皮带的主动带轮分别与一对相啮合且齿数相同的齿轮同轴，其中一个所述齿轮套接在所述驱动电机的输出轴上，在所述导板上还分别设有与所述驱动辊相配合的压辊，所述正、负极片从驱动辊和压辊之间穿过。

所述皮带为同步齿形带。

所述驱动电机位于所述两导板之间并固定在所述机架组件上，未套接驱动电机输出轴上的所述齿轮的齿轮轴和所述驱动辊的支撑轴均支撑在所述机架组件上。

所述卷针***所述卷针底座内的部位为锥形，在所述卷针底座内部设有与所述卷针***的部位相适配的内锥面，在所述卷针上还设有压紧所述卷针的压紧机构。

在所述卷针的锥形部位沿径向开有一个方形孔，所述压紧机构设在此方形孔内，所述压紧机构包括一个固定在所述卷针底座上的挡块、一个与所述方形孔内壁连接的压紧块和压紧弹簧，所述压紧弹簧一端抵在所述挡块上，另一端抵在所述压紧块上。

在所述压紧块上设有沿所述卷针长度方向的腰形导向孔，在所述卷针底座上设有与此腰形导向孔相适配的导柱。

所述腰形导向孔沿所述卷针的径向设有两个。

一种电池电池卷芯半自动卷绕机的卷绕方法，该方法包括如下步骤：

1)、将所述卷针的锥形部位***到所述卷针底座的内部锥形孔中，并通过压紧机构压紧，卷针与卷针底座之间形成无间隙配合的锥形定位；

2)、将第一条隔膜和第二条隔膜分别由各自的放卷机构同时放卷，使两条隔膜的源头粘接在一起送入卷绕机的上压块和下压块之间被夹紧；

3)、将所述正、负极片分别送入到所述导板上的压辊处，***检测到极片后压辊压紧，所述驱动电机旋转，带动两个所述驱动辊旋转，将极片完全送入压辊，等待送料要求信号；

4)、驱动上、下两卷针伸出将所述第一条隔膜夹紧，使下卷针穿在两条隔膜之间，而上卷针位于第一条隔膜的上面，再将所述上压块和下压块相对分离而松开所述两条隔膜粘接在一起的源头；

5)、待收到卷绕机发出的送料信号后，所述驱动电机开始工作，将正负极片同步送入卷绕头，将正极片***到所述下卷针的下表面与第二条隔膜之间，驱动上、下两卷针翻转，然后将负极片***到卷针与第一条隔膜之间；

6)、驱动上、下两卷针连续翻转而使两隔膜和两极片卷绕在两卷针上成为卷针雏形，再驱动上、下两卷针带动卷针雏形移至上压块和下压块的外侧；

7)、驱动所述上压块和下压块相对靠拢夹紧接下来的第一条隔膜和第二条隔膜，并使两隔膜在被夹部位粘接在一起，启动隔膜切刀将两隔膜切断，已卷好的卷芯雏形经压紧、包扎成电池卷芯，驱动上、下两卷针缩进而抽出至卷芯外，卷芯再被送入收料斗；

8)、步骤7)中被切断的两隔膜在切断处前端被粘接在一起，成为下一卷芯的卷绕源头，所述上、下两卷针再回移到初始位置并伸出将所述第一条隔膜夹紧，回到步骤3)，如此反复。

在步骤3)中，所述正、负极片在被送入压辊处之前均预先按要求切断成给定的长度。

本发明采用上述技术方案，增设用于自动输送正、负极片的同步输送装置，卷绕机在工作中只需将需要卷绕的极片送入导板，通过驱动辊和导辊相互作用，将正、负极片自动同步输送至卷针处卷绕，确保正、负极片在输送过程中的同步性，能使电芯卷绕均匀且松紧一致，还能有效预防操作者操作时所带来的正负极片的交叉感染，提高电池卷芯的质量，降低废品率，此外还能大大节省生产时间，也降低了操作者劳动强度；而且卷针与卷针底座之间采用锥面定位的方法，此方法较之传统的定位方法具有更高的精度，且加工也较容易实现和保证，此种卷针定位的方法为无间隙配合，卷针与卷针底座之间接触面积大，因此耐磨度较高，不易磨损，且微量磨损后可以沿锥度方向推紧，使定位保持精准，延长卷针的使用寿命，保证电池卷芯的质量，还能降低卷绕成本，而且卷针为压紧弹簧顶紧固定，此固定方法较之传统的固定方法更加稳定和受力均匀，并且能够补偿卷针定位部分的磨损，使卷针始终保持精确的定位，保证卷绕电池卷芯的质量和卷绕效率。

附图说明

图1为本发明电池卷芯半自动卷绕机的结构示意图；

图2为本发明电池卷芯半自动卷绕机的同步输送装置的结构示意图；

图3为本发明电池卷芯半自动卷绕机的卷针与卷针底座连接的结构示意图；

上述图中的标记均为：1、托架组件；2、极片送料组件；3、隔膜送料组件；4、机架组件；5、卷针组件；6、隔膜切割组件；7、下料压紧组件；8、上导板；9、下导板；10、上驱动辊；11、下驱动辊；12、主动齿轮；13、从动齿轮；14、上压辊；15、下压辊；16、皮带；17、卷针；18、卷针底座；19、方形孔；20、挡块；21、腰形导向孔；22、导柱；23、压紧弹簧；24、压紧块。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种电池卷芯半自动卷绕机，包括托架组件1、隔膜送料组件3、机架组件4、隔膜切割组件6、下料压紧组件7、极片送料组件2和卷针组件5。极片送料组件2包括两个分别用于放置正、负极片的导板，分别为上导板8和下导板9，在机架组件4上设有分别将两个导板上的正、负极片自动输送至卷针17处的同步输送装置。

如图2所示，作为本电池卷芯半自动卷绕机第一种改进的实施例，该同步输送装置包括一个驱动电机和两个分别设在两个导板上的驱动辊，设在上导板8上的为上驱动辊10，设在下导板9上的为下驱动辊11，上驱动辊10和下驱动辊11的支撑轴支撑在机架组件4上，驱动电机设在两导板8、9之间，并固定连接在机架组件4上。驱动辊10、11分别通过一条皮带16传动，皮带16的各个从动带轮分别与上驱动辊10和下驱动轴11同轴并同步转动，皮带16的各个主动带轮分别与一对相啮合且齿数相同的齿轮同轴并同步转动，为主动齿轮12和从动齿轮13，其中主动齿轮12套接在驱动电机的输出轴上，由驱动电机驱动，从动齿轮13的齿轮轴支撑在机架组件4上。如图2所示，主动齿轮12通过皮带16与上驱动辊10驱动连接，从动齿轮13通过皮带16与下驱动辊11驱动连接。在两导板上分别设有一个与驱动辊相配合的压辊，分别为上压辊14和下压辊15，正、负极片分别从驱动辊10、11和压辊14、15之间穿过，两压辊的作用在于保持极片的稳定和增加与两驱动辊之间的摩擦力，完成极片的预送。皮带16为同步齿形带，可防止皮带16在传动过程中打滑，确保机器工作的可靠性。

当卷绕机工作时，操作者将需要卷绕的正、负极片分别送入到导板8、9上的上压辊14和下压辊15处，卷绕机电控***检测到极片后上压辊14和下压辊15压紧极片，驱动电机开始旋转，动力经齿轮传动机构并分别经两皮带传动传递至上驱动辊10和下驱动辊11，从而带动上驱动辊10和下驱动辊11将极片完全送入压辊。正负极片预送入导板后等待送料要求信号，待收到卷绕机发出的送料信号后，两驱动辊又开始工作，将正负极片同步送入卷针17，卷针17开始卷绕等后续工序，如此循环。上述结构的特点在于送料驱动机构通过机械传动部件将正负极片同步送入卷针17，如果不能保证正负极片的同步性则会大大影响卷芯的质量，通过此同步输送装置可以较好的解决同步性问题。采用上述结构，本电池卷芯半自动卷绕机上增加正、负极片的同步输送装置，使电芯卷绕均匀且松紧一致，卷绕机在工作中只需将需要卷绕的极片送入轨道，即能完成其自动上极片，大大节省了生产时间，也降低了操作者劳动强度，提高了半自动卷绕机的自动化程度和安全性，解决了人工上极片而导致的产品质量和生产效率降低的问题，此外还能有效预防操作者操作时所带来的正负极片的交叉感染，也提高了电池卷芯的质量。

作为本电池卷芯半自动卷绕机另一种改进的实施例，如图3所示，卷针组件5包括卷针17和卷针底座18，卷针17***卷针底座18内的部位为锥形，在卷针底座18内部设有与卷针17***的部位相适配的内锥面，在卷针17上还设有压紧卷针17的压紧机构。在卷针17的锥形部位沿径向开有一个方形孔19，压紧机构设在此方形孔19内，压紧机构包括一个固定在卷针底座18上的挡块20、一个与方形孔内壁连接的压紧块24和压紧弹簧23，压紧弹簧23一端抵在挡块20上，另一端抵在压紧块24上，将卷针17与卷针底座18之间压紧，压紧块24与方形孔19的内壁相贴合，在压紧块24上设有沿卷针17长度方向的腰形导向孔21，在卷针底座18上设有与此腰形导向孔21相适配的导柱22，此腰形导向孔21沿卷针17的径向设有两个，相应导柱22也设有两个。传统的卷针17定位是采用支座直线定位方式，本发明提出用锥面定位的方法，此方法较之传统的定位方法具有更高的精度，且加工也较容易实现和保证。传统的定位方法是间隙配合，因此精度较差，同时较容易发生磨损，在卷针17的定位部分出现一定的磨损后，会使卷绕出来的电池卷芯的质量下降，当卷针17定位部分的磨损较大时，必须报废卷针17，而此种卷针17定位的方法，为无间隙配合，卷针17与卷针底座18之间接触面积大，因此耐磨度较高，不易磨损，且微量磨损后可以沿锥度方向推紧，使定位保持精准，延长卷针17的使用寿命，保证电池卷芯的质量，还能降低卷绕成本。

而且传统的卷针17固定是在用支座定位卷针17后，用螺钉固定，本发明的卷针17为压紧弹簧23顶紧固定，此固定方法较之传统的固定方法更加稳定和受力均匀，并且能够补偿卷针17定位部分的磨损，使卷针17始终保持精确的定位，保证卷绕电池卷芯的质量和卷绕效率。

为了在一台机器上适用多种规格的卷针17，以适用于不同宽度的电池卷芯的生产，按上述的卷针17结构设计，只要将卷针17的固定部分设计成相同的参数，需要在卷针17设计上和卷针17固定作设计一个相同的锥度，并且铣出一处方孔，存放推紧装置，就可以在一台设备上装配多规格卷针17，并且定位准确且更换方便。

一种电池电池卷芯半自动卷绕机的卷绕方法，该方法包括如下步骤：

1)、将所述卷针17的锥形部位***到所述卷针底座18的内部锥形孔中，并通过压紧机构压紧，卷针17与卷针底座18之间形成无间隙配合的锥形定位；

2)、将第一条隔膜和第二条隔膜分别由各自的放卷机构同时放卷，使两条隔膜的源头粘接在一起送入卷绕机的上压块和下压块之间被夹紧；

3)、将所述正、负极片分别送入到所述导板上的压辊处，***检测到极片后压辊压紧，所述驱动电机旋转，带动两个所述驱动辊10、11旋转，将极片完全送入压辊14、15，等待送料要求信号；

4)、驱动上、下两卷针伸出将所述第一条隔膜夹紧，使下卷针穿在两条隔膜之间，而上卷针位于第一条隔膜的上面，再将所述上压块和下压块相对分离而松开所述两条隔膜粘接在一起的源头；

5)、待收到卷绕机发出的送料信号后，所述驱动电机开始工作，将正负极片同步送入卷绕头，将正极片***到所述下卷针的下表面与第二条隔膜之间，驱动上、下两卷针翻转，然后将负极片***到卷针与第一条隔膜之间；

6)、驱动上、下两卷针连续翻转而使两隔膜和两极片卷绕在两卷针上成为卷针雏形，再驱动上、下两卷针带动卷针雏形移至上压块和下压块的外侧；

7)、驱动所述上压块和下压块相对靠拢夹紧接下来的第一条隔膜和第二条隔膜，并使两隔膜在被夹部位粘接在一起，启动隔膜切刀将两隔膜切断，已卷好的卷芯雏形经压紧、包扎成电池卷芯，驱动上、下两卷针缩进而抽出至卷芯外，卷芯再被送入收料斗；

8)、步骤7)中被切断的两隔膜在切断处前端被粘接在一起，成为下一卷芯的卷绕源头，所述上、下两卷针再回移到初始位置并伸出将所述第一条隔膜夹紧，回到步骤3)，如此反复。

在步骤3)中，所述正、负极片在被送入压辊处之前均预先按要求切断成给定的长度。

本电池卷芯半自动卷绕机其余未涉及到的部件均和现有技术中的电池卷芯半自动卷绕机中的相同。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池卷芯半自动卷绕机，包括机架组件、下料压紧组件、极片送料组件、卷针组件和隔膜送料组件，所述极片送料组件包括两个分别用于放置正、负极片的导板，所述卷针组件包括卷针和卷针底座，所述隔膜送料组件包括两个将隔膜输送至卷针处的放卷机构，所述下料压紧组件包括上压块和下压块，其特征在于：在所述机架组件上设有将所述导板上的正、负极片自动输送至所述卷针处的同步输送装置。

2.根据权利要求1所述的电池卷芯半自动卷绕机，其特征在于：所述同步输送装置包括一个驱动电机和两个分别设在所述两个导板上的驱动辊，驱动辊分别通过皮带传动，所述皮带的从动带轮与所述驱动辊同轴，所述皮带的主动带轮分别与一对相啮合且齿数相同的齿轮同轴，其中一个所述齿轮套接在所述驱动电机的输出轴上，在所述导板上还分别设有与所述驱动辊相配合的压辊，所述正、负极片从驱动辊和压辊之间穿过。

3.根据权利要求2所述的电池卷芯半自动卷绕机，其特征在于：所述皮带为同步齿形带。

4.根据权利要求3所述的电池卷芯半自动卷绕机，其特征在于：所述驱动电机位于所述两导板之间并固定在所述机架组件上，未套接驱动电机输出轴上的所述齿轮的齿轮轴和所述驱动辊的支撑轴均支撑在所述机架组件上。

5.根据权利要求1至4任一所述的电池卷芯半自动卷绕机，其特征在于：所述卷针***所述卷针底座内的部位为锥形，在所述卷针底座内部设有与所述卷针***的部位相适配的内锥面，在所述卷针上还设有压紧所述卷针的压紧机构。

6.根据权利要求5所述的电池卷芯半自动卷绕机，其特征在于：在所述卷针的锥形部位沿径向开有一个方形孔，所述压紧机构设在此方形孔内，所述压紧机构包括一个固定在所述卷针底座上的挡块、一个与所述方形孔内壁连接的压紧块和压紧弹簧，所述压紧弹簧一端抵在所述挡块上，另一端抵在所述压紧块上。

7.根据权利要求6所述的电池卷芯半自动卷绕机，其特征在于：在所述压紧块上设有沿所述卷针长度方向的腰形导向孔，在所述卷针底座上设有与此腰形导向孔相适配的导柱。

8.根据权利要求7所述的电池卷芯半自动卷绕机，其特征在于：所述腰形导向孔沿所述卷针的径向设有两个。

9.一种根据权利要求8所述的电池电池卷芯半自动卷绕机的卷绕方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)、将所述卷针的锥形部位***到所述卷针底座的内部锥形孔中，并通过压紧机构压紧，卷针与卷针底座之间形成无间隙配合的锥形定位；

2)、将第一条隔膜和第二条隔膜分别由各自的放卷机构同时放卷，使两条隔膜的源头粘接在一起送入卷绕机的上压块和下压块之间被夹紧；

3)、将所述正、负极片分别送入到所述导板上的压辊处，***检测到极片后压辊压紧，所述驱动电机旋转，带动两个所述驱动辊旋转，将极片完全送入压辊，等待送料要求信号；

4)、驱动上、下两卷针伸出将所述第一条隔膜夹紧，使下卷针穿在两条隔膜之间，而上卷针位于第一条隔膜的上面，再将所述上压块和下压块相对分离而松开所述两条隔膜粘接在一起的源头；

5)、待收到卷绕机发出的送料信号后，所述驱动电机开始工作，将正负极片同步送入卷绕头，将正极片***到所述下卷针的下表面与第二条隔膜之间，驱动上、下两卷针翻转，然后将负极片***到卷针与第一条隔膜之间；

6)、驱动上、下两卷针连续翻转而使两隔膜和两极片卷绕在两卷针上成为卷针雏形，再驱动上、下两卷针带动卷针雏形移至上压块和下压块的外侧；

7)、驱动所述上压块和下压块相对靠拢夹紧接下来的第一条隔膜和第二条隔膜，并使两隔膜在被夹部位粘接在一起，启动隔膜切刀将两隔膜切断，已卷好的卷芯雏形经压紧、包扎成电池卷芯，驱动上、下两卷针缩进而抽出至卷芯外，卷芯再被送入收料斗；

8)、步骤7)中被切断的两隔膜在切断处前端被粘接在一起，成为下一卷芯的卷绕源头，所述上、下两卷针再回移到初始位置并伸出将所述第一条隔膜夹紧，回到步骤3)，如此反复。

10.根据权利要求9所述的电池电池卷芯半自动卷绕机的卷绕方法，其特征在于：在步骤3)中，所述正、负极片在被送入压辊处之前均预先按要求切断成给定的长度。

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