本發(fā)明屬于電池生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種電極片多極耳高速成型機。
背景技術(shù):
近年來,鋰離子電池的應(yīng)用越來越廣泛,潛力巨大的市場需求量促進了鋰離子電池的發(fā)展。電池極耳在極片完成卷繞后需要對齊,以便后續(xù)將極耳焊接到一起,然而電池內(nèi)外層極片的長度不同,為滿足重合要求就需要極耳之間具有不同的間距,所以極耳的成型設(shè)備需要兼容變間距的極耳設(shè)計。
極耳的成型可通過焊接引出極耳或切割極片獲得,上述方式中焊接極耳容易導(dǎo)致虛焊,穩(wěn)定性和可靠性相對較低,而且不適用于具有大倍率放電需求的電池,比如電動汽車的動力電池。然而,通過切割電極片獲得多極耳成型過程中,因為鋁箔和銅箔極片是連續(xù)的薄片,快速高效實現(xiàn)變間距雙邊極耳成型是一個很棘手的問題,目前鋰電池廠常用的極耳成型方式是采用刀模在線模切成型和激光在線切割成型兩種。由于激光在線切割成型的能量密度極高,極容易損傷極片,因而目前鋰電池廠更多采用刀模在線模切成型的方式。
其中,刀模在線模切成型又分為飛切和靜切兩種方式。飛切即刀模跟隨電極片同步運動(刀模與極片相對靜止)進行模切成型;靜切指電極片在模切時間段是靜止不動,模切完成后,電極片加速運動。然而目前采用靜切方式的極耳模切機存在以下幾個明顯的缺陷:
第一、無法保持勻速收放卷。現(xiàn)有模切機在靜態(tài)模切的時候,收放卷也同時停止運行,使得模切效率降低,同時這樣極片張力波動較大,會出現(xiàn)“跳舞”現(xiàn)象,容易導(dǎo)致極片斷帶,模切長度、寬度超出規(guī)格。
第二、模切速度慢,成型效率低。雖然目前靜切極耳成型方式比較廣泛地應(yīng)用于電極片多極耳成型,但是目前的模切速度相對較慢,實際應(yīng)用于生產(chǎn)的速度<25m/min。這是因為靜切的方式下,極片走帶速度和靜態(tài)模切時間是一對矛盾。若要提高生產(chǎn)速度,則需要壓縮靜態(tài)模切時間;但是靜態(tài)模切時間縮短,會導(dǎo)致刀模發(fā)熱變大,磨損嚴重,影響刀模壽命。因此為了保證刀模的壽命,刀模的模切時間大都設(shè)置為>0.5s,而目前的相鄰兩極耳間距一般為270~360mm;假設(shè)25m/min的生產(chǎn)速度,那么要求進給270~360mm的時間約為0.14~0.36s,而這樣的進給加速度是現(xiàn)有電機根本無法實現(xiàn)的,因此目前的生產(chǎn)速度只能<25m/min。
第三、模切機沒有在線監(jiān)測品質(zhì)參數(shù)功能。極耳間距、模切寬度、臺階高度、極耳高度等參數(shù)會影響到卷繞后的極片錯位,甚至?xí)绊懙诫姵匕踩珕栴}。目前極耳成型在品質(zhì)上要求每片極片的長度偏差≤±3mm,臺階高度偏差≤0.5mm,極耳高度偏差≤±0.5mm,相鄰極耳間距偏差≤±0.5mm,也就是說,目前對極耳成型的品質(zhì)要求極為嚴格。然而,目前普遍應(yīng)用的模切機均無在線檢測系統(tǒng),模切后的品質(zhì)均是通過人工裁樣離線檢測,沒有在線實時監(jiān)控各個品質(zhì)參數(shù),從而影響電極片的品質(zhì)。
第四、無實時補償極耳變間距的裝置。現(xiàn)有模切機將待沖切的間距變化的極耳分成兩個部分進行沖切,其在沖切時,先沖切恒定長度,即定長切,然后再沖切一個變化的修正長度,即修正切。其雖然能夠?qū)崿F(xiàn)變間距的極耳成型,然而該沖切方法繁瑣復(fù)雜,沖切效率低,而且一個極耳間距進行多次沖切,會大大增加極耳間距誤差,無法滿足極耳成型的精度要求。
有鑒于此,確有必要對現(xiàn)有的極耳成型設(shè)備作進一步的改進,以克服上述缺陷,實現(xiàn)電極片多極耳的高效、快速成型,同時保證極耳成型的精確度。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于:針對現(xiàn)有電極片多極耳成型機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成型速度慢、效率低、成型精度低的不足,而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成型精度高,并能夠?qū)崿F(xiàn)高效、快速成型的電極片多極耳成型機。
為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種電極片多極耳高速成型機,包括依次設(shè)置的放卷機構(gòu)、第一儲料機構(gòu)、模切機構(gòu)、牽引機構(gòu)、視覺檢測機構(gòu)、第二儲料機構(gòu)和收卷機構(gòu),所述模切機構(gòu)包括第一模切刀組和第二模切刀組,所述第一模切刀組和所述第二模切刀組依次設(shè)置在電極片走帶方向上,所述模切機構(gòu)還包括用于補償極耳變間距的補償裝置。
為了便于說明,首先給出以下定義:如圖1所示,在電極片上每側(cè)所需成型的極耳個數(shù)為n;相鄰極耳之間的間距為d,d1指電極片的第一個極耳與第二個極耳的中心距,dn為電極片中第n個極耳與第n+1個極耳之間的中心距,即極耳之間的間距依次為d1、d2、d3......dn(n≥2),且相鄰間距之間的差值均為g,即d2-d1=g、d3-d2=g、d4-d3=g、……dn-d(n-1)=g;使用上述多極耳成型機成型極耳時,電極片的走帶速度設(shè)定為v,第一模切刀組和第二模切刀組的模切動作時間為t1,進給走帶時間為t2。其中,常見的極耳間距范圍d1~dn為270mm~360mm,g一般為1~2mm。
現(xiàn)有極耳模切設(shè)備一般只設(shè)有一組刀模,并且需要在電極片靜止的時候才能進行極耳的模切,因此目前模切設(shè)備都是模切一次成型一組極耳,進給距離是一個極耳間距,假設(shè)極耳間距d=270mm,t1=0.5s的情況下,那么v=30m/min的生產(chǎn)速度則要求進給時間t2=0.04s,而v=20m/min的生產(chǎn)速度則要求進給時間t2<0.3s;而這樣的進給加速度是現(xiàn)有電機根本無法實現(xiàn)的,因此目前采用靜切方式的極耳模切機的生產(chǎn)速度最快只能達到20~25m/min,生產(chǎn)效率相對較低。
而本發(fā)明配置了兩組刀模,因此模切一次成型兩組極耳,而進給距離是相鄰兩個極耳間距之和,即相當(dāng)于現(xiàn)有模切設(shè)備進給距離的兩倍;目前常設(shè)的極耳間距d=270mm~360mm,那么本發(fā)明進給距離為540~720mm。假設(shè)進給距離以600mm計算,模切時間t1=0.5s,在v=45m/min速度下,那么進給時間t2=0.3s。因此,在刀模結(jié)構(gòu)不變,模切時間為0.5s的情況下,能夠達到40m/min以上的生產(chǎn)速度;因而大大提升了模切速度和模切效率。
本發(fā)明的具體工作過程為,待成型的電極片通過放卷機構(gòu)進行勻速放卷,在進行模切前,第一儲料機構(gòu)使電極片上升,第二儲料機構(gòu)使電極片下降,并通過補償裝置對極耳變間距進行實時補償,然后第一模切刀組和第二模切刀組對靜止的電極片進行模切,模切動作完成后,電極片進行進給加速,第一儲料機構(gòu)使電極片下降,第二儲料機構(gòu)使電極片上升,成型后的電極片通過視覺檢測機構(gòu)進行品質(zhì)監(jiān)控,并通過收卷機構(gòu)進行勻速收卷。其中,進給加速的距離等于收放卷勻速運動的長度。
作為本發(fā)明電極片多極耳高速成型機的一種改進,所述補償裝置包括兩個定位輥、以及活動設(shè)置于兩個所述定位輥之間的補償輥,且所述補償裝置設(shè)置在所述第一模切刀組和所述第二模切刀組之間。本方法通過補償輥實時地補償兩組刀模之間的極耳間距變化,其中,補償輥在直線電機等帶動下,可沿縱向上下移動。例如,假設(shè)第一模切刀組與第二模切刀組之間的距離為270mm,那么在第一模切刀組進行模切時,補償輥會下降0.5mm進行補償,實際補償1mm。
作為本發(fā)明電極片多極耳高速成型機的一種改進,所述補償裝置包括直線電機和定位輥,所述定位輥設(shè)置在所述第一模切刀組和所述第二模切刀組之間,所述直線電機電連接于所述第二模切刀組,以驅(qū)動所述第二模切刀組沿電極片走帶方向上前后移動。本方法通過直線電機驅(qū)動第二模切刀組實時地補償兩組刀模之間的極耳間距變化。例如,假設(shè)第一模切刀組與第二模切刀組之間的距離為270mm,那么在第一模切刀組進行模切時,直線電機會驅(qū)動第二模切刀組向右移動1mm進行補償。
作為本發(fā)明電極片多極耳高速成型機的一種改進,所述補償裝置還包括用于提高補償精度的絕對式光柵尺,優(yōu)選的,其分辨率為10μm。采用絕對式光柵尺使直線電機移動位置值實現(xiàn)了高效、可靠和具有診斷功能的傳輸;而且在開機時或者斷電重啟后,無需執(zhí)行參考點回零操作,就立刻重新獲得各個軸的當(dāng)前絕對位置值。
作為本發(fā)明電極片多極耳高速成型機的一種改進,所述放卷機構(gòu)包括放卷輥、至少兩個放卷導(dǎo)向輥和活動設(shè)置于放卷導(dǎo)向輥之間的放卷浮動輥;所述收卷機構(gòu)包括收卷輥、至少兩個收卷導(dǎo)向輥和活動設(shè)置于收卷導(dǎo)向輥之間的收卷浮動輥。放卷浮動輥用于提供放卷的張力控制,收卷浮動輥用于提供收卷的張力控制,以保證放卷、模切和收卷同時連續(xù)動作,提高了模切效率;同時保證了電極片在放卷、模切和收卷過程中的張力恒定,避免因發(fā)生張力波動而出現(xiàn)模切誤差。
作為本發(fā)明電極片多極耳高速成型機的一種改進,所述第一儲料機構(gòu)包括兩個第一固定輥、設(shè)置在兩個所述第一固定輥之間的第一儲料輥、以及驅(qū)動所述第一儲料輥上升或下降的第一升降機構(gòu);所述第二儲料機構(gòu)包括兩個第二固定輥、設(shè)置在兩個所述第二固定輥之間的第二儲料輥、以及驅(qū)動所述第二儲料輥上升或下降的第二升降機構(gòu)。第一儲料輥和第二儲料輥分別用于儲料電極片,同時保證了模切瞬間電極片保持靜止。
作為本發(fā)明電極片多極耳高速成型機的一種改進,所述牽引機構(gòu)至少包括兩個平行且相對設(shè)置的主動牽引輥。主動牽引輥用于提供牽引動力,同時可降低進給加速時所需克服的輥筒轉(zhuǎn)動慣量,防止電極片打滑導(dǎo)致模切誤差大。
作為本發(fā)明電極片多極耳高速成型機的一種改進,所述視覺檢測機構(gòu)至少包括視覺檢測器,所述視覺檢測器的數(shù)量設(shè)置為至少兩個,其分別設(shè)置在所述電極片的兩側(cè)。視覺檢測器用于實時檢測極耳間距、臺階高度、模切寬度、極耳高度等品質(zhì)參數(shù);如果生產(chǎn)過程中某一品質(zhì)參數(shù)超出規(guī)格,成型機則會報警或停機,提醒操作員工和質(zhì)檢人員。
作為本發(fā)明電極片多極耳高速成型機的一種改進,所述電極片的走帶速度v滿足v≥d1/(t1+t2),其中,d1為相鄰極耳之間間距的最小值,t1為第一模切刀組和第二模切刀組的模切動作時間,t2為進給走帶時間。
作為本發(fā)明電極片多極耳高速成型機的一種改進,所述t1≥0.5s,所述d1≥270mm,優(yōu)選為300~380mm。當(dāng)t1≥0.5s時,可保證模切刀壽命。
作為本發(fā)明電極片多極耳高速成型機的一種改進,所述第一儲料輥和所述第二儲料輥上升或下降的高度h滿足h=1/2v*t1。
作為本發(fā)明電極片多極耳高速成型機的一種改進,在所述第一模切刀組和所述第二模切刀組進行模切時,所述放卷機構(gòu)保持勻速放卷,所述收卷機構(gòu)保持勻速收卷。
作為本發(fā)明電極片多極耳高速成型機的一種改進,在所述第一模切刀組和所述第二模切刀組進行模切前,所述第一儲料輥使所述電極片上升,所述第二儲料輥使所述電極片下降,且所述第一儲料輥上升的高度和所述第二儲料輥下降的高度相同。
作為本發(fā)明電極片多極耳高速成型機的一種改進,在所述第一模切刀組和所述第二模切刀組模切完成后,所述第一儲料輥使所述電極片下降,所述第二儲料輥使所述電極片上升,且所述第一儲料輥下降的高度和所述第二儲料輥上升的高度相同。
相比于現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明至少具有以下有益效果:
1)、本發(fā)明通過對模切刀組、模切控制方法的改進,實現(xiàn)了一次成型兩組極耳,有效提高了模切效率,可以實現(xiàn)高達40~50m/min的生產(chǎn)速度;同時還可以保證模切刀組每次模切時間t1≥0.5s,這樣既保證了模切刀的壽命,也沒有提高對模切刀的要求。
2)、本發(fā)明通過設(shè)置視覺檢測機構(gòu),使得極耳間距、模切寬度、臺階高度、極耳高度等品質(zhì)參數(shù)可以實時地監(jiān)控和顯示,用于指導(dǎo)生產(chǎn)和調(diào)機,提高極耳成型的品質(zhì)。
3)、本發(fā)明通過補償裝置,實現(xiàn)了對極耳間距進行實時地補償,滿足了極耳變間距的要求,減少了極耳成型誤差,提高了產(chǎn)品的合格率。
4)、本發(fā)明通過第一儲料機構(gòu)和第二儲料機構(gòu)儲料電極片,并通過放卷浮動輥和收卷浮動輥提供張力控制,保證了放卷、模切和收卷同時連續(xù)動作,提高了模切效率;同時保證了電極片在放卷、模切和收卷過程中的張力恒定,避免因發(fā)生張力波動而出現(xiàn)模切誤差。
附圖說明
圖1為使用本發(fā)明進行極耳成型后的電極片的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明實施例一中的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明實施例二中的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中:1-放卷機構(gòu);11-放卷輥;12-放卷浮動輥;13-放卷導(dǎo)向輥;2-第一儲料機構(gòu);21-第一儲料輥;22-第一固定輥;3-模切機構(gòu);31-第一模切刀組;32-第二模切刀組;33-補償裝置;331-補償輥;332-定位輥;333-直線電機;4-牽引機構(gòu);41-主動牽引輥;5-視覺檢測機構(gòu);51-視覺檢測器;6-第二儲料機構(gòu);61-第二儲料輥;62-第二固定輥;7-收卷機構(gòu);71-收卷輥;72-收卷浮動輥;73-收卷導(dǎo)向輥;8-電極片;81-極耳。
具體實施方式
下面將結(jié)合具體實施例和說明書附圖對本發(fā)明及其有益效果作進一步詳細說明,但本發(fā)明的具體實施方式不限于此。
實施例一
如圖1~2所示,一種電極片多極耳高速成型機,包括依次設(shè)置的放卷機構(gòu)1、第一儲料機構(gòu)2、模切機構(gòu)3、牽引機構(gòu)4、視覺檢測機構(gòu)5、第二儲料機構(gòu)6和收卷機構(gòu)7,模切機構(gòu)3包括第一模切刀組31和第二模切刀組32,第一模切刀組31和第二模切刀組32依次設(shè)置在電極片8走帶方向上,模切機構(gòu)3還包括用于補償極耳81變間距的補償裝置33。
補償裝置33包括兩個定位輥332、以及活動設(shè)置于兩個定位輥332之間的補償輥331,且補償裝置33設(shè)置在第一模切刀組31和第二模切刀組32之間。本方法通過補償輥331實時地補償兩組刀模之間的極耳81間距變化,其中,補償輥331在直線電機333等帶動下,可沿縱向上下移動。例如,假設(shè)第一模切刀組31與第二模切刀組32之間的距離為270mm,那么在第一模切刀組31進行模切時,補償輥331會下降0.5mm進行補償,實際補償1mm。
本實施例中,補償裝置33還包括用于提高補償精度的絕對式光柵尺,優(yōu)選的,其分辨率為10μm。采用絕對式光柵尺使直線電機333移動位置值實現(xiàn)了高效、可靠和具有診斷功能的傳輸;而且在開機時或者斷電重啟后,無需執(zhí)行參考點回零操作,就立刻重新獲得各個軸的當(dāng)前絕對位置值。
本實施例中,放卷機構(gòu)1包括放卷輥11、兩個放卷導(dǎo)向輥13和活動設(shè)置于兩個放卷導(dǎo)向輥13之間的放卷浮動輥12;收卷機構(gòu)7包括收卷輥71、兩個收卷導(dǎo)向輥73和活動設(shè)置于兩個收卷導(dǎo)向輥73之間的收卷浮動輥72。放卷浮動輥12用于提供放卷的張力控制,收卷浮動輥72用于提供收卷的張力控制,以保證放卷、模切和收卷同時連續(xù)動作,提高了模切效率;同時保證了電極片8在放卷、模切和收卷過程中的張力恒定,避免因發(fā)生張力波動而出現(xiàn)模切誤差。
本實施例中,第一儲料機構(gòu)2包括兩個第一固定輥22、設(shè)置在兩個第一固定輥22之間的第一儲料輥21、以及驅(qū)動第一儲料輥21上升或下降的第一升降機構(gòu);第二儲料機構(gòu)6包括兩個第二固定輥62、設(shè)置在兩個第二固定輥62之間的第二儲料輥61、以及驅(qū)動第二儲料輥61上升或下降的第二升降機構(gòu)。第一儲料輥21和第二儲料輥61分別用于儲料電極片8,同時保證了模切瞬間電極片8保持靜止。
本實施例中,牽引機構(gòu)4至少包括兩個平行且相對設(shè)置的主動牽引輥41。主動牽引輥41用于提供牽引動力,同時可降低進給加速時所需克服的輥筒轉(zhuǎn)動慣量,防止電極片8打滑導(dǎo)致模切誤差大。
本實施例中,視覺檢測機構(gòu)5至少包括視覺檢測器51,視覺檢測器51的數(shù)量設(shè)置為至少兩個,其分別設(shè)置在電極片8的兩側(cè)。視覺檢測器51用于實時檢測極耳81間距、臺階高度、模切寬度、極耳81高度等品質(zhì)參數(shù);如果生產(chǎn)過程中某一品質(zhì)參數(shù)超出規(guī)格,成型機則會報警或停機,提醒操作員工和質(zhì)檢人員。
本實施例中,第一儲料輥21和第二儲料輥61上升或下降的高度h滿足h=1/2v*t1;而電極片8的走帶速度v滿足v≥d1/(t1+t2),其中,d1為相鄰極耳81之間間距的最小值,t1為第一模切刀組31和第二模切刀組32的模切動作時間,t2為進給走帶時間。其中,為了保證模切刀壽命,本實施例中t1≥0.5s,d1≥270mm,d1優(yōu)選為300~380mm。
本實施例中,在第一模切刀組31和第二模切刀組32進行模切時,放卷機構(gòu)1保持勻速放卷,收卷機構(gòu)7保持勻速收卷。
本實施例中,在第一模切刀組31和第二模切刀組32進行模切前,第一儲料輥21使電極片8上升,第二儲料輥61使電極片8下降,且第一儲料輥21上升的高度和第二儲料輥61下降的高度相同;在第一模切刀組31和第二模切刀組32模切完成后,第一儲料輥21使電極片8下降,第二儲料輥61使電極片8上升,且第一儲料輥21下降的高度和第二儲料輥61上升的高度相同。
為了便于說明,首先給出以下定義:如圖1所示,在電極片8上每側(cè)所需成型的極耳81個數(shù)為n;相鄰極耳81之間的間距為d,d1指電極片8的第一個極耳81與第二個極耳81的中心距,dn為電極片8中第n個極耳81與第n+1個極耳81之間的中心距,即極耳81之間的間距依次為d1、d2、d3......dn(n≥2),且相鄰間距之間的差值均為g,即d2-d1=g、d3-d2=g、d4-d3=g、……dn-d(n-1)=g;其中,常見的極耳81間距范圍d1~dn為270mm~360mm,g一般為1~2mm。
現(xiàn)有極耳81模切設(shè)備一般只設(shè)有一組刀模,并且需要在電極片8靜止的時候才能進行極耳81的模切,因此目前模切設(shè)備都是模切一次成型一組極耳81,進給距離是一個極耳81間距,假設(shè)極耳81間距d=270mm,t1=0.5s的情況下,那么v=30m/min的生產(chǎn)速度則要求進給時間t2=0.04s,而v=20m/min的生產(chǎn)速度則要求進給時間t2<0.3s;而這樣的進給加速度是現(xiàn)有電機根本無法實現(xiàn)的,因此目前采用靜切方式的極耳81模切機的生產(chǎn)速度最快只能達到20~25m/min,生產(chǎn)效率相對較低。
而本發(fā)明配置了兩組刀模,因此模切一次成型兩組極耳81,而進給距離是相鄰兩個極耳81間距之和,即相當(dāng)于現(xiàn)有模切設(shè)備進給距離的兩倍;目前常設(shè)的極耳81間距d=270mm~360mm,那么本發(fā)明進給距離為540~720mm。假設(shè)進給距離以600mm計算,模切時間t1=0.5s,在v=45m/min速度下,那么進給時間t2=0.3s。因此,在刀模結(jié)構(gòu)不變,模切時間為0.5s的情況下,能夠達到40m/min以上的生產(chǎn)速度;因而大大提升了模切速度和模切效率。
本發(fā)明的具體工作過程為,待成型的電極片8通過放卷機構(gòu)1進行勻速放卷,在進行模切前,第一儲料機構(gòu)2使電極片8上升,第二儲料機構(gòu)6使電極片8下降,并通過補償裝置33對極耳81變間距進行實時補償,然后第一模切刀組31和第二模切刀組32對靜止的電極片8進行模切,模切動作完成后,電極片8進行進給加速,第一儲料機構(gòu)2使電極片8下降,第二儲料機構(gòu)6使電極片8上升,成型后的電極片8通過視覺檢測機構(gòu)5進行品質(zhì)監(jiān)控,并通過收卷機構(gòu)7進行勻速收卷。其中,進給加速的距離等于收放卷勻速運動的長度。
實施例二
如圖3所示,與實施例一結(jié)構(gòu)不同的是,本實施例中補償裝置33包括直線電機333和定位輥332,定位輥332設(shè)置在第一模切刀組31和第二模切刀組32之間,直線電機333電連接于第二模切刀組32,以驅(qū)動第二模切刀組32沿電極片8走帶方向上前后移動。本方法通過直線電機333驅(qū)動第二模切刀組32實時地補償兩組刀模之間的極耳81間距變化。例如,假設(shè)第一模切刀組31與第二模切刀組32之間的距離為270mm,那么在第一模切刀組31進行模切時,直線電機333會驅(qū)動第二模切刀組32向右移動1mm進行補償。
其它結(jié)構(gòu)同實施例一,這里不再贅述。
根據(jù)上述說明書的揭示和教導(dǎo),本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還能夠?qū)ι鲜鰧嵤┓绞竭M行變更和修改。因此,本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式,凡是本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的基礎(chǔ)上所作出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。此外,盡管本說明書中使用了一些特定的術(shù)語,但這些術(shù)語只是為了方便說明,并不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。