專利名稱：一種鋰電池極片的極耳成型機和極耳成型方法
技術領域：
本申請涉及電池領域，尤其涉及一種鋰電池極片的極耳成型機和極耳成型方法。
背景技術：
鋰離子電池(尤其是大容量鋰離子電池)的電芯制造過程中，通常具有兩種極片制片方式一種方式是在電芯卷繞之前，通過極耳焊接機采用超聲波焊接工藝將獨立的鎳帶極耳焊接在極片上，這種方式由于極耳與極片之間通過焊點連接，一方面焊接處電阻較大，影響蓄電池充放電質量，另一方面如果超聲波焊接工藝質量不穩定或極片來料和鎳帶來料速度不均衡，容易造成極耳焊接不牢、制片速度慢、合格率低等問題。第二種方式是在Z型疊片制作電芯之前，利用刀模沖切、五金模沖切的方式在極片上切割形成極耳，這種方式避免了極耳與極片的連接處電阻大的問題，然而，刀模切割容易造成毛刺大、易掉粉等質量問題，導致合格率低，同時這種方式還存在制片速度慢、刀模壽命短等問題。可見，現有的極片制片方式和設備亟待改善。
發明內容
本申請提供另一種鋰電池極片的極耳成型機和極耳成型方法，能夠改善鋰離子電池極片的制片工藝、提高制片效率。根據本發明的第一方面，本發明提供一種鋰電池極片的極耳成型機，包括放卷組件、切割墊板、激光切割頭、收卷組件和控制系統，所述切割墊板放置在所述放卷組件與所述收卷組件之間的極片運動路徑上，所述激光切割頭安裝在所述切割墊板正上方，所述控制系統與所述放卷組件、激光切割頭、收卷組件信號連接。進一步地，還包括送定長組件，所述送定長組件設置在所述切割墊板與所述收卷組件之間的極片運動路徑上。進一步地，所述切割墊板側部還設置廢料輸出組件，所述廢料輸出組件包括毛刷和與所述毛刷驅動連接的驅動器。進一步地，所述放卷組件與所述切割墊板之間的極片運動路徑上、和/或所述切割墊板與所述收卷組件之間的極片運動路徑上還設置至少一個刷粉吸塵組件。進一步地，所述放卷組件與所述切割墊板之間的極片運動路徑上、和所述切割墊板與所述收卷組件之間的極片運動路徑上都設置張力控制機構。進一步地，所述切割墊板上具有與所述激光切割頭相對的切割區域，所述切割區域采用氮氣保護。進一步地，所述切割墊板上下兩側分別設置風力吸塵組件。進一步地，所述放卷組件與所述切割墊板之間的極片運動路徑上、和所述切割墊板與所述收卷組件之間的極片運動路徑上都設置糾偏感應器，所述糾偏感應器也與所述控制系統信號連接。進一步地，還包括機架，所述放卷組件、切割墊板、激光切割頭、收卷組件和控制系統都安裝在所述機架上。根據本發明的另一方面，本發明提供一種鋰電池極片的極耳成型方法，包括以下步驟步驟A:將來自放卷組件的極片輸送至切割墊板上；步驟B:利用激光切割頭，按照預設的切割圖形或切割參數對切割墊板上的極片進行切割形成極耳；步驟C:將切割后的極片輸送至收卷組件。本申請的有益效果是本發明采用激光切割的方式直接在鋰離子電池極片尤其是鋰離子動力電池極片上連續自動切割形成極耳，與現有技術中刀模切割形成極耳的方式相t匕，能夠充分利用激光本身單色性好、發散角小、容易聚焦的優異性能改善制片工藝質量，例如減少了切割毛刺、掉粉少、容易實現圓角過渡、切割圖形設置靈活、切割效率高等，實現了高精度和高光潔度的切割，從而保障了電芯的一致性，減小了廢品率。而且本發明對卷料進行連續切割后又形成卷料，進一步提聞了制片效率，還對制片工序的后續工序提供方便。
圖I為本發明一種實施例的鋰電池極片的極耳成型機軸測圖；圖2為本發明一種實施例的鋰電池極片的極耳成型機結構簡圖；圖3為本發明一種實施例的鋰電池極片的激光成型機的控制原理圖；圖4為本發明一種實施例的鋰電池極片的激耳成型機得到的極片示意圖；圖5為本發明一種實施例的鋰電池極片的激耳成型機的工藝流程圖。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
結合附圖對本發明作進一步詳細說明。在本申請實施例中，鋰電池極片的激耳成型機采用激光對鋰離子電池極片進行切割形成極耳，具體地，首先利用放卷組件將卷料極片輸送至切割墊板上，激光頭組件在控制系統的控制下，利用激光頭、按照預設的切割圖形或切割參數對切割墊板上的極片進行連續切割形成極耳，最后將切割后的極片輸送至收卷組件形成卷料。請參考圖I和圖2，本實施方式鋰電池極片的激耳成型機主要包括機架22，以及安裝在機架22上的放卷組件2、兩個張力控制機構、三個刷粉吸塵組件、切割墊板20、激光切割頭9、送定長組件14、廢料輸出組件16、兩個吸塵組件、收卷組件I和控制系統。具體地，機架22用于對其他各組件進行固定和定位。放卷組件2具有用于放置極片卷料I的氣脹軸，在伺服電機的驅動下，氣脹軸能夠帶動卷料I旋轉而實現自動送料。對應地，收卷組件18也具有用于放置極片卷料19的氣脹軸，在伺服電機的驅動下，氣脹軸能夠帶動卷料I旋轉而實現自動收料。從放卷組件2 —端輸送至收卷組件18 —端的極片具有一定的極片運動路徑，切割墊板20放置在該極片運動路徑上，與激光控制器相連的激光切割頭9安裝在切割墊板20的正上方，切割墊板20上具有與激光切割頭9相對的切割區域，激光切割頭9可采用振鏡和場鏡像結合的方式，通過專用控制程序對極片上與切割區域對應的位置進行自動切割。切割之前，激光控制器中預設切割圖檔或切割尺寸即其他相關參數，切割過程中，還可在極片高速前進過程中根據極片前進速度進行自動補償，在極片的運動方向和寬度方向進行快速切割形成極耳，同時保證切割出的圖形形狀和精度與設定值相一致。切割區域還可采用氮氣保護，起到助燃、加快散熱、及時去除熔潰的作用，還能有效防止熔潰向上反彈而進入激光切割頭9的噴嘴，從而保護鏡片。本實施方式的激光切割頭9具有調焦機構，可采用手動或者自動調焦的方式調整聚焦鏡的聚焦效果，使激光光束在切割區域上的聚焦點具有最小的直徑和最大的激光功率密度，從而提高切割精度。極片運動路徑的具體形狀和長度由切割墊板20的位置以及放卷組件2和收卷組件18之間設置的多個導輥和其他組件決定。本實施方式中，張力控制機構4，刷粉吸塵組件5、7依次設置在放卷組件2與切割墊板20之間，張力控制機構4包括氣動調節閥和與氣動調節閥相連的氣缸，氣動調節閥為一電磁閥，能夠精確控制氣缸內壓力并利用該壓力來控制極片張力的大小，使極片的張力保持恒定；刷粉吸塵組件5、7分別用于對極片的正反兩面進行刷粉和吸塵，使輸送至切割墊板20上的極片表面干凈無塵。刷粉吸塵組件13、送定長組件14和張力控制機構17依次在切割墊板20與收卷組件18之間的極片運動路徑上，刷粉吸塵組件13用于對極片的雙面同時進行二次刷粉和吸塵，使切割后的極片表面干凈無塵；送定長組件14用于在伺服電機的驅動下將具有一定長度的極片從放卷組件2—端向收卷組件18 —端牽引至切割墊板20上，具體地，其通過設置在刷粉吸塵組件7與切割墊板 20之間的極片運動路徑上的編碼器8檢測極片的運動長度，并利用檢測到的長度控制伺服電機按照一定長度連續的輸送極片；張力控制機構17與張力控制機構4的用途類似。極片切割過程中，通常會產生切割廢料，激光切割由于速度快、功率密度高，還會產生一定粉塵和煙霧。本實施方式的切割墊板20的側部設置廢料輸出組件16，該廢料輸出組件16，包括毛刷和與毛刷驅動連接的驅動器，驅動器可為直流電機，用于帶動毛刷刷下被切除的廢料，廢料輸出組件16可設置在切割墊板20輸出極片的一側且位置略低于切割墊板20，方便廢料在重力作用下自動掉出。切割墊板20的上下兩側分別設置風力吸塵組件11和21，分別用于在風機的作用下吸除激光切割所產生的粉塵和煙霧，能夠減少極片上的粉塵，同時減小污染。本實施方式在傳輸級片的過程中，為了提高切割精度，還分別在放卷組件2和收卷組件18極片一端對極片進行糾偏，避免其在寬度方向的位置發生偏移。具體地，本實施方式在放卷組件2與張力控制機構4之間的極片運動路徑上設置對射式糾偏傳感器3，糾偏傳感器3與控制系統信號連接，當糾偏傳感器3檢測到極片的邊緣偏移預定的位置時，向控制系統發送信號，控制系統即可控制放卷組件2糾正極片的位置，確保送料方向，以便提高切割精度。本實施方式在張力控制機構17與收卷組件18之間的極片運動路徑上設置也對射式糾偏傳感器15，其作用與糾偏傳感器3類似，用于檢測極片的位置并在極片發生偏移時向控制系統發送信號，使控制系統控制收卷組件18糾正極片的位置，確保收料方向，以便形成整齊的料卷，為后續工藝提供方便。根據具體需要，對射式糾偏傳感器3還可替換為反射使糾偏傳感器。結合圖3所示，本實施方式的控制系統中安裝控制軟件，用于對極耳成型機的整個工作過程進行控制。控制系統與放卷組件2、收卷組件18、編碼器8、送定長組件14、糾偏傳感器等信號連接，并通過激光控制器與激光切割頭9信號連接，用于對這些組件進行控制。控制系統還與觸摸屏、PLC控制器、工控機6等器件相連，以便操作人員啟動和停止激光切割以及輸入圖形文件或控制參數，還可根據操作人員的具體需求對圖形文件和控制參數進行靈活修改。結合圖4和圖5，本實施方式的控制過程如下放卷組件2在伺服電機的作用下主動從卷料I輸送極片100，極片100通過導輥進行輸送的過程中還利用張力控制機構4穩定極片張力，接著糾偏感應器3檢測極片邊緣，在檢測到極片100偏移方向時通過放卷組件2進行糾偏，刷粉吸塵組件5、7分別對極片的兩面進行刷粉吸塵處理；極片100到達切割墊片20時，送定長組件14結合編碼器8對極片100進行定長輸送，激光切割頭9根據預設的切割圖形對切割墊片20上的極片100進行切割形成極耳200，切割過程中，切割墊片20上下兩側的吸塵組件11、21分別利用風機吸取切割過程中產生的粉塵和延誤，同時廢料輸出組件16清理切割過程中產生的廢料；接著刷粉吸塵組件13對極片100的兩面進行二次刷粉吸塵處理后，利用導輥向收卷部件18輸送切割后的極片100，輸送過程中還利用張力控制機構17穩定極片張力，糾偏感應器15檢測極片邊緣，在檢測到極片100偏移方向時通過收卷組件18進行糾偏，最后得到整齊度較高的卷料19。 本實施方式鋰電池極片的極耳成型機和極耳成型方法用于正負極極片的制片工藝，其通過控制系統和激光切割頭在極片上直接切割形成極耳，不僅速度快、精度高、為后續工藝提供了很大的便利，而且控制過程非常靈活方便，適用范圍也十分廣泛，例如可靈活繪制切割圖形或設置切割參數以設計需要切割的極耳的具體尺寸，可對切割圖形或切割參數進行保存和修改，可靈活設置各極耳之間的間距，可設置激光頭組件的偏離位置，針對復雜的切割曲線還可在直線部分和拐角部分設置不同的切割速度，還能夠對不同高度的極片進行切割。本實施方式的里電池極片的極耳成型機和極耳成型方法尤其適用于大容量動力電池，制成的極片可直接卷繞形成方形或者圓柱形電芯。以上內容是結合具體的實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換。
權利要求
1.一種鋰電池極片的極耳成型機，其特征在于，包括放卷組件(2)、切割墊板(20)、激光切割頭(9)、收卷組件(18)和控制系統，所述切割墊板(20)放置在所述放卷組件(2)與所述收卷組件(18)之間的極片運動路徑上，所述激光切割頭(9)安裝在所述切割墊板(20)正上方，所述控制系統與所述放卷組件(2)、激光切割頭(9)、收卷組件(18)信號連接。
2.如權利要求I所述的極耳成型機，其特征在于，還包括送定長組件(14)，所述送定長組件(14)設置在所述切割墊板(20)與所述收卷組件(18)之間的極片運動路徑上。
3.如權利要求I所述的極耳成型機，其特征在于，所述切割墊板(20)側部還設置廢料輸出組件(16)，所述廢料輸出組件(16)包括毛刷和與所述毛刷驅動連接的驅動器。
4.如權利要求I所述的極耳成型機，其特征在于，所述放卷組件(2)與所述切割墊板(20)之間的極片運動路徑上、和/或所述切割墊板(20)與所述收卷組件(18)之間的極片運動路徑上還設置至少一個刷粉吸塵組件。
5.如權利要求I所述的極耳成型機，其特征在于，所述放卷組件(2)與所述切割墊板(20)之間的極片運動路徑上、和所述切割墊板(20)與所述收卷組件(18)之間的極片運動路徑上都設置張力控制機構。
6.如權利要求I所述的極耳成型機，其特征在于，所述切割墊板(20)上具有與所述激光切割頭(9)相對的切割區域，所述切割區域采用氮氣保護。
7.如權利要求I所述的極耳成型機，其特征在于，所述切割墊板(20)上下兩側分別設置風力吸塵組件。
8.如權利要求I所述的極耳成型機，其特征在于，所述放卷組件(2)與所述切割墊板(20)之間的極片運動路徑上、和所述切割墊板(20)與所述收卷組件(18)之間的極片運動路徑上都設置糾偏感應器，所述糾偏感應器也與所述控制系統信號連接。
9.如權利要求I至8中任一項所述的極耳成型機，其特征在于，還包括機架(22)，所述放卷組件(2)、切割墊板(20)、激光切割頭(9)、收卷組件(18)和控制系統都安裝在所述機架(22)上。
10.一種鋰電池極片的極耳成型方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟A:將來自放卷組件(2)的極片輸送至切割墊板(20)上； 步驟B:利用激光切割頭(9)，按照預設的切割圖形或切割參數對切割墊板(20)上的極片(100 )進行切割形成極耳(200 ); 步驟C:將切割后的極片(100)輸送至收卷組件(18)。
全文摘要
本發明公開了一種鋰電池極片的極耳成型機和成型方法，極耳成型機包括放卷組件(2)、切割墊板(20)、激光切割頭(9)、收卷組件(18)和控制系統，所述切割墊板(20)放置在所述放卷組件(2)與所述收卷組件(18)之間的極片運動路徑上，所述激光切割頭(9)安裝在所述切割墊板(20)正上方，所述控制系統與所述放卷組件(2)、激光切割頭(9)、收卷組件(18)信號連接。本發明顯著改善了制片工序的工藝質量，保障了電芯的一致性，提高了制片效率，還對制片工序的后續工序提供了方便。
文檔編號H01M4/139GK102709522SQ20121014933
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月15日 優先權日2012年5月15日
發明者陽如坤, 陳強 申請人:深圳市吉陽自動化科技有限公司