一种锂电池极片的极耳成型机和极耳成型方法

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一种锂电池极片的极耳成型机和极耳成型方法\n技术领域\n[0001] 本申请涉及电池领域，尤其涉及一种锂电池极片的极耳成型机和极耳成型方法。\n背景技术\n[0002] 锂离子电池（尤其是大容量锂离子电池）的电芯制造过程中，通常具有两种极片制片方式：一种方式是在电芯卷绕之前，通过极耳焊接机采用超声波焊接工艺将独立的镍带极耳焊接在极片上，这种方式由于极耳与极片之间通过焊点连接，一方面焊接处电阻较大，影响蓄电池充放电质量，另一方面如果超声波焊接工艺质量不稳定或极片来料和镍带来料速度不均衡，容易造成极耳焊接不牢、制片速度慢、合格率低等问题。第二种方式是在Z型叠片制作电芯之前，利用刀模冲切、五金模冲切的方式在极片上切割形成极耳，这种方式避免了极耳与极片的连接处电阻大的问题，然而，刀模切割容易造成毛刺大、易掉粉等质量问题，导致合格率低，同时这种方式还存在制片速度慢、刀模寿命短等问题。\n[0003] 可见，现有的极片制片方式和设备亟待改善。\n发明内容\n[0004] 本申请提供另一种锂电池极片的极耳成型机和极耳成型方法，能够改善锂离子电池极片的制片工艺、提高制片效率。\n[0005] 根据本发明的第一方面，本发明提供一种锂电池极片的极耳成型机，包括放卷组件、切割垫板、激光切割头、收卷组件和控制系统，所述切割垫板放置在所述放卷组件与所述收卷组件之间的极片运动路径上，所述激光切割头安装在所述切割垫板正上方，所述控制系统与所述放卷组件、激光切割头、收卷组件信号连接。\n[0006] 进一步地，还包括送定长组件，所述送定长组件设置在所述切割垫板与所述收卷组件之间的极片运动路径上。\n[0007] 进一步地，所述切割垫板侧部还设置废料输出组件，所述废料输出组件包括毛刷和与所述毛刷驱动连接的驱动器。\n[0008] 进一步地，所述放卷组件与所述切割垫板之间的极片运动路径上、和/或所述切割垫板与所述收卷组件之间的极片运动路径上还设置至少一个刷粉吸尘组件。\n[0009] 进一步地，所述放卷组件与所述切割垫板之间的极片运动路径上、和所述切割垫板与所述收卷组件之间的极片运动路径上都设置张力控制机构。\n[0010] 进一步地，所述切割垫板上具有与所述激光切割头相对的切割区域，所述切割区域采用氮气保护。\n[0011] 进一步地，所述切割垫板上下两侧分别设置风力吸尘组件。\n[0012] 进一步地，所述放卷组件与所述切割垫板之间的极片运动路径上、和所述切割垫板与所述收卷组件之间的极片运动路径上都设置纠偏感应器，所述纠偏感应器也与所述控制系统信号连接。\n[0013] 进一步地，还包括机架，所述放卷组件、切割垫板、激光切割头、收卷组件和控制系统都安装在所述机架上。\n[0014] 根据本发明的另一方面，本发明提供一种锂电池极片的极耳成型方法，包括以下步骤：\n[0015] 步骤A:将来自放卷组件的极片输送至切割垫板上；\n[0016] 步骤B:利用激光切割头，按照预设的切割图形或切割参数对切割垫板上的极片进行切割形成极耳；\n[0017] 步骤C:将切割后的极片输送至收卷组件。\n[0018] 本申请的有益效果是：本发明采用激光切割的方式直接在锂离子电池极片尤其是锂离子动力电池极片上连续自动切割形成极耳，与现有技术中刀模切割形成极耳的方式相比，能够充分利用激光本身单色性好、发散角小、容易聚焦的优异性能改善制片工艺质量，例如减少了切割毛刺、掉粉少、容易实现圆角过渡、切割图形设置灵活、切割效率高等，实现了高精度和高光洁度的切割，从而保障了电芯的一致性，减小了废品率。而且本发明对卷料进行连续切割后又形成卷料，进一步提高了制片效率，还对制片工序的后续工序提供方便。\n附图说明\n[0019] 图1为本发明一种实施例的锂电池极片的极耳成型机轴测图；\n[0020] 图2为本发明一种实施例的锂电池极片的极耳成型机结构简图；\n[0021] 图3为本发明一种实施例的锂电池极片的激光成型机的控制原理图；\n[0022] 图4为本发明一种实施例的锂电池极片的激耳成型机得到的极片示意图；\n[0023] 图5为本发明一种实施例的锂电池极片的激耳成型机的工艺流程图。\n具体实施方式\n[0024] 下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。\n[0025] 在本申请实施例中，锂电池极片的激耳成型机采用激光对锂离子电池极片进行切割形成极耳，具体地，首先利用放卷组件将卷料极片输送至切割垫板上，激光头组件在控制系统的控制下，利用激光头、按照预设的切割图形或切割参数对切割垫板上的极片进行连续切割形成极耳，最后将切割后的极片输送至收卷组件形成卷料。\n[0026] 请参考图1和图2，本实施方式锂电池极片的激耳成型机主要包括机架22，以及安装在机架22上的放卷组件2、两个张力控制机构、三个刷粉吸尘组件、切割垫板20、激光切割头9、送定长组件14、废料输出组件16、两个吸尘组件、收卷组件1和控制系统。\n[0027] 具体地，机架22用于对其他各组件进行固定和定位。放卷组件2具有用于放置极片卷料1的气胀轴，在伺服电机的驱动下，气胀轴能够带动卷料1旋转而实现自动送料。对应地，收卷组件18也具有用于放置极片卷料19的气胀轴，在伺服电机的驱动下，气胀轴能够带动卷料1旋转而实现自动收料。从放卷组件2一端输送至收卷组件18一端的极片具有一定的极片运动路径，切割垫板20放置在该极片运动路径上，与激光控制器相连的激光切割头9安装在切割垫板20的正上方，切割垫板20上具有与激光切割头9相对的切割区域，激光切割头9可采用振镜和场镜像结合的方式，通过专用控制程序对极片上与切割区域对应的位置进行自动切割。切割之前，激光控制器中预设切割图档或切割尺寸即其他相关参数，切割过程中，还可在极片高速前进过程中根据极片前进速度进行自动补偿，在极片的运动方向和宽度方向进行快速切割形成极耳，同时保证切割出的图形形状和精度与设定值相一致。切割区域还可采用氮气保护，起到助燃、加快散热、及时去除熔渍的作用，还能有效防止熔渍向上反弹而进入激光切割头9的喷嘴，从而保护镜片。本实施方式的激光切割头\n9具有调焦机构，可采用手动或者自动调焦的方式调整聚焦镜的聚焦效果，使激光光束在切割区域上的聚焦点具有最小的直径和最大的激光功率密度，从而提高切割精度。\n[0028] 极片运动路径的具体形状和长度由切割垫板20的位置以及放卷组件2和收卷组件18之间设置的多个导辊和其他组件决定。本实施方式中，张力控制机构4，刷粉吸尘组件\n5、7依次设置在放卷组件2与切割垫板20之间，张力控制机构4包括气动调节阀和与气动调节阀相连的气缸，气动调节阀为一电磁阀，能够精确控制气缸内压力并利用该压力来控制极片张力的大小，使极片的张力保持恒定；刷粉吸尘组件5、7分别用于对极片的正反两面进行刷粉和吸尘，使输送至切割垫板20上的极片表面干净无尘。刷粉吸尘组件13、送定长组件14和张力控制机构17依次在切割垫板20与收卷组件18之间的极片运动路径上，刷粉吸尘组件13用于对极片的双面同时进行二次刷粉和吸尘，使切割后的极片表面干净无尘；送定长组件14用于在伺服电机的驱动下将具有一定长度的极片从放卷组件2一端向收卷组件18一端牵引至切割垫板20上，具体地，其通过设置在刷粉吸尘组件7与切割垫板\n20之间的极片运动路径上的编码器8检测极片的运动长度，并利用检测到的长度控制伺服电机按照一定长度连续的输送极片；张力控制机构17与张力控制机构4的用途类似。\n[0029] 极片切割过程中，通常会产生切割废料，激光切割由于速度快、功率密度高，还会产生一定粉尘和烟雾。本实施方式的切割垫板20的侧部设置废料输出组件16，该废料输出组件16，包括毛刷和与毛刷驱动连接的驱动器，驱动器可为直流电机，用于带动毛刷刷下被切除的废料，废料输出组件16可设置在切割垫板20输出极片的一侧且位置略低于切割垫板20，方便废料在重力作用下自动掉出。切割垫板20的上下两侧分别设置风力吸尘组件\n11和21，分别用于在风机的作用下吸除激光切割所产生的粉尘和烟雾，能够减少极片上的粉尘，同时减小污染。\n[0030] 本实施方式在传输级片的过程中，为了提高切割精度，还分别在放卷组件2和收卷组件18极片一端对极片进行纠偏，避免其在宽度方向的位置发生偏移。具体地，本实施方式在放卷组件2与张力控制机构4之间的极片运动路径上设置对射式纠偏传感器3，纠偏传感器3与控制系统信号连接，当纠偏传感器3检测到极片的边缘偏移预定的位置时，向控制系统发送信号，控制系统即可控制放卷组件2纠正极片的位置，确保送料方向，以便提高切割精度。本实施方式在张力控制机构17与收卷组件18之间的极片运动路径上设置也对射式纠偏传感器15，其作用与纠偏传感器3类似，用于检测极片的位置并在极片发生偏移时向控制系统发送信号，使控制系统控制收卷组件18纠正极片的位置，确保收料方向，以便形成整齐的料卷，为后续工艺提供方便。根据具体需要，对射式纠偏传感器3还可替换为反射使纠偏传感器。\n[0031] 结合图3所示，本实施方式的控制系统中安装控制软件，用于对极耳成型机的整个工作过程进行控制。控制系统与放卷组件2、收卷组件18、编码器8、送定长组件14、纠偏传感器等信号连接，并通过激光控制器与激光切割头9信号连接,用于对这些组件进行控制。控制系统还与触摸屏、PLC控制器、工控机6等器件相连，以便操作人员启动和停止激光切割以及输入图形文件或控制参数，还可根据操作人员的具体需求对图形文件和控制参数进行灵活修改。\n[0032] 结合图4和图5，本实施方式的控制过程如下：\n[0033] 放卷组件2在伺服电机的作用下主动从卷料1输送极片100，极片100通过导辊进行输送的过程中还利用张力控制机构4稳定极片张力，接着纠偏感应器3检测极片边缘，在检测到极片100偏移方向时通过放卷组件2进行纠偏，刷粉吸尘组件5、7分别对极片的两面进行刷粉吸尘处理；极片100到达切割垫片20时，送定长组件14结合编码器8对极片\n100进行定长输送，激光切割头9根据预设的切割图形对切割垫片20上的极片100进行切割形成极耳200，切割过程中，切割垫片20上下两侧的吸尘组件11、21分别利用风机吸取切割过程中产生的粉尘和延误，同时废料输出组件16清理切割过程中产生的废料；接着刷粉吸尘组件13对极片100的两面进行二次刷粉吸尘处理后，利用导辊向收卷部件18输送切割后的极片100，输送过程中还利用张力控制机构17稳定极片张力，纠偏感应器15检测极片边缘，在检测到极片100偏移方向时通过收卷组件18进行纠偏，最后得到整齐度较高的卷料19。\n[0034] 本实施方式锂电池极片的极耳成型机和极耳成型方法用于正负极极片的制片工艺，其通过控制系统和激光切割头在极片上直接切割形成极耳，不仅速度快、精度高、为后续工艺提供了很大的便利，而且控制过程非常灵活方便，适用范围也十分广泛，例如可灵活绘制切割图形或设置切割参数以设计需要切割的极耳的具体尺寸，可对切割图形或切割参数进行保存和修改，可灵活设置各极耳之间的间距，可设置激光头组件的偏离位置，针对复杂的切割曲线还可在直线部分和拐角部分设置不同的切割速度，还能够对不同高度的极片进行切割。\n[0035] 本实施方式的里电池极片的极耳成型机和极耳成型方法尤其适用于大容量动力电池，制成的极片可直接卷绕形成方形或者圆柱形电芯。\n[0036] 以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。