制片复合装置、卷绕系统及其方法

技术领域

本发明涉及新能源锂电池制造技术领域，尤其涉及制片复合装置、卷绕系统及其方法。

背景技术

在锂电池的生产过程中，极片的制片、切极耳以及卷绕是较为核心的工序，其直接影响到电芯的成品质量以及生产效率，也是相关企业高度关心的工序。

现有技术中主要的技术方案采取的是间断式的卷绕方式，即将正极片、隔膜、负极片、隔膜各自放卷，并最终汇集在卷绕工位处，对齐后开始卷绕一定长度形成电芯，随后正极片、两层隔膜和负极片分别对应有各自的裁断机构，多为五金切刀，在裁断机构的作用下正极片、两层隔膜和负极片与卷绕成型的电芯断开分离，经过贴胶、下料等后续操作后，形成一颗独立的电芯。

但是由于需要控制四层材料汇集堆叠，对齐度控制较大，再加上隔膜的张力精确控制也较困难，进一步限制了卷绕输送的速度，导致卷绕生产效率难以进一步提升。

在此基础上，有现有技术纰漏出一种复合卷绕的技术构思，其将正极片与隔膜复合处理，再将负极片与隔膜也复合处理，卷绕时将两层复合材料卷绕即可形成电芯，完成卷绕后再利用切刀分别将两层复合层切断即可。

但是该种复合卷绕方案中，完成卷绕后进行切断时，极片的断口处容易形成毛刺、或掉粉等现象，影响了电芯的品质。

发明内容

为了解决上述现有技术中的缺陷，本发明提出制片复合装置、卷绕系统及其方法。

作为第一个发明目的，本发明采用的技术方案是，制片复合装置，包括放卷第一极片的第一极片放卷组件、放卷第一隔膜的第一隔膜放卷组件和复合组件，还包括制片组件，所述制片组件位于所述第一极片放卷组件的输送路径上，用于裁切所述第一极片放卷组件放卷的第一极片；

所述复合组件具有供所述第一隔膜和裁切后的所述第一极片进入的入料口、供所述第一隔膜和所述第一极片复合为第一复合卷绕片材后输出的出料口。

优选的，所述第一复合卷绕片材包括连续的所述第一隔膜和间隔排布于所述第一隔膜上的多段所述第一极片，相邻两段所述第一极片之间形成有裁切间隙。

优选的，还包括放卷第二隔膜的第二隔膜放卷组件，所述第一隔膜和所述第二隔膜分别位于所述第一极片的两侧，且所述第一隔膜、所述第二隔膜和所述第一极片的输送路径在所述入料口处交汇。

优选的，所述制片组件包括切断所述第一极片的激光切割机构。

优选的，还包括移载组件，其处于所述制片组件和所述复合组件的入料口之间，用于将裁切后的第一极片输送至所述入料口内。

优选的，还包括预热组件，其处于所述制片组件和所述复合组件之间，用于对所述第一极片进行预热。

作为第二个发明目的，本发明还提出了卷绕系统，包括卷绕装置，还包括：

用于输送第一卷绕片材的第一输送装置和输送第二卷绕片材的第二输送装置，所述第一卷绕片材和第二卷绕片材的输送路径汇集于所述卷绕装置；

制片组件，所述制片组件位于极片的输送路径上，用于裁切所述极片；

所述第一卷绕片材和第二卷绕片材中的至少一个为裁切后的所述极片和隔膜复合形成的复合卷绕片材，且所述复合卷绕片材包括连续的所述隔膜和间隔排布于所述隔膜上的多段所述极片，相邻两段所述极片之间形成有裁切间隙。

优选的，还包括复合组件，位于所述制片组件和所述卷绕装置之间，其具有供所述极片和隔膜进入的入料口、供所述极片和隔膜复合后形成的复合卷绕片材输出的出料口。

优选的，所述第一输送装置包括第一极片放卷组件、第一隔膜放卷组件，所述第二输送装置包括第二极片放卷组件、第二隔膜放卷组件；

所述第一卷绕片材为第一极片和第一隔膜复合后的第一复合卷绕片材，所述第二卷绕片材为第二极片和第二隔膜复合后的第二复合卷绕片材；

所述制片组件设置有两个，分别位于所述第一极片的输送路径上和所述第二极片的输送路径上，并均处于复合组件的上游。

优选的，所述第一输送装置包括依次设置的第一隔膜放卷组件、第一极片放卷组件、第二隔膜放卷组件，所述第二输送装置包括第二极片放卷组件；

所述第一卷绕片材为第一隔膜、第一极片和第二隔膜复合后的第三复合卷绕片材，所述第二卷绕片材为第二极片。

优选的，还包括一对裁断机构，所述裁断机构位于所述卷绕装置的上游，且一对裁断机构中的至少一个在执行裁断动作时与所述裁切间隙位置正对。

作为第三个发明目的，本发明还提出了卷绕方法，包括如下步骤：

步骤一，分别放卷第一隔膜、第一极片、第二隔膜和第二极片；

步骤二，对第一极片和/或第二极片按照卷绕长度进行裁断；

步骤三，将第一隔膜与第一极片复合形成第一卷绕片材、将第二隔膜与第二极片复合形成第二卷绕片材；

或，将第一隔膜、第一极片、第二隔膜复合形成第一卷绕片材，将第二极片作为第二卷绕片材；

步骤四，将第一卷绕片材与第二卷绕片材卷绕成电芯。

优选的，还包括步骤五，将第一卷绕片材、第二卷绕片材与电芯之间切断，

所述第一卷绕片材和第二卷绕片材均为多段裁切后的极片与隔膜复合形成的，切断的位置为多段极片之间的间隙；或，

所述第二卷绕片材为第二极片，则切断的位置与电芯的卷绕长度对应。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、极片在进行复合之前就利用激光预先进行了裁切，卷绕完成后只需要对复合极片上的极片间隙处的薄膜进行裁切即可，不会再产生掉粉或毛刺现象，显著提升电芯质量和稳定性；

即使采用五金式切刀对极片进行制片裁切，出现了掉粉和毛刺现象，但是由于本方案中裁切的工艺处于复合和卷绕之前，因此给工作人员足够的处理时间，而不像传统技术中裁切之后立马进入卷绕装置，技术人员没有充足的时间对掉粉和毛刺进行处理，相比之下仍然可以显著提升电芯质量和稳定性；

2、采取复合工艺，隔膜与极片复合成为一层片材，降低了对齐的难度，有利于提高精度，也能够适应更多尺寸和容量的电池生产要求；

3、隔膜不再需要单独控制卷绕时的张力，也能够进一步提升卷绕的速度，提高了整体生产效率；

4、由于制片组件的激光切割机构对极片进行裁切时，是按照单个电芯的卷绕需求长度进行的，因此在电芯卷绕时，可以根据极片端部的裁切间隙的位置来判断卷绕的进程，不再需要单独对极片进行处理，如开孔、贴标等，简化了部分操作步骤，也提高了生产效率；

5、卷绕装置上游的裁断机构执行裁断动作时，裁断对象由传统的极片变成了隔膜，因此降低了裁断的难度，有利于提高裁断效率，降低了裁断机构的磨损，也保障了裁断的质量。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是一个实施例中极片和隔膜复合得到的复合卷绕片材的剖面示意图；

图2是一个实施例中制片复合装置的系统示意图；

图3是另一个实施例中的制片复合装置的系统示意图；

图4是一个实施例中卷绕系统的系统图；

图5是另一个实施例中卷绕系统的系统图。

10、第一极片放卷组件；11、第一极片；12、裁切间隙；20、第二极片放卷组件；21、第二极片；30、第一隔膜放卷组件；31、第一隔膜；40、第二隔膜放卷组件；41、第二隔膜；50、复合组件；51、入料口；52、出料口；53、预热组件；60、制片组件；61、激光切割机构；62、移载组件；70、卷绕装置；71、裁断机构；72、第一复合卷绕片材；73、第二复合卷绕片材。

具体实施方式

本发明提出一种制片复合装置，主要应用于锂电池生产过程中，特别涉及到极片的制片裁切、极片与隔膜的复合、以及后续的电芯卷绕过程。为了方便说明，下文中的极片可以是正极片，也可以是负极片，可以根据实际生产需求进行相应的理解。

一种制片复合装置，如图1-2所示，其包括放卷第一极片11的第一极片放卷组件10、放卷第一隔膜31的第一隔膜放卷组件30和复合组件50。还包括制片组件60，所述制片组件60位于所述第一极片放卷组件10的输送路径上，用于裁切所述第一极片放卷组件10放卷的第一极片11；所述复合组件50具有供所述第一隔膜31 和裁切后的所述第一极片进入的入料口51、供所述第一隔膜和所述第一极片复合为第一复合卷绕片材72后输出的出料口52。

其中，制片组件60可以是激光切割机构61，也可以采用五金式切刀，其对极片进行裁切时，每一片极片的裁切长度均按照对应电芯卷绕的预定长度，即裁切后得到的每一段极片，都可以满足一个电芯卷绕时的长度需求。

同时，该复合组件50可以是利用热压的热复合辊结构，也可以是利用超声波进行复合的超声波装置，也可以是利用粘性物质实现粘接复合的贴胶机构，当然还可以是现有技术中其它可以让多层材料结合连接的结构或方法。

因此，如图1-2所示，第一极片11经过第一极片放卷组件10的放卷后，在必要的辊结构的牵引下输送，并经过制片组件60后被分切成多段第一极片单元，随后多段第一极片单元依次进入复合组件50中，并与第一隔膜复合形成第一复合卷绕片材72，且该第一复合卷绕片材72由连续的第一隔膜和间隔排布于所述第一隔膜上的多段所述第一极片第一组成，相邻两段所述第一极片单元之间形成有裁切间隙12。

在一个实施例中，如图3所示，还包括放卷第二隔膜41的第二隔膜放卷组件 40，所述第一隔膜31和所述第二隔膜41分别位于所述第一极片11的两侧，即第一隔膜放卷组件30、第一极片放卷组件10和第二隔膜放卷组件40是依次布置的，且所述第一隔膜、所述第二隔膜和所述第一极片的输送路径在所述入料口51处交汇。

因此在该实施例中，第一极片11被制片组件60裁切成多段第一极片单元之后，其与两层隔膜同步进入复合组件50，并得到了第三复合卷绕片材，该第三复合卷绕片材由两层连续的隔膜和位于中间的多段第一极片单元构成，且相邻两个第一极片单元之间也存在裁切间隙12。

在一个实施例中，考虑到第一极片11在制片组件60的裁切后会变成多段独立的第一极片单元，因此还设置有移载组件62，其处于所述制片组件60和所述复合组件50的入料口51之间，用于将裁切后的第一极片输送至所述入料口51内，即用于将每一段第一极片单元从制片组件60处移载至复合组件50内。该移载组件62 可以是吸盘机构、夹爪机构、工业机器人、导轨结构、输送线等常见的可以完成移载功能的机构。

在一个实施例中，还包括预热组件53，其处于所述制片组件60和所述复合组件50之间，用于对所述第一极片进行预热。通过预热组件53对第一极片进行预热处理，从而进行复合时，隔膜与极片之间可以连接更加紧密牢固，有利于提升复合的质量，保证后续卷绕的质量。该预热组件53，可以是利用电阻丝加热的板状结构，也可以是利用超声波对极片进行加热的超声波装置，或者是现有技术中其它可以让极片获得温度的机构。

本发明还提出一种卷绕系统，如图4所示，其包括了卷绕装置70，用于对极片和隔膜进行卷绕以形成电芯。具体地，还包括：

用于输送第一卷绕片材的第一输送装置和输送第二卷绕片材的第二输送装置，所述第一卷绕片材和第二卷绕片材的输送路径汇集于所述卷绕装置70；

制片组件60，所述制片组件60位于极片的输送路径上，用于裁切所述极片；

所述第一卷绕片材和第二卷绕片材中的至少一个为裁切后的所述极片和隔膜复合形成的复合卷绕片材，且所述复合卷绕片材包括连续的所述隔膜和间隔排布于所述隔膜上的多段所述极片，相邻两段所述极片之间形成有裁切间隙12。

且在该实施例中，还包括有复合组件50，其位于所述制片组件60和所述卷绕装置70之间，其具有供所述极片和隔膜进入的入料口51、供所述极片和隔膜复合后形成的复合卷绕片材输出的出料口52。

在一个实施例中，如图5所示，所述第一输送装置包括第一极片放卷组件10、第一隔膜放卷组件30，所述第一卷绕片材为第一极片11和第一隔膜31复合后的第一复合卷绕片材72；

所述第二输送装置包括第二极片放卷组件20、第二隔膜放卷组件40，所述第二卷绕片材为第二极片21和第二隔膜41复合后的第二复合卷绕片材73；

所述制片组件60设置有两个，分别位于所述第一极片的输送路径上和所述第二极片的输送路径上，并均处于复合组件50的上游。

在该实施例中，第一卷绕片材和第二卷绕片材均为极片和隔膜复合形成的复合卷绕片材。

在另一个实施例中，如图4所示，所述第一输送装置包括依次设置的第一隔膜放卷组件30、第一极片放卷组件10、第二隔膜放卷组件40，所述第二输送装置包括第二极片放卷组件20；所述第一卷绕片材为第一隔膜31、第一极片11和第二隔膜41复合后的第三复合卷绕片材，所述第二卷绕片材为第二极片21。

需要说明的是，在该实施例中，第一极片11和第二极片21是可以互换的。

在一个实施例中，在卷绕装置70的上游处还安装有一对裁断机构71，该裁断机构71主要用于电芯卷绕完成后，及时将第一卷绕片材和第二卷绕片材切断，从而形成一个独立的电芯结构，且一对裁断机构71中的至少一个在执行裁断动作时裁切的位置与裁切间隙12的位置正对，即该裁断机构71进行裁断时，其只需要裁断卷绕片材的隔膜即可，不需要对极片进行裁断，因为此卷绕片材中的极片已经被制片组件60分切成为多段。当然，在不同的实施例中，一对裁断机构71 也可以在执行裁断动作时，裁切位置均与所述裁切间隙12位置正对。

需要说明的是，在该卷绕系统中，还包括一些必要的结构，如前述的辊组件、移载组件62、预热组件53，也包括一些锂电池卷绕生产中常见的机构，如纠偏机构、张力调整机构、测长机构、缓存机构、除尘除铁消磁机构等。

本发明还提出了一种卷绕方法，其适用于卷绕系统，包括如下步骤：

步骤一，分别放卷第一隔膜、第一极片、第二隔膜和第二极片；

步骤二，对第一极片和/或第二极片按照卷绕长度进行裁断；

步骤三，将第一隔膜与裁断后的多段第一极片复合形成第一卷绕片材、将第二隔膜与裁断后的多段第二极片复合形成第二卷绕片材；

或，将第一隔膜、裁断后的多段第一极片、第二隔膜复合形成第一卷绕片材，将第二极片作为第二卷绕片材；

步骤四，将第一卷绕片材与第二卷绕片材卷绕成电芯。

步骤五，将第一卷绕片材、第二卷绕片材与电芯之间切断，切断的位置与电芯卷绕的长度相对应。

具体地，步骤五中进行裁切时，若所述第一卷绕片材和第二卷绕片材均为多段裁切后的极片与隔膜复合形成的，切断的位置为多段极片之间的间隙；若第一卷绕片材是第三复合卷绕片材，所述第二卷绕片材为第二极片，则切断的位置与电芯的卷绕长度对应。

在本说明书的描述中，若出现术语″实施例一″、″本实施例″、″在一个实施例中″等描述，意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明或发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例；而且，所描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以恰当的方式结合。

在本说明书的描述中，术语″连接″、″安装″、″固定″、″设置″、″具有″等均做广义理解，例如，″连接″可以是固定连接或在不影响部件关系与技术效果的基础上通过中间组件间接进行，也可以是一体连接或部分连接，如同此例的情形对于本领域普通技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明或发明中的具体含义。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本案技术，熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本案不限于以上实施例，对于以下几种情形的修改，都应该在本案的保护范围内：①以本发明技术方案为基础并结合现有公知常识所实施的新的技术方案，该新的技术方案所产生的技术效果并没有超出本发明技术效果之外；②采用公知技术对本发明技术方案的部分特征的等效替换，所产生的技术效果与本发明技术效果相同；③以本发明技术方案为基础进行可拓展，拓展后的技术方案的实质内容没有超出本发明技术方案之外；④利用本发明说明书及附图内容所作的等效变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域。