專利名稱：圓柱形電池卷繞機(jī)構(gòu)和卷繞設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電池制造設(shè)備，特別是涉及一種圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)和巻繞設(shè)備。
背景技術(shù)：
圓柱形鋰離子電池的制作方式主要有巻繞式，巻繞式電池主要是將電池的正、負(fù) 極片夾在有絕緣作用的多孔性高分子隔膜之間，通過機(jī)器上的巻針巻繞而成。如圖1 所示，現(xiàn)有通用方式是用兩片巻針對接合并夾住隔膜，再插入正負(fù)極片，實(shí)現(xiàn)巻繞。 然而，當(dāng)電池的外徑達(dá)到60 100ram、長度達(dá)到200 300mm時，這種巻繞方式就會因 為巻針剛性不足，導(dǎo)致巻出的電池成圓錐形；同時，由于隔膜寬度增加，如圖2所示， 用現(xiàn)有的刀片切斷隔膜很難實(shí)現(xiàn)；此外，巻繞完成后拔針困難。綜合以上問題，可能 就無法生產(chǎn)合格的產(chǎn)品。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的主要目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu) 和巻繞設(shè)備，能消除因巻針剛性不足而帶來的問題，同時在巻繞完成后容易拔針。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案
一種圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)，包括巻繞頭組件，其特征在于,所述巻繞頭組件包括主 動部分、隨動部分以及耦合到所述主動部分的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元，所述主動部分和所述隨 動部分以可相對靠攏或遠(yuǎn)離以頂緊或松開巻芯的方式設(shè)置，所述主動部分具有用于卡 住所述巻芯的一端以帶動所述巻芯旋轉(zhuǎn)的卡合部，所述隨動部分具有與所述巻芯的另 一端緊密接觸以可隨所述巻芯旋轉(zhuǎn)的接合部。
優(yōu)選地
所述卡合部為六邊形，所述巻芯的相應(yīng)端具有與所述卡合部適配的六邊形凹孔。 所述接合部為前端帶錐的細(xì)長圓柱形，所述巻芯的相應(yīng)端具有供所述接合部插緊 的圓孔。
還包括與所述巻繞頭組件配合設(shè)置的焊隔膜組件，所述焊隔膜組件包括電焊接片 和耦合到所述電焊接片的焊接片驅(qū)動單元，所述電焊接片具有鋸齒形的圓弧缺口，焊 接點(diǎn)位于鋸齒的頂端。
所述焊接片為由單片材料折彎而成的雙層片，所述圓弧缺口位于折彎位置，所述 雙層片中間夾裝有絕緣且耐高溫的隔板。還包括與所述巻繞頭組件配合設(shè)置的隔膜夾緊組件，所述隔膜夾緊組件包括上、下夾緊件和耦合到所述上、下夾緊件的夾緊件驅(qū)動單元，所述上、下夾緊件經(jīng)配置分別從所述巻芯所在位置的斜上方和斜下方相對運(yùn)動以夾緊隔膜。
還包括與所述巻繞頭組件配合設(shè)置的切隔膜組件，所述切隔膜組件包括通電時發(fā)熱的切割絲、張緊地安裝所述切割絲的支架以及耦合到所述支架的支架驅(qū)動單元。
所述切隔膜組件還包括彈簧，所述切割絲通過所述彈簧安裝在所述支架上。
還包括與所述巻繞頭組件配合設(shè)置的隔膜夾緊組件，所述隔膜夾緊組件包括上、下夾緊件和耦合到所述上、下夾緊件的夾緊件驅(qū)動單元，所述上、下夾緊件經(jīng)配置分別從所述巻芯所在位置的斜上方和斜下方相對運(yùn)動以夾緊隔膜。
一種圓柱形電池巻繞設(shè)備，其特征在于，圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)和與所述圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)配合使用的絕緣剛性巻芯，所述圓柱形電池巻繞機(jī)包括巻繞頭組件，其包括主動部分、隨動部分以及耦合到所述主動部分的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元，所述主動部分和所述隨動部分以可相對靠攏或遠(yuǎn)離以夾緊或松開所述巻芯的方式設(shè)置，所述主動部分具有用于卡住所述巻芯的一端以帶動所述巻芯旋轉(zhuǎn)的卡合部，所述隨動部分具有與所述巻芯的另一端緊密接觸以可隨所述巻芯旋轉(zhuǎn)的接合部。
本實(shí)用新型有益的技術(shù)效果是
根據(jù)本實(shí)用新型的圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)和設(shè)備，其中巻繞頭組件包括主動部分、隨動部分以及耦合到主動部分的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元，主動部分和隨動部分以可相對靠攏或遠(yuǎn)離以頂緊或松開巻芯的方式設(shè)置，主動部分具有用于卡住巻芯的一端以帶動巻芯旋轉(zhuǎn)的卡合部，隨動部分具有與巻芯的另一端緊密接觸以可隨所述巻芯旋轉(zhuǎn)的接合部，這樣，通過巻繞頭組件帶動巻芯旋轉(zhuǎn)，在巻芯上巻繞正、負(fù)極片和隔膜而制成內(nèi)部具有巻芯的電池電芯。巻芯采用絕緣材料，如具有所需剛性的塑料巻芯。與傳統(tǒng)方案使用細(xì)長巻針實(shí)現(xiàn)巻繞、巻好之后抽針的方式相比，本實(shí)用新型在當(dāng)電池的尺寸較大時例
如外徑達(dá)到60 100mm、長度達(dá)到200 300mm時，不會因?yàn)榧?xì)長巻針剛性不足而導(dǎo)致巻出的電池變形，并且在巻繞完成后并不需要抽出巻芯，從而有效地解決了大圓柱形電池巻繞時巻針剛性不足、拔針困難的問題，很好地實(shí)現(xiàn)圓柱形電池尤其是尺寸較大的圓柱形電池的巻繞工藝。

圖1展示了現(xiàn)有圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)；
圖2展示了現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的隔膜切斷方式；
圖3展示了本實(shí)用新型一種實(shí)施例的巻繞結(jié)構(gòu)組裝；
圖4展示了本實(shí)用新型一種實(shí)施例的巻繞頭組件；
圖5展示了本實(shí)用新型一種實(shí)施例的巻繞主動部分；
5圖6展示了本實(shí)用新型一種實(shí)施例的焊隔膜和切隔膜組件組裝圖；圖7展示了本實(shí)用新型一種實(shí)施例的焊隔膜過程；圖8a展示了本實(shí)用新型一種實(shí)施例的焊隔膜組件；圖8b展示了圖8a的焊隔膜組件的焊接片的放大結(jié)構(gòu)；圖9展示了本實(shí)用新型一種實(shí)施例的切隔膜組件；圖IO展示了本實(shí)用新型一種實(shí)施例的切隔膜過程。本實(shí)用新型的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式

如圖3和圖4所示，在一種實(shí)施例中，圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)包括巻繞頭組件1和與巻繞頭組件1配合設(shè)置的焊隔膜組件2與切隔膜組件3。其中，巻繞頭組件1包括平臺組件4、主動部分11和隨動部分13。平臺組件4包括平臺42和固定在平臺42上的水平滑軌41。主動部分11和隨動部分13安裝在水平滑軌41上，主動部分11和隨動部分13可以由氣缸牽引在平臺滑軌41上前后移動，從而頂住或松開巻芯12。主動部分11具有用于卡住巻芯12的一端以帶動巻芯12旋轉(zhuǎn)的卡合部，隨動部分13具有與巻芯12的另一端緊密接觸以可隨巻芯12旋轉(zhuǎn)的接合部，工作時，二者從巻芯12的兩端頂緊巻芯12，由伺服電機(jī)驅(qū)動主動部分11以帶動巻芯12旋轉(zhuǎn)。巻芯12可以是預(yù)制好的塑料巻芯，或由其它絕緣材料制成的具有所需剛性的巻芯。巻芯的大小由電池工藝決定。
除了采用水平滑軌41的方式，也可以采用例如可控制伸縮的軸等本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的機(jī)構(gòu)來安裝主動部分11和隨動部分13,只要能實(shí)現(xiàn)二者可相對靠攏或遠(yuǎn)離以頂緊或松開巻芯即可。
如圖4和圖5所示，優(yōu)選地，主動部分ll具有巻繞軸lll，巻繞軸lll的頭部作為卡合部，其呈六邊形，巻芯的相應(yīng)端具有與卡合部適配的六邊形凹孔，卡合部前端可以設(shè)置為錐狀以便于在裝夾巻芯時插入凹孔。巻繞軸111結(jié)構(gòu)簡單，加工容易，能實(shí)現(xiàn)巻芯的快速裝卸，提高巻繞效率。優(yōu)選地，接合部為前端呈錐狀的細(xì)長圓柱形，巻芯的相應(yīng)端具有供該接合部插緊的圓孔。圓柱形接合部的另一端通過軸承可自由轉(zhuǎn)動地安裝在位于平臺滑軌41上的滑動座上。
請參考圖6至圖8b，在一些實(shí)施例中，焊隔膜組件2包括設(shè)置在巻芯安裝位置下方的電焊接片22，電焊接片22可以采用不銹鋼材料，例如與變壓器連接，由PLC控制瞬間通電發(fā)熱。電焊接片22可由氣缸25推動而上下移動以接觸或離開巻芯。
如圖8a和圖8b所示，優(yōu)選地，焊接片為由如0.5mm厚的不銹鋼片折彎而成的雙
層片，折彎位置割出鋸齒形的圓弧缺口，形成位于鋸齒頂端的高電阻的焊接點(diǎn)，從而
6可在瞬間通電時達(dá)到高溫。雙層片中間夾裝有絕緣且耐高溫的隔板23。隔板23以絕緣和耐高溫的材料例如硅膠制成，能與焊接片22特別是焊接點(diǎn)處很好的貼合，以防止短路。焊接隔膜組件2還可進(jìn)一步包括與電焊接片22配合安裝的墊板21和壓板24，墊板21和壓板24可采用耐300。C高溫的絕緣材料。
如圖9和圖10所示(為方便觀察，圖9中的切隔膜組件3是倒立地繪制的)，在一些實(shí)施例中，切隔膜組件3包括設(shè)置在隔膜53走帶位置的上方的切割絲31和支架，切割絲31張緊地安裝在支架上并連接變壓器，由PLC控制瞬間通電發(fā)熱?？捎蓺飧?3推動支架從而帶動切割絲31豎直上下移動以對隔膜53實(shí)施切割。優(yōu)選地，切割絲31為鉬絲，直徑較佳選用0. 1 0.3mm。由于鉬絲具有超高的抗拉強(qiáng)度，延伸率小，表面光潔度高，穩(wěn)定性好，故切割精度高，切割后隔膜53的毛刺小。優(yōu)選地，切割絲31通過彈簧32安裝在支架上，配合彈簧32彈性張緊切割絲31，可以減少切割絲31發(fā)熱
膨脹延伸產(chǎn)生的影響。
請參考圖6、圖7和圖10，進(jìn)一步地，圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)還包括與巻繞頭組件
l配合設(shè)置的隔膜夾緊組件5，其包括上夾緊件51、下夾緊件52和驅(qū)動上、下夾緊件
51、 52的氣缸，上、下夾緊件51、 52經(jīng)配置分別從巻芯所在位置的斜上方和斜下方相
對運(yùn)動以夾緊隔膜。
以下進(jìn)一步介紹本實(shí)用新型實(shí)施例的工作原理。
如圖7和圖10所示，當(dāng)上夾緊組件51和下夾緊組件52將隔膜53夾緊，裝夾好巻芯12后，焊隔膜組件2的氣缸動作，焊接片22與隔膜53瞬間接觸通電發(fā)熱，將隔膜53焊接到巻芯12上。焊接時，焊接片的溫度一般控制在150 250'C之間，通電時間控制在1S以內(nèi)，其可以根據(jù)不同隔膜材料來調(diào)整，以隔膜53與巻芯12連接牢固能實(shí)現(xiàn)巻繞為最佳。隔膜焊接好后，上夾緊組件51和下夾緊組件52松開隔膜，插入正、負(fù)極片6，巻繞頭組件1將巻芯12的兩端頂住并帶動其旋轉(zhuǎn)，開始巻繞極片和隔膜。如圖10所示，當(dāng)巻芯12巻繞完成后，通過氣缸牽引巻繞頭組件1平移到圖示的右側(cè)，上夾緊組件51和下夾緊組件52將隔膜53夾緊，切隔膜組件3的氣缸動作，切割絲31與隔膜53瞬間接觸通電發(fā)熱，將隔膜53切斷，切割絲31溫度一般控制在150 250'C之間，通電時間控制在1S以內(nèi)。在后續(xù)工序中，由機(jī)器對巻芯貼膠或手動貼膠，之后取下巻好的電芯，巻繞組件l平移到圖示的左側(cè)，進(jìn)入下一個電池的巻繞過程。
此外，如上文所述，主動部分11和隨動部分13優(yōu)選均可以由氣缸牽引而在滑軌41上移動，其優(yōu)點(diǎn)包括，在巻繞頭組件l從圖示的機(jī)器右側(cè)向左側(cè)平移換位時，主動部分11和隨動部分13可以由氣缸牽引后退，避免與隔膜夾緊組件5干涉。
在另一方面，本實(shí)用新型還提供一種圓柱形電池巻繞設(shè)備，其包括圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)和與圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)配合使用的絕緣剛性巻芯。具體地，圓柱形電池巻繞設(shè)備可參考前述圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)實(shí)施例的內(nèi)容來實(shí)施。
與本實(shí)用新型的機(jī)構(gòu)關(guān)聯(lián)的其他機(jī)構(gòu)如用以對一隔膜放料的隔膜放巻機(jī)構(gòu)，張緊隔膜的張力機(jī)構(gòu)，以及為極片提供導(dǎo)向的托板組件等，都可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型可用于包括鋰電池等的各類圓柱形電池的電芯巻繞。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種圓柱形電池卷繞機(jī)構(gòu)，包括卷繞頭組件，其特征在于，所述卷繞頭組件包括主動部分、隨動部分以及耦合到所述主動部分的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元，所述主動部分和所述隨動部分以可相對靠攏或遠(yuǎn)離以頂緊或松開卷芯的方式設(shè)置，所述主動部分具有用于卡住所述卷芯的一端以帶動所述卷芯旋轉(zhuǎn)的卡合部，所述隨動部分具有與所述卷芯的另一端緊密接觸以可隨所述卷芯旋轉(zhuǎn)的接合部。
2. 如權(quán)利要求l所述的圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述卡合部為六邊形，所述巻芯的相應(yīng)端具有與所述卡合部適配的六邊形凹孔。
3. 如權(quán)利要求1所述的圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述接合部為前端帶 錐的細(xì)長圓柱形，所述巻芯的相應(yīng)端具有供所述接合部插緊的圓孔。
4. 如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)，其特征在于,還包括與 所述巻繞頭組件配合設(shè)置的焊隔膜組件，所述焊隔膜組件包括電焊接片和耦合到所述 電焊接片的焊接片驅(qū)動單元，所述電焊接片具有鋸齒形的圓弧缺口，焊接點(diǎn)位于鋸齒 的頂端。
5. 如權(quán)利要求4所述的圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述焊接片為由單片 材料折彎而成的雙層片，所述圓弧缺口位于折彎位置，所述雙層片中間夾裝有絕緣且 耐高溫的隔板。
6. 如權(quán)利要求4所述的圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)，其特征在于，還包括與所述巻繞頭 組件配合設(shè)置的隔膜夾緊組件，所述隔膜夾緊組件包括上、下夾緊件和耦合到所述上、 下夾緊件的夾緊件驅(qū)動單元，所述上、下夾緊件經(jīng)配置分別從所述巻芯所在位置的斜 上方和斜下方相對運(yùn)動以夾緊隔膜。
7. 如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)，其特征在于，還包括與 所述巻繞頭組件配合設(shè)置的切隔膜組件，所述切隔膜組件包括通電時發(fā)熱的切割絲、 張緊地安裝所述切割絲的支架以及耦合到所述支架的支架驅(qū)動單元。
8. 如權(quán)利要求7所述的圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述切隔膜組件還包 括彈簧，所述切割絲通過所述彈簧安裝在所述支架上。
9. 如權(quán)利要求7所述的圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)，其特征在于，還包括與所述巻繞頭 組件配合設(shè)置的隔膜夾緊組件，所述隔膜夾緊組件包括上、下夾緊件和耦合到所述上、 下夾緊件的夾緊件驅(qū)動單元，所述上、下夾緊件經(jīng)配置分別從所述巻芯所在位置的斜 上方和斜下方相對運(yùn)動以夾緊隔膜。
10. —種圓柱形電池巻繞設(shè)備,其特征在于,包括圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)和與所述圓柱形電池巻繞機(jī)構(gòu)配合使用的絕緣剛性巻芯，所述圓柱形電池巻繞機(jī)包括巻繞頭組 件，其包括主動部分、隨動部分以及耦合到所述主動部分的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元，所述主動 部分和所述隨動部分以可相對靠攏或遠(yuǎn)離以夾緊或松開所述巻芯的方式設(shè)置，所述主 動部分具有用于卡住所述巻芯的一端以帶動所述巻芯旋轉(zhuǎn)的卡合部，所述隨動部分具有與所述巻芯的另一端緊密接觸以可隨所述巻芯旋轉(zhuǎn)的接合部。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種圓柱形電池卷繞機(jī)構(gòu)，包括卷繞頭組件，所述卷繞頭組件包括主動部分、隨動部分以及耦合到所述主動部分的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動單元，所述主動部分和所述隨動部分以可相對靠攏或遠(yuǎn)離以頂緊或松開卷芯的方式設(shè)置，所述主動部分具有用于卡住所述卷芯的一端以帶動所述卷芯旋轉(zhuǎn)的卡合部，所述隨動部分具有與所述卷芯的另一端緊密接觸以可隨所述卷芯旋轉(zhuǎn)的接合部。本實(shí)用新型還公開了一種具有所述圓柱形電池卷繞機(jī)構(gòu)和與之配合使用的卷芯。本實(shí)用新型能有效解決大圓柱形電池卷繞時卷針剛性不足、拔針困難的問題，很好地實(shí)現(xiàn)大圓柱形電池的卷繞。
文檔編號H01M10/38GK201397863SQ20092013101
公開日2010年2月3日 申請日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者吳迎春, 鐘國光 申請人:深圳市吉陽自動化科技有限公司