一種鋰片加工裝置的製作方法

2023-05-26 04:51:56

專利名稱：一種鋰片加工裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鋰片加工裝置，特別是指以金屬鋰為負極的鋰電 池用鋰片的全自動巻筒加工裝置。
背景技術：
以金屬鋰為負極的鋰電池是上世紀才研製開發出的高能電池，它以開 路電壓高，比能量高，工作溫度範圍寬，放電電壓平穩，自放電率低等優 點，已被廣泛應用於各種領域，特別是航空航天、軍事、長壽命儀器儀表、 物流追蹤、汽車電子等領域。作為電池活性物質的金屬鋰具有很軟的物理 性質和很活潑的化學性質，使鋰片加工受到重重限制，以至目前在市場上 仍鮮見鋰片加工裝置，經檢索中國專利文獻也未見相關的報導。截至目前 為止，鋰片的加工仍是手工操作，原因在於作為電池負極活性物質的金屬 鋰片很軟，容易粘結在各種材質上，所以製作電池的時候，負極金屬鋰的 裁切、巻曲、定位、入殼等工作很難實現機械化和自動化。現方法是將需 裁剪的鋰片置於充滿保護氣氛的箱體內，操作者雙手戴上膠質手套後手持 通用界刀伸入箱內通過透明窗觀察將鋰片按需要的尺寸裁成形，再將成形 的鋰片按需要折彎定型後放入已製作好的電池殼內，然後再進行後續加 工。在此過程中，鋰片極易粘刀和粘結在其它碰觸到的材料上，成型和剝 離困難，可見現行的鋰片加工和電池裝配方法工藝基本上仍無奈地處於落 後的手工操作階段、效率低下、綜合成本高。
實用新型內容
本實用新型需解決的問題是提供一種可實現鋰片全自動化加工和裝 配的鋰片加工裝置，以提高成型率和加工效率。
根據上述需解決的問題設計了一種鋰片加工裝置，包括機座和設置在 機座上的機臺，在機臺上設置有控制氣氛箱，在被所述的控制氣氛箱罩住
的機臺上依次設置有鋰片送料裝置A、鋰片裁切裝置B及相併列的鋰片巻 筒裝置C和鋼殼輸送裝置D，之後還依序排列有鋰片入鋼殼裝置E、鋰片 輥壓裝置F、出料裝置G。其中，控制氣氛箱與機臺間氣密封連接且箱內 充滿乾燥空氣或其它相對於金屬鋰惰性的乾燥氣體，例如氮氣N2，氬氣Ar等。
所述的鋰片送料裝置A包括依序排列的鋰片巻輥、巻輥架和自動送料 裝置，鋰片巻料纏繞在巻輥之上並進入自動送料裝置。該自動送料裝置由 設置在機臺上的機架、該機架上依序設置的排列式傳動滾輪組、前壓料氣 缸、滑臺氣缸、後壓料氣缸組成，該自動送料裝置鋰片通過滾輪組將鋰片 送入對鋰片進行定長裁切的鋰片裁切裝置；當然，也可藉助鋰片自身的剛 性直接向前遞送。
所述的鋰片裁切裝置B的主體為設置在機臺上的模架，在模架上固定 設置有裁鋰片下模和由氣缸驅動的裁鋰片上模；裁鋰片下模的刃口與裁鋰 片上模的刃口呈剪刀錯位配合併對伸出裁鋰片下模刃口的定長鋰片進行 裁切，裁切下的鋰片落入鋰片巻筒裝置。
所述的鋰片巻筒裝置C與鋰片裁切裝置B相互銜接，鋰片巻筒裝置包 括設置在機臺上的機架，固設在移鋰導軌上用於承接鋰片裁切裝置裁下的 鋰片的真空型巻鋰片下模、固定在機架上的巻鋰棒和巻鋰片上模、巻鋰片 左模、巻鋰片右模，巻鋰片上模、巻鋰片左模和巻鋰片右模與各自的推動 氣缸活塞杆固定連接，各推動氣缸固定在機架上，接到鋰片的巻鋰片下模 被移鋰導軌送至巻鋰棒的正下方，巻鋰片下模與固定在移鋰導軌上的推動 氣缸活塞杆固定連接，各模以巻鋰棒為中心呈十字分布。
所述的鋼殼輸送裝置D為常規震動螺旋送料器。所述的鋰片入鋼殼裝 置E包括設置在機臺上的機架和固定在機架上的推送氣缸，在推送氣缸的 活塞杆上依序安裝有旋轉氣缸、固定在旋轉氣缸上的薄形氣缸、固定在薄 形氣缸上用於鋼殼定位的手指氣缸，薄形氣缸將手指氣缸向前推送套入巻 鋰棒使鋰片進入鋼殼；鋰片入鋼殼裝置E還包括設置在機架上用於將已裝 好鋰片的鋼殼送出的鋰片推出氣缸，鋰片推出氣缸與推送氣缸的軸向投影 相互垂直。
所述的鋰片入鋼殼裝置E與鋰片輥壓裝置F前後銜接，在機臺上固定 設置有機架，在機架上固定設有鋰片輥壓裝置，該鋰片輥壓裝置包括承接 旋轉氣缸和薄型氣缸相配合送來的鋼殼的輥壓棒、驅動輥壓棒旋轉的輥壓 電機、與輥壓棒配合的輥壓氣缸及輥壓輪，輥壓電機和輥壓棒固定在機架 上。所述的鋰片輥壓裝置F與出料裝置G前後銜接，設置在固定在機臺上 的機架上的出料裝置G包括將鋼殼從輥壓棒上退出的鋼殼推出氣缸，輸送帶及輸送電機。
本實用新型有效解決了傳統手工加工過程中極易出現的粘刀、成型和 剝離困難及手工效率低下、綜合成本高的問題，既大幅度減輕了工人的勞 動強度，也極大地提高了生產效率，有效地降低了產品的綜合成本。實際
工作中，傳統手工需4人進行操作的工藝(裁鋰片，巻鋰片，入殼，輥壓)， 而本實用新型改為由一部設備完成，效率提高30%以上，且為全自動操作， 在設備穩定運行的情況下，1人可看護操作4部以上設備,大幅度提高了生 產效率，而且提高了產品的質量一致性。

附圖1是本實用新型裝配立體結構形態示意圖；附圖2是圖1的俯視 投影示意圖；附圖3是本實用新型中鋰片送料裝置部分的裝配立體結構形 態示意圖；附圖4是本實用新型中鋰片裁切裝置及鋰片巻筒裝置裝配全剖 平面示意結構簡圖；附圖5是本實用新型中鋼殼輸送裝置和鋰片入鋼殼裝 置部分的裝配立體結構形態示意圖；附圖6是本實用新型中鋰片輥壓裝置 的裝配立體結構形態示意圖；附圖7是本實用新型中出料裝置的裝配立體 結構形態示意圖。
具體實施方式

本實用新型的主旨是提供一種自動化程度高、生產效率高的鋰片自動 加工設備，該設備應用於以金屬鋰為負極的鋰電池製造。在製造鋰電池時， 須將作為電池負極活性物質的金屬鋰Li片附著在電池鋼殼的內側或者巻 成一定形狀之後再放入電池殼的內部，但因金屬鋰片很軟，容易粘結在各 種材質上。所以製作該鋰電池的時候，負極金屬鋰的裁切、巻曲、定位、 入殼等工作很難實現機械化和自動化。本實用新型須解決的問題有使用 氣(液)動和機械傳送等方法，配合合適的模具和夾具實現全過程的自動 化和機械化；使用可解決鋰粘結問題的材料製作接觸金屬鋰材料的刀具和 模具等，以解決鋰容易粘結在機器上的問題。
參照附圖。其中，在機臺上依次設置有鋰片送料裝置A、鋰片裁切裝 置B及相併列的鋰片巻筒裝置C和鋼殼輸送裝置D，之後還依序排列有鋰 片入鋼殼裝置E、鋰片輥壓裝置F、出料裝置G。
所述的鋰片送料裝置A包括依序排列的鋰片巻輥Al、巻輥架A2和自 動送料裝置A3，自動送料裝置由設置在機臺上的機架、該機架上依序設置的排列式傳動滾輪組A31、前壓料氣缸A33、滑臺氣缸A32、後壓料氣缸 A34組成，該自動送料裝置鋰片通過滾輪組將鋰片送入對鋰片進行定長裁 切的鋰片裁切裝置；鋰片裁切裝置B的主體為設置在機臺上的模架，在模 架上固定設置有裁鋰片下模Bl和由氣缸驅動的裁鋰片上模B2;鋰片巻筒 裝置C包括固設在移鋰導軌CO上用於承接鋰片裁切裝置裁下的鋰片的真 空型巻鋰片下模C1、固定在機架上的巻鋰棒C2和巻鋰片上模C3、巻鋰片 左模C4、巻鋰片右模C5;鋼殼輸送裝置D為常規震動螺旋送料器，在輸 送導軌上有電池鋼殼Dl;鋰片入鋼殼裝置E包括設置在機臺上的機架和固 定在機架上的推送氣缸El,在推送氣缸的活塞杆上依序安裝有旋轉氣缸 E2、固定在旋轉氣缸上的薄形氣缸E3、固定在薄形氣缸上用於鋼殼定位的 手指氣缸E4，薄形氣缸將手指氣缸向前推送套入巻鋰棒使鋰片進入鋼殼， 鋰片入鋼殼裝置E還包括設置在機架上用於將已裝好鋰片的鋼殼送出的鋰 片推出氣缸E5;鋰片輥壓裝置F包括承接旋轉氣缸和薄型氣缸相配合送來 的鋼殼的輥壓棒F2、驅動輥壓棒旋轉的輥壓電機Fl、與輥壓棒配合的輥 壓氣缸F3及輥壓輪F4，輥壓電機和輥壓棒固定在機架上；出料裝置G包 括將鋼殼從輥壓棒上退出的鋼殼推出氣缸G1，輸送帶及輸送電機。
參照圖1，本實用新型的機臺固定安裝在機座上，在機臺上設置有控 制氣氛箱，並在控制氣氛箱與機臺間氣密封連接且箱內充滿乾燥空氣或其 它適宜的乾燥氣體如氮氣、惰性氣體等。為了描述的方便，在圖中已將該 控制氣氛箱拿掉。
本實用新型的工作原理或工作過程簡述為在乾燥氣氛中，鋰片巻料 由自動送料裝置自動定長後進行裁切，巻鋰片下模通真空，裁好的鋰片通 過真空吸附在巻鋰片下模上，通過傳動裝置將巻鋰下模移到巻鋰片工位， 下模向上動作碰到巻鋰棒，將鋰片巻成U形，然後巻鋰左、右模及其氣缸 同時動作，將鋰巻成0形，巻鋰上模及氣缸起築固效果的作用，巻筒動作 完成後，通過外力(氣動或液壓)將鋰筒推出並送入鋼殼中，再用壓輥將 鋰筒軋壓貼合於鋼殼內壁，至此鋼殼即可進入下道工序裝入隔膜和正極活 性物質、電解液的工序。
下面參照各附圖簡述具體的操作程序。
首先，將金屬鋰帶料放在鋰片巻輥Al上，鋰帶藉助排列式傳動滾輪 組A31進入自動送料裝置A3，於是壓料氣缸A33壓住鋰帶，滑臺氣缸A32將鋰片向前輸送設定好的長度，壓料氣缸壓住鋰帶由鋰片裁切裝置B進行 裁切，由此完成一個送料循環。
其次，在鋰片裁切裝置B中，裁鋰片下模B1固定設置在模架上，裁 鋰片上模B2由氣缸驅動，該氣缸也固定設置在模架上；裁鋰片下模的刃 口與裁鋰片上模的刃口呈剪刀錯位配合併對伸出裁鋰片下模刃口的定長 鋰片進行裁切，裁切下的鋰片落入鋰片巻筒裝置C。
第三，鋰片巻筒裝置C包括設置在機臺上的機架，用於承接鋰片裁切 裝置裁下的鋰片的真空型巻鋰片下模Cl,真空型巻鋰片下模C1固設在移 鋰導軌C0上並隨之做來回線性移動，巻鋰片下模Cl還與固定在移鋰導軌 上的推動氣缸的活塞杆固定連接。接到裁後落下鋰片的巻鋰片下模隨移鋰 導軌返回以巻鋰棒C2為中心的鋰片裁切裝置內，巻鋰棒固定在機架上， 巻鋰片上模C3、巻鋰片下模C1、巻鋰片左模C4、巻鋰片右模C5以巻鋰棒 為中心呈十字分布，且巻鋰片上模、巻鋰片左模和巻鋰片右模與各自的推 動氣缸活塞杆固定連接，各推動氣缸固定在機架上。
第四，鋰片入鋼殼裝置E包括設置在機臺上的機架和固定在機架上的 推送氣缸El，在推送氣缸的活塞杆上依序安裝有旋轉氣缸E2、固定在旋 轉氣缸上的薄形氣缸E3、固定在薄形氣缸上用於鋼殼定位的手指氣缸E4， 薄形氣缸將手指氣缸向前推送套入巻鋰棒使鋰片進入鋼殼Dl;鋰片入鋼殼 裝置E還包括設置在機架上用於將已裝好鋰片的鋼殼送出的鋰片推出氣缸 E5，鋰片推出氣缸與推送氣缸的軸向投影相互垂直。
鋰片巻好後，推送氣缸向前推動使手指氣缸夾住鋼殼，然後推送氣缸帶 動手指氣缸退回；薄型氣缸接著動作，將手指氣缸向與推送氣缸垂直的方 向送出，套入巻鋰片棒，完成鋰片入殼的動作，之後薄型氣缸與鋰片推送 氣缸同時動作，將鋼殼及鋰片同時推出，接著旋轉氣缸旋轉180°將鋼殼 及鋰片送入鋰片輥壓裝置F。
第五，鋰片輥壓裝置F固設在機架上，機架固設於機臺上。包括承接 旋轉氣缸和薄型氣缸相配合送來的鋼殼的輥壓棒F2、驅動輥壓棒旋轉的輥 壓電機F1、與輥壓棒配合的輥壓輪F4受輥壓氣缸F3的推動壓在輥壓棒， 輥壓電機固定在機架上。
隨著旋轉氣缸旋轉180° ，薄型氣缸動作將鋼殼套入輥壓棒後退回， 輥壓氣缸動作，輥壓輪將鋼殼壓在輥壓棒上，電機開始旋轉，輥壓完成後，電機停止旋轉，輥壓氣缸及輥壓輪退回，鋼殼推出氣缸動作，將鋼殼推出。
這時鋼殼進入了出料裝置G，固設在機架上(機架固設在機臺上)的出料 裝置G包括將鋼殼從輥壓棒上退出的鋼殼推出氣缸Gl ，輸送帶及輸送電機， 即最後其內已裝好鋰片的鋼殼進入出料裝置內被兩端密封后送出。
另外在具體實施時，鋰片裁切裝置及鋰片巻筒裝置採用陶瓷(氧化鋯) 上釉或工程塑料(玻纖增強型聚丙稀)製成，解決了鋰片裁切中易粘刀的 問題，實現了鋰片裁切的自動化生產。其餘與鋰片接觸部份均採用工程塑 料尼龍製作，必要時在工程塑料尼龍的表面複合一層聚乙烯薄膜，解決了 金屬鋰或者鋰合金在自動化過程中不易送料及輸送的問題。還需闡朋的 是，本實用新型也可以用於加工常用於電池領域的鋰合金，及以金屬鋰為 負極的鋰電池製造，例如鋰/亞硫醯氯電池(Li/S0Cl2)、鋰/二氧化錳 (Li/Mn02)電池、鋰/二氧化硫(Li/S02)電池、鋰/硫磺(Li/S)電池、鋰/硫 醯氯(Li/S02Cl2)電池、鋰/硫聚合物電池、鋰/二硫化鐵電池(Li/FeS2)、 鋰/碘(Li/l2)電池等，既可應用於一次鋰電池的製造，同樣也可以應用於 二次鋰電池的製造過程中。
上述實施例為本實用新型較佳的實現方案，除此之外，本實用新型還 可以其他實現方式，需要說明的是，在沒有脫離本實用新型發明構思的前 提下，任何顯而易見的替換均在本實用新型保護範圍之內。
權利要求1、一種鋰片加工裝置，包括機座和設置在機座上的機臺，其特徵是在機臺上設置有控制氣氛箱，在被所述的控制氣氛箱罩住的機臺上依次設置有鋰片送料裝置A、鋰片裁切裝置B及相併列的鋰片捲筒裝置C和鋼殼輸送裝置D，之後還依序排列有鋰片入鋼殼裝置E、鋰片輥壓裝置F、出料裝置G。
2、 根據權利要求1所述的鋰片加工裝置，其特徵是所述的控制氣 氛箱與機臺間氣密封連接且箱內充滿乾燥空氣或相對於金屬鋰屬惰性的 乾燥氣體。
3、 根據權利要求2所述的鋰片加工裝置，其特徵是所述的鋰片送 料裝置A包括依序排列的鋰片巻輥(Al)、巻輥架(A2)和自動送料裝置(A3)，鋰片巻料纏繞在巻輥之上並進入自動送料裝置。
4、 根據權利要求3所述的鋰片加工裝置，其特徵是所述的自動送 料裝置由設置在機臺上的機架(A35)、該機架上依序設置的排列式傳動滾 輪組(A31)、前壓料氣缸(A33)、滑臺氣缸(A32)、後壓料氣缸(A34) 組成，該自動送料裝置將鋰片通過滾輪組送入對鋰片進行定長裁切的鋰片 裁切裝置。
5、 根據權利要求4所述的鋰片加工裝置，其特徵是所述的鋰片裁 切裝置B的主體為設置在機臺上的模架，在模架上固定設置有裁鋰片下模(Bl)和由氣缸驅動的裁鋰片上模(B2);裁鋰片下模的刃口與裁鋰片上 模的刃口呈剪刀錯位配合併對伸出裁鋰片下模刃口的定長鋰片進行裁切， 裁切下的鋰片落入鋰片巻筒裝置。
6、 根據權利要求5所述的鋰片加工裝置，其特徵是所述的鋰片巻 筒裝置C與鋰片裁切裝置B相互銜接，鋰片巻筒裝置包括設置在機臺上的 機架，固設在移鋰導軌(C0)上用於承接鋰片裁切裝置裁下的鋰片的真空 型巻鋰片下模(Cl)、固定在機架上的巻鋰棒(C2)和巻鋰片上模(C3)、 巻鋰片左模(C4)、巻鋰片右模(C5)，巻鋰片上模、巻鋰片左模和巻鋰片 右模與各自的推動氣缸活塞杆固定連接，各推動氣缸固定在機架上，接到 鋰片的巻鋰片下模被移鋰導軌送至巻鋰棒的正下方，巻鋰片下模與固定在移鋰導軌上的推動氣缸活塞杆固定連接，各模以巻鋰棒為中心呈十字分 布。
7、 根據權利要求1 6中任一項所述的鋰片加工裝置，其特徵是所述的鋼殼輸送裝置D為常規震動螺旋送料器。
8、 根據權利要求7所述的鋰片加工裝置，其特徵是所述的鋰片入鋼殼裝置E包括設置在機臺上的機架和固定在機架上的推送氣缸(El)， 在推送氣缸的活塞杆上依序安裝有旋轉氣缸(E2)、固定在旋轉氣缸上的 薄形氣缸(E3)、固定在薄形氣缸上用於鋼殼定位的手指氣缸(E4)，薄形 氣缸將手指氣缸向前推送套入巻鋰棒使鋰片進入鋼殼；鋰片入鋼殼裝置E 還包括設置在機架上用於將已裝好鋰片的鋼殼送出的鋰片推出氣缸(E5)， 鋰片推出氣缸與推送氣缸的軸向投影相互垂直。
9、 根據權利要求8所述的鋰片加工裝置，其特徵是所述的鋰片入 鋼殼裝置E與鋰片輥壓裝置F前後銜接，在機臺上固定設置有機架，在機 架上固定設有鋰片輥壓裝置，該鋰片輥壓裝置包括承接旋轉氣缸和薄型氣 缸相配合送來的鋼殼的輥壓棒(F2)、驅動輥壓棒旋轉的輥壓電機(Fl)、 與輥壓棒配合的輥壓氣缸(F3)及輥壓輪(F4)，輥壓電機和輥壓棒固定 在機架上。
10、 根據權利要求9所述的鋰片加工裝置，其特徵是所述的鋰片輥 壓裝置F與出料裝置G前後銜接，出料裝置G固定在機架上，該機架上固 定設置在機臺上包括將鋼殼從輥壓棒上退出的鋼殼推出氣缸(Gl)，輸送 帶及輸送電機。
專利摘要一種鋰片加工裝置，包括機座及其上的機臺，在機臺上設置有控制氣氛箱，在被該控制氣氛箱罩住的機臺上依次設置有鋰片卷輥和鋰片送料裝置、鋰片裁切裝置、相併列的鋰片捲筒裝置和鋼殼輸送裝置，之後還依序排列有鋰片入鋼殼裝置、鋰片輥壓裝置、出料裝置等。其中，控制氣氛箱與機臺間氣密封連接且箱內充滿乾燥空氣或相對於金屬鋰屬惰性的乾燥氣體。本實用新型有效解決了傳統手工加工過程中極易出現的鋰片粘刀、成型和剝離困難及手工效率低下、綜合成本高的問題，既大幅度減輕了工人的勞動強度，也極大地提高了生產效率，有效地降低了產品的綜合成本。
文檔編號H01M10/38GK201298577SQ20082020295
公開日2009年8月26日 申請日期2008年11月1日 優先權日2008年11月1日
發明者呂建新, 袁中直, 陳平方 申請人:惠州億緯鋰能股份有限公司