切割極耳組的方法
2023-05-25 15:50:31 2
專利名稱：切割極耳組的方法
技術領域：
本發明涉及一種切割極耳組的方法。
背景技術：
現行的各種電池通常使用如下兩種方法來得到連接有一個或多個極耳構成的多個極耳組的電芯。第一種方法是，在卷繞或堆疊之前，預先分別切割出極耳和正負極片，在 正負極片上塗布相應的電極材料，並將極耳焊接到正負極片的相應預留位置處，隨後將焊接有極耳且塗布有電極材料的正負極片以「正極片/隔膜/負極片/隔膜」夾著隔膜的疊片，圍繞卷針卷繞或堆疊，來形成電芯。另ー種方法是，在正負極片上預留出位置，並在該預留位置切割出極耳，從而得到帶有極耳的正負極片，在所述帶有極耳的正負極片上塗布相應的電極材料，並將其以「正極片/隔膜/負極片/隔膜」夾著隔膜的疊片進行卷繞或堆疊，來形成電芯。第一種方法存在的問題是，極耳焊接處的疊片厚度與疊片的其餘部分的厚度不同，導致疊片厚度不均勻，從而無法卷繞或堆疊形成均勻一致的形狀結構，從而影響電池的性能。而第二種極耳切割方法雖然緩解了疊片厚度均勻性的問題，卻無法確保形成電芯之後同個極耳組中的每個極耳精確對準，尤其對於圓柱體形狀的卷繞電池來說，所卷繞的每一層疊片的直徑都不同，且基於卷繞的鬆緊度和誤差無法精確預測，由此，無法在卷繞之前預先在精確位置上切割出極耳，並且隨著每個極耳組的極耳數量的增多，該組極耳之間的位置偏差更大，導致極耳總數受限。對於現今大功率電池的需求，導致需要更大的充放電電流，從而需要極耳組包括充足數量的極耳。由此，這兩種現行的方法均無法滿足大功率電池對於極耳組的需求。近來，人們也試圖通過高端數控工具機以「邊卷繞疊片邊計算切割位置」的方式來得到每組精確對準的、充分數量的極耳，但是這種高端數控工具機價格昂貴結構龐大，操作和位置算法均非常複雜，經驗豐富技術人員必須經過嚴格和繁瑣的培訓才能夠掌握極耳組的切害I]，導致極耳組的切割成本太高，也無法滿足目前日益增長的大功率電池所需極耳組的加エ要求,尤其是小規模的大功率電池生產廠家無法承擔這樣的加工成本。此外，根據現行的電池技術，雖然也在堆疊或卷繞得到電芯之後對極耳組中的極耳進行切割，但是僅僅出於修整極耳毛刺(參見授權公告號為CN200920134861. 3的實用新型專利)或者將極耳高度修齊(參見授權公告號為CN201120048501. 9的實用新型專利)，這些修正性的切割也無法良好地消除極耳之間的位置偏差，從而無法得到大功率電池所需要的多組的大量對準的極耳構成的極耳組。因此，需要一種切割極耳組的方法，該方法能夠以低廉的成本為不同類型(諸如形狀不同、尺寸不同、堆疊或卷繞方式不同)的電池以簡單的操作按需直接切割出ー個或多個極耳組，並且確保同個極耳組中的所有極耳精確對齊。這種方法使得電池的電芯各處尺寸均勻且同組極耳精確對齊，得到更好性能的大功率電池；並且使用靈活，成本低廉，操作簡便，從而能夠更好地滿足各種規模的電池廠家對於大功率電池的加工需求。
發明內容
針對現有技術中極耳製造技術存在的問題，提出了一種切割極耳組的方法，所述方法包括提供隔膜、在一縱向側設置有預留帶的正極片和在與所述縱向側相對的另ー縱向側上設置有另ー預留帶的負極片；在正負極片除了預留帶之外的部分上塗布相應的電極材料；將所述正極片、所述隔膜、所述負極片和所述隔膜依序的疊片進行卷繞或者對正極片、隔膜、負極片和隔膜依序進行交替堆疊，以形成電芯，所述方法的特徵在於在形成電芯之後，從電芯的正極片和負極片上的預留帶直接切割出ー個或多個極耳組，並且同組中的每個極耳精確對齊。優選地，用於從預留帶直接切割極耳組的方式選自雷射切割、衝壓切割、旋轉式高速切割、機械切割中的ー種或多種。優選地，所述預留帶的寬度根據極耳組的長度確定。在極耳組中的極耳的長度不 一致的情況下，更優選地，所述預留帶的寬度根據其對應的電極的極耳組中最長的極耳的長度來確定。優選地，所述方法利用刀片從預留帶直接切割出極耳組。優選地，所述極耳組的數量為4組。也就是，正極極耳組2組，負極極耳組2組。在利用刀片切割共4組的極耳組的情況下，在形成電芯之後，從預留帶直接切割出該4組極耳組的步驟包括根據極耳組的位置和長度，用所述刀片沿著縱向切割電芯的預留帶，得出極耳組的縱向邊緣，並用所述刀片對準極耳組根部沿橫向從預留帶切除多餘部分，以得到根部與電芯一體的極耳組。優選地，所述方法在從電芯的正極片和負極片上的預留帶切割出極耳組的步驟之前，包括利用雷射對準電芯的預留帶的內側邊緣並固定電芯的步驟。優選地，切割出極耳組的縱向邊緣的步驟包括利用氣缸饋送刀片，所述氣缸的饋送衝程對應於刀刃到電芯的預留帶的內側邊緣的距離，其中，所述刀刃與所述內側邊緣平行。優選地，所述方法在切割出極耳組的縱向邊緣的步驟之後切除多餘部分之前，包括利用雷射對準所述縱向邊緣並固定電芯的步驟。優選地，切除多餘部分的步驟包括利用氣缸饋送刀片，所述氣缸的饋送衝程對應於刀刃到所述極耳組的縱向邊緣的距離，其中，所述刀刃與所述縱向邊緣平行。優選地，所述氣缸沿著軌道饋送所述刀片。利用本發明所提供的切割極耳組的方法，操作簡單，不需要對技術人員進行複雜的培訓；使用靈活，對於常規的長方體或圓柱體形狀的電芯均可適用，並且當電芯的尺寸發生變化時，只要調整氣缸的饋送衝程。並且，利用本發明所提供的切割極耳組的方法，能夠直接從電芯切割出縱向邊緣和根部均精確對齊的極耳組，免除了消除毛刺和不平齊的麻煩，能夠在需要很大極耳數量的情況下依然保持同個極耳組中的所有極耳的精確對齊。此夕卜，本發明所提供的切割極耳組的方法還能夠直接使用目前常用的各種設備，諸如雷射切害I]、衝壓切割、旋轉式高速切割、機械切割等的現有設備來執行，而無需編程複雜、價格昂貴 的專用數控工具機。由上，本發明所提供的切割極耳組的方法能夠以更低的成本更簡單的操作得到性能更穩定的大功率電池。
為了更清楚地描述本發明的技術方案，下面將結合附圖作簡要介紹。顯而易見，這些附圖僅是本申請記載的極耳組切割方法和裝置的ー些具體實施方式
。本發明的極耳組切割方法的步驟以及極耳組切割裝置的結構包括但不限於以下這些附圖。圖I示出根據本發明第一實施例的極耳組切割方法的流程。圖2示出根據本發 明第二實施例的極耳組切割裝置在氣缸尚未饋送刀片情況下的圖示。圖3示出根據本發明第二實施例的極耳組切割裝置在氣缸饋送刀片期間的圖示。圖4(a)-圖4(h)示出利用圖2和圖3所示的極耳組切割裝置執行根據本發明的極耳組切割方法的過程。
具體實施例方式為了進ー步理解本發明，下面將結合實施例對本發明的優選方案進行描述。這些描述只是舉例說明本發明的特徵和優點，而非限制本發明的保護範圍。在以下描述中，極片的縱向表不其長度方向，極耳組的縱向表不電芯的軸向，而橫向表不與電芯的軸向垂直的方向。極耳組的縱向邊緣為組中所有極耳的縱向邊緣的集合，每個極耳組每側的縱向邊緣實際上形成ー個縱向邊緣面，下文中統稱極耳組的「縱向邊緣」。如圖I所示，根據本發明第一實施例的極耳組切割方法包括如下步驟提供隔膜、在縱向側設置有預留帶的正極片和在與所述縱向側相對的另ー縱向側上設置有另ー預留帶的負極片(步驟101和102);在正負極片除了預留帶之外的部分上塗布相應的電極材料(步驟103);將正極片、隔膜、負極片和隔膜依序的疊片進行卷繞，以形成電芯(步驟104)；在形成電芯之後，從電芯的正極片和負極片上的預留帶直接切割出極耳組，並且同組中的每個極耳精確對齊(步驟105)。在步驟104之後，因為已經形成了電芯，從而預留帶已經緊密卷繞成很多層的具備一定厚度的筒狀，能夠經受各種方向尤其是縱向的切割而不會發生彎折扭曲和變形。從而可以在步驟105直接對電芯的各層一同進行切割加工，從而得到一組或多組其中每個極耳均精確對齊的極耳組。此外，電池所需的極耳數量增加時，預留帶的層數隨之增加，從而在不發生彎折扭曲和變形的情況下，能夠承受的切割強度就越大，從而能夠確保實現同個極耳組中每個極耳的精確對齊而不受極耳數量的影響。優選地，用於從預留帶直接切割極耳組的方式可以選自雷射切割、衝壓切割、旋轉式高速切割、機械切割中的ー種或多種。其中，也可以利用刀片從預留帶直接切割出極耳組。優選地，所述預留帶的寬度根據極耳組的長度確定。在極耳組中的極耳的長度不一致的情況下，更優選地，所述預留帶的寬度根據其對應的電極的極耳組中最長的極耳的長度來確定。從而，能夠確保切割出來的極耳組中的極耳都是完整的。優選地，所述極耳組的數量為4組。也就是，正極極耳組2組，負極極耳組2組。雖然說明書的以下部分中均利用對正極片、隔膜、負極片和隔膜依序的疊片進行卷繞形成圓柱體形的電芯作為示例，但是本發明也適用於利用其他方式形成的其他形狀的電芯，諸如卷繞疊片形成的長方體形的電芯，通過對正極片I、隔膜2、負極片3和隔膜2進行交替堆疊來形成的其他形狀的電芯等等。
在利用刀片切割共4組的極耳組的情況下，在形成電芯之後，從預留帶直接切割出該4組極耳組的步驟包括根據極耳組的位置和長度，用所述刀片沿著縱向切割電芯的預留帶，得出極耳組的縱向邊緣，然後用所述刀片對準極耳組根部沿橫向從預留帶切除多餘部分，以得到根部與電芯一體的極耳組。並非一定需要以此先後步驟來執行極耳組切割，也可以先用刀片對準極耳組根部沿橫向將預留帶切割到與極耳組的縱向邊緣平齊的橫向深度，然後用刀片在所述橫向深度處沿著縱向切割預留帶直到極耳組的根部處，從而得到根部與電芯一體的極耳組。根據本發明的第二實施例，提供了ー種用於執行上述極耳組切割方法的、尤其用於在每個極切割出2組極耳組的極耳組切割裝置，圖2和圖3分別示出根據本發明第二實施例的極耳組切割裝置在氣缸尚未饋送刀片情況下以及在氣缸饋送刀片期間的圖示。所述裝置用於從電芯5直接切割出極耳組13，所述電芯5通過對在縱向側設置有預留帶4且在預留帶4之外塗布相應電極材料的正極片I、隔膜2、在與所述縱向側相對的另ー縱向側上設置有另ー預留帶且在其預留帶之外塗布相應電極材料的負極片3、隔膜2依序的疊片進行卷繞而形成，所述裝置包括雷射器6，用於發射雷射並利用所發射的雷射束對電芯進行定位；刀片8，用於直接從電芯5的正極片I和負極片3上的預留帶4切割出極耳；以及氣缸10，將其活塞14固定到刀片8，用於饋送刀片。優選地，所述刀片8用於沿縱向從預留帶4切割出極耳組的縱向邊緣然後對準極耳組的根部沿橫向從預留帶4切除多餘部分。所述刀片可以採用非常常見且價格低廉的具有直線刀刃的刀片。如圖2所示，在所述刀片8用於從預留帶4切割出極耳組的縱向邊緣之前，由雷射器6發射的雷射束用於對準電芯的預留帶4的內側邊緣並將電芯進行固定，所述氣缸的饋送衝程設置為刀刃與所述內側邊緣之間的距離，其中，所述刀刃平行於所述內側邊緣(參見圖4(d))。優選地，在利用所述刀片8切割出極耳組的縱向邊緣之後、沿橫向從預留帶4切除多餘部分之前，由雷射器6發射的雷射束用於對準極耳組的縱向邊緣並對電芯進行再固定，所述氣缸10的饋送衝程設置為刀刃與所述縱向邊緣之間的距離，其中，所述刀刃平行於所述縱向邊緣(參見圖4(f))。可以利用同一套極耳組切割裝置來執行上述的極耳組縱向邊緣的切割步驟和多餘部分切除步驟，對於不同步驟，只需要調整所述極耳組切割裝置中氣缸10、刀片8、雷射器6的位置以及氣缸10的饋送衝程即可。此外，也可以使用兩套極耳組切割裝置來分別執行上述的極耳組縱向邊緣的切割步驟和多餘部分切除步驟。所述極耳組切割裝置還可以包括固定構件，用於在用雷射束對電芯進行定位之後固定電芯。作為示例，圖2和圖3中示出了ー對固定構件7。也可以利用一對將電芯5緊密咬合在其中的顎件11與ー對固定構件7協同來固定電芯(參見圖4(c)和4(d))。所述氣缸10可以經由第一饋送件9和活塞14連接到刀片8，其中，所述活塞14經由第一饋送件9固定連接到刀片8的背側，用於隨著氣缸的做功與否推出或縮回刀片8，其最大伸縮量對應於氣缸10的饋送衝程。可以在所述第一饋送件9下方設置有軌道12，用於經由所述軌道12穩定精確地饋送所述刀片，從而減少和避免刀片8的搖擺和震動。為了進一歩解釋本發明的極耳組切割裝置和極耳組切割方法，下面將參考圖4(a) -圖4(h)對利用圖2和圖3所示的極耳組切割裝置執行根據本發明的極耳組切割方法的過程進行說明。需要說明的是，下面以ー個極的極耳組切割為例，另ー個極的極耳組可以通過相同的步驟切割出，在此不贅述。首先，提供正極片I、隔膜2和負極片3，在正極片I的一縱向側上設置有預留帶4用於正極極耳組，並在正極片I除預留帶4之外的部分上塗布正極電極材料，在負極片3與正極片I的所述縱向側相對的另ー縱向側上設置有預留帶4用於負極極耳組，並在負極片3除預留帶4之外的部分上塗布負極電極材料，其中，所述預留帶4的寬度可以根據極耳的長度來確定，然後將塗布好的正極 片I、隔膜2、塗布好的負極片3和隔膜2順序層疊，形成疊片，如圖4(a)所示。然後，將所得到的疊片進行卷繞以形成電芯5，如圖4(b)所示。利用一對顎件11將電芯5緊密咬合固定於其中，並使得電芯5的兩個預留帶4分別從顎件11的兩側露出，通常還從該兩側露出少許極片的塗布部分，以便利用刀片8對預留帶4進行切割，如圖4(c)所示。然後，利用雷射器6發射的雷射對準電芯5的預留帶4的內側邊緣，並利用固定構件7和顎件11來固定電芯5，將刀片8的刀刃設置為與所述內側邊緣平行，並將氣缸10的饋送衝程設置為在刀刃與所述內側邊緣之間的距離，如圖4(d)所示。然後，啟動氣缸10推動活塞14做功，並經由與活塞14相連的第一饋送件9相應推動刀片8，從而在軌道12上穩定迅速地沿縱向饋送刀片8，由此從電芯5的預留帶4切割出極耳組的縱向邊緣，如圖4 (e)所示。每個極耳組有兩個縱向邊緣，該兩個縱向邊緣可以將圖4(d)和4(e)所示的步驟執行兩次來獲得。然後，調整極耳組切割裝置的氣缸10、雷射器6和刀片8的位置，利用雷射器6發射的雷射對準極耳組的縱向邊緣，並利用固定構件7和顎件11來固定電芯5，將刀片8的刀刃設置為與所述縱向邊緣平行且對準極耳組的根部，並將氣缸10的饋送衝程設置為在刀刃與所述縱向邊緣之間的距離，如圖4(f)所示。然後，啟動氣缸10推動活塞14做功，並經由與活塞14相連的第一饋送件9相應推動刀片8，以在軌道12穩定迅速地沿橫向對準極耳組的根部饋送刀片8，從而從電芯5的預留帶4切除多餘部分，如圖4(g)所示。需要執行兩次如圖4(f)和圖4(g)所示的橫向切割步驟，以切除預留帶上在極耳組的縱向邊緣兩側的多餘部分，從而得到根部與電芯一體的極耳組13。由上述的極耳組切割裝置和相應的極耳組切割方法，能夠切割得到ー對極耳組，該對極耳組中的所有極耳的根部和縱向邊緣精確對齊，並且兩個極耳組關於電芯的軸精確對稱，使得更便於將兩個極耳組焊接到極柱的後續操作。利用本發明所提供的極耳組切割方法，操作簡單，不需要對技術人員進行複雜的培訓，對於常規的長方體或圓柱體形狀的電芯均可適用，並且當電芯的尺寸發生變化時，只要調整氣缸的饋送衝程即可，使用靈活。並且，利用本發明所提供的切割極耳組的方法，能夠直接從電芯切割出縱向邊緣和根部精確對齊的極耳組，操作簡便，免除了消除毛刺和不平齊的麻煩，能夠在需要很大極耳數量的情況下依然保持同個極耳組中的每個極耳的精確對齊。此外，本發明所提供的切割極耳組的方法還能夠直接使用目前常用的各種設備，諸如雷射切割、衝壓切割、旋轉式高速切割、機械切割等的現有設備甚至最簡單的氣缸和刀片組合結構，來執行，而無需編程複雜價格昂貴的專用數控工具機。由上，本發明所提供的切割極耳組的方法能夠以更低的成本更簡單的操作得到性能更穩定的大功率電池。
本發明所提供的極耳組切割裝置，構成簡単，構件諸如刀片、氣缸和簡單的雷射器都成本低廉能夠在市面上方便購買到，對於常規的長方體或圓柱體形狀的電芯均可適用，並且當電芯的尺寸發生變化時，只要調整氣缸的饋送衝程即可，使用靈活。並且，普通技術人員無需繁瑣培訓就可使用本發明所提供的極耳組切割裝置，以簡單的操作直接從電芯切割出其中每個極耳的縱向邊緣和根部精確對齊的極耳組，能夠在需要很大極耳數量的情況下依然保持同個極耳組中每個極耳的精確對齊。由上，本發明所提供的極耳組切割裝置能夠以更低的成本更簡單的操作得到性能更穩定的大功率電池。以上實施例的說明只是用於 幫助理解本發明的核心思想。應當指出，對於本領域的普通技術人員而言，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，但這些改進和修飾也落入本發明權利要求請求保護的範圍內。
權利要求
1.一種切割極耳組的方法，所述方法包括 提供隔膜、在一縱向側設置有預留帶的正極片和在與所述縱向側相對的另ー縱向側上設置有另ー預留帶的負極片； 在正負極片除了預留帶之外的部分上塗布相應的電極材料； 將所述正極片、所述隔膜、所述負極片和所述隔膜依序的疊片進行卷繞或者對正極片、隔膜、負極片和隔膜依序進行交替堆疊，以形成電芯， 所述方法的特徵在於在形成電芯之後，從電芯的正極片和負極片上的預留帶直接切割出ー個或多個極耳組，並且同組中的每個極耳精確對齊。
2.根據權利要求I所述的切割極耳組的方法，其中，用於從預留帶直接切割極耳組的方式選自雷射切割、衝壓切割、旋轉式高速切割、機械切割中的ー種或多種。
3.根據權利要求I所述的切割極耳組的方法，其中，所述預留帶的寬度根據極耳組的長度確定。
4.根據權利要求I所述的切割極耳組的方法，其中，所述預留帶的寬度根據其對應的電極的極耳組中最長的極耳的長度來確定。
5.根據權利要求I所述的切割極耳組的方法，其中，所述方法利用刀片從預留帶直接切割出極耳組。
6.根據權利要求5所述的切割極耳組的方法，其中，每個極分別具有兩個極耳組。
7.根據權利要求6所述的切割極耳組的方法，在形成電芯之後從預留帶直接切割出極耳組的步驟包括根據極耳組的位置和長度，用所述刀片沿著縱向切割電芯的預留帶，得出極耳組的縱向邊緣，並用所述刀片對準極耳組根部沿橫向從預留帶切除多餘部分，以得到根部與電芯一體的極耳組。
8.根據權利要求I所述的切割極耳組的方法，其中，所述方法在從預留帶切割出極耳組的步驟之前，包括利用雷射對準電芯的預留帶的內側邊緣並固定電芯的步驟；並且在切割出極耳組的縱向邊緣的步驟之後切除多餘部分之前，包括利用雷射對準所述縱向邊緣並固定電芯的步驟。
9.根據權利要求7所述的切割極耳組的方法，其中，切割出極耳組的縱向邊緣的步驟包括利用氣缸饋送刀片，所述氣缸的饋送衝程對應於刀刃到電芯的預留帶的內側邊緣的距離，其中，所述刀刃與所述內側邊緣平行。
10.根據權利要求7所述的切割極耳組的方法，其中，切除多餘部分的步驟包括利用氣缸饋送刀片，所述氣缸的饋送衝程對應於刀刃到所述極耳組的縱向邊緣的距離，其中，所述刀刃與所述縱向邊緣平行。
全文摘要
本發明提供一種切割極耳組的方法，所述方法包括提供隔膜、在一縱向側設置有預留帶的正極片和在與所述縱向側相對的另一縱向側上設置有另一預留帶的負極片；在正負極片除了預留帶之外的部分上塗布相應的電極材料；將所述正極片、所述隔膜、所述負極片和所述隔膜依序的疊片進行卷繞或者對正極片、隔膜、負極片和隔膜依序進行交替堆疊，以形成電芯，所述方法的特徵在於在形成電芯之後，從電芯的正極片和負極片上的預留帶直接切割出一個或多個極耳組，並且同組中的每個極耳精確對齊。該方法使得電池的電芯各處尺寸均勻且同組極耳精確對齊，得到更好性能的大功率電池；並且使用靈活，成本低廉，操作簡便，更好滿足對於大功率電池的各種加工需求。
文檔編號H01M2/26GK102646804SQ20121008095
公開日2012年8月22日 申請日期2012年3月23日 優先權日2012年3月23日
發明者吳志清, 邱新平, 鄒積慶, 鄭曦 申請人:北京動力泉能源科技有限公司