一种激光焊接极耳设备的制作方法

本发明涉及锂电池制造技术领域，具体而言，涉及一种激光焊接极耳设备。

背景技术：

在锂离子电池极耳与极片基材焊接过程中，极片基材是非常薄的片(12μm以内)，在锂离子电池极耳与极片基材焊接过程中，传统焊接方式采用的是超声波焊接，由发生器产生的高压、高频信号转换为高频机械振动加工于极耳与极片箔材上，通过极片基材、极耳与焊头之间的摩擦而使得接触点温度升高，当温度达到极耳、极片箔材的熔点，使极耳与极片箔材融化，两者熔融。但极耳与极片箔材焊接有几个非常棘手的问题：焊头寿命有限需定期更换、虚焊严重(由于超声波焊接特性导致焊不上或焊上时间长会脱焊)、焊接后焊透毛刺过大、极片箔材与极耳拉力不够、在化成放电过程中放电电流不够、电阻过大等。

有鉴于此，设计制造出一种采用非接触式焊接，无需像超声波焊接需更换焊头，且可有效保证虚焊率、焊接后残留率、拉力等指标的激光焊接极耳设备就显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种激光焊接极耳设备，其采用非接触式焊接，无需像超声波焊接需更换焊头，且可有效保证虚焊率、焊接后残留率、拉力等指标。

本发明是采用以下的技术方案来实现的。

一种激光焊接极耳设备，包括机体、自动放卷装置、自动收卷装置、驱动装置和极耳激光焊接装置，自动放卷装置设置在机体上，用于承载放卷极片卷料，自动收卷装置设置在机体上，用于承载收卷极片卷料，驱动装置设置在自动放卷装置与自动收卷装置之间，用于驱动极片由自动放卷装置向自动收卷装置运动，极耳激光焊接装置设置在机体上，用于对极片进行激光焊接。

进一步地，极耳激光焊接装置包括底座、焊接夹具、极耳输送组件和激光焊接件，底座设置在机体上并具有极片装载位，极耳输送组件与底座连接，用于向极片装载位输送极耳，焊接夹具设置在机体上并与底座相对设置，用于压合在极片装载位上并使得极耳和极片贴合在一起，激光焊接件设置在焊接夹具上，用于焊接贴合在一起的极耳和极片。

进一步地，焊接夹具包括安装架、压合块和驱动件，安装架设置在机体上，驱动件设置在安装架上并与压合块传动连接，压合块设置在底座的上方并与极片装载位相对设置，用于在驱动件的带动下压合在极片装载位上或脱离极片装载位。

进一步地，压合块内设置有吹气通道，吹气通道向下延伸至压合块的底部，用于向极片装载位吹气，以使极耳贴合在极片上。

进一步地，焊接夹具还包括设置在压合块两侧的除尘管道，压合块的底部的两侧开设有出气槽，出气槽与吹气通道连通，除尘管道与出气槽连通。

进一步地，吹气通道向上贯穿压合块，且吹气通道的顶部设置有透镜，透镜与吹气通道的侧壁密封连接，激光焊接件设置在透镜的上方。

进一步地，激光焊接极耳设备还包括张力控制装置，张力控制装置设置在机体上并位于极片的输送路径上，用于浮动张紧极片。

进一步地，激光焊接极耳设备还包括横向刷粉装置，横向刷粉装置设置在机体上并位于极片的输送路径上，用于对极片的两面进行刷粉。

进一步地，激光焊接极耳设备还包括风刀除尘装置，风刀除尘装置设置在机体上并位于极耳激光焊接装置的出料侧，用于吹走极片上焊接产生的粉尘。

进一步地，激光焊接极耳设备还包括贴胶装置，贴胶装置设置在机体上并位于风刀除尘装置的出料侧，用于对焊接后的极片进行贴胶。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种激光焊接极耳设备，通过在机体上设置自动放卷装置和自动收卷装置，实现极片的放卷和收卷，同时通过驱动装置驱动极片运动，并通过极耳激光焊接装置对极片进行激光焊接。相较于现有技术，本发明提供的一种激光焊接极耳设备，通过激光焊接的方式，采用非接触式焊接，无需像超声波焊接需更换焊头，且可有效保证虚焊率、焊接后残留率、拉力等指标，解决超声波焊接带来的焊接问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的激光焊接极耳设备的整体结构示意图；

图2为图1中极耳激光焊接装置的结构示意图；

图3为图2中极耳激光焊接装置的局部结构示意图；

图4为图2中焊接夹具在第一视角下的结构示意图；

图5为图2中焊接夹具在第二视角下的结构示意图；

图6为图2中底座的结构示意图；

图7为图1中自动放卷装置的结构示意图之一；

图8为图1中自动放卷装置的结构示意图之二；

图9为图1中张力控制装置的结构示意图；

图10为图1中横向刷粉装置的结构示意图；

图11为图1中风刀除尘装置的结构示意图；

图12为图1中贴胶装置的结构示意图。

图标：100-激光焊接极耳设备；110-机体；111-安装板；120-自动放卷装置；121-放卷气胀轴；123-放卷驱动件；125-放卷传动轴；130-自动收卷装置；140-驱动装置；150-极耳激光焊接装置；151-底座；1511-真空吸附板；153-焊接夹具；1531-安装架；1533-压合块；1534-焊接压板；1535-驱动件；1536-透镜；1537-吹气管道；1538-除尘管道；1539-出气槽；155-极耳输送组件；1551-输送架；1553-输送轮；1555-输送件；157-激光焊接件；160-张力控制装置；161-伺服电机；163-电机座；165-张力辊架；170-横向刷粉装置；171-网板；180-风刀除尘装置；181-风刀吹气块；190-贴胶装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

结合参见图1，一种激光焊接极耳设备100，采用激光焊接的方式对极片进行焊接，焊接效果好，采用非接触式焊接，无需像超声波焊接需更换焊头，且可有效保证虚焊率、焊接后残留率、拉力等指标。

本实施例提供的激光焊接极耳设备100，包括机体110、自动放卷装置120、自动收卷装置130、驱动装置140、极耳激光焊接装置150、张力控制装置160、横向刷粉装置170、风刀除尘装置180和贴胶装置190，自动放卷装置120设置在机体110上，用于承载放卷极片卷料，自动收卷装置130设置在机体110上，用于承载收卷极片卷料，驱动装置140设置在自动放卷装置120与自动收卷装置130之间，用于驱动极片由自动放卷装置120向自动收卷装置130运动，极耳激光焊接装置150设置在机体110上，用于对极片进行激光焊接。张力控制装置160设置在机体110上并位于极片的输送路径上，用于浮动张紧极片。横向刷粉装置170设置在机体110上并位于极片的输送路径上，用于对极片的两面进行刷粉。风刀除尘装置180设置在机体110上并位于极耳激光焊接装置150的出料侧，用于吹走极片上焊接产生的粉尘。贴胶装置190设置在机体110上并位于风刀除尘装置180的出料侧，用于对焊接后的极片进行贴胶。

在本实施例中，机体110上具有安装板111，多个零部件均安装在安装板111上，极片在安装板111的一侧进行输送，另一侧安装动力部件或气源等供能器件。其中自动放卷装置120、自动收卷装置130、驱动装置140、极耳激光焊接装置150、张力控制装置160、横向刷粉装置170、风刀除尘装置180和贴胶装置190在安装板111上的安装位置不作具体限定，此外，张力控制装置160为两个，分别设置在自动放卷装置120的出料侧和自动收卷装置130的入料侧，从而对放卷和收卷过程进行张力控制。

在本实施例中，极耳激光焊接装置150设置在安装板111的前端，在其后端依次设置有风刀除尘装置180、多个交错设置的贴胶装置190和驱动装置140、横向刷粉装置170，具体地，贴胶装置190为三个，驱动装置140为四个，三个贴胶装置190间隔设置，每个贴胶装置190的出料侧设置有一个驱动装置140，同时在风刀除尘装置180的出料端还设置有一个驱动装置140，通过多个驱动装置140驱动极片输送，保证输送的效果和稳定性。其中多个贴胶装置190分别对不同部位进行贴胶，其具体贴胶原理可参见现有的贴胶装置190。

结合参见图2至图6，极耳激光焊接装置150包括底座151、焊接夹具153、极耳输送组件155和激光焊接件157，底座151设置在机体110上并具有极片装载位，极耳输送组件155与底座151连接，用于向极片装载位输送极耳，焊接夹具153设置在机体110上并与底座151相对设置，用于压合在极片装载位上并使得极耳和极片贴合在一起，激光焊接件157设置在焊接夹具153上，用于焊接贴合在一起的极耳和极片。

在本实施例中，底座151通过螺栓可拆卸地设置在安装板111的前端位置并向外伸出，极耳输送组件155安装在底座151向外伸出的端部，用于向极片装载位处输送极耳。

极耳输送组件155包括输送架1551、输送轮1553和输送件1555，输送轮1553上卷设有极耳，输送件1555安装在输送架1551上并与输送轮1553传动连接，输送架1551安装在底座151向外伸出的端部并向上伸出，输送架1551上还设置有多个辊轮，方便将极耳从输送轮1553上输送至底座151上的极片装载位。

具体地，底座151上设置有真空吸附板1511，真空吸附板1511上开设有多个真空吸附孔，能够将极片吸附固定在底板上，在焊接之前能够对极片和极耳的位置进行固定，方便焊接夹具153压合时极片和极耳位置不变。同时，焊接过程中真空吸附板1511仍然保持吸附动作，辅助固定极片与极耳。

焊接夹具153包括安装架1531、压合块1533和驱动件1535，安装架1531设置在机体110上，驱动件1535设置在安装架1531上并与压合块1533传动连接，压合块1533设置在底座151的上方并与极片装载位相对设置，用于在驱动件1535的带动下压合在极片装载位上或脱离极片装载位。

在本实施例中，安装架1531通过螺栓固定在机体110上并位于底座151上方，驱动件1535为气缸，用于推动压合块1533在竖直方向上下运动，将压合块1533压合在极片装载位上或者脱离极片装载位。当然，此处驱动件1535也可以是其他驱动件1535，例如液压缸或者电动推杆等，在此不作具体限定。

具体地，安装架1531上固定设置有一驱动板，压合块1533外固定套设有一承载板，承载板与驱动板平行设置，同时承载板与驱动件1535的输出轴连接，在驱动件1535的带动下，承载板相对驱动板上下运动。

压合块1533内设置有吹气通道，吹气通道向下延伸至压合块1533的底部，用于向极片装载位吹气，以使极耳贴合在极片上。具体地，压合块1533上还设置有气管，气管伸入压合块1533内部并与吹气通道连通，用于向吹气通道内供气。

进一步地，焊接夹具153还包括设置在压合块1533两侧的除尘管道1538，压合块1533的底部的两侧开设有出气槽1539，出气槽1539与吹气通道连通，除尘管道1538与出气槽1539连通。

在本实施例中，吹气管道1537沿竖直方向设置，且为密封结构，气管由吹气通道的中上部通入，向吹气管道1537内通入高压气体，并通过吹气通道向下吹出高压气体，高压气体通过两侧的吹气槽流入除尘管道1538，一方面，能够在极片和极耳的表面形成由上而下的气流，使得极片和极耳能够贴合在一起，另一方面能够将焊接产生的粉尘吹入到除尘管道1538中，达到吸尘的效果，当然，焊接完成后，还可以通过其他除尘手段进一步去除极片上的粉尘，具体可参见后续的说明。

需要说明的是，内部气压通过压合块1533两侧排放形成从上往下气压，气压保证极片箔材与极耳有压合力。激光出光在极片箔材与极耳贴合处焊接，焊接过程中能量会导致箔材焊接产生变形，内部的气压压力保证箔材与极耳贴合，能弥补由于激光能量导致的箔材变形、拱起、间隙，保证极耳与极片箔材区完全贴合，提高焊接质量。

在本实施例中，吹气通道向上贯穿压合块，且吹气通道的顶部设置有透镜1536，透镜1536与吹气通道的侧壁密封连接，激光焊接件157设置在透镜1536的上方。具体地，激光焊接件157包括激光发射器，激光发射器发射激光，并透过透镜1536后直射在极片装载位上，从而实现对极片和极耳的焊接。

压合块1533的底部设置有焊接压板1534，压合块1533与驱动机构传动连接，且焊接压板1534上开设有焊接通孔，焊接通孔与吹气通道相对设置。具体地，压合块1533呈矩形，焊接压板1534通过螺栓连接固定在压合块1533的底部，焊接压板1534围设在出气槽1539的底部，用于将吹气通道内的高压气体辅助导入除尘管道1538。

在本实施例中，焊接压板1534上设置有定位销，压合块1533的底部开设有销孔，定位销与销孔相配合，且压合块1533的侧壁上还开设有与销孔连通的销锁紧孔，销锁紧孔内设置有锁紧销，锁紧销伸入销孔并抵持在定位销上。通过定位销对焊接压板1534和压合块1533进行对位，同时设置锁紧销，能够避免拆卸时定位销被拔出，保证压合块1533与焊接压板1534之间保持相对固定。

在本实施例中，焊接压板1534的中部开设有让位开口，让位开口与上部的吹气通道相对应，同时焊接压板1534压合在极片和极耳上，让位开口处即是焊接作用位置，使得激光能够穿过吹气通道并作用在极片与极耳上，完成激光焊接工作。

结合参见图7和图8，在本实施例中，自动放卷装置120包括放卷气胀轴121、放卷驱动件123和放卷传动轴125，放卷传动轴125转动安装在机体110的安装板111上，放卷驱动件123与放卷传动轴125传动连接，用于带动放卷传动轴125转动，放卷传动轴125的后端连接有传动轮盘，放卷气胀轴121设置在放卷传动轴125的前端，并伸出安装板111，用于放置放卷极片卷料。

需要说明的是，自动放卷装置120的其他结构，例如纠偏机构等，与现有的放卷装置相一致，具体可参见现有的自动放卷装置120，在此不一一描述。

还需要说明的是，自动收卷装置130包括收卷气胀轴、收卷驱动机构和收卷传动轴，收卷传动轴转动安装在机体110的安装板111上，收卷驱动机构与收卷传动轴传动连接，用于带动收卷传动轴转动，收卷传动轴的后端连接有传动轮盘，收卷气胀轴设置在收卷传动轴的前端，并伸出安装板111，用于放置放卷极片卷料。自动收卷装置130的结构与自动放卷装置120一致。

在本实施例中，安装板111上极片的输送方向由左往右，即自动放卷装置120位于安装板111的左侧，自动收卷装置130位于安装板111的右侧。

参见图9，张力控制装置160设置在机体110上并位于极片的输送路径上，用于浮动张紧极片。张力控制装置160包括伺服电机161、电机座163和张力辊架165，电机座163固定安装在安装板111上，伺服电机161设置在电机座163上并与张力辊架165传动连接，通过张力伺服电机161的转动，推送张力辊架165，使其左右浮动张紧极片，张力的大小则通过张力电机与驱动电机闭环，通过伺服来控制放卷电机的旋转放料的时间和速度。

需要说明的是，张力控制装置160的具体结构可参见现有的张力控制机构，在此不作具体说明。

参见图10，横向刷粉装置170设置在机体110上并位于极片的输送路径上，用于对极片的两面进行刷粉。通过在横向粉刷装置的底部设有若干通孔的网板171，并在网板171的下面设有用于吸尘，使得极片在高速运转下可通过在抽风槽实现对粉尘进行高效去除。使用时极片通过两刷粉部件之间，电机转动毛刷对极片两面进行刷粉，吸尘口对槽内产生负压，从极片上刷下来的粉尘掉落后，粉尘从网板171若干通孔被抽风槽吸走，提高吸尘率。并且在其中一个刷粉部件上设有气缸可调动刷粉部件之间的间距。

需要说明的是，横向刷粉装置170的具体结构可参见现有的刷粉装置，在此不作具体说明。

参见图11，风刀除尘装置180设置在机体110上并位于极耳激光焊接装置150的出料侧，用于吹走极片上焊接产生的粉尘。极片过辊焊接位设置风刀吹气块181与吸尘腔体，吹气块间隔0.5mm—1mm形成强有力气流，角度对着焊接位，气流吹走焊接位粉尘，通过对立面的吸尘腔体吸走粉尘，其中吸尘腔体口面积需远大于吹气块面积。

需要说明的是，风刀除尘装置180的具体结构可参见现有的风刀除尘装置180，在此不作具体说明。

参见图12，贴胶装置190设置在机体110上并位于风刀除尘装置180的出料侧，用于对焊接后的极片进行贴胶。具体地，每个贴胶模块都在各自传感器的感应后再贴胶，可对焊接后的极耳上下面贴，保护焊接区域防止刺穿隔膜出现安全问题；亦可在极片留白位置进行贴胶。

需要说明的是，贴胶装置190的具体结构可参见现有的贴胶装置190，在此不作具体说明。

综上所述，本实施例提供的一种激光焊接极耳设备100，其工作原理如下：极片经过自动放卷装置120放卷，并通过张力控制装置160拉伸后进入到极耳激光焊接装置150进行激光焊接操作，由于激光焊接采用非接触式焊接，且通过焊接夹具153能够夹紧极耳和极片，从而保证了焊接质量。焊接后的极片通过风刀除尘装置180除尘处理后进入多个贴胶装置190进行贴胶，在多个贴胶装置190之间穿插设置的驱动装置140带动极片向前输送，最后经过横向刷粉装置170刷粉后由自动收卷装置130完成收卷动作。相较于现有技术，本实施例提供的激光焊接极耳设备100，由于采用激光焊接，焊接质量高，无需像超声波焊接需更换焊头，且可有效保证虚焊率、焊接后残留率、拉力等指标。此外，由于激光焊接时采用焊接夹具153进行夹持和压合，保证了极耳和极片能够在焊接过程中保持贴合，进一步提升了焊接质量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。