专利名称：电池芯的人工辅助卷绕装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及加工电池卷绕芯体的装置，更具体地说，本实用新型涉及一种卷绕金属离子电池芯体的装置。
背景技术：
目前，卷绕是金属离子电池芯尤其是锂电池芯生产中的一道重要工序，卷绕后的半成品是由多层膜状材料和电极片沿固定纵轴线卷成的一个实芯柱体，俗称之为(锂)电池芯。在现阶段国内的锂电行业，锂电池芯的形状、结构、尺寸都有规定，但卷绕的方法和设备有很多种，根据卷绕方法和设备自动化程度的不同，卷绕设备主要分为全自动卷绕机、半自动卷绕机、手工卷绕机。
全自动卷绕机卷绕时，极片和隔膜带都是成卷的卷料，卷成电池芯后再把材料切断，在卷绕的操作过程中全部由机器完成。
全自动类卷绕机，有申请号为98101001.6的中国专利文件公开了一种卷绕装置，其具有正负电极供料源、正负电极导线熔合装置、背衬片材卷绕装置、正负电极切刀、隔离物切刀和容装于外壳中的传送装置。正负电极片材的卷辊人工放置存正负电极供料源中后，该卷绕装置自动加工电池用卷绕体。负电极供料源与背村片材卷绕装置组合，该背衬片材卷绕装置用于在背衬片材卷绕筒上卷绕与负电极片材组合并从负电极卷辊上开卷的背衬片材。正负电极片材与隔离物相间地高速卷绕成卷绕体。据称该设备结构相对简单，可用于以高速度将正负电极片材与隔离物相间地、高效率地、平稳地、精确地自动卷绕成电池卷绕体，绕体不会变松。且该设备还可容装多个电池卷绕体，使其可靠地位于要求的取向，并以高效率输送带将电池卷绕体传送到容器中，同时能精确地校正卷绕体的轴向孔，并将卷绕体的负电极导线可靠地定位在预定的角位置。
全自动类卷绕机还有申请号为97181686.7的中国专利文件公开了一种电池芯卷绕设备，用于将多个由具有第一前边缘的第一导电软电极、具有第二前边缘的第二导电软电极与一个分隔物卷绕在一个电化学电池中。该设备包括一个细长的第一进给床和一个沿纵向距第一进给床设置的细长的第二进给床。两个进给床之间形成一卷绕腔。一个有第一平表面和第一弯曲卷绕表面的第一半柄轴转动式支承在卷绕腔中，基本上在第一和第二进给床之间的半中间；而一个有第二平表面和第二弯曲卷绕表面的第二半柄轴转动式支承在卷绕腔中，使第二平表面面对第一平表面，而第一和第二平表面之问形成一缝隙。第一对成形辊转动式支承和安置在卷绕腔中，靠近第一弯曲表面并与其形成一间隙；第二对成形辊安置在卷绕腔中，靠近第二弯曲表面并与其形成一间隙。至少一个进给辊转动式埋置在每个第一和第二进给床中，每个辊的主轴线基本上垂直于进给床的纵向轴线，而一个压力辊转动式安装成与每个进给辊对齐，压力辊主轴线与进给辊主轴线平行，每个压力辊对着其邻近的进给辊受到弹簧偏压。据称该设备使用一个直径尽可能小的柄轴能可靠地生产出紧密卷绕的电池芯，并具有最少的缺陷和废品。而且如此生产的电池芯能产生最大的电力。
全自动卷绕机的优点是卷绕精度高，卷出的电池芯一致性好，但设备投资大，设计、制造的门坎高，现在主要来自日本的设备厂家生产，而且在更换电池芯型号时，对机器的调试内容比较繁杂、技术要求比较高，此外在生产中更换电池品种时要求对前工序的滚压、滚切的工艺和设施进行很大的调整，因此暂不适合国内锂电厂家的批量使用。
半自动卷绕机是一些设备厂家根据国内锂电的生产工艺专门研制的一种卷绕机，卷绕时，极片是分切好的片料，隔膜带是卷料，在卷成电池芯后切断。
半自动类卷绕机，有专利号为00266459.3的中国专利文件公开了一种电池卷绕机，它包括主针传动装置、剐针传动装置、电机、电控装置，电机轴上的电机链轮与固定在孔座上的孔座链轮间设有一链条，主针传动机构中主轴和孔座配合处均为锥形，主针传动装置和副针传动装置上分别设有主针气缸和副针气缸，电控装置中的电磁阀通过三通阀控制主针气缸和副针气缸，该卷绕机具有主轴自动定心、主针和副针可同时退出极芯、还可以连续卷绕长电极的电池卷绕机等功能。据称由于采用了气缸控制装置和锥形摩擦离合器装置，该机可以实现了大、中规格极芯的卷绕功能，保证电极芯的完整性，提高电池的性能指标；且由于采用了带有手轮的电机，实现自动、手动两用功能，使得操作更加简单、安全方便。但是，采用气缸将副针或主针强行插入初卷电池芯中，没有敏感的控制和反馈很容易损伤电极片或隔膜带。
半自动类卷绕机还有专利号为00231363.4的中国专利文件公开了一种由工作台、工作面板、主机箱、卷针机构、电机及开关、电极片导轨、隔膜带料盘、摩擦离合器、胀紧轮为主要部件的锂离子蓄电池半自动卷绕机。轴向移动的主针和副针可以合并成方形或圆形卷针；电极片导轨槽宽与电极片宽度相等，电极片与重锤相连；隔膜带料盘上挡料板间距离与隔膜带宽度相等，隔膜带料盘上装有摩擦离合器。据称该设备结构简单、操作方便、便于维修，能满足绕制锂离子蓄电池电极芯要求。
上述二种技术均将副针的安装基座均设置成为悬臂结构，副针与主针的配合准确性、副针的稳定性、强度均有问题。
此外，这类机器的卷绕方法同手动卷绕机类似，只是由机器代替部份人工的一些操作，卷出的电池芯一致性可能较好，但投资较大，更换电池芯型号时，调试内容繁杂，且效率不高，设备的性价比不突出，在国内锂电厂家中应用不多。
手工卷绕机，手工卷绕机主要由两部份组成1、卷针结构由主、副卷针组成，主卷针用螺丝固定在卷绕机的主轴上，跟随主轴一起转动；副卷针为易拆装的活动件或移动件。在卷绕过程中，副卷针通过作为基准的主卷针沿轴向靠紧主卷针的侧边，通常组合成一个矩形。构成电池芯的极片、隔膜带在卷绕前先分切为片料，卷绕时，先把隔膜带对折，放入主卷针，手拉紧，插入副卷针，转过半圈后，放上极片，再双手拉紧膜片的尾部直到卷完，贴上胶布。
2、执行机构由低速电机、皮带轮、三角皮带、主轴、轴承座等组成，由电机通过皮带轮带动主轴转动，转速为100--140转/分。
手工卷绕机的卷针为悬臂结构，在人手拉住膜片时易变形，造成卷出的电池芯两端张力不一致；卷好电池芯后副卷针靠人手工从电池芯内层拔出，由于副卷针的受力支点比较小，且由于卷好的电池芯内层膜片具有一定的表面张力和摩擦力，而膜片表面的韧性较差，在抽出副卷针时，人操作不方便，且易造成内层的膜片散乱不齐，甚至拉伤隔膜带造成电池芯短路。
总之，手工卷绕机具有产品一致性不好，合格率低，员工的操作强度大，卷绕的速度不可调，不适合熟练程度低的员工操作，对人的技能和熟练程度要求比较高。
发明内容针对现有电池芯卷绕机的上述缺点，本实用新型所要达到的技术目的是要提供一种成本很低廉但具有更合理的卷针夹持方式、能更好地控制卷针与电池芯的分合力度，提高卷针整体抗扭曲、弯曲变形的强度，提高卷出电池芯的质量，更好保证电池芯两端的尺寸精度的人工辅助卷绕装置。
为此，本实用新型的技术方案是一种电池芯的人工辅助卷绕装置，该卷绕装置包括机台、装配在机台上的主卷针的传动箱、驱动电机、控制装置，卷绕装置还包括副卷针及支承和控制该副卷针运动的副机座，所述的副卷针相对和平行于主卷针而设并且可向主卷针移动而与主卷针合并成为一根完整的卷针，而机台为刚性结构件且具有水平稳固的安装台面，所述的副机座为箱形结构，该副机座箱与所述的主卷针传动箱均固定在所述的安装台面上，在所述的副机座箱的相对两侧面上固定有二个轴向滑动轴套，该两个轴向滑动轴套中动配合有一根往复轴，且该两个轴向滑动轴套恒支承着该往复轴的对应二处，该往复轴的纵向轴心与所述主卷针的转动轴心平行或重合，所述往复轴的指向所述主卷针的一端上设置有副卷针轴承座和滚动轴承，在该滚动轴承中装配有装配杆，所述装配杆外端上可拆卸地连接有副卷针；在所述往复轴的朝上或朝下或其他方向表面上设有纵向齿条，所述的副机座箱上还设有驱动该纵向齿条的手动齿轮机构。作为一种成本尽可能地低廉的电池芯卷绕机，本实用新型采用手动辅助来实现诸如将主、副卷针合并成为一个完整的卷针，适当拉紧被卷绕的电极片和隔膜带，在卷绕开始和完成后控制卷针与电池芯的分合力度等等操作，这样可以避免在此类操作中采用相当昂贵而又难以操作和调整的机电一体化控制设备，但是为了保证副针与主针的配合准确性、副针的稳定性、提高卷针整体抗扭曲、弯曲变形的强度，首先，本实用新型采用同一刚性机台作为主卷针传动箱和副卷针机座箱的安装基础，这样副卷针的机座箱具备了与主卷针的传动箱同样刚性的基础，为实现上述目的创找了良好条件，在上述强化了的基础上，本实用新型进一步采用了简单有效的机械设备用齿轮齿条往复轴和手动齿轮机构来推动副卷针向主卷针运动以合并成为一个完整的卷针，这样的结构，能减轻操作工人的劳动强度，避免直接手推方式容易疲劳的而使副卷针的插入抽出力度波动和不准确给电池芯产生的拉散和损伤，进而能够帮助操作工人从手感上敏锐地避免卷针往复运动可能对电池芯产生的拉散和损伤，从而能够提高卷出电池芯的质量，更好保证电池芯两端的尺寸精度。
为进一步实现本实用新型的上述基本优点，本实用新型采取如下较具体改进措施所述的手动齿轮机构包括与所述齿条直接啮合的齿轮、键合在该齿轮中心的键轴和与该键轴垂直连接的手柄。
为方便卷绕不同规格的电池芯，所述的副卷针包括开有固定孔的基芯部，所述的副卷针通过该固定孔和螺纹连接件与所述的装配杆相连接。所述的主卷针包括开有固定孔的基芯部，所述的主卷针通过该固定孔和螺连接纹件与主轴相连接。也可通过基芯部插入主轴中心孔内，借助锁紧螺钉与主轴相连接。
驱动电机通过主动带轮、传动带与被支承在所述传动箱上的从动带轮及主轴相联接并驱动所述的主卷针旋转，而所述的主卷针是可拆卸地连接在所述的主轴指向所述副卷针的一端上；上述结构便于更换生产不同规格型号的电池芯。驱动电机为同步电机，所述的传动带及带轮为同步传动类型的，所述的控制装置包括控制驱动电机正、反转动脚踏开关和转速的控制开关；采用同步电机控制主卷针转动卷绕便于精确做到尺寸精确、保证卷绕质量。
为方便操作工人准确、适当张力地拉紧延伸要卷绕的隔膜带，所述的安装台面上还可拆卸地连接有导引构成所述电池芯的隔膜带的延伸方向的导向板。为便于根据所要卷绕的电池芯规格和工人的不同身高灵活调整导向板的倾斜角度和位置，所述的安装台面上开设有平行于所述卷针轴线的安装槽，所述的导向板包括带固定孔的基座和与所述卷针轴线平行地铰接在该基座上的平板，所述导向板的基座通过螺杆和螺帽固定在所述的安装槽中。所述的平板相对所述安装台面的铰接角度可调，所述的铰接角度在20度～60度之间。
总之，本实用新型卷绕机通过改进卷针的结构、卷针的夹持方式和手柄机构，提高了卷针整体抗扭曲、弯曲变形的强度，提高卷出电池芯的尺寸精度，保证了电池芯两端的一致性，采用电机转速变速以适应具有不同熟练程度员工操作需要，能快速方便操作，保证了在效率高的情况下卷绕出高质量的电池芯(100-120只/小时)。
以下，结合具体实施例和附图对本实用新型的技术解决方案作进一步说明。
图1为本实用新型装置机台上部的主结构示意图。
图2为本实用新型装置整体结构的主示意图。
图3为图2的左视示意图。
图4为图2的俯视示意图。
图5为本实用新型装置的卷针卷绕电池芯的示意图。
具体实施方式实施例1如图1～4所示一种电池芯的人工辅助卷绕装置，该卷绕装置包括机台1、装配在机台1上的主卷针2的传动箱3、驱动电机4、控制装置(未详示)，卷绕装置还包括副卷针5及支承和控制该副卷针5运动的副机座6，所述的副卷针5相对和平行于主卷针2而设并且可向主卷针2移动而与主卷针2合并成为一根完整的卷针，而机台1为刚性结构件且具有水平稳固的安装台面1’，所述的副机座6为箱形结构，该副机座箱6与传动箱3均固定在同一安装台面1’上，在副机座箱6的相对两侧面上固定有二个滑动轴套7，该两个轴向滑动轴套7中动配合有一根往复轴8，该两个轴向滑动轴套7恒支承着该往复轴8的对应二处，该往复轴8的纵向轴心与主卷针2的转动轴心即主轴9的轴心重合，往复轴8的指向主卷针2的一端上设置有副卷针轴承座10和滚动轴承11，在该滚动轴承11中通过锁紧螺母12装配有装配杆13，装配杆13外端上可拆卸地连接有副卷针5；在往复轴8的朝下表面上设有纵向齿条81，副机座箱6上还设有驱动该纵向齿条81的手动齿轮机构包括与齿条81直接啮合的扇形齿轮14、键合在该齿轮14中心的键轴15和与该键轴15垂直连接的手柄16。
副卷针5包括开有固定孔的根部，副卷针通过该固定孔和螺纹连接件与装配杆13相连接。主卷针2包括开有固定孔的基芯部，所述的主卷针通过该固定孔和螺纹件连接与主轴相连接。
根部，主卷针通过该固定孔和螺纹连接件与主轴9相连接。其中往复轴8用于夹持副卷针5，往复轴8可以方便地沿其轴线运动，并与主轴9保证精确的同心度，主卷针2的根部装在主轴9和相应轴承上，可以灵活转动。当需要卷绕不同规格型号的电池芯时，通过在往复轴8上套配锁紧螺母12，即能快速、方便地更换不同型号的卷针。
因主、副卷针2、5在绕制中能结合一体并都被稳当地夹持在各自的轴上，卷针整体抗扭曲、弯曲变形的强度得到很大的提高，可以保证卷出的电池芯两端张力均匀、一致性好；此外在抽芯时，副卷针5可以精确地在手柄16作用下从电池芯中沿主轴心线平稳地退出，从而避免人工抽芯时因为抽芯方向不能有效控制，抽芯力度不均衡，造成卷出的电池芯松散成螺旋状的不合格品；本实用新型选用扭力适中、具有一定自锁力和定位精度、转速为100--140转/分的同步电机4，通过主动带轮17、传动带18与被支承在传动箱3上的从动带轮19及主轴9相联接并驱动主卷针2旋转，传动带18及带轮17、19为同步传动类型的，控制装置包括控制驱动电机4正、反转动和转速的脚踏控制开关(未详示)；安装台面1’上还可拆卸地连接有导引构成电池芯的隔膜带的延伸方向的导向板20。安装台面上开设有平行于主卷针2轴线的安装槽(未详示)，导向板20包括带固定孔的基座201和与卷针2轴线平行地铰接在该基座201上的平板202，导向板20的基座201通过螺杆和螺帽固定在安装槽中。平板202相对安装台面1’的铰接角度可调，铰接角度在20度～60度之间。操作工可以采用导向板20控制极片和隔膜带不发生偏移，从而使操作简单化。
实施例2以下结合图5介绍本实用新型的操作过程本实用新型卷绕机的操作使用方法如下首先根据电池芯的型号选择适当的卷针，先装上卷针的主卷针2到主轴9的中心孔内，拧紧紧固螺丝，再装上卷针的副卷针5到往复轴8的轴承座10端上，拧上锁紧螺母12压住轴承11的外缘，快速摆动手柄16到一定角度，往复轴8沿主轴9轴向水平移动，副卷针5与主卷针2靠紧在一起，合上主、副卷针2、5，检查主、副卷针2、5的长边边缘是否重合，再转动卷针整体，同时检查其它几个角度、卷针的重合情况，如果主、副卷针2、5错位，调整从动轴箱6的位置，以保证主轴2与从动的副卷针5转动轴线同心；其次，在卷绕开始时，以主卷针2作为基准，先把隔膜带21从中间对折，插入主卷针2，拉紧隔膜带21头部，摆动手柄16，副卷针5在手柄16作用下方便、快速地与主卷针2靠合在一起，合上主、副卷针2、5，踩上脚踏开关，卷针转动半圈后停止，放上负极极片22，再转动半圈，翻转隔膜带21，放上正极极片23，拉紧隔膜带21和极片22、23的头部；主卷针2在主轴9的带动下旋转，副卷针5在主卷针2的带动下被动旋转。在上述过程中，操作工可以采用正、反转控制开关，控制低速同步电机4顺逆时针转动使进退料时的隔膜带的张力恒定和定位准确。
在卷绕过程，对于不同规格的电池芯，可自由调节导向板20上平板202的倾斜角度，然后利用调节好的导向板20对卷绕隔膜带21进行导向和手工调整极片22、23与隔膜带21之间的位置；调节正常后，踩上脚踏开关转动卷针，开始卷绕直至卷完隔膜带，贴上胶布，反向摆动手柄16，分开卷针的主、副卷针2和5，取出卷好的电池芯。
权利要求1.一种电池芯的人工辅助卷绕装置，该卷绕装置包括机台、装配在机台上的主卷针的传动箱、驱动电机、控制装置，所述的卷绕装置还包括副卷针及支承和控制该副卷针运动的副机座，所述的副卷针相对和平行于主卷针而设并且可向主卷针移动而与主卷针合并成为一套完整的卷针，其特征在于所述的机台为刚性结构件且具有水平稳固的安装台面，所述的副机座为箱形结构，该副机座箱与所述的主卷针传动箱均固定在所述的安装台面上，在所述的副机座箱的相对两侧面上固定有二个滑动轴套，该两个滑动轴套中动配合有一根往复轴，且该两个滑动轴套恒支承着该往复轴的对应二处，该往复轴的纵向轴心与所述主卷针的转动轴心平行或重合，所述往复轴的指向所述主卷针的一端上设置有副卷针轴承座和滚动轴承，在该滚动轴承中装配有装配杆，所述装配杆外端上可拆卸地连接有副卷针；在所述往复轴的表面上设有纵向齿条，所述的副机座箱上还设有驱动该纵向齿条的手动齿轮机构。
2.如权利要求1所述的电池芯的人工辅助卷绕装置，其特征在于所述的驱动电机通过主动带轮、传动带与被支承在所述传动箱上的从动带轮及主轴相联接并驱动所述的主卷针旋转，而所述的主卷针是可拆卸地连接在所述的主轴指向所述副卷针的一端上。
3.如权利要求1或2所述的电池芯的人工辅助卷绕装置，其特征在于所述的驱动电机为同步电机，所述的传动带及带轮为同步传动类型的。
4.如权利要求3所述的电池芯的人工辅助卷绕装置，其特征在于所述的控制装置包括控制驱动电机正、反转动的脚踏开关和转速的控制开关。
5.如权利要求1或2所述的电池芯的人工辅助卷绕装置，其特征在于所述的手动齿轮机构包括与所述齿条直接啮合的齿轮、键合在该齿轮中心的键轴和与该键轴垂直连接的手柄。
6.如权利要求1或2所述的电池芯的人工辅助卷绕装置，其特征在于所述的安装台面上还可拆卸地连接有导引构成所述电池芯的隔膜带的延伸方向的导向板。
7.如权利要求6所述的电池芯的人工辅助卷绕装置，其特征在于所述的安装台面上开设有平行于所述卷针轴线的安装槽，所述的导向板包括带固定孔的基座和与所述卷针轴线平行地铰接在该基座上的平板，所述导向板的基座通过螺杆和螺帽固定在所述的安装槽中。
8.如权利要求7所述的电池芯的人工辅助卷绕装置，其特征在于所述的平板相对所述安装台面的铰接角度可调，所述的铰接角度在20度～60度之间。
9.如权利要求1所述的电池芯的人工辅助卷绕装置，其特征在于所述的副卷针包括开有固定孔的基芯部，所述的副卷针通过该固定孔和螺纹连接件与所述的装配杆相连接。
10.如权利要求2所述的电池芯的人工辅助卷绕装置，其特征在于所述的主卷针包括开有固定孔的基芯部，所述的主卷针通过该固定孔和螺纹连接件与所述的主轴相连接。
专利摘要一种电池芯的人工辅助卷绕装置，包括机台、主卷针的传动箱、驱动电机、控制装置，副卷针及副机座，机台为刚性结构件且具有水平稳固的安装台面，副机座为箱形结构且与主卷针传动箱均固定在安装台面上，在副机座箱的相对两侧面上固定有二个轴向滑动轴套，其中动配合并支承着有一根往复轴，该往复轴的纵向轴心与主卷针的转动轴心平行或重合，往复轴一端上设置有副卷针轴承座和滚动轴承，在滚动轴承中装配有装配杆，装配杆外端上可拆卸地连接有副卷针；在往复轴表面上设有纵向齿条，副机座箱上设有驱动该纵向齿条的手动齿轮机构。本实用新型成本低廉、具有更合理的卷针夹持方式、能更好地控制卷针与电池芯的分合力度，提高卷出电池芯的质量。
文档编号H01M10/38GK2701086SQ200420046129
公开日2005年5月18日 申请日期2004年5月25日 优先权日2004年5月25日
发明者卓尚伟, 曹伟建, 王建明, 刘永征 申请人:肇庆市风华锂电池有限公司