專利名稱：全自動極片分切機的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于材料加工設備技術領域，特別是鋰離子電池及聚合物電池生產等
新能源行業(yè)專用切割設備。
背景技術：
分切機應用廣泛，有紙張、塑料薄膜、金屬薄膜等薄材的薄膜分切機，用于分切金 屬帶材(如銅帶、鋁帶、不銹鋼帶、鎳帶等)滾剪分切機，基本上由放巻、收巻和分切刀模三 大部分組成，根據(jù)行業(yè)不同，材料的材質和厚度不同配有各種糾偏系統(tǒng)，張力控制系統(tǒng)，速 度控制系統(tǒng)，配有分切刀具、刀模等，控制方式和精度上相差很大，普片設備的自動化程度 較低。 鋰離子電池及聚合物電池生產的新能源行業(yè)正負極片分切中，由于在銅箔和鋁箔 上雙面間歇涂有正負極材料，屬于復合材料，銅箔、鋁箔厚度不到10ym，涂布后的厚度約 150-350 ii m，雙面間斷涂布，涂布后還要進行多次滾壓增加密度，這樣材料的韌性降低，在 分切過程中極易斷帶，邊緣出現(xiàn)毛剌，造成電池安全隱患，所以對設備的刀具形式、張力控 制、速度控制等提出了更高的要求。 目前手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機、MP4、便攜式DVD等電池和新能源汽車所使用的 動力電池，大多以鋰離子電池和聚合物電池為主，以容量大，體積小，充電循環(huán)次數(shù)多等優(yōu) 點受到市場青睞。 國內在生產環(huán)節(jié)中，在對電池涂布正負材料的正負極片進行分切時，大多企業(yè)采 用手工對涂布后正負材料的極片(巻料)先進行橫向剪切，再縱向分切成所要求的寬度，該 生產工藝生產效率底，人工周轉環(huán)節(jié)多造成極片損壞，使電池成品率下降，最主要的是將極 片分切成小片后，無法實現(xiàn)自動化設備來完成巻繞，從而用大量操作工人利用手動巻繞機 巻繞電池巻芯。若制造動力電池極片要求較長(一般2米以上)人工操作更顯不便。
發(fā)明內容本實用新型發(fā)明目的是設計一種全自動極片分切機，以滿足鋰離子電池切片的需要。 具體地說，全自動極片分切機，具有分切前機構和分切后機構；其中分切前機構包 括材料放巻部分、糾偏控制器、接帶部分、放巻牽引部分、彈簧浮動輥以及分切刀模部分，并 且前述各部分依次布置在基座上；分切后機構分為邊料收集機構和極片收巻機構，其中邊 料收集機構由邊料牽引輥、張力檢測輥和上下收巻軸單臂支撐裝置構成；極片收巻機構由 極片數(shù)量檢測光線、張力檢測輥、對輥毛刷、壓料部分和上下收巻軸單臂支撐裝置構成，材 料放巻部分放巻軸采用氣漲軸張緊料巻，汽缸壓緊定位放巻軸，由磁粉制動器和張力控制 器實現(xiàn)恒張力控制；接帶部分由兩組汽缸分別壓住材料的首和尾；上下收巻軸單臂支撐裝 置由直線導軌副和汽缸組成，并采用上下收巻滑差氣漲軸同步收巻。 分切刀模部分放置于刀模推車上整體移動。[0009] 糾偏控制器采用光電EPC對放巻材料邊緣進行自動跟蹤糾偏。 放巻牽引部分用伺服電機驅動牽引輥，在主動輥上由兩端的汽缸壓緊橡膠輥實現(xiàn)
對材料的壓緊。 邊料牽引輥為多個同步滾輪組對滾使邊料牽引產生一定的拉力。 檢測收巻巻徑采用超聲波檢測機構實時精確檢測巻徑大小，并在觸摸屏上顯示。 具有對系統(tǒng)進行控制的人機界面。可以實現(xiàn)以下功能 設備調試(手動模式)線速度調試，手動功能調試。 設定分切線速度，伺服電機加減速時間。 顯示設備當前分切線速度，分切米數(shù)，收巻巻徑，極片數(shù)量。
極片規(guī)格管理畫面不同規(guī)格每班累計分切極片數(shù)量。
刀具管理畫面不同規(guī)格刀模刀具使用累計分切米數(shù)。 故障顯示和故障報警紀錄等。 本實用新型該設備是針對以上工藝缺陷而研制的全自動極片分切機，它是將涂布 有正負材料的極片整巻裝入設備，利用設備上的自動化控制系統(tǒng)(速度、張力、糾偏、氣動 等)實現(xiàn)連續(xù)分切，連續(xù)收巻，完成分切所要求的寬度，并將分切后的極片收成巻，這樣可 以很方便的轉入下道工序，利用自動化設備實現(xiàn)自動連續(xù)巻繞，使生產效率顯著提高，產品 一致性得到提高。針對正負極片材料而研制出專用分切刀具、刀模，張力獨立精確控制，收 巻速度和分切速度實現(xiàn)差動控制，系統(tǒng)具有伺服控制、變頻控制、PLC程序控制、氣動控制等 自動化控制，配有光電傳感器、光纖傳感器、超聲波傳感器、張力傳感器等檢測，所有參數(shù)在 觸摸屏上設定，達到了極片分切工藝要求，是國內自動化程度最高，效率最高，技術含量最 高的極片分切設備。
圖l為本實用新型主視圖。圖2為本實用新型左視圖。圖3為本實用新型右視圖。圖4為本實用新型俯視圖。圖5為本實用新型可更換刀模示意圖。圖6為本實用新型收巻張力控制原理示意圖。圖7為本實用新型分切運行數(shù)據(jù)顯示換面。圖8為本實用新型分切運行數(shù)據(jù)中復位極片選擇顯示畫面。圖9為本實用新型分切運行數(shù)據(jù)中復位收巻選擇顯示畫面。圖10為為本實用新型分切運行數(shù)據(jù)設置顯示畫面。圖11為為本實用新型極片參數(shù)管理顯示畫面。圖12為本實用新型刀具管理顯示畫面。圖13為本實用新型報警顯示畫面。圖14為本實用新型手動模式調試顯示畫面。圖15本實用新型氣動控制顯示畫面。圖16本實用新型系統(tǒng)總復位顯示畫面。[0037] 附標號說明 1-材料放巻部分、2_糾偏控制器、3_接帶部分、4_放巻牽引部分、5_彈簧浮動輥、 6_分切刀模、7_極片數(shù)量檢測光纖、8_邊料牽引輥、9_張力檢測輥、10-報警燈、11-對輥毛 刷、12-壓緊機構、13-壓料部分、14_閉環(huán)張力控制器、15_電氣比例閥、16_收巻滑差氣漲 軸、17-上下收巻軸單臂支撐裝置、18-超聲波檢測機構、19-放巻張力控制器、20-磁粉制動 器、21-糾偏光電EPC、22—糾偏推動器、23-主電氣柜、24-控制按鈕(包括啟動、停止、復 位、急停、鑰匙、手動/自動、指示燈、蜂鳴器)、25-人機界面、26-風扇、27-主控開關、28-收 巻傳動部分、29-主動驅動傳動部分、30-副電器柜、31-收巻軸和毛刷開關、32-汽缸按鈕 (放巻軸、膠輥、接帶汽缸)、33-調節(jié)地腳、34-直線導軌副、35-刀模搬運車。
具體實施方式如附圖1-5所示，本實用新型設備主要組成部分及功能 (1)材料放巻部分圖紙標號l，放巻軸采用氣漲軸張緊料巻，汽缸壓緊定位放巻 軸，由磁粉制動器和張力控制器實現(xiàn)恒張力控制。放巻張力和分切、收巻張力完全分開控 制。 (2)糾偏系統(tǒng)采用光電EPC對放巻材料邊緣進行自動跟蹤糾偏，保證極片運行整 齊。由標號2、21、22組成。 (3)接帶部分圖紙標號3，配置獨立接料平臺，由兩組汽缸分別壓住材料的首和 尾，用膠帶手動完成接帶。 (4)放巻牽引部分圖紙標號4，用伺服電機驅動牽引輥，在主動輥上由兩端的汽 缸壓緊橡膠輥實現(xiàn)對材料的壓緊，使放巻和分切收巻張力斷開，實現(xiàn)放巻和收巻張力的單 獨精確控制。
(5)彈簧浮動輥圖紙標號5，在材料進入刀模分切之前，配置浮動輥，主要改善和
平衡，材料變形一邊松一邊緊的缺陷，使兩邊材料拉力均勻，改善分切效果。
(6)分切刀模部分圖紙標號6，極片分切機專用刀模，跟換分切寬度時將所要求
的刀模從推車上從側面推入設備進行定位即可，更換方便。 (7)收巻張力控制系統(tǒng)標號9、14、15、16組成。由精密張力傳感器即時檢測采集 張力輥上的施加力，由專業(yè)閉環(huán)張力控制器直接控制電氣比例閥，通過電器比例閥再控制 收巻滑差軸氣壓，來改變滑差軸上各單元摩擦力，從而控制張力。為避免啟動和停止時張力 的波動，并設有停機張力。 (8)邊料牽引機構圖紙標號8，利用同步滾輪組對滾使邊料牽引產生一定的拉 力，來改善材料兩邊的分切效果。 (9)刷粉和除塵圖紙標號ll，分別用兩組毛刷對分切后的極片刷粉和粉塵收集。 (10)收巻部分圖紙標號16，采用上、下收巻滑差氣漲軸同步收巻，變頻調速，在 設備起步、加速、運行、減速、停機過程中，始終保證收巻線速度和分切線速度滑差.保證系 統(tǒng)速度、張力穩(wěn)定。 (11)收巻材料壓緊裝置(壓杠)圖紙標號12，設備停止運行時可壓緊分切材料， 在停機、穿帶過程中該機構方便實用。
(12)上下收巻軸單臂支撐裝置圖紙標號17，可防止高速分切和收大巻徑時收巻軸變形，有效提高收巻精度，提高收巻軸的使用壽命。由滾珠導軌副、轉角下壓汽缸，汽缸、 活頂尖等組成。 (13)檢測收巻巻徑圖紙標號18，采用超聲波傳感器實時精確檢測巻徑大小，并 在觸摸屏上顯示。 (14)光纖傳感器圖紙標號7，檢測已分切極片數(shù)量，可統(tǒng)計每種規(guī)格當日分切極 片數(shù)量，也可統(tǒng)計周、月累計分切極片數(shù)量，有多種規(guī)格可選擇。 (15)刀具使用管理功能系統(tǒng)設置有20種刀模規(guī)格的累計使用米數(shù)，可有效提供 使用者更換刀片的參考依據(jù)，操作者每次在觸摸屏上只選定刀模規(guī)格即可，系統(tǒng)自動累計 已分切的米數(shù)。
(16)壓料滾輪圖紙標號13，分切后每條極片配有壓料滾輪，改善收巻整齊度。 (17)人機界面主要功能圖紙標號25。
設備調試(手動模式)線速度調試，手動功能調試。 設定分切線速度，伺服電機加減速時間。 顯示設備當前分切線速度，分切米數(shù)，收巻巻徑，極片數(shù)量。
極片規(guī)格管理畫面不同規(guī)格每班累計分切極片數(shù)量。
刀具管理畫面不同規(guī)格刀模刀具使用累計分切米數(shù)。 故障顯示和故障報警紀錄等。
設備工作原理 (1)速度控制主動牽引輥作為線速度基準，并與刀模同步傳動，即主動輥和刀模 輥直徑相等，用伺服電機驅動，利用牽引輥每轉的周長，牽引輥安裝有旋轉編碼器，將編碼 器脈沖數(shù)傳給可編程控制器(PLC)，由PLC計算出線速度，該速度即為分切線速度；速度控 制由伺服驅動器實現(xiàn)，可實現(xiàn)加速、減速，速度控制范圍l-60米/分。上下收巻軸由變頻電 機驅動，超聲波傳感器檢測巻徑后模擬量輸出，由PLC控制變頻器控制變頻電機，滑差收巻 軸實現(xiàn)單條差動收巻，該控制由PLC程序控制，在觸摸屏上設定分切速度即可，設備自動按 設定線速度運行。
(2)張力控制 放巻張力由磁粉制動器和張力控制器恒張力控制，只要輸入設定張力、材料平均
厚度和初始巻徑即可。 收巻張力由上下兩組全自動閉環(huán)張力控制器控制兩路收巻，只要在觸屏上設定所 要求的張力即可實現(xiàn)恒張力控制，控制原理如圖6 : 在張力檢測軸上通過張力檢測器檢測出極片收巻實際張力，將張力傳感器信號給
張力控制器，張力控制器根據(jù)測定張力與設定張力計算出實際收巻張力誤差，并采用PID
控制計算張力誤差控制信號，在原輸出張力控制信號加上張力誤差控制信號的情況下重新 給定電氣比例閥的給定信號，電氣比例閥調整氣壓給收巻軸，通過收巻軸的氣壓的調整及 時地調整了收巻張力，收巻軸上收巻張力的變化及時在張力檢測軸上反映。 如此不斷的循環(huán)檢測、調整張力。保證張力的輸出穩(wěn)定性，由此而保證了收巻料的
整齊，收巻料巻內部張力的一致。不會出現(xiàn)料巻由于張力的不穩(wěn)定，產生當收巻巻徑變化時 出現(xiàn)的收料巻收巻不整齊、段帶、塔形，甚至料巻內外巻散開等現(xiàn)象。
(3)糾偏控制采用光電EPC對放巻材料邊緣進行自動跟蹤糾偏，自動糾偏控制器控制推動器實現(xiàn)自動糾偏，保證極片運行整齊。
(4)刷粉毛刷控制采用尼龍滾筒毛刷，用兩對低速同步電機對滾，轉動線速度方
向和極片運動方向相反，用手動按鈕控制啟動。
(5)觸摸屏畫面介紹 分切運行數(shù)據(jù)顯示畫面(圖7): 顯示此畫面是在手動/自動開關轉向自動選擇方向時，按畫面下部1-一5畫面切 換開關切換。畫面顯示正在分切的分切速度、分切極片類型、分切刀具規(guī)格、分切條數(shù)、分切 已完成收巻長度、已分切極片數(shù)和收巻巻徑等參數(shù)。 圖8、圖9畫面右上角分別極片數(shù)復位及收巻長度復位畫面切換開關，按畫面切換 開關后分別顯示以下畫面按"是"開關分別清除實際收巻長度及極片數(shù)。分切運行數(shù)據(jù)畫 面收巻長度及極片數(shù)顯示為零。按返回返回原畫面。 分切運行數(shù)據(jù)設置畫面(圖10): 按圖10畫面下部"2"畫面切換開關切換，分別可以設置分切線速度、分切啟動加
速時間、分切停止減速時間及最大收巻長度及最大巻徑。根據(jù)極片分切的實際工藝情況用
右邊的鍵盤輸入及調整。
極片參數(shù)管理畫面(圖11): 按圖11畫面下部"3"畫面切換開關切換，按下一頁進入到極片參數(shù)管理2畫面
(與極片參數(shù)管理1畫面內容相似)，可以設置10個需要分切的極片型號，察看并選擇對應
分切極片所用的刀具參數(shù)。在此畫面下點擊極片型號內容更改極片型號，根據(jù)需要按編號
按鈕選擇極片型號，選擇后編號按鈕顏色為綠色。按對應的設定開關進入到刀具管理畫面
管理及調整刀具參數(shù)。
刀具管理畫面(圖12): 在極片參數(shù)管理畫面按對應的設定開關進入到刀具管理畫面。根據(jù)刀具規(guī)格在對 應編號后刀具規(guī)格及分切條數(shù)框內點擊分別設置及更改刀具參數(shù)。分切累計長度內容顯示 選用此刀具后已分切的極片長度，根據(jù)使用情況可以及時的更換刀具。更換刀具后按累計 長度復位下的復位開關將分切累計長度復位。 共可以管理20個刀具，按下一頁進入到后7個刀具設定畫面。按上一頁返回。按
刀具編號后自動返回到極片參數(shù)設置畫面并將刀具編號后的參數(shù)寫入極片參數(shù)內容中，并
在畫面1中顯示。不進行刀具選擇或更改，按返回開關返回到極片參數(shù)設置畫面。
報警顯示畫面如圖13 ;手動模式調試畫面如圖14 ;氣動控制畫面如圖15 ;系統(tǒng)總
復位畫面如圖16。
(6)設備參數(shù) 極片分切厚度5 ii m-350 ii m 放巻尺寸巻徑500mm 材料最大寬度550mm 放巻芯軸直徑3英寸 放巻最大重量500Kg 收巻尺寸巻徑450mm 收巻芯軸直徑3英寸[0092] 分切速度l-60米/分，最高60米/分。 糾偏精度0. 2mm，糾偏行程士50mm 刀模配(M10mm禾P (M30腿刀模 分切寬度和條數(shù)由產品工藝確定。(分切寬度40mm左右ll條，分切寬度50mm左右10條，分切寬度60mm左右9條等) 分切寬度精度±0. 02mm 刀模軸長度600mm 收巻閉環(huán)張力系統(tǒng)設定10-200N(單軸) 收巻巻徑檢測分辨精度0. 5mm 放巻磁制力矩0-50N. m 收巻整齊度小于O. 2mm 輥筒鏡面鍍鉻輥 主動車昆小130mm 過渡輥小100mm 滾筒毛刷小65mm 本實用新型全自動極片分切機由于采用了先進的自動化控制系統(tǒng)、閉環(huán)張力控制系統(tǒng)、新型分切刀架等關鍵技術，滿足了電池極片分切工藝要求。
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權利要求全自動極片分切機，具有分切前機構和分切后機構；其中分切前機構包括材料放卷部分(1)、糾偏控制器(2)、接帶部分(3)、放卷牽引部分(4)、彈簧浮動輥(5)以及分切刀模部分(6)，并且前述各部分依次布置在基座上；分切后機構分為邊料收集機構和極片收卷機構，其中邊料收集機構由邊料牽引輥(8)、張力檢測輥(9)和上下收卷軸單臂支撐裝置(17)構成；極片收卷機構由極片數(shù)量檢測光線(7)、張力檢測輥(9)、對輥毛刷(11)、壓料部分(13)和上下收卷軸單臂支撐裝置(17)構成，其特征是材料放卷部分(1)放卷軸采用氣漲軸張緊料卷，汽缸壓緊定位放卷軸，由磁粉制動器和張力控制器實現(xiàn)恒張力控制；接帶部分(3)由兩組汽缸分別壓住材料的首和尾；上下收卷軸單臂支撐裝置(17)由直線導軌副(34)和汽缸組成，并采用上下收卷滑差氣漲軸(16)同步收卷。
2. 根據(jù)權利要求l所述的全自動極片分切機，其特征是分切刀模部分(6)放置于刀模推車上整體移動。
3. 根據(jù)權利要求1所述的全自動極片分切機，其特征是糾偏控制器采用光電EPC對放巻材料邊緣進行自動跟蹤糾偏。
4. 根據(jù)權利要求l所述的全自動極片分切機，其特征是放巻牽引部分(4)用伺服電機驅動牽引輥，在主動輥上由兩端的汽缸壓緊橡膠輥實現(xiàn)對材料的壓緊。
5. 根據(jù)權利要求l所述的全自動極片分切機，其特征是邊料牽引輥(8)為多個同步滾輪組對滾使邊料牽引產生一定的拉力。
6. 根據(jù)權利要求1所述的全自動極片分切機，其特征是檢測收巻巻徑采用超聲波檢測機構(18)實時精確檢測巻徑大小，并在觸摸屏上顯示。
7. 根據(jù)權利要求1所述的全自動極片分切機，其特征是具有對系統(tǒng)進行控制的人機界面(25)。
專利摘要全自動極片分切機，具有分切前機構和分切后機構；其中分切前機構包括材料放卷部分、糾偏控制器、接帶部分、放卷牽引部分、彈簧浮動輥以及分切刀模部分，并且前述各部分依次布置在基座上；分切后機構分為邊料收集機構和極片收卷機構，其中邊料收集機構由邊料牽引輥、張力檢測輥和上下收卷軸單臂支撐裝置構成；極片收卷機構由極片數(shù)量檢測光線、張力檢測輥、對輥毛刷、壓料部分和上下收卷軸單臂支撐裝置構成，材料放卷部分放卷軸采用氣漲軸張緊料卷。由于采用了先進的自動化控制系統(tǒng)、閉環(huán)張力控制系統(tǒng)、新型分切刀架等關鍵技術，滿足了電池極片分切工藝要求。
文檔編號B26D1/00GK201525044SQ200920032698
公開日2010年7月14日 申請日期2009年4月21日 優(yōu)先權日2009年4月21日
發(fā)明者史曉平 申請人:寶雞市百銳分切技術有限公司