本實(shí)用新型涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種卷繞支撐芯、二次電池和電池卷繞機(jī)。

背景技術(shù)：

在二次電池的制造過程中，將二次電池的正、負(fù)極極片和設(shè)置于正、負(fù)極極片之間的隔膜卷繞成電芯是一道關(guān)鍵的生產(chǎn)工序。

以鋰離子電池為例，現(xiàn)有技術(shù)中最常見的鋰離子電池一般包括圓柱形鋰離子電池和方形鋰離子電池。常見的電芯卷繞方式也分為用于形成圓柱形鋰離子電池的電芯的圓柱型卷繞方式和用于形成方形鋰離子電池的電芯的方形卷繞方式兩種。

圓柱形鋰離子電池的電芯中極片貼合得更緊密，并且自動(dòng)化程度高，因此圓柱形鋰離子電池的容量性能好，而且一致性高，這在電動(dòng)汽車領(lǐng)域具有應(yīng)用優(yōu)勢。然而，由于散熱問題，圓柱形鋰離子電池的容量一般較小，一般不超于5Ah。在有大容量儲電需求的領(lǐng)域，如儲能領(lǐng)域和電動(dòng)汽車領(lǐng)域，小型電池的優(yōu)勢并不大。

方形鋰離子電池面積大，散熱性能較高，可設(shè)計(jì)為容量大于10Ah的大型電池。比起小型電池，大型電池在儲能領(lǐng)域和電動(dòng)汽車領(lǐng)域更具有應(yīng)用優(yōu)勢。

現(xiàn)有技術(shù)中，無論是圓柱形卷繞方式還是方形卷繞方式均是直接對正、負(fù)極極片和隔膜極片進(jìn)行卷繞。對于圓柱形鋰離子電池來說，這種卷繞方式對電池的電性能無明顯破壞作用。

然而，對于方形鋰離子電池來說，在后期對電芯進(jìn)行熱壓整形時(shí)，會使電芯的邊緣處產(chǎn)生180度的折疊，非常容易造成極片斷裂和涂層掉粉，影響電池一致性，影響電池的容量性能，甚至?xí)斐呻姵氐奈⒍搪贰４送?，現(xiàn)有技術(shù)的電池卷繞機(jī)，在電芯卷繞完成時(shí)，卷針與電芯貼合得非常緊，容易導(dǎo)致在抽針時(shí)卷繞好的電芯發(fā)生抽芯現(xiàn)象，引起電芯不平整，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致短路，尤其是在高張力下進(jìn)行卷繞的情況下抽芯現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種卷繞支撐芯、方形鋰離子電池和電池卷繞機(jī)，旨在提高方形鋰離子電池的品質(zhì)。

本實(shí)用新型第一方面提供一種二次電池的卷繞支撐芯，所述卷繞支撐芯包括片狀體，所述片狀體具有相對設(shè)置的上表面和下表面以及連接所述上表面和所述下表面的側(cè)表面，所述側(cè)表面包括左表面、右表面、前表面和后表面，所述左表面和所述右表面均為沿前后方向延伸的表面，所述前表面分別連接所述左表面和所述右表面的前端，所述后表面分別連接所述左表面與所述右表面的后端，其中，所述卷繞支撐芯還包括設(shè)置于所述前表面上的用于與電池卷繞機(jī)的卷針插接配合的插孔。

可選地，所述插孔為穿通所述前表面和所述后表面的通孔。

可選地，所述插孔的數(shù)量為一個(gè)或兩個(gè)以上。

可選地，所述插孔的數(shù)量為兩個(gè)，所述兩個(gè)插孔相對于所述片狀體的左右方向的中心對稱設(shè)置。

可選地，所述插孔的軸線沿前后方向延伸。

可選地，所述插孔為半徑為r的圓孔，所述上表面與所述下表面之間的距離為d，其中，0.5mm≤r≤0.5d。

可選地，所述左表面與所述上表面和/或所述下表面平滑過渡；和/或，所述右表面與所述上表面和/或所述下表面平滑過渡。

可選地，所述左表面包括向左側(cè)凸出、截面為曲線的柱形表面和/或所述右表面包括向右側(cè)凸出、截面為曲線的柱形表面。

可選地，所述上表面與所述下表面之間的距離為d，其中，所述左表面包括向左側(cè)凸出、截面為圓弧且圓弧的直徑為Φ1的圓柱形表面，且d≤Φ1≤3d；和/或，所述右表面包括向右側(cè)凸出、截面為圓弧形且圓弧的直徑為Φ2的圓柱形表面，且d≤Φ2≤3d。

可選地，所述上表面與所述下表面之間的距離d為2mm～10mm。

可選地，所述二次電池為鋰離子電池、鎳氫電池或鋰硫電池；和/或，所述二次電池為方形電池。

可選地，所述片狀體的材料為絕緣材料。

本實(shí)用新型第二方面提供一種二次電池，包括卷芯結(jié)構(gòu)，所述卷芯結(jié)構(gòu)包括本實(shí)用新型第一方面中任一項(xiàng)所述的二次電池的卷繞支撐芯和沿垂直于所述卷繞支撐芯的前后方向纏繞于所述卷繞支撐芯的片狀體上的電芯。

可選地，所述卷繞支撐芯的前后方向的長度大于所述電芯的前后方向的長度。

可選地，所述卷繞支撐芯的前后方向的長度比所述電芯的前后方向的長度長1mm～5mm。

可選地，所述卷繞支撐芯的前端突出于所述電芯的前端；所述卷繞支撐芯的后端突出于所述電芯的后端。

可選地，所述二次電池還包括殼體，所述卷芯結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述殼體內(nèi)，其中，所述卷繞支撐芯的與所述殼體的殼壁連接以將所述卷芯結(jié)構(gòu)支撐于所述殼體上，所述電芯與所述殼體間隔設(shè)置。

本實(shí)用新型第三方面提供一種電池卷繞機(jī)，包括卷針，所述電池卷繞機(jī)還包括位置操縱機(jī)構(gòu)，所述位置操縱機(jī)構(gòu)用于控制二次電池的卷繞支撐芯與所述卷針處于配合狀態(tài)或分離狀態(tài)，其中，所述卷繞支撐芯為本實(shí)用新型第一方面中任一項(xiàng)所述的二次電池的卷繞支撐芯，在所述配合狀態(tài)，所述卷針與所述卷繞支撐芯均位于電芯卷繞位置且所述卷針與所述卷繞支撐芯的插孔插接配合以使所述卷針能夠帶動(dòng)所述卷繞支撐芯轉(zhuǎn)動(dòng)，在所述分離狀態(tài)，所述卷繞支撐芯與所述卷針中至少一個(gè)離開所述電芯卷繞位置以使所述卷針與所述插孔脫離。

可選地，所述位置操縱機(jī)構(gòu)包括用于操縱所述卷繞支撐芯的位置的支撐芯操縱機(jī)構(gòu)，所述支撐芯操縱機(jī)構(gòu)用于將所述卷繞支撐芯輸送至所述電池卷繞機(jī)的電芯卷繞位置。

可選地，所述支撐芯操縱機(jī)構(gòu)包括支撐芯輸送機(jī)構(gòu)和支撐芯推送機(jī)構(gòu)，所述支撐芯輸送機(jī)構(gòu)用于將所述卷繞支撐芯輸送至支撐芯準(zhǔn)備位置，所述支撐芯推送機(jī)構(gòu)用于將處于所述支撐芯準(zhǔn)備位置的卷繞支撐芯推送至所述電芯卷繞位置。

可選地，在所述卷繞支撐芯與所述卷針處于所述配合狀態(tài)后，所述支撐芯推送機(jī)構(gòu)能夠與所述卷繞支撐芯分離并返回推送該卷繞支撐芯之前的位置。

可選地，所述支撐芯輸送機(jī)構(gòu)包括輸送帶或輸送鏈；和/或，所述支撐芯推送機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)缸、電機(jī)、凸輪頂桿機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、齒輪齒桿機(jī)構(gòu)至少之一。

可選地，所述支撐芯機(jī)構(gòu)包括機(jī)械手。

可選地，所述位置操縱機(jī)構(gòu)包括卷針移送機(jī)構(gòu)，所述卷針移送機(jī)構(gòu)能夠?qū)⑺鼍磲槒木磲槣?zhǔn)備位置移送至所述電芯卷繞位置。

可選地，所述卷針移送機(jī)構(gòu)還能夠?qū)⑺鼍磲槒乃鲭娦揪砝@位置移動(dòng)至所述卷針準(zhǔn)備位置，以使所述卷繞支撐芯與所述卷針處于所述分離狀態(tài)。

可選地，所述電池卷繞機(jī)包括兩個(gè)所述卷針，所述兩個(gè)卷針之間的距離可調(diào)節(jié)地設(shè)置；或者，所述電池卷繞機(jī)包括多個(gè)卷針結(jié)構(gòu)，所述卷針結(jié)構(gòu)包括所述卷針，每個(gè)所述卷針結(jié)構(gòu)的卷針與其余卷針結(jié)構(gòu)的卷針的數(shù)量和/或結(jié)構(gòu)不同，所述兩個(gè)以上卷針結(jié)構(gòu)中的任一卷針結(jié)構(gòu)可選擇地設(shè)置于所述電池卷繞機(jī)上，設(shè)置于所述電池卷繞機(jī)上的所述卷針結(jié)構(gòu)的卷針與所述卷繞支撐芯的插孔配合。

可選地，所述電池卷繞機(jī)還包括與所述卷針驅(qū)動(dòng)配合的卷繞操縱機(jī)構(gòu)，在所述電芯卷繞位置，所述卷繞操縱機(jī)構(gòu)能夠驅(qū)動(dòng)所述卷針帶動(dòng)所述卷繞支撐芯轉(zhuǎn)動(dòng)以使用于形成電芯的材料卷繞于所述卷繞支撐芯上。

可選地，所述電池卷繞機(jī)還包括用于檢測所述卷繞支撐芯和/或所述卷針的位置的檢測裝置，所述檢測裝置與所述位置操縱裝置耦合以控制所述位置操縱裝置動(dòng)作。

基于本實(shí)用新型提供的卷繞支撐芯、二次電池和電池卷繞機(jī)，卷繞支撐芯包括片狀體，卷繞支撐芯具有設(shè)置于片狀體的前表面上的用于與電池卷繞機(jī)的卷針插接配合的插孔。在卷繞形成電芯時(shí)，卷針插入卷繞支撐芯的插孔中，電芯卷繞于卷繞支撐芯上，卷繞支撐芯與電芯形成的卷芯結(jié)構(gòu)成為二次電池的一部分，在抽針時(shí)卷針與卷繞支撐芯分離，卷針與電芯不發(fā)生直接作用，因此不會發(fā)生抽芯現(xiàn)象，從而不會發(fā)生因抽芯現(xiàn)象導(dǎo)致的引起電芯不平整和短路的問題，提高二次電池的品質(zhì)。進(jìn)一步地，由于有卷繞支撐芯的支撐，電芯的正、負(fù)極極片和隔膜貼合更緊密，可降低內(nèi)阻、提高電池的容量性能和循環(huán)性能，并且電池的一致性得到提升。而且，電芯的邊緣處因有卷繞支撐芯的支撐，有效減少極片斷裂和涂層掉粉現(xiàn)象，改善電池一致性，可以減少因極片斷裂和涂層掉粉引起的電池容量受限和電池微短路現(xiàn)象，有利于提高二次電池的品質(zhì)。

本實(shí)用新型的二次電池、電池卷繞機(jī)因同樣的理由亦有利于提高二次電池的品質(zhì)。

通過以下參照附圖對本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其它特征及其優(yōu)點(diǎn)將會變得清楚。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的卷繞支撐芯的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的方形鋰子電池的卷芯結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖2側(cè)示結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的電池卷繞機(jī)中位置操縱機(jī)構(gòu)的工作原理示意圖。

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的電池卷繞機(jī)中檢測裝置的布置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。以下對至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對本實(shí)用新型及其應(yīng)用或使用的任何限制?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

除非另外具體說明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本實(shí)用新型的范圍。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個(gè)部分的尺寸并不是按照實(shí)際的比例關(guān)系繪制的。對于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為授權(quán)說明書的一部分。在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它示例可以具有不同的值。應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步討論。

為了便于描述，在這里可以使用空間相對術(shù)語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個(gè)器件或特征與其他器件或特征的空間位置關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，空間相對術(shù)語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他器件或構(gòu)造上方”或“在其他器件或構(gòu)造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構(gòu)造下方”或“在其他器件或構(gòu)造之下”。因而，示例性術(shù)語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位)，并且對這里所使用的空間相對描述作出相應(yīng)解釋。

在以下描述中，所稱的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”均與圖1中所示的方向?qū)?yīng)。

以下各實(shí)施例中，均以方形鋰離子電池為例對本實(shí)用新型作出說明，但是本實(shí)用新型的卷繞支撐芯、二次電池、電池卷繞機(jī)也適合其它形式的帶有卷繞電芯的二次電池，如鎳氫電池、鋰硫電池。

第一實(shí)施例

本實(shí)用新型第一實(shí)施例提供一種卷繞支撐芯。

如圖1所示，第一實(shí)施例的卷繞支撐芯10包括片狀體，片狀體具有相對設(shè)置的上表面11和下表面12以及連接上表面11和下表面12的側(cè)表面。側(cè)表面包括左表面13、右表面14、前表面15和后表面(未圖示)。左表面13和右表面14均為沿前后方向延伸的表面。前表面15分別連接左表面13和右表面14的前端。后表面分別連接左表面13與右表面14的后端。其中，卷繞支撐芯10具有設(shè)置于前表面15上的用于與電池卷繞機(jī)的卷針60插接配合的插孔151。

卷繞支撐芯10的寬度w可以按照方形鋰離子電池的大小選擇，可以與現(xiàn)有技術(shù)中的電池卷繞機(jī)的卷針60之間的寬度大致相同。

本實(shí)施例中，插孔151為穿通前表面15和后表面的通孔。該設(shè)置可以使卷針60在前表面15和后表面均能與插孔151配合，在生產(chǎn)時(shí)可以不必專門區(qū)分卷繞支撐芯10的前表面15和后表面，因此可以提高卷繞形成電芯20時(shí)的工作效率。而且，通過通孔還可以利于檢測裝置檢測卷繞支撐芯10和卷針60的相對位置。

其中，插孔151的形狀只要能與卷針60配合并且通過卷針60可以帶動(dòng)卷繞支撐芯10轉(zhuǎn)動(dòng)即可。例如，可以為圓形、三角形、方形、正多邊形等等。優(yōu)選地，卷針60與對應(yīng)的插孔151形狀一致并間隙配合。插孔151的軸線沿前后方向延伸。

插孔151的數(shù)量可以為一個(gè)或兩個(gè)以上。在插孔的數(shù)量為一個(gè)時(shí)，插針60與卷繞支撐芯10之間宜為止轉(zhuǎn)配合。例如，插孔可以設(shè)置為扁孔，插針60對應(yīng)地設(shè)置為與扁孔對應(yīng)的形狀。插孔151的數(shù)量為兩個(gè)以上，則可以增加卷針60帶動(dòng)卷繞支撐芯10的能力。

本實(shí)施例中優(yōu)選地，插孔151的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)插孔151相對于片狀體的左右方向的中心O對稱設(shè)置。如圖1所示，在卷繞支撐芯10的寬度方向，離中心O兩側(cè)距離x處各設(shè)置一個(gè)插孔151。插孔151用于電池卷繞機(jī)的卷針60穿入卷繞支撐芯10，以便能夠通過卷針60帶動(dòng)卷繞支撐芯10轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)在卷繞支撐芯10上纏繞用于形成電芯20的材料這一目的。

如圖1所示，本實(shí)施例中，插孔151為半徑為r的圓孔，上表面11與下表面12之間的距離為d。優(yōu)選地，0.5mm≤r≤0.5d。

本實(shí)施例中，前表面15為垂直于前后方向的平面，后表面為垂直于前后方向的平面。在其它實(shí)施例中，前表面和后表面均可以按需要設(shè)置成其它形狀的表面。例如，前表面和后側(cè)面均可以為折面、曲面等等。

優(yōu)選地，左表面13與上表面11和/或下表面12平滑過渡；和/或，右表面14與上表面11和/或下表面12平滑過渡。該設(shè)置利于正、負(fù)極極片和隔膜緊密接觸，并且更利于防止極片斷裂和涂層掉粉。

本實(shí)施例中，左表面13包括向左側(cè)凸出、截面為曲線的柱形表面，右表面14包括向右側(cè)凸出、截面為曲線的柱形表面。曲線的形狀例如可以為圓弧、橢圓弧、雙曲線、拋物線等。

如圖1所示，本實(shí)施例中，左表面13包括向左側(cè)凸出、截面為圓弧形且圓弧的直徑為Φ1的圓柱形表面，圖1中R1代表與左表面13的截面圓弧大小相同的圓形；和/或，右表面14包括向右側(cè)凸出、截面為圓弧形且圓弧的直徑為Φ2的圓柱形表面，圖1中R2代表與右表面14的截面圓弧大小相同的圓形。

本實(shí)施例中，卷繞支撐芯10的上表面11與下表面12之間的距離為d，其中優(yōu)選地，d≤Φ1≤3d；d≤Φ2≤3d。

Φ1和Φ2的數(shù)值優(yōu)選地相同，但也可以不同。例如，可以設(shè)置為Φ1、Φ2均與d相等。

距離d的大小可以根據(jù)電池的大小進(jìn)行選擇。優(yōu)選地，距離d為2mm～10mm。

本實(shí)施例中，卷繞支撐芯10僅包括片狀體，片狀體大體為方形片，方形片的上下方向的投影為方形，前后方向的投影為橢圓形，圖1即是本實(shí)施例的方形片的投影。

在其它實(shí)施例中，片狀體可以為其它形狀，例如片狀體的各個(gè)表面的形狀均可以適當(dāng)變化，只要對電芯20的支撐作用存在且能與卷針60配合即可。例如，前后表面可以內(nèi)凹或外凸，再例如，片狀體上可以有鏤空結(jié)構(gòu)等。另外，不排除在卷繞支撐芯10的片狀體上還可以設(shè)置有其它結(jié)構(gòu)，例如用于與電池的殼體進(jìn)行連接的連接結(jié)構(gòu)等。

卷繞支撐芯10的各尺寸可以根據(jù)需要靈活設(shè)置。例如，在一個(gè)更具體的實(shí)施例中，卷繞支撐芯10的上表面11和下表面12之間的距離d為3mm，前后方向的長度為154mm，左右方向的寬度w為50mm，卷繞支撐芯10的左表面13和右表面14的圓弧直徑均為4.4mm，插孔151的半徑r為1.25mm，插孔151與卷繞支撐芯10中心點(diǎn)O的距離x為24mm。與此卷繞支撐芯10的插孔151對應(yīng)的卷針60可以為圓柱形針，圓柱形針的半徑1.2mm。

卷繞支撐芯10的片狀體的材料為絕緣材料，例如可以是塑料、高分子材料、陶瓷材料等等。本實(shí)施例中，卷繞支撐芯10的材料為有一定彈性的高分子聚合物材料。

第二實(shí)施例

本實(shí)用新型第二實(shí)施例提供一種方形鋰離子電池。

該方形鋰離子電池包括卷芯結(jié)構(gòu)。圖2和圖3示出了第二實(shí)施例的方形鋰離子電池的卷芯結(jié)構(gòu)。如圖2和圖3所示，卷芯結(jié)構(gòu)包括前述的卷繞支撐芯10和沿垂直于卷繞支撐芯10的前后方向纏繞于卷繞支撐芯10的片狀體上的電芯20。

本實(shí)施例中，卷繞支撐芯10的前后方向的長度大于電芯20的前后方向的長度。優(yōu)選地，卷繞支撐芯10的前后方向的長度比電芯20的前后方向的長度長1mm～5mm。該設(shè)置利于保證卷繞支撐芯10對電芯20的支撐作用，允許電芯20和卷繞支撐芯10之間在長度方向上存在較大的位置誤差。

本實(shí)施例中，卷繞支撐芯10的前端突出于電芯20的前端；卷繞支撐芯10的后端突出于電芯20的后端。該設(shè)置同樣利于保證卷繞支撐芯10對電芯20的支撐作用，允許電芯20和卷繞支撐芯10之間在長度方向上存在較大的位置誤差。

方形鋰離子電池還包括殼體(未示出)，卷芯結(jié)構(gòu)設(shè)置于殼體內(nèi)。其中，卷繞支撐芯10與殼體連接以將卷芯結(jié)構(gòu)支撐于殼體上，電芯20與殼體間隔設(shè)置。由于電芯20不會觸碰到殼體，可防止電芯20與殼體之間發(fā)生短路現(xiàn)象，并免去絕緣膠座的使用。殼體例如為鋁制殼體。

在卷繞支撐芯10的前端和后端分別突出于電芯20的前端和后端的情況下，為了便于卷芯結(jié)構(gòu)的安裝，殼體例如可以分成兩個(gè)部分，卷繞支撐芯10的前端和后端可以夾設(shè)于兩個(gè)部分之間，或者前端與一個(gè)部分配合，后端與另一個(gè)部分配合，兩部分組合后形成完整的殼體，從而通過卷繞支撐芯10與殼體的形狀配合使卷繞支撐芯連接于殼體上。

當(dāng)然，為了使卷繞支撐芯10與殼體連接，還可以通過設(shè)置固定連接件連接卷繞支撐芯10和殼體的方式將通過卷繞支撐芯10將卷芯結(jié)構(gòu)支撐于殼體上。

本實(shí)施例的鋰離子電池中，卷繞支撐芯10的前端和后端分別突出于電芯20的前端和后端2mm；卷芯長度為150mm；電芯20的寬度為70mm；電芯20的厚度為24mm。

本實(shí)施例的方形鋰離子電池的容量可設(shè)計(jì)到30-60Ah之間，并具有優(yōu)異的一致性。該鋰離子電池尤其適用于儲能領(lǐng)域或電動(dòng)汽車領(lǐng)域等需要大型鋰離子電池的應(yīng)用場合。

第三實(shí)施例

本實(shí)用新型第三實(shí)施例提供一種電池卷繞機(jī)。

如圖4所示，該電池卷繞機(jī)包括卷針60和位置操縱機(jī)構(gòu)。位置操縱機(jī)構(gòu)用于控制方形鋰離子電池的卷繞支撐芯10與卷針60處于配合狀態(tài)或分離狀態(tài)。其中，卷繞支撐芯10為前述的卷繞支撐芯10。在配合狀態(tài)，參見圖4中C部分圖片和D部分圖片，卷針60與卷繞支撐芯10均位于電芯卷繞位置P且卷針60與插孔151插接配合以使卷針60能夠帶動(dòng)卷繞支撐芯10轉(zhuǎn)動(dòng)；在分離狀態(tài)，參見圖4中A部分圖片和B部分圖片，卷繞支撐芯10與卷針60中至少一個(gè)離開電芯卷繞位置P以使卷針60與插孔151脫離。

本實(shí)施例中，位置操縱機(jī)構(gòu)包括用于操縱卷繞支撐芯10的位置的支撐芯操縱機(jī)構(gòu)。支撐芯操縱機(jī)構(gòu)用于將卷繞支撐芯10輸送至電芯卷繞位置P，以使卷繞支撐芯10與卷針60在電芯卷繞位置P處于配合狀態(tài)。

如圖4所示，本實(shí)施例中，支撐芯操縱機(jī)構(gòu)包括支撐芯輸送機(jī)構(gòu)和支撐芯推送機(jī)構(gòu)，支撐芯輸送機(jī)構(gòu)用于將卷繞支撐芯10輸送至支撐芯準(zhǔn)備位置，支撐芯推送機(jī)構(gòu)用于將處于支撐芯準(zhǔn)備位置的卷繞支撐芯10推送至電芯卷繞位置P。其中，支撐芯準(zhǔn)備位置對應(yīng)于圖4中A部分圖片中位于推進(jìn)器40的支撐芯容納口41中的卷繞支撐芯10所處的位置。

在卷繞支撐芯10與卷針60在電芯卷繞位置P處于配合狀態(tài)后，支撐芯推送機(jī)構(gòu)還能夠與卷繞支撐芯10分離并返回推送該卷繞支撐芯10之前的狀態(tài)以準(zhǔn)備推送另一個(gè)卷繞支撐芯10。

其中，支撐芯輸送機(jī)構(gòu)例如可以包括輸送帶或輸送鏈。支撐芯推送機(jī)構(gòu)例如可以包括驅(qū)動(dòng)缸、電機(jī)、凸輪頂桿機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、齒輪齒桿機(jī)構(gòu)至少之一。本實(shí)施例中，支撐芯輸送機(jī)構(gòu)為輸送帶30。支撐芯推送機(jī)構(gòu)包括推送缸和連接于推送缸的活塞桿端的推進(jìn)器40。推進(jìn)器40具有支撐芯容納口41。支撐芯容納口41與插針60的針頭相對設(shè)置，且與針頭相對的一端和下端敞口。推進(jìn)器40位于輸送帶30上方，在某卷繞支撐芯10到達(dá)支撐芯準(zhǔn)備位置時(shí)，可以使支撐芯推送機(jī)構(gòu)整體下移以使該卷繞支撐芯10進(jìn)入支撐芯容納孔41內(nèi)。

如圖4所示，本實(shí)施列中，位置操縱機(jī)構(gòu)還包括卷針移送機(jī)構(gòu)50，卷針移送機(jī)構(gòu)50能夠?qū)⒕磲?0從卷針準(zhǔn)備位置移送至電芯卷繞位置P，以使卷繞支撐芯10與卷針60在電芯卷繞位置P處于配合狀態(tài)。其中，卷針準(zhǔn)備位置對應(yīng)于圖4中A部分圖片和B部分圖片中卷針60所處的位置。

卷針移送機(jī)構(gòu)50還能夠?qū)⒕磲?0從電芯卷繞位置P移動(dòng)至卷針準(zhǔn)備位置，以使卷繞支撐芯10與卷針60處于分離狀態(tài)。

電池卷繞機(jī)還包括與卷針60驅(qū)動(dòng)配合的卷繞操縱機(jī)構(gòu)，在電芯卷繞位置P，卷繞操縱機(jī)構(gòu)能夠驅(qū)動(dòng)卷針60帶動(dòng)卷繞支撐芯10轉(zhuǎn)動(dòng)以使用于形成電芯20的材料卷繞于卷繞支撐芯10上。

電池卷繞機(jī)還包括用于檢測卷繞支撐芯10和/或卷針60的位置的檢測裝置，檢測裝置與位置操縱裝置耦合以控制位置操縱裝置動(dòng)作。

如圖5所示，本實(shí)施例中，檢測裝置包括設(shè)置于推進(jìn)器40的支撐芯容納口41的底部的壓力感應(yīng)器71和設(shè)置于推進(jìn)器40的支撐芯容納口41的側(cè)壁的激光感應(yīng)器72。其中，壓力感應(yīng)器71用于檢測卷針60是否到達(dá)電芯卷繞位置P，激光感應(yīng)器72用于檢測卷繞支撐芯10是否到達(dá)支撐芯準(zhǔn)備位置。

可選地，電池卷繞機(jī)包括兩個(gè)卷針60，兩個(gè)卷針60之間的距離可調(diào)節(jié)地設(shè)置；或者，或者，電池卷繞機(jī)包括多個(gè)卷針結(jié)構(gòu)，卷針結(jié)構(gòu)包括卷針60，每個(gè)卷針結(jié)構(gòu)的卷針60與其余卷針結(jié)構(gòu)的卷針60的數(shù)量和/或結(jié)構(gòu)不同，兩個(gè)以上卷針結(jié)構(gòu)中的任一卷針結(jié)構(gòu)可選擇地設(shè)置于電池卷繞機(jī)上，設(shè)置于電池卷繞機(jī)上的卷針結(jié)構(gòu)的卷針60與卷繞支撐芯10的插孔151配合。例如，卷針結(jié)構(gòu)可以包括卷針安裝座和設(shè)置于卷針安裝座上的兩個(gè)卷針60，不同的卷針結(jié)構(gòu)的兩個(gè)卷針之間的距離不同。該設(shè)置可以通過調(diào)節(jié)兩個(gè)卷針60之間的距離，或者選擇不同的卷針結(jié)構(gòu)使卷針60與不同的卷繞支撐芯10的插孔151之間的距離相等。從而電池卷繞機(jī)可以適應(yīng)不同型號的電池的卷芯結(jié)構(gòu)制作。

卷針60的形狀優(yōu)選地與插孔151的形狀相同，且二者間隙配合。例如，在插孔151為半徑r為1.25mm的圓孔時(shí)，卷針60的可以是半徑為1.2mm的圓柱形針。卷針60的截面形狀也可以是截面為三角形、四邊形、正多邊形等其它與插孔的相應(yīng)形狀配合的形狀。

本實(shí)施例中，電池卷繞機(jī)卷繞形成電芯20的工作原理參見圖4。

具體地，輸送帶30把其上的卷繞支撐芯10輸送到與電池卷繞機(jī)的卷針60的針頭正對支撐芯準(zhǔn)備位置，支撐芯操縱機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使推進(jìn)器40的支撐芯容納口41位于卷繞支撐芯外，如圖4中A部分圖片所示。此時(shí)，激光感應(yīng)器72的激光被截?cái)?，能感?yīng)到卷繞支撐芯10，該感應(yīng)信號作用于推送缸，推送缸驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器40推動(dòng)卷繞支撐芯10將卷繞支撐芯10輸送到電芯卷繞位置P，如圖4中B部分圖片所示。之后，卷針60朝向電芯卷繞位置P移動(dòng)，插入至卷繞支撐芯10的插孔151內(nèi)直至卷針60插入到卷繞支撐芯10的配合位置，如圖4中C部分圖片所示。此時(shí)，推進(jìn)器40內(nèi)的壓力感應(yīng)器71與卷針60的針頭端部發(fā)生接觸產(chǎn)生感應(yīng)信號，該感應(yīng)信號作用于推送缸，推送缸驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器40退回，在退回過程中與卷繞支撐芯10脫離直到傳送帶30處推送卷繞支撐芯10前的狀態(tài)，進(jìn)行或等待進(jìn)行下一次操作，如圖4中D部分圖片所示。此時(shí)，卷繞操縱機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)卷針60運(yùn)作帶動(dòng)卷繞支撐芯10轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行卷繞動(dòng)作，用于形成電芯20的正、負(fù)極極片和隔膜等材料開始沿著卷繞支撐芯10進(jìn)行卷繞動(dòng)作以完成卷繞工序。當(dāng)卷繞工序完成后，電池卷繞機(jī)自動(dòng)切斷正、負(fù)極極片和隔膜，并對電芯20進(jìn)行包膠，使卷芯結(jié)構(gòu)形成整體。此后，卷針60從卷繞支撐芯10中抽出解除配合，卷芯結(jié)構(gòu)自動(dòng)下落到卷芯收集輸送帶等收集裝置。按此步驟不斷循環(huán)，可實(shí)現(xiàn)卷芯結(jié)構(gòu)的連續(xù)生產(chǎn)。

另外，支撐芯操縱機(jī)構(gòu)可以不必分為支撐芯輸送機(jī)構(gòu)和支撐芯推送機(jī)構(gòu)。例如，在其它的實(shí)施例中，支撐芯操縱機(jī)構(gòu)可以包括操縱卷繞支撐芯10的機(jī)械手。

在位置操縱裝置包括機(jī)械手的情況下，機(jī)械手可以直接抓取卷繞支撐芯10并把卷繞支撐芯10輸送到電芯卷繞位置P，再使卷針60插入卷繞支撐芯10的插孔151內(nèi)，使卷繞支撐芯10與卷針60處于配合狀態(tài)。當(dāng)卷針60插入到卷繞支撐芯10頂端后，機(jī)械手上的感應(yīng)裝置發(fā)生感應(yīng)，機(jī)械手放開卷繞支撐芯10并退回起始動(dòng)作位置進(jìn)行或等待進(jìn)行下一次操作。

第四實(shí)施例

第四實(shí)施例提供一種方形鋰離子電池的制造方法。該方法利用前述的電池卷繞機(jī)將用于形成電芯20的材料卷繞于鋰離子電池的卷繞支撐芯10上以形成鋰離子電池的卷芯結(jié)構(gòu)。

該制造方法主要包括：步驟1：使卷繞支撐芯10與卷針60處于配合狀態(tài)；步驟2：驅(qū)動(dòng)卷針60帶動(dòng)卷繞支撐芯10轉(zhuǎn)動(dòng)從而在卷繞支撐芯10上卷繞電芯20；步驟3：使卷針60與卷繞完電芯20后的卷繞支撐芯10處于分離狀態(tài)。

其中，步驟1包括：步驟11：將卷繞支撐芯10輸送至支撐芯準(zhǔn)備位置；步驟12：將卷繞支撐芯10從支撐芯準(zhǔn)備位置推送至電芯卷繞位置P；步驟13：將卷針60從卷針準(zhǔn)備位置移送至電芯卷繞位置P，使卷繞支撐芯10與卷針60的插孔151插接配合。其中，支撐芯準(zhǔn)備位置對應(yīng)于圖4中A部分圖片中位于推進(jìn)器40的支撐芯容納口41中的卷繞支撐芯10所處的位置。

步驟2包括：通過驅(qū)動(dòng)卷針60帶動(dòng)卷繞支撐芯10轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)在卷繞支撐芯10上卷繞電芯20。

步驟3包括：控制卷針60朝向遠(yuǎn)離卷繞支撐芯10的方向運(yùn)動(dòng)，使卷針60從電芯卷繞位置P退回卷針準(zhǔn)備位置。其中，卷針準(zhǔn)備位置對應(yīng)于圖4中A部分圖片和B部分圖片中卷針60所處的位置。

根據(jù)以上描述可知，本實(shí)用新型以上各實(shí)施例能實(shí)現(xiàn)以下技術(shù)效果至少之一：

在卷繞時(shí)，卷針60插入卷繞支撐芯10的插孔151中，電芯20卷繞于卷繞支撐芯10上，卷繞支撐芯10與電芯20形成的卷芯結(jié)構(gòu)成為方形鋰離子電池的一部分，在抽針時(shí)卷針60與卷繞支撐芯10分離，卷針60與電芯20不發(fā)生直接作用，不會發(fā)生抽芯現(xiàn)象，從而不會發(fā)生因抽芯現(xiàn)象導(dǎo)致的引起電芯20不平整和短路的問題，提高方形鋰離子電池的品質(zhì)。

由于有卷繞支撐芯10的支撐，電芯20的正、負(fù)極極片和隔膜貼合更緊密，可降低內(nèi)阻、提高電池的容量性能和循環(huán)性能，并且電池的一致性得到提升。

電芯20的邊緣處因有卷繞支撐芯10的支撐，可有效減少極片斷裂和涂層掉粉現(xiàn)象，改善電池一致性，可以減少因極片斷裂和涂層掉粉引起的電池容量受限和電池微短路現(xiàn)象，有利于提高方形鋰離子電池的品質(zhì)。

通過卷繞支撐芯10與殼體的連接可以使電芯20與殼體具有間隔，從而可以防止電芯20與殼體之間發(fā)生短路，并免去絕緣膠座的使用。

對于采用鋁塑膜包裝的情況，因卷繞支撐芯10的引入，在卷繞時(shí)，正、負(fù)極極片即可達(dá)到緊密貼合的狀態(tài)，無需后續(xù)的冷熱壓整形，減化制造流程，提高電池制造效率，降低制造成本。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。