軟包鋰電池極耳部分貼保護膠帶機構

李文　程丙坤

摘要：鋰電池作為一種新型的清潔能源已經得到了大量使用，目前鋰電池的生產設備自動化程度還比較低，為了提高鋰電池生產設備的自動化程度，開發生產了一系列的鋰電池自動化設備，其中就有鋰電池TAB焊接機。文章介紹了極耳部分貼保護膠帶機構，對現在市場上主流的兩種貼膠機構進行了對比，并分析了兩種貼膠機構各自的使用場合。

關鍵詞：TAB；Tab lead；Sealant；軟包鋰電池；極耳部分；絕緣膠帶機構 文獻標識碼：A

中圖分類號：TN605 文章編號：1009-2374（2017）11-0015-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.008

鋰電池電芯在制作時需要在極耳上焊接Tab lead，這樣對極耳進行加長，方便后面的頂側封將Sealant融化進行密封。Tab lead焊接采用超聲波進行焊接，在焊接完成后，極耳上會有焊點產生，而且由于極耳伸出高度位置不一定適合我們的要求，一般需要對極耳進行折彎，在這種情況下容易產生短路，所以需要對焊接的位置進行貼絕緣膠帶，而且極耳的兩面都需要粘貼上絕緣膠帶（見圖1）。市面上目前主流的貼絕緣膠的方式有兩種，現在我們就對這兩種方式進行分析找出它們各自的優缺點，使我們在生產過程中找到更合適的貼絕緣膠方式。

1 貼膠機構簡介

由于需要對電芯的正極和負極兩個極耳的正面和反面進行貼絕緣膠帶，一共是4個貼膠絕緣膠帶的動作，為了提高貼膠機構的空間利用率，一般采用兩個工位進行貼膠：一個對正極正反兩面進行貼絕緣膠帶；另一個對負極正反兩面進行貼絕緣膠帶，也就是說需要一個對鋰電池電芯極耳進行正反兩面同時進行貼膠的機構。

貼膠分兩組動作完成，即備絕緣膠帶和貼絕緣膠帶，備絕緣膠帶是將兩卷絕緣膠帶切斷為需要的長度并讓其吸附在上下兩組吸膠帶的吸頭上；貼絕緣膠帶是將已經吸附在吸頭上的兩條絕緣膠帶粘貼在極耳的正反兩面上。備絕緣膠帶有兩種方式：一種為送料式；另一種為拉料式，貼膠機構的區分主要集中在備膠方式上。

2 送料式備絕緣膠帶

送料式備絕緣膠帶由以下機構組成：（1）絕緣膠帶上料機構；（2）重力錘；（3）過輥；（4）斷帶感應器；（5）切斷刀；（6）吸盤；（7）送膠帶機構；（8）膠帶壓緊機構（壓緊部分為鐵氟龍材質，防止膠帶粘附在壓緊機構上）；（9）吸盤上下機構；（10）吸盤驅動機構（見圖2）。

送料式備絕緣膠帶工作流程：送膠帶機構將絕緣膠帶送到指定位置（可以通過觸摸屏進行設置，此位置決定了膠帶長度），吸盤上下機構驅動吸盤下降，然后由膠帶壓緊機構將膠帶頭端壓在吸盤上，此時送膠帶機構再向回移動到起始點，并將膠帶后端夾緊同時做向上提升的動作，使絕緣膠帶背面完全貼緊吸盤，然后由吸盤將膠帶吸附，此時膠帶前段由吸盤和膠帶壓緊機構配合固定，后端由送膠帶機構固定，由于重力錘的存在，使膠帶形成一個繃緊的狀態，此時切斷刀在吸盤與膠帶后端固定處之間將絕緣膠帶切斷，膠帶被切斷后，膠帶壓緊機構脫離吸盤，使吸盤吸附的是一段完整的定長的絕緣膠帶，這樣就完成了送料式備絕緣膠帶的工作，后面吸盤上下機構將吸附了膠帶的吸盤提升，吸盤位置驅動機構將吸盤移動到需要貼絕緣膠帶的電芯處，吸盤上下機構再進行貼膠動作，完成貼膠動作后吸盤位置驅動機構回原位，這樣就形成了一個完整的貼膠循環。

在貼絕緣膠帶時，上下兩套貼膠備膠機構是一起運動的，這樣電芯極耳焊接處的正反兩面都同時貼上了絕緣膠帶，在絕緣膠帶使用完需要更換或者由于其他原因使絕緣膠帶斷帶時，由于重力錘的作用，使絕緣膠帶的過輥機構向導軌后端移動，這時就會觸發斷帶感應器，設備就會發出警報，提醒操作人員進行更換絕緣膠帶或對斷帶的地方進行處理。此送料式備絕緣膠帶機構在送絕緣膠帶時只有一套驅動機構，上面的貼膠部分和下面的貼膠部分在送膠帶時只能同步等長地送絕緣膠帶，這樣設計結構緊湊，制造成本低，一般使用在3C小電池上，其粘貼的絕緣膠帶長度一般小于12mm。

3 拉料式備絕緣膠帶

拉料式備絕緣膠帶由以下機構組成：（1）快速換膠帶機構（包括絕緣膠帶上料軸、過輥、快速夾）；（2）張緊機構（包括斷料感應）；（3）切斷刀；（4）吸盤；（5）拉膠帶機構（由拉膠帶夾爪和拉膠帶伺服模組組成）；（6）膠帶壓緊機構；（7）吸盤上下機構（由伺服馬達配合模組驅動）；（8）吸盤位置驅動機構（見圖3）。

拉料式備絕緣膠帶工作流程：拉膠帶機構帶動拉膠帶夾爪，移動到膠帶頭端，將膠帶頭端夾持，然后由伺服配合模組將膠帶拉到設定位置（可以通過觸摸屏進行設置模組的行程，此位置決定了膠帶的長度），吸盤上下機構也是由伺服配合模組控制的，吸盤上下機構下降，使吸盤貼緊絕緣膠帶背面，由于有張緊機構的存在，會使絕緣膠帶保持一個張緊的狀態，此時快速換膠帶機構中的夾緊氣缸將絕緣膠帶的后端夾緊，然后由切斷刀在吸盤和快速換膠帶機構中的夾緊氣缸之間的位置，對絕緣膠帶進行切斷，絕緣膠帶被切斷后拉膠帶夾爪張開放松絕緣膠帶，然后由拉膠帶機構將拉膠帶夾爪帶離吸盤區，停在起始點。這樣吸盤是獨立的吸附這一段完整的定長的絕緣膠帶，這樣就完成了拉料式備絕緣膠帶的工作，后面由吸盤上下機構將吸附了絕緣膠帶的吸盤提升，并由吸盤位置驅動機構將吸盤移動到需要貼絕緣膠帶的電芯處，吸盤上下機構再進行貼膠動作，完成貼膠動作后吸盤位置驅動機構回原位，這樣就形成了一個完整的貼膠循環。

拉料式備絕緣膠帶貼膠也是由上下兩套貼膠機構組成的，當絕緣膠帶使用完需要安裝新的絕緣膠帶或絕緣膠帶斷帶時，張緊機構配合斷料感應器會給出信號，此時設備會發生報警，提醒操作人員進行更換膠帶，或對斷帶的地方進行處理。此拉料式備絕緣膠帶機構，上面的貼絕緣膠帶部分和下面的貼絕緣膠帶部分的拉膠帶機構是獨立的，可以實現上絕緣膠帶的長度和下絕緣膠帶的長度不相同，上下絕緣膠帶可以自由設定尺寸（可以在觸摸屏上進行設置）這樣的設計機構比較復雜，但是運行穩定，可以滿足各種貼絕緣膠帶的需求，一般使用在動力電池上，其粘貼的絕緣膠帶長度一般大于12mm。

4 兩種方式貼膠帶對比

兩種方式貼膠帶的動作是相同的，只是送料式貼膠帶動作采用氣缸作為動力，拉料式貼膠帶是采用伺服馬達配合模組作為動力，兩種方式的動作流程一樣，只是在參數設置、設備調試和機構的制造成本上不一樣。

送料式貼膠帶與拉料式貼膠帶的不同點主要集中在備絕緣膠帶上；其中送料式采用的是夾持絕緣膠帶頭端送到設定位置，然后由吸盤配合膠帶壓緊機構將絕緣膠帶固定，然后送膠帶部分回到起始位，在這個過程中絕緣膠帶的頭端是由吸盤配合膠帶壓緊機構固定的，就可以使備絕緣膠帶的長度盡可能短，如果需要備的絕緣膠帶過長，由于送膠帶機構向回移動到起始點，并將膠帶后端夾緊同時做向上提升，使絕緣膠帶背面完全貼緊吸盤，這樣過多的動作會導致備膠長度的精度不理想；拉料式貼膠帶采用的是拉膠帶機構運行到絕緣膠帶頭端，將絕緣膠帶夾持住，然后將膠帶拉出設定的長度，最后由吸盤下降吸附絕緣膠帶，此時由于有單獨的夾膠帶頭端的夾爪，所以會使備絕緣膠帶的長度比送料式備膠帶長（多了絕緣膠帶頭端的夾持位置），此備絕緣膠帶過程中膠帶一直保持著張緊狀態所以備膠精度比較高。

5 根據鋰離子電池行業中電池的不同類別劃分出相匹配的貼膠方式

根據表1所統計的數據，可以得出送料式備絕緣膠帶貼膠適合于用在貼膠帶長度小于12mm的電池中，拉料式備絕緣膠帶貼膠適合于用在貼膠帶長度大于12mm的電池中。

3C數碼類鋰離子電池，3C是指計算機（Computer）、通訊（Communication）和消費電子產品（Consumer Electronic）三類電子產品的簡稱，在極耳焊接后貼膠的長度短，要求的貼膠精度高，適合使用送料式備絕緣膠帶方式貼膠帶。

EV動力軟包鋰離子電池，關于EV動力電池極耳焊接后貼保護膠帶，由于EV電池屬于體積比較大的電池所貼保護膠帶長度一般大于20mm；在備絕緣膠帶時膠帶長度大，需要備膠的速度快，推薦使用伺服配合模組進行驅動，在貼絕緣膠帶時，吸盤的移動行程也比較大，推薦使用伺服配合模組進行驅動，綜合以上兩點所以在這里我們會采用拉膠帶方式備膠。

鋰離子類電池現在已經進入了高速發展期，現在出現了很多新型配方的鋰離子電池，但是總的類型還是劃分為3C鋰離子電池、EV動力軟包鋰離子電池和EV硬殼鋰離子電池，我們對其中的3C鋰電池和EV動力軟包鋰電池的極耳焊接后貼絕緣膠帶這個工序做了一些研究，總結出了相對應的設備機構，可以使大家在做相關設備時少走一些彎路，減少設備設計時的工作量，使設備在使用時達到更高的優率。

參考文獻

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[3] 劉守勇.機械制造工藝與機床夾具[M].北京：機械工業出版社，2010.

[4] 聞邦椿.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2010.

作者簡介：李文（1979-），男，湖北荊門人，東莞市卓安精機自動化設備有限公司高級工程師，研究方向：新能源鋰電池設備開發設計；程丙坤（1969-），男，湖北天門人，東莞新科技術研究開發有限公司高級工程師，研究方向：機器換人或自動化設備開發設計與研究。

（責任編輯：黃銀芳）