李文　程丙坤

摘要：鋰電池作為一種新型的清潔能源已經(jīng)得到了大量使用，目前鋰電池的生產(chǎn)設(shè)備自動化程度還比較低，為了提高鋰電池生產(chǎn)設(shè)備的自動化程度，開發(fā)生產(chǎn)了一系列的鋰電池自動化設(shè)備，其中就有鋰電池TAB焊接機(jī)。文章介紹了極耳部分貼保護(hù)膠帶機(jī)構(gòu)，對現(xiàn)在市場上主流的兩種貼膠機(jī)構(gòu)進(jìn)行了對比，并分析了兩種貼膠機(jī)構(gòu)各自的使用場合。

關(guān)鍵詞：TAB；Tab lead；Sealant；軟包鋰電池；極耳部分；絕緣膠帶機(jī)構(gòu) 文獻(xiàn)標(biāo)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(jìn)行加長，方便后面的頂側(cè)封將Sealant融化進(jìn)行密封。Tab lead焊接采用超聲波進(jìn)行焊接，在焊接完成后，極耳上會有焊點(diǎn)產(chǎn)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(jìn)行折彎，在這種情況下容易產(chǎn)生短路，所以需要對焊接的位置進(jìn)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(xiàn)在我們就對這兩種方式進(jìn)行分析找出它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)，使我們在生產(chǎn)過程中找到更合適的貼絕緣膠方式。

1 貼膠機(jī)構(gòu)簡介

由于需要對電芯的正極和負(fù)極兩個極耳的正面和反面進(jìn)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(jī)構(gòu)的空間利用率，一般采用兩個工位進(jìn)行貼膠：一個對正極正反兩面進(jìn)行貼絕緣膠帶；另一個對負(fù)極正反兩面進(jìn)行貼絕緣膠帶，也就是說需要一個對鋰電池電芯極耳進(jìn)行正反兩面同時進(jìn)行貼膠的機(jī)構(gòu)。

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(jīng)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(jī)構(gòu)的區(qū)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(jī)構(gòu)組成：（1）絕緣膠帶上料機(jī)構(gòu)；（2）重力錘；（3）過輥；（4）斷帶感應(yīng)器；（5）切斷刀；（6）吸盤；（7）送膠帶機(jī)構(gòu)；（8）膠帶壓緊機(jī)構(gòu)（壓緊部分為鐵氟龍材質(zhì)，防止膠帶粘附在壓緊機(jī)構(gòu)上）；（9）吸盤上下機(jī)構(gòu)；（10）吸盤驅(qū)動機(jī)構(gòu)（見圖2）。

送料式備絕緣膠帶工作流程：送膠帶機(jī)構(gòu)將絕緣膠帶送到指定位置（可以通過觸摸屏進(jìn)行設(shè)置，此位置決定了膠帶長度），吸盤上下機(jī)構(gòu)驅(qū)動吸盤下降，然后由膠帶壓緊機(jī)構(gòu)將膠帶頭端壓在吸盤上，此時送膠帶機(jī)構(gòu)再向回移動到起始點(diǎn)，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(jī)構(gòu)配合固定，后端由送膠帶機(jī)構(gòu)固定，由于重力錘的存在，使膠帶形成一個繃緊的狀態(tài)，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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)將吸附了膠帶的吸盤提升，吸盤位置驅(qū)動機(jī)構(gòu)將吸盤移動到需要貼絕緣膠帶的電芯處，吸盤上下機(jī)構(gòu)再進(jìn)行貼膠動作，完成貼膠動作后吸盤位置驅(qū)動機(jī)構(gòu)回原位，這樣就形成了一個完整的貼膠循環(huán)。

在貼絕緣膠帶時，上下兩套貼膠備膠機(jī)構(gòu)是一起運(yùn)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(jī)構(gòu)向?qū)к壓蠖艘苿樱@時就會觸發(fā)斷帶感應(yīng)器，設(shè)備就會發(fā)出警報，提醒操作人員進(jìn)行更換絕緣膠帶或?qū)鄮У牡胤竭M(jìn)行處理。此送料式備絕緣膠帶機(jī)構(gòu)在送絕緣膠帶時只有一套驅(qū)動機(jī)構(gòu)，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(shè)計結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)組成：（1）快速換膠帶機(jī)構(gòu)（包括絕緣膠帶上料軸、過輥、快速夾）；（2）張緊機(jī)構(gòu)（包括斷料感應(yīng)）；（3）切斷刀；（4）吸盤；（5）拉膠帶機(jī)構(gòu)（由拉膠帶夾爪和拉膠帶伺服模組組成）；（6）膠帶壓緊機(jī)構(gòu)；（7）吸盤上下機(jī)構(gòu)（由伺服馬達(dá)配合模組驅(qū)動）；（8）吸盤位置驅(qū)動機(jī)構(gòu)（見圖3）。

拉料式備絕緣膠帶工作流程：拉膠帶機(jī)構(gòu)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(shè)定位置（可以通過觸摸屏進(jìn)行設(shè)置模組的行程，此位置決定了膠帶的長度），吸盤上下機(jī)構(gòu)也是由伺服配合模組控制的，吸盤上下機(jī)構(gòu)下降，使吸盤貼緊絕緣膠帶背面，由于有張緊機(jī)構(gòu)的存在，會使絕緣膠帶保持一個張緊的狀態(tài)，此時快速換膠帶機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)中的夾緊氣缸之間的位置，對絕緣膠帶進(jìn)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(jī)構(gòu)將拉膠帶夾爪帶離吸盤區(qū)，停在起始點(diǎn)。這樣吸盤是獨(dú)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(jī)構(gòu)將吸附了絕緣膠帶的吸盤提升，并由吸盤位置驅(qū)動機(jī)構(gòu)將吸盤移動到需要貼絕緣膠帶的電芯處，吸盤上下機(jī)構(gòu)再進(jìn)行貼膠動作，完成貼膠動作后吸盤位置驅(qū)動機(jī)構(gòu)回原位，這樣就形成了一個完整的貼膠循環(huán)。

拉料式備絕緣膠帶貼膠也是由上下兩套貼膠機(jī)構(gòu)組成的，當(dāng)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(jī)構(gòu)配合斷料感應(yīng)器會給出信號，此時設(shè)備會發(fā)生報警，提醒操作人員進(jìn)行更換膠帶，或?qū)鄮У牡胤竭M(jìn)行處理。此拉料式備絕緣膠帶機(jī)構(gòu)，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(jī)構(gòu)是獨(dú)立的，可以實(shí)現(xiàn)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(shè)定尺寸（可以在觸摸屏上進(jìn)行設(shè)置）這樣的設(shè)計機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，但是運(yùn)行穩(wěn)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(dá)配合模組作為動力，兩種方式的動作流程一樣，只是在參數(shù)設(shè)置、設(shè)備調(diào)試和機(jī)構(gòu)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(diǎn)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(shè)定位置，然后由吸盤配合膠帶壓緊機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)向回移動到起始點(diǎn)，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(dǎo)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(jī)構(gòu)運(yùn)行到絕緣膠帶頭端，將絕緣膠帶夾持住，然后將膠帶拉出設(shè)定的長度，最后由吸盤下降吸附絕緣膠帶，此時由于有單獨(dú)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(tài)所以備膠精度比較高。

5 根據(jù)鋰離子電池行業(yè)中電池的不同類別劃分出相匹配的貼膠方式

根據(jù)表1所統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，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(shù)碼類鋰離子電池，3C是指計算機(jī)（Computer）、通訊（Communication）和消費(fèi)電子產(chǎn)品（Consumer Electronic）三類電子產(chǎn)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(guān)于EV動力電池極耳焊接后貼保護(hù)膠帶，由于EV電池屬于體積比較大的電池所貼保護(hù)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(jìn)行驅(qū)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(jìn)行驅(qū)動，綜合以上兩點(diǎn)所以在這里我們會采用拉膠帶方式備膠。

鋰離子類電池現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展期，現(xiàn)在出現(xiàn)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(jié)出了相對應(yīng)的設(shè)備機(jī)構(gòu)，可以使大家在做相關(guān)設(shè)備時少走一些彎路，減少設(shè)備設(shè)計時的工作量，使設(shè)備在使用時達(dá)到更高的優(yōu)率。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭炳焜，徐徽，王先友，肖立新.鋰離子電池[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2002.

[2] 吳宇平，萬春榮，姜長印.鋰離子二次電池[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3] 劉守勇.機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[4] 聞邦椿.機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

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

（責(zé)任編輯：黃銀芳）