[发明专利]锂电池极片自动卷绕方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料自动卷绕成型领域，具体涉及方形卷针卷绕锂电池正负极片的自动卷绕方法。

背景技术

自动卷绕机在卷绕材料的能力、质量和效率等诸多方面具有显著优势，在锂电池、纺织、电容器和纸品等行业得到越来越广泛的应用。卷绕机的张力和卷绕速度决定了卷绕成品的质量，卷绕过程中需尽量保持卷绕材料张力恒定，卷绕速度均匀，避免材料上下波动。因此张力控制系统被广泛地应用到自动卷绕机上。

卷绕材料平稳地被绕进卷绕辊，是保证卷绕质量的关键。中心卷针为矩形，在饶轴转动过程中必然会带动材料的上下波动。通常避免卷绕材料大幅波动，保证卷绕材料平稳地方法有三种：1)降低卷绕速度。过高的卷绕速度会引起卷绕材料的上下波动，较低的卷绕速度可以保证平稳。但是降低卷绕速度也会降低生产效率，不适用于工业化生产线。这种方法也并没有从本质上解决因卷针形状引起的材料波动问题。2)在自动卷绕机系统中添加张力控制系统。其工作原理是张力传感器实时检测料卷的张力，并将值反馈给控制中心。控制中心将张力传感器的检测值与张力设定值进行对比，根据差值对卷绕机中的张力进行调节，保持材料在上下往复运动过程中，张力恒定，降低波动。3)输出辊上下运动。这种方法是让输出辊根据卷轴卷绕速度，和卷针协同运动，保持卷绕材料水平。卷绕辊的运动虽然一定程度上解决了卷绕材料的波动，但是会引起卷绕材料在卷绕机中部的波动和张力不稳定。

总之，虽然张力控制系统和速度控制系统在自动卷绕机上得到广泛的应用，但是由卷绕针形状引起的材料上下波动和卷绕质量下降等问题并没有得到有效的解决。通过中心轴的运动，使卷绕材料保持水平，卷绕速度恒定的研究还很欠缺。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种锂电池极片自动卷绕方法，是让方形卷针中心轴在径向上按照特定的该轨迹运动，使得方形卷针上的材料没有波动、水平地卷进卷针，且速度恒定，卷绕平稳，保证卷绕成型的产品质量良好。由于卷绕材料的运动状态由中心卷轴的运动和方形卷针的运动叠加而来，卷轴的心形运动和卷针的圆周运动可使得卷绕材料始终水平。

所述心形运动轨迹是一种用于卷绕机方形卷针中心卷轴的运动轨迹，本轨迹主要目的是让卷绕材料水平且匀速地进入方形卷针，避免卷绕材料上下波动。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的锂电池极片自动卷绕方法，是让方形卷针中心轴在径向上按照心形轨迹运动，与卷针的圆周运动叠加，使卷绕材料水平匀速地卷入方形卷针。

作为优选，所述心形轨迹的求解包括以下步骤：

步骤1，获取任一角度卷轴中心点O的坐标公式；

步骤2，基于MATLAB软件绘出中心轨迹图像。

作为优选，所述步骤1包括建立平面矢量关系、卷轴中心轨迹的具体计算和建立直角坐标系求解。

作为优选，所述步骤1的具体过程如下：

1.1根据卷绕机卷轴部分的机械结构特点，建立平面矢量关系：

设当前卷针中点为O，薄膜切入点为O₃，卷针半径OO₃是变量，模不变，方向随时间均匀改变；

O₁为卷绕机上一固定参考点，O₂为薄膜出口点，O₁O₂为常量，模和方向均不变；

O₂O₃为变量，方向不变，模随时间改变；

O₁O为变量，模和方向均改变；

在任一给定时刻，O₁O₂为常量，已知；

O₂O₃为变量，模可以求出，方向固定，已知；

OO₃是变量，方向可以求出，模固定，已知；

O₁O为变量，根据矢量三角形，模和方向皆可求出，卷轴中心可以确定；

1.2卷轴中心轨迹的具体计算如下：

设方形卷绕头转动一圈的时间为T，横截面半径为r，

则电机转动角速度为

每转动一度所需的时间为T/360°；

卷绕材料始终保持水平运动状态，方形卷针每旋转半圈为一个周期

则卷绕材料运动的平均速度为

1.3基于卷绕机的矢量平面模型，建立直角坐标系，从卷绕头水平位置开始，逆时针方向旋转，以1度为步长，求解中心点O的坐标值；

卷针转过0°时，O点的x坐标为0，y坐标为0；