一、軟包組裝線概述
軟包電池組裝線作為鋰電池制造的中后段工序，主要針對(duì)疊片或卷繞后的裸電芯，執(zhí)行極耳焊接、貼膠、沖殼、頂側(cè)封裝等操作。
組裝線的設(shè)計(jì)依據(jù)鋰電池生產(chǎn)工藝流程布局，形式選擇取決于電芯大小規(guī)格。
· 對(duì)于長(zhǎng)度在 390mm 以下的電池，常采用凸輪分割器驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤(pán)結(jié)構(gòu)，其優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小，但轉(zhuǎn)盤(pán)精度受尺寸限制，負(fù)載加大也會(huì)影響啟停難度和效率。
· 長(zhǎng)度在 390mm 以上的電池則一般采用直線結(jié)構(gòu)，能滿(mǎn)足大電池工位切換的定位精度要求，工位切換效率高，生產(chǎn)效率提升空間大，不過(guò)其占地面積較大，工位切換驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，成本相對(duì)較高。
組裝線節(jié)拍控制取決于各工位生產(chǎn)的瓶頸工位，需考慮設(shè)備綜合稼動(dòng)率進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，實(shí)際產(chǎn)能需求為 8PPM 時(shí)，通常按 10PPM 設(shè)計(jì)，針對(duì)瓶頸工位采用多工位方式。通過(guò)計(jì)算每個(gè)工位所需工藝時(shí)間，在不滿(mǎn)足生產(chǎn)效率要求時(shí)進(jìn)行多工位設(shè)計(jì)，以確保滿(mǎn)足產(chǎn)能需求。
電池組裝過(guò)程中，不同狀態(tài)的電芯需采用合適的物流方式流轉(zhuǎn)和切換。
· 疊片機(jī)出料的裸電芯，常以倍速鏈 + 電芯夾具方式輸送，倍速鏈輸送效率高、適合長(zhǎng)距離輸送、負(fù)載大、維護(hù)簡(jiǎn)單且型材靈活性強(qiáng)，但易摩擦產(chǎn)生粉塵。部分廠家為規(guī)避粉塵影響，選用價(jià)格昂貴的磁懸浮輸送線。
· 電芯進(jìn)入焊接機(jī)后，采用步進(jìn)式輸送方式，驅(qū)動(dòng)采用伺服電機(jī) + 撥叉的循環(huán)結(jié)構(gòu)，以保證每個(gè)工位對(duì)電芯的定位精度要求。
· 焊接機(jī)下料后及包裝機(jī)之后，一般采用伺服電機(jī) + 同步帶的輸送方式，可保證電芯輸送的等間距性，方便機(jī)械手下料和上料抓取位置的準(zhǔn)確性。
電芯組裝線上，電池廠家對(duì)電芯尺寸精度有要求，因此進(jìn)組裝線前需對(duì)電芯進(jìn)行定位，通常采用兩邊為定位基準(zhǔn)，另外兩邊以推的方式定位，或采用電芯本體中心定位方式，前后左右同時(shí)推電芯本體，具體選擇取決于電芯工藝尺寸要求及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)便利性，確保基準(zhǔn)一致以保證電芯組裝的一致性。
金屬粉塵進(jìn)入電芯本體可能引發(fā)短路起火等嚴(yán)重問(wèn)題，因此需嚴(yán)格控制和清除粉塵產(chǎn)生源。
· 疊片機(jī)輸送線（倍速鏈）易產(chǎn)生粉塵，可對(duì)倍速鏈線體加裝防塵板，電芯夾具采用上下包夾方式輸送，對(duì)回流線體上的空夾具進(jìn)行定點(diǎn)除塵，采用吹 + 吸方式，同時(shí)增大人工清潔頻率防止粉塵堆積。
· 組裝線中存在裁切或焊接工位會(huì)產(chǎn)生粉塵，如極耳的預(yù)焊、裁切、Tab 焊接、焊印壓平等工位，均設(shè)置專(zhuān)門(mén)的除塵機(jī)構(gòu)進(jìn)行不間斷吸塵處理。
為確保電池生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性，在組裝線各環(huán)節(jié)設(shè)置相應(yīng)檢測(cè)傳感器進(jìn)行質(zhì)量控制，具體體現(xiàn)如下：
· 通過(guò)顏色傳感器檢測(cè)電芯來(lái)料極性，防止電池放反。
· 對(duì)電芯進(jìn)行掃碼，將信息上傳至 MES 系統(tǒng)以便跟蹤。
· 采用 X 射線檢測(cè)電芯對(duì)齊度，防止錯(cuò)位嚴(yán)重的電池繼續(xù)生產(chǎn)。
· 檢測(cè) Tab 片的極性及正反，避免焊接錯(cuò)誤。
· 檢測(cè) Tab 焊接后的貼膠情況，避免焊印接觸鋁塑膜。
· 進(jìn)行 Tab 焊接后的 CCD 尺寸檢測(cè)，保證電芯生產(chǎn)尺寸一致性。
· 對(duì)焊接后電芯進(jìn)行 Hi - pot 測(cè)試，確保兩極無(wú)導(dǎo)通。
· 控制鋁塑膜糾偏，保證沖坑良品率。
· 封裝后電池進(jìn)行 CCD 尺寸檢測(cè)，保證外觀尺寸一致性。
· 對(duì)封裝后電池進(jìn)行 Hi - pot 測(cè)試和絕緣測(cè)試，確保兩極無(wú)導(dǎo)通以及兩極與鋁塑膜之間無(wú)導(dǎo)通。
· 檢測(cè)封裝后電池的封印厚度，確保封印一致性。
鋰電池由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料，使用非水電解質(zhì)溶液。軟包鋰電池是在液態(tài)鋰離子電池外套上聚合物外殼，采用鋁塑復(fù)合膜包裝。其與圓柱電池和鋁殼電池組成成分相同，但包裝形式和物理結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致裝配形式和生產(chǎn)工藝各異。
軟包電池裝配線生產(chǎn)工藝分為極耳焊接、包裝機(jī)、沖坑機(jī)三大部分，主要技術(shù)指標(biāo)包括產(chǎn)品合格率≥99%、全線生產(chǎn)效率依據(jù)產(chǎn)線要求而定、生產(chǎn)線需操作人員 2 人、整線設(shè)備稼動(dòng)率≥98%、封裝設(shè)備合格率≥98.8%。
軟包電池裝配線主要由極耳焊接機(jī)、包裝機(jī)、包裝機(jī)后段等組成。
極耳焊接機(jī)對(duì)接疊片機(jī)物流過(guò)來(lái)的裸電芯，進(jìn)行極耳收攏的超聲波預(yù)焊、導(dǎo)電柄的超聲波終焊、焊印壓平、除塵、貼膠等工序，為入鋁塑膜坑封裝做準(zhǔn)備。
1.極耳預(yù)焊
· 功能與動(dòng)作：實(shí)現(xiàn)極耳的超聲波預(yù)焊接，焊機(jī)下焊頭固定，電芯極耳到位后，氣缸下壓托盤(pán)夾具達(dá)到預(yù)焊工作高度，焊接同時(shí)吸塵并聚攏極耳。焊接電芯有防護(hù)裝置，下焊頭吸塵罩內(nèi)有粉塵吸附裝置，保證焊接粉塵吸附干凈，吸塵風(fēng)速≥15m/s。
· 精度要求：極耳預(yù)焊焊接位置精度上下方向偏差≤±0.2mm，左右方向偏差≤±0.2mm。
2.極耳裁切
· 組成：由上下切刀、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、除塵機(jī)構(gòu)、廢料導(dǎo)槽、上下氣缸等組成。
· 功能與動(dòng)作：將預(yù)焊后極耳裁切整齊，刀具采用 SKD11 鍍類(lèi)金剛砂膜或鑲鎢鋼處理，一備一用，裁切位置調(diào)整處有數(shù)顯千分尺，裁切刀裁切到預(yù)焊焊印上。
· 精度與壽命：裁切后極耳長(zhǎng)度可調(diào)范圍 0 - 10mm，裁切精度 ±0.1mm，切刀單次使用次數(shù)≥30 萬(wàn)次，可反復(fù)修磨 10 次以上，裁切時(shí)將裁切機(jī)構(gòu)與外部環(huán)境隔離，吸塵風(fēng)速≥15m/s，裁切壓板有凸臺(tái)設(shè)計(jì)，彈簧力可調(diào)。
3.極耳 Tab 終焊
· 正 / 負(fù)極 Tab 上料機(jī)構(gòu)：由 Tab 彈匣式送料機(jī)構(gòu)、伺服提升裝置、吸取機(jī)構(gòu)、二次定位機(jī)構(gòu)、彈匣機(jī)構(gòu)檢測(cè)傳感器等組成。功能包括實(shí)現(xiàn)正負(fù)極 Tab 自動(dòng)上料，Tab 片取料機(jī)械手具備旋轉(zhuǎn)功能防呆處理，Tab 片極性檢測(cè)及定位，送料機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)和滾珠絲桿組合驅(qū)動(dòng)保證精度，定位精度為 ±0.2mm。彈匣機(jī)構(gòu)上共有 5 個(gè)彈匣，一次上料可連續(xù)工作 2h 以上。
· 正 / 負(fù)極極耳主焊：主要由超聲波焊機(jī)、定位機(jī)構(gòu)、檢測(cè)系統(tǒng)、吸塵系統(tǒng)等組成。焊頭 / 底模單次使用壽命≥5 萬(wàn)次，單面可反復(fù)修磨 5 次以上，極耳焊接層數(shù)兼容≤50 層，焊接后有檢測(cè)極耳是否焊接導(dǎo)電柄裝置，焊接關(guān)鍵性參數(shù)可設(shè)定上下限數(shù)值，具有在線檢測(cè)、異常報(bào)警、電芯 NG 排除等功能，吸塵風(fēng)速 20m/s，極耳定位精度 ±0.2mm，焊接位置精度上下偏差 ±0.2mm，左右偏差 ±0.2mm，焊接參數(shù)具有本地存儲(chǔ)及與 MES 對(duì)接接口功能。
4.極耳焊印除塵
· 焊印壓平機(jī)構(gòu)：由上氣缸移動(dòng)機(jī)構(gòu)、下頂升機(jī)構(gòu)、壓塊、吸塵罩等組成，用于實(shí)現(xiàn)極耳焊接后的整形，將焊印毛刺壓平或壓掉，為二次除塵做準(zhǔn)備，整形壓力≥500N，壓板材質(zhì) PEEK，整形后無(wú)翹曲，整形位置可調(diào)。
· 焊印二次除塵機(jī)構(gòu)：由氣缸移動(dòng)機(jī)構(gòu)、密封腔體、毛刷機(jī)構(gòu)等組成，對(duì)焊印處進(jìn)行獨(dú)立除塵，將壓平機(jī)構(gòu)未清理掉的金屬粉塵徹底清除，清潔后無(wú)大于 50μm 異物，吸塵風(fēng)速≥20m/s，清潔過(guò)程不二次污染電芯且不損傷極耳。
5.極耳焊印貼膠及檢測(cè)
· 極耳焊印貼膠機(jī)構(gòu)：由膠紙送料機(jī)構(gòu)、張緊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、自動(dòng)裁切機(jī)構(gòu)、吸取貼膠機(jī)構(gòu)等組成，貼膠方式為上下分開(kāi)貼，膠帶長(zhǎng)度兼容≤100mm，寬度≤25mm，保證藍(lán)膠完全遮住焊印和極耳底部邊緣，貼膠整齊不壓住導(dǎo)電柄的 PP 膠，可實(shí)現(xiàn)貼膠位置精度在 ±0.2mm，上下對(duì)齊度 ±0.2mm 內(nèi)，裁切精度 ±0.2mm。
· 極耳焊印貼膠檢測(cè)機(jī)構(gòu)：由氣缸、壓塊、探針等組成，主要檢測(cè)電芯極耳焊印處的膠帶有無(wú)并對(duì)膠帶進(jìn)行壓平。
鋁塑膜沖坑機(jī)對(duì)鋁塑膜卷料進(jìn)行主動(dòng)放卷，并在鋁塑膜上沖出滿(mǎn)足電池尺寸的坑。
1.放卷糾偏機(jī)構(gòu)
· 組成：由氣脹軸、卷料鋁塑膜定位機(jī)構(gòu)、主動(dòng)開(kāi)卷機(jī)構(gòu)、張力控制系統(tǒng)、接料平臺(tái)、糾偏系統(tǒng)等組成。
· 功能與動(dòng)作：承擔(dān)鋁塑膜上料、換料、放卷及實(shí)時(shí)糾偏處理，通過(guò)人工上料，料卷氣缸定位，光電傳感器檢測(cè)料有無(wú)，具有人工接帶平臺(tái)，鋁塑膜通過(guò)張力控制器 + 磁粉制動(dòng)器調(diào)節(jié)張力，保持恒定，雙放卷結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)短時(shí)間停機(jī)作業(yè)。
· 精度參數(shù)：張力范圍 0 - 100N，張力控制精度 ±3N，卷徑檢測(cè)范圍≥400mm，檢測(cè)精度要求 ±0.1mm，過(guò)輥材質(zhì)為黑色硬質(zhì)氧化的鋁合金 A6061，鍍層厚度大于 4μm，表面粗糙度為 Ra0.8，使用壽命可達(dá) 3 年以上。
2.切縫機(jī)構(gòu)
· 組成：主要由直線軸承、立柱、氣缸、裁刀、裁刀固定板等組成。
· 功能與動(dòng)作：沖坑前對(duì)兩張鋁塑膜中間切縫釋放應(yīng)力，裁刀采用美工刀片，拉料到位后平臺(tái)吸真空打開(kāi)，上氣缸驅(qū)動(dòng)裁切機(jī)構(gòu)切縫，裁切機(jī)構(gòu)有吸塵罩，吸塵風(fēng)速≥15m/s，預(yù)裁位置精度 0.3mm。
3.沖坑機(jī)構(gòu)
· 組成：由沖殼模具、伺服電機(jī)、減速機(jī)、滾珠絲桿、氣缸、導(dǎo)向軸等組成。
· 功能與動(dòng)作：采用多個(gè)氣缸壓緊鋁塑膜，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿進(jìn)行沖坑，深度可軟件設(shè)定范圍 2 - 12mm，鋁塑膜壓緊力通過(guò)伺服調(diào)節(jié)，模具有沖裁定位孔功能，采用雙坑沖殼方式，沖殼尺寸精度可控制在 ±0.1mm 內(nèi)，定位銷(xiāo)孔采用氣缸沖孔，沖孔精度 ±0.1mm，設(shè)備沖殼模具兩側(cè)配備光柵檢測(cè)異物報(bào)警并停機(jī)，主要材料包括底板 45# 調(diào)質(zhì) + 鍍鎳、頂板 45# 調(diào)質(zhì) + 鍍鎳、主立柱 45# 調(diào)質(zhì) + 鍍鉻、上模板 SKD11 + 淬火 + 氮化、凹模 SKD11 + 淬火 + 氮化、凸模 KD11 + 淬火 + 氮化、凸模固定板 45# + 鍍鎳，每臺(tái)沖坑機(jī)配做一臺(tái)模具小車(chē)以方便換模。
4.裁切機(jī)構(gòu)
· 組成：主要由導(dǎo)桿、切刀、切刀固定座、上下氣缸、除塵機(jī)構(gòu)等組成。
· 功能與動(dòng)作：用于對(duì)鋁塑膜定長(zhǎng)分切，裁切時(shí)設(shè)有除塵裝置，裁切刀使用壽命可達(dá) 30 萬(wàn) - 50 萬(wàn)次（具備壽命提醒報(bào)警），可修磨 10 次以上，吸塵風(fēng)速≥20m/s，鋁塑殼裁切精度為 ±0.2mm。
包裝機(jī)將極耳焊接機(jī)焊接好的電芯與沖坑機(jī)沖壓好的鋁塑膜組裝成初步電池形態(tài)。
1.包裝機(jī)夾具
· 組成：由齒輪齒條、角軸承、上形腔、下型腔、吸盤(pán)、定位塊等組成。
· 工作原理：下型腔固定在支架上，分布真空吸盤(pán)；上型腔由夾具翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過(guò)齒輪齒條翻轉(zhuǎn)，可實(shí)現(xiàn)開(kāi)、合、保持三位置要求，并分布真空吸盤(pán)。鋁膜放入型腔后，真空吸盤(pán)工作確定鋁膜位置，在各工位流轉(zhuǎn)中位置不變。上、下型腔采用仿形電芯外形尺寸加工，精度可達(dá) ±0.2mm，材質(zhì)一般選用 A6061 并做表面氧化處理，夾具機(jī)構(gòu)配有三位置檢測(cè)磁性開(kāi)關(guān)實(shí)時(shí)檢測(cè)上型腔位置，對(duì)折后鋁膜邊緣對(duì)齊度 ±0.2mm。
2.對(duì)折機(jī)構(gòu)
· 組成：由升降氣缸、進(jìn)退氣缸、直線導(dǎo)軌、對(duì)折板等組成。
· 功能與動(dòng)作：升降氣缸保持在頂部位置，進(jìn)退伺服將對(duì)折板推入鋁膜折線正上方，升降氣缸下行壓緊鋁膜后，轉(zhuǎn)盤(pán)夾具閉合，進(jìn)退氣缸將對(duì)折板拉出使鋁膜完全對(duì)折，轉(zhuǎn)至下一工位，整體精度可達(dá)到 ±0.2mm。
3.裁切機(jī)構(gòu)
· 組成：主要由上切刀驅(qū)動(dòng)氣缸、下切刀驅(qū)動(dòng)氣缸、上下切刀、壓緊機(jī)構(gòu)、直線導(dǎo)軌、除塵機(jī)構(gòu)、調(diào)壓閥等組成。
· 功能與動(dòng)作：轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)一工位，下氣缸動(dòng)作使下刀頂升，上氣缸動(dòng)作帶動(dòng)彈簧壓板接觸鋁塑膜后裁切鋁塑膜，氣缸同時(shí)復(fù)位。下裁切機(jī)構(gòu)內(nèi)有接料盒收集裁切下的鋁塑膜，裁切機(jī)構(gòu)有防塵罩，內(nèi)有粉塵廢料吸附裝置，吸塵風(fēng)速≥20m/s，頂邊裁切精度≤0.2mm，裁切后頂邊對(duì)齊度≤0.2mm，切刀壽命單次 30 萬(wàn) - 50 萬(wàn)次（系統(tǒng)具備壽命提醒磨刀），可修模次數(shù)≥10 次，使用數(shù)顯千分尺保證調(diào)節(jié)精度 0.01mm。
4.頂 / 側(cè)封機(jī)構(gòu)
· 組成：主要由伺服電機(jī)、滾珠絲桿、直線導(dǎo)軌、緩沖機(jī)構(gòu)、極耳定位機(jī)構(gòu)、微調(diào)機(jī)構(gòu)、NAK80 封頭、溫控器、發(fā)熱管、熱電偶等組成。
· 功能與動(dòng)作：封頭采用電加熱方式升溫，溫度室溫至 250℃可調(diào)，設(shè)備運(yùn)行時(shí)封頭整體溫度偏差小于 ±3℃，發(fā)熱管功率 1500W，使用壽命 1 年，溫控調(diào)節(jié)精度≤5℃，從室溫升溫至 200℃所需時(shí)間小于 10min，封頭加熱座采用隔熱板密封溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)，電芯旋轉(zhuǎn)至本工位后，上下伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿帶動(dòng)上下封頭閉合進(jìn)行熱封，封印壓力調(diào)節(jié)范圍為 0 - 20kgf/cm2，封頭預(yù)留有極耳槽，電池主體與封頭間隙可調(diào)，調(diào)節(jié)處有數(shù)顯千分尺，封裝時(shí)間 0 - 8s 可調(diào)，調(diào)整精度 0.1s，極耳區(qū)封印精度 ±20μm，非極耳區(qū)封印精度 ±15μm。
某客戶(hù)對(duì)電芯尺寸提出要求，根據(jù)客戶(hù)需求，設(shè)備夾持電芯規(guī)格可通過(guò)調(diào)節(jié)共用夾手或更換墊塊方式實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格電芯的生產(chǎn)，且電芯尺寸規(guī)格變化范圍不得超過(guò)設(shè)備最大尺寸范圍。
通過(guò)以上對(duì)軟包組裝線設(shè)備的詳細(xì)解析，展示了其在鋰電池生產(chǎn)中的重要作用、工作原理、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)，為鋰電池制造行業(yè)提供了專(zhuān)業(yè)的技術(shù)參考。
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