堿性電池鋅膏注入機的研制

楊上華

（寧波倍特瑞能源科技有限公司，浙江 寧波 315000）

目前，國內的企業所使用的堿性電池的生產設備和相關技術較為落后，因此就必須提高堿性電池的生產能力。進一步完善堿性電池鋅膏注入機設備，不僅能進一步減少堿性電池的生產成本，增加電池生產企業的利潤，還能減少副產品的產生，促進綠色生產，因此，研發堿性電池鋅膏注入機是十分必要的。

1 堿錳電池生產設備產業現狀

1.1 國外發展歷程

國外發達國家如美國、英國、日本等在上世紀80年代前后就開始對堿性電池進行研究和生產。經過幾百年的發展，目前國外的堿性電池生產技術和設備十分完善的，這些堿性電池生產設備很先進，其自動化程度較高，設備的控制器都是使用了PLC和觸摸屏。不僅如此，這種設備生產出來的產品質量檔次高，電池的使用壽命相對較長，而且生產成本低，速率快。

1.2 國內發展現狀及趨勢

我國堿性電池的生產起步較晚，在上世紀60年代才開始進行堿性電池的研究。直到上世紀90年代，堿性電池生產企業從國外引進大量電池生產線，我國的堿性電池技術和設備才得到迅速發展。目前，國內一些具備高準確度、高速率的堿性電池生產企業多采用國外的設備。國內幾家比較大型的企業有南孚、雙鹿等都是借鑒外國的先進生產線來進行大量生產，一部分企業通過引進、模仿外來先進的堿性電池生產模式，完成了生產設備的整體提升，并增強了企業設備的研發能力，為國內的堿性電池生產能力以及設備的研制起到了更加積極的作用。比如丹陽琦瑞機械制造廠自主設計的一臺鋅膏的機械式注入機，其全新的框架結構，以及穩定的工作性能，受到很多制造商的青睞。這款設備主要具有操作便捷、運行穩定、鋅膏的注入量精確等等良好的優點。此外這臺設備每分鐘可以生產約四百多只電池，給企業帶來了良好的經濟效益。

2 研制堿性電池鋅膏注入機的重要性

鋅膏作為堿性電池的負極，其注入的數量對電池的壽命起著極大的作用，目前我國多數鋅膏生產廠商使用的生產設備都是應用機械式和電磁閥控制鋅膏注入量的方法。這種方式在加注質量和加注精度上都存在缺陷，而且智能化和精度都不高，因此，堿性電池新膏注入機設備的技術還需要進一步提高。

制作堿性電池負極的主要材料就是鋅膏，它對電池性能的好壞起著主要的影響作用，鋅膏注入工序是堿性電池生產工藝中的關鍵工序。鋅膏注入機的主要功能就是按照堿性電池生產工藝的要求給半成品電池中注入定量的負極鋅膏。由于負極鋅膏呈膏狀，而且對加注的質量的控制十分嚴格，所以鋅膏加注系統的好壞，將直接影響到該種設備生產的電池的好壞。為了滿足高性能堿性電池的制作要求，新型的鋅膏注入機采用注射針的工作原理進行加注系統的設計，通過抽注系統的液壓來控制鋅膏的注入量。同時，通過采用多排注入系統同時注入鋅膏的方式來提高電池的生產速度，以此來達到提高生產效率，增大經濟效益的目的。

3 堿性電池鋅膏注入機的主要機構介紹

3.1 鋅膏的抽注機構

抽注機構是鋅膏注入機的核心部件之一，其主要作用是按照生產要求，吸取一定質量的鋅膏，將其準確地注入到半成品電池負極中。鋅膏抽注機構的基本原理與注射針的工作原理是十分相似的，即使用帶注射活塞的中空圓柱形玻璃管，通過活塞相對于玻璃管的移動來吸取和注入一定質量的鋅膏。玻璃管必須能上下靈活的移動，才能在從鋅膏罐取出定量的鋅膏，將其準確地插入半成品電池的隔離管中。為了實現這個目標，玻璃管被設計成安裝在主板上，玻璃管由主板上下驅動，而設備的動力源采用液壓提供。為了實現主板上下兩個方向的雙向移動，采用兩個液壓缸來實現控制。為了完成鋅膏的吸附、注入兩個動作，不僅需要使玻璃管能上下垂直運動，還需要使玻璃管中的活塞相對于玻璃管上下運動。要做到這一點，我們必須設計一個可以相對于主板上下移動的機制。在主板上采用的機構是安裝在兩條軌道上，以此將整套注塑活塞機構安裝在軌道上，利用液壓缸來提供動力，使整個活塞沿著軌道做上下運動。

3.2 鋼殼夾持機構

本機構的主要功能是在注入鋅膏之前，將兩排半成品電池放置并夾緊，使鋅膏抽注機構能在托盤上將鋅膏注入半成品電池中。為了實現兩排半成品電池的同時夾緊，使用四個夾緊板即兩個相同的夾緊機構同時工作。為了是儀器的結構更加簡潔，并保證兩套加持機構的操作同時性，可以采用同一個氣缸作為唯一動力源，使氣缸產生的作用力通過齒條齒輪的形式，分解為兩個相反方向的力，并分別作用在前后兩片夾板上，從而實現兩排鋼的殼同時夾緊和松動。具體設計時應注意以下幾點：第一，設計橫向對稱中心線作為基準。第二，兩套夾緊機構之間的垂直距離必須保證八十毫米，已給其足夠的工作空間。第三，夾板的設計應考慮結構形式不與鋼殼發生干涉，應注意鋼殼的夾緊位置和鋼殼開口直徑的相對大小。第四，夾板夾持間距必須與半成品電池托盤一一對應。第五，為了保證夾板的相對運動，安裝夾板時應保證在同一支架上的兩塊夾板移動方向相同，同一個副支架上的兩塊夾板的移動方向相同。通過托架前后移動，從而實現托板的夾緊和釋放動作，由齒條帶動兩個機架實現上下相反方向上的運動。

3.3 托盤步進機構

該機構的主要作用是將已經注入了鋅膏的半成品電池運送到下部工藝的確切位置。由于一次最多只能完成兩排電池的鋅膏注射，而一個托盤上的半成品電池一共有八排，因此必須分成4次才能完成。目前普遍的托盤步進機構采用雙棘爪形式，一個棘爪于氣缸連接，使氣缸產生的動力能推動棘爪的向前移動，另一個棘爪與底板固定在一起，在每次步進后卡在折疊板處，以此來保證每次步進都有恒定的步長，在底板上裝上一個始終向后拉的另一個氣缸，使其產生小于第一個氣缸推力的向后拉力，以保證機構的穩定性。同時，在另一個底板上安裝另一個氣缸，使棘爪在該氣缸的作用下能被抬高，同時，在第二個氣缸的作用下，第一個底板可以在運送結束后及時回到原始位置，因此，該機構就能順利復位，以保證下一個周期工作的順利進行。

3.4 托盤的輸入和輸出機構

這部分機構的作用就是將盛裝半成品電池的托盤按程序傳送到特定的部位，以保證整條生產線的連續性和完整性。該部分機構主要采用平皮帶傳送方式，利用氣缸提供傳送動力，傳送相對比較平穩，而且加工制造比較容易，根據實際的生產需要，可以自行設定傳送帶的寬度、長度以及傳送速率。

4 結語

隨著堿性電池生產工業的發展，該種堿性電池鋅膏注入機在很多年前就已經投入生產使用了，從實際生產情況看，該生產設備的結構相對比較簡單，運行相對穩定，而且安全可靠，注入鋅膏狀態和注射量相對穩定，基本上達到了生產工藝的要求。該生產設備由我國獨立研發成功，并順利地投入了生產實踐，使我國堿性電池的生產技術和設備取得了重大的進步，為進一步自主研制更高質量的堿性電池提供了更高的平臺。

參考文獻：

[1]李勝,楊林.堿性鋅錳電池生產設備的進展和發展方向[J].電池，2016，（8）：223-224.

[2]余國華,金成昌,郭龍,郭峰.長虹堿錳電池引進生產線及特點[J].電源技術, 2017，（03）:162-164.

[3]林大富.堿性電池鋅膏注入機的研制[J].機械工程師.2016，（8）:233-234.