CN108899586B - 一种穿插式电芯及其制备方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种穿插式电芯及其制备方法和装置，其制备步骤如下：将上隔膜、负极片、下隔膜和正极片依序堆叠而成复合层；将复合层的一端平铺在滑板上，再将正极片层一端反方向地平铺在复合层中的上隔膜的上方；然后将复合层向正极片层方向叠放在正极片层上方；将复合层和正极片层一同按S形结构堆叠构成穿插式电芯。本发明提高了电芯的空间利用率，并使电芯各处的张力一致，极片不易断裂，内部反应也会更加均匀。另外，使带状正负极片和隔膜进行机械叠放，极大地提高了生产效率。

Description

一种穿插式电芯及其制备方法和装置

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种穿插式电芯及其制备方法和装置。

背景技术

锂离子电池的电芯是由正极极片、隔膜、负极极片构成，目前电芯结构主要是卷绕式、叠片式、卷绕叠片式。

其中卷绕式电芯：由于该电芯的截面是椭圆形，在电池的充放电期间，电极的膨胀和收缩可能会导致电极之间的间隙不均匀，从而造成电池性能下降；虽然卷绕式电芯适用于圆柱形电池，但当其运用到方形铝壳电池时，就会出现极片易在弯折处断裂、电极活性材料脱落、空间利用率低等缺陷；另外，该电芯正面与侧面的张力不一致，会导致内部反应不均匀；同时还有极片较长、电池内阻大，不利于大倍率充放电等缺点。

叠片式电芯：该电芯的制备过程复杂，需要大量时间和精力来执行顺序堆叠过程，不易实现机械化操作，生产效率低；正、负极片均需要通过冲切得到，产生的边料毛刺易刺穿隔膜，造成电池内部短路，而且冲切后的极片断面、掉料严重，也会影响电池的容量提升等。

卷绕叠片式电芯：从缠绕点开始，单体电极组件之间的间隔沿着卷绕方向逐渐增大，如果单体电极组件在单侧涂胶粘性隔膜上的粘结不牢靠的话，卷绕时就会出现相对滑动，从而造成单体电极组件间的间隔紊乱；而且每个单体电极组件需要按着预定的方向排布以保证极片正确的层叠顺序，如果单体电极组件的间隔或方向设置有误时，则会导致最终的电池性能变差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种穿插式电芯及其制备方法和装置，给出了避免极片张力波动的解决方案。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种穿插式电芯制备方法，其制备步骤如下：

（1）将上隔膜、负极片、下隔膜和正极片依序堆叠而成复合层；

（2）将复合层的一端平铺在滑板上，再将正极片层一端反方向地平铺在复合层中的上隔膜的上方；然后将复合层向正极片层方向叠放在正极片层上方；

（3）将复合层和正极片层一同按S形结构堆叠构成穿插式电芯。

进一步方案，所述正极片层和正极片结构相同，其包括连续的铝箔带，所述铝箔带的一侧均匀涂覆有正极活性材料层；所述下隔膜与正极片中的正极活性材料层相接触；所述正极片层以正极活性材料层在上、铝箔带在下地平铺在复合层中的上隔膜的上方，使正极片层中的正极活性材料层均与上隔膜相接触。

本发明的第二个发明目的是提供实现上述一种穿插式电芯制备方法的装置，包括叠放机构，所述叠放机构包括滑动架设在导轨上的滑板，所述滑板的上端面四角处分别设有一压头，位于同一侧的两压头交替对滑板进行压紧或外移；

位于叠放机构的一侧上方依次固设有上隔膜、负极片、下隔膜和正极片的料卷；所述上隔膜、负极片、下隔膜和正极片通过夹持辊依序堆叠成复合层；所述复合层的端部平铺在所述滑板上；

位于叠放机构的另一侧上方固设有绕有正极片层的正极料卷，所述正极片层的端部反方向地叠放在复合层中的上隔膜的上方；然后通过压头将其压紧在滑板上。

进一步方案，位于夹持辊和压头之间的复合层设有在垂直方向移动的复合层调节辊；位于正极料卷和压头之间的正极片层设有在垂直方向移动的正极片层调节辊。

进一步方案，所述上隔膜、负极片、下隔膜、正极片和正极片层均设有张力辊和纠偏辊。

进一步方案，位于叠放机构的上方两侧对称设有分别用于对正极片层、复合层进行导向的导向辊。

进一步方案，所述压头通过固定在水平移动机构上的升降移动机构进行控制其动作，所述水平移动机构和升降移动机构为气缸或油缸。

本发明的第三个发明目的是提供经上述制备方法所制备的穿插式电芯，其是由S形结构的正极片层和S型结构的复合层相向对插而成，所述复合层从上往下依次是由上隔膜、负极片、下隔膜和正极片堆叠而成；所述正极片层插接在所述复合层的上隔膜一侧。

进一步的，本发明中负极片为连续的带状结构，包括铜箔及均匀涂覆在铜箔的两侧面的负极活性材料；所述正极片层和正极片均为连续的带状结构，其结构相同，均包括铝箔及均匀涂覆在铜箔一侧的正极活性材料。

位于同一侧的两压头交替对滑板进行压紧或外移；即在穿插式电芯制造过程中，压头交替动作，确保电芯始终被压头压住，实现正极片层和复合层的折叠和固定。

本发明提高了电芯的空间利用率，并使电芯各处的张力一致，极片不易断裂，内部反应也会更加均匀。另外，使带状正负极片和隔膜进行机械叠放，极大地提高了生产效率。

本发明制备的穿插式电芯的结构相较于卷绕式来说：由于电芯的截面为矩形，其适用于方形铝壳电池，空间利用率得到提高；电芯各处的张力一致，极片不易断裂，内部反应也会更加均匀。

本发明制备的穿插式电芯的结构相较于叠片式来说：由于负极片为连续的带状极片，正极可采用连续的带状极片或者较长的片状极片，易于机械化操作，且降低了叠片次数，生产效率得到提高。

本发明通过移动滑板的横向往复运动，即可实现穿插式电芯的快速制作，可有效提高制造效率；通过复合层调节辊和正极片层调节辊的上、下运动来避免了复合层和正极片层的张力波动，运动方式简单，更有利于控制，可有效提高产品良率。

附图说明

图1是本发明制备的穿插式电芯的局部示意图；

图2是本发明中复合层的结构示意图；

图3是本发明中正极片层的结构示意图；

图4是本发明的装置在初始状态下的示意图；

图5是本发明的装置在滑板移动到最右端时的示意图；

图6是本发明的装置在滑板向左运动到复合层垂直于滑板时的示意图；

图7是本发明的装置在滑板向左运动到正极片层垂直于滑板时的示意图；

图8是本发明的装置在滑板移动到最左端时的示意图。

图中：10-复合层，101-正极片，102-下隔膜，103-负极片，104-上隔膜，105-复合层调节辊；20-正极片层，2011-铝箔带，2012-正极活性材料层；201-正极料卷，202-正极片层调节辊；30-张力辊，40-纠偏辊，50-导向辊，601-导轨，602-滑板，603-压头，70-夹持辊。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1-3所示，穿插式电芯是由S形结构的正极片层20和S型结构的复合层10相向对插而成，所述复合层10从上往下依次是由上隔膜104、负极片103、下隔膜102和正极片101堆叠而成；所述正极片层20插接在所述复合层10的上隔膜104一侧。

所述正极片层20和正极片101结构相同，其包括连续的铝箔带2011，所述铝箔带2011的一侧均匀涂覆有正极活性材料层2012（如图3所示）；所述下隔膜102与正极片101中的正极活性材料层2012相接触；所述正极片层20以正极活性材料层2012在上、铝箔带2011在下地平铺在复合层10中的上隔膜104的上方，使正极片层20中的正极活性材料层2012均与上隔膜104相接触。

一种穿插式电芯制备方法，其制备步骤如下：

（1）将上隔膜104、负极片103、下隔膜102和正极片101依序堆叠而成复合层10；

（2）将复合层10的一端平铺在滑板602上，再将正极片层20一端反方向地平铺在复合层10中的上隔膜104的上方；然后将复合层10向正极片层20方向叠放在正极片层20上方；

（3）将复合层10和正极片层20一同按S形结构堆叠构成穿插式电芯。

进一步方案，所述正极片层20和正极片101结构相同，其包括连续的铝箔带2011，所述铝箔带2011的一侧均匀涂覆有正极活性材料层2012；所述下隔膜102与正极片101中的正极活性材料层2012相接触；所述正极片层20以正极活性材料层2012在上、铝箔带2011在下地平铺在复合层10中的上隔膜104的上方，使正极片层20中的正极活性材料层2012均与上隔膜104相接触。

本发明的第二个发明目的是提供实现上述一种穿插式电芯制备方法的装置，如图4所示，包括叠放机构，所述叠放机构包括滑动架设在导轨601上的滑板602，所述滑板602的上端面四角处分别设有一压头603，位于同一侧的两压头603交替对滑板602进行压紧或外移；

位于叠放机构的一侧上方依次固设有上隔膜104、负极片103、下隔膜102和正极片101的料卷；所述上隔膜104、负极片103、下隔膜102和正极片101通过夹持辊70依序堆叠成复合层10；所述复合层10的端部平铺在所述滑板602上；

位于叠放机构的另一侧上方固设有绕有正极片层20的正极料卷201，所述正极片层20的端部反方向地叠放在复合层10中的上隔膜104的上方；然后通过压头603将其压紧在滑板602上。

进一步方案，位于夹持辊70和压头603之间的复合层10设有在垂直方向移动的复合层调节辊105；位于正极料卷201和压头603之间的正极片层20设有在垂直方向移动的正极片层调节辊202。

进一步方案，所述上隔膜104、负极片103、下隔膜102、正极片101和正极片层20均设有张力辊30和纠偏辊40。从而保证了上隔膜、负极片、下隔膜、正极片和正极片层在移动过程的顺畅或复合过程中不发生偏移的目的。

进一步方案，位于叠放机构的上方两侧对称设有分别用于对正极片层20、复合层10进行导向的导向辊50。

进一步方案，所述压头603通过固定在水平移动机构上的升降移动机构进行控制其动作，所述水平移动机构和升降移动机构为气缸或油缸。即压头603通过水平移动机构使其压紧或离开滑板；同时通过升降移动机构实现其升降，从而保证其能适应不同厚度的电芯制备。

本装置的工作过程如下：

初始状态下，先通过夹持辊70将上隔膜104、负极片103、下隔膜102和正极片101依序堆叠而成复合层10；再将复合层10的端部平铺在滑板602上，其中上隔膜104在上方，而正极片101在下与滑板602相接触；然后将正极片层20一端反方向地平铺在复合层10上方，使下隔膜102与正极片101中的正极活性材料层2012相接触；其次通过压头603将它们压紧在滑板602上；此时，正极片层调节辊202、复合层调节辊105均位于竖直方向的最高端（如图4所示）；

沿滑轨601向复合层10一端移动滑板602（即如图4所示是向右移动），在移动过程中，正极片层调节辊202、复合层调节辊105在竖直方向上均保持静止，此时正极片层20、复合层10均处于张力拉紧状态，使复合层10进行折叠，由于位于同一侧的两压头603交替对滑板602进行压紧或外移，当移动到最右端时（如图5所示），则复合层10完全叠放在正极片层20的上方，并由压头603将其压紧在正极片层20上；

然后沿滑轨601反方向移动滑板602（即如图6所示向左移动），正极片层调节辊202、复合层调节辊105逐渐向下移动，当复合层10的垂直于滑板602时，复合层调节辊105位于竖直方向的最底端；继续移动时，复合层调节辊105逐渐向上移动，正极片层调节辊202继续下移达到最底端（如图7所示）；再继续移动直至滑板602到达最左端时，正极片层调节辊202、复合层调节辊105逐渐向上移动，直至滑板602到达最左端；此时正极片层20和复合层10一起进行折叠，并通过位于同一侧的两压头603交替进行压紧或外移，将折叠后的正极片层20和复合层10 一起压紧（如图8所示）。正极片层调节辊202、复合层调节辊105则恢复到初始最高点位置。

由以上方案可知：通过移动滑板的横向往复运动，即可实现穿插式电芯的快速制作，可有效提高制造效率；通过正极片层调节辊和复合层调节辊的上、下运动来避免复合层和正极片层的张力波动，运动方式简单，更有利于控制，可有效提高产品良率。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于制备穿插式电芯的装置，包括叠放机构，其特征在于：所述叠放机构包括滑动架设在导轨（601）上的滑板（602），所述滑板（602）的上端面四角处分别设有一压头（603），位于同一侧的两压头（603）交替对滑板（602）进行压紧或外移；

位于叠放机构的一侧上方依次固设有上隔膜（104）、负极片（103）、下隔膜（102）和正极片（101）的料卷；所述上隔膜（104）、负极片（103）、下隔膜（102）和正极片（101）通过夹持辊（70）依序堆叠成复合层（10）；所述复合层（10）的端部平铺在所述滑板（602）上；

位于叠放机构的另一侧上方固设有绕有正极片层（20）的正极料卷（201），所述正极片层（20）的端部反方向地叠放在复合层（10）中的上隔膜（104）的上方，通过压头（603）将其压紧在滑板（602）上；然后将复合层（10）向正极片层（20）方向叠放在正极片层（20）上方；再将复合层（10）和正极片层（20）一同按S形结构堆叠构成穿插式电芯；

位于夹持辊（70）和压头（603）之间的复合层（10）设有在垂直方向移动的复合层调节辊（105）；位于正极料卷（201）和压头（603）之间的正极片层（20）设有在垂直方向移动的正极片层调节辊（202）。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述正极片层（20）和正极片（101）结构相同，其包括连续的铝箔带（2011），所述铝箔带（2011）的一侧均匀涂覆有正极活性材料层（2012）；所述下隔膜（102）与正极片（101）中的正极活性材料层（2012）相接触；所述正极片层（20）以正极活性材料层（2012）在上、铝箔带（2011）在下地平铺在复合层（10）中的上隔膜（104）的上方，使正极片层（20）中的正极活性材料层（2012）均与上隔膜（104）相接触。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述上隔膜（104）、负极片（103）、下隔膜（102）、正极片（101）和正极片层（20）均设有张力辊（30）和纠偏辊（40）。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：位于叠放机构的上方两侧对称设有分别用于对正极片层（20）、复合层（10）进行导向的导向辊（50）。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述压头（603）通过固定在水平移动机构上的升降移动机构进行控制其动作，所述水平移动机构和升降移动机构为气缸或油缸。

6.一种如权利要求1所述的装置所制备的穿插式电芯，其特征在于：其是由S形结构的正极片层（20）和S型结构的复合层（10）相向对插而成，所述复合层（10）从上往下依次是由上隔膜（104）、负极片（103）、下隔膜（102）和正极片（101）堆叠而成；所述正极片层（20）插接在所述复合层（10）的上隔膜（104）一侧。

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