CN109244554B - 一种锂离子电池z字形叠片设备及其工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池Z字形叠片设备及其工艺，锂离子电池Z字形叠片设备包括：隔膜，隔膜上表面上匀距设有若干个负极片，隔膜下表面上设有若干个正极片；热压复合装置；隔膜断切装置；叠片机构，锂离子电池Z字形叠片工艺包括如下步骤：(1)先将正极卷和负极卷进行模切或裁切，然后在隔膜的上表面和下表面分别粘接模切或裁切后的负极片和正极片，并且正极片与负极片交错分布；(2)然后将隔膜与各个负极片和正极片进行热压复合；(3)最后进行Z字形折叠并裁断隔膜。本发明使模切或裁切与Z字形叠片实现无缝对接，省去极片转移装置及设施，并且使用热压复合方式固定极片，降低了裸电芯在转移过程中，极片错位的风险。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池Z字形叠片设备及其工艺。
背景技术
锂离子电池是当前最热门的新能源储能器件，而电池组装过程中，裸电芯的组装是其中最重要的工序之一。裸电芯装配有三个基本要求：1.负极完全包裹正极；2.隔膜完全包裹涂层；3.电极中心对齐。裸电芯组装技术分卷绕和叠片两种大的技术路线，其中卷绕还分全极耳卷绕和多极耳卷绕，叠片分置袋式切片和Z字形叠片。
Z字形叠片技术是最简单易行的一种叠片工艺。首先，将正负极片分别模切或裁切成单片，如图1。
然后，隔膜采用Z字形方式运动，隔膜每次折叠，机械手抓取一片电极片放置在隔膜上，如图2。
上述叠片存在如下两个问题：
(1)模切或裁切工序与叠片工序是分隔开的，在自动化设备下，极片转移需要较长物流线，购买及维护成本高；或采用料盒进行极片转移，效率低下；
(2)叠片工序制成裸电芯后，由于极片与隔膜间无任何作用力，极耳焊接之前极片极易发生错位，存在安全隐患。
发明内容
本发明为了解决上述问题，从而提供一种锂离子电池Z字形叠片设备及其工艺。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种锂离子电池Z字形叠片设备，其特征在于，所述锂离子电池Z字形叠片设备包括：
隔膜，所述隔膜上表面上设有若干个负极片，所述隔膜下表面上设有若干个正极片，并且正极片与负极片交错分布；
热压复合装置，所述热压复合装置可对隔膜与各个负极片和正极片进行热压复合；
叠片机构，断切后的各段隔膜可进入到叠片机构内进行Z字形折叠并裁断隔膜；
隔膜断切装置，叠片机构叠片后通过隔膜断切装置将隔膜切断。
在本发明的一个优选实施例中，所述隔膜上表面和下表面分别设有粘结层，负极片和正极片分别通过粘结层粘接固定在隔膜上。
在本发明的一个优选实施例中，所述锂离子电池Z字形叠片设备还包括两个离型膜开卷装置和两个离型膜收卷装置，两个离型膜开卷装置对称设置在隔膜上下两侧，离型膜开卷装置可将离型膜平铺于隔膜的上表面或下表面，并分别与各个负极片或正极片接触，两个离型膜收卷装置对称设置在隔膜上下两侧，并位于热压复合装置一侧，离型膜收卷装置可将平铺在隔膜的上表面或下表面上的离型膜收回。
在本发明的一个优选实施例中，所述热压复合装置包括两个带有加热加压功能的金属辊轮，这两个金属辊轮对称设置在隔膜的上下两侧，并且金属辊轮位于离型膜开卷装置与离型膜收卷装置之间。
一种锂离子电池Z字形叠片工艺，所述锂离子电池Z字形叠片工艺包括如下步骤：
(1)先将正极卷和负极卷进行模切或裁切，然后在隔膜的上表面和下表面分别粘接模切或裁切后的负极片和正极片，并且正极片与负极片交错分布；
(2)然后将隔膜与各个负极片和正极片进行热压复合；
(3)最后进行Z字形折叠并裁断隔膜。
在本发明的一个优选实施例中，
正极卷和负极卷模切或裁切后，通过机械手进行视觉或CCD定位，将模切或裁切后的负极片和正极片分别放置在隔膜的上表面和下表面。
在本发明的一个优选实施例中，
隔膜与各个负极片和正极片进行热压复合前，可在隔膜的上表面和下表面分别平铺一层离型膜，离型膜分别与各个负极片和正极片接触，热压复合后将平铺在隔膜的上表面和下表面上的离型膜收回。
在本发明的一个优选实施例中，
隔膜与正极片和负极片热压复合前，先通过一对捏合辊进行纠正，然后再通过一对带有加热加压功能的金属辊轮进行热压复合，并且捏合辊与金属辊轮的圆心距离小于极片宽度，金属辊轮的加热温度为25℃～120℃，压力为100kgf～500kgf。
在本发明的一个优选实施例中，热压复合后的隔膜由机械手抓住隔膜上的第一张负极片，拉入叠片机构内进行叠片，并且，叠片机构与隔膜都采用固定方式进行叠片。
在本发明的一个优选实施例中，叠片与热压复合之间预留有缓冲空间。
本发明的有益效果是：
本发明使模切或裁切与Z字形叠片实现无缝对接，省去极片转移装置及设施，并且使用热压复合方式固定极片，降低了裸电芯在转移过程中，极片错位的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为正极片和负极片的结构示意图；
图2为现有的Z字形叠片的工艺流程图；
图3为本发明的工作原理图；
图4为热压复合后的隔膜的侧视图；
图5为热压复合后的隔膜的俯视图；
图6叠片机构的叠片示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图3至图6，本发明提供的锂离子电池Z字形叠片设备，其包括隔膜100、热压复合装置200、隔膜断切装置300和叠片机构400。
隔膜100，其是用于将若干个负极片和若干个正极片连接为一体，并且保证负极片和正极片在其上面交错分布。
具体可在隔膜100的上表面和下表面分别设有粘结层，正极卷710和负极卷720进行模切或裁切后的负极片和正极片通过粘接方式固定在隔膜100的上表面和下表面。
粘结层具体可为PVDF涂层。
在隔膜100一侧可设有机械手，通过机械手进行视觉或CCD定位，直接将负极片和正极片放置在隔膜100的上表面和下表面。
热压复合装置200，其是用于将设置在隔膜100上表面和下表面的各个负极片和各个正极片与隔膜100进行热压复合，从而可将负极片和正极片与隔膜100粘附在一起，这样既可以降低裸电芯在移动过程中电极片错位风险，又减小了极片与隔膜间空隙降低电芯内阻。
热压复合装置200具体包括两个带有加热加压功能的金属辊轮，这两个金属辊轮对称设置在隔膜100的上下两侧。
另外，在热压复合装置200一侧可设有一对捏合辊，捏合辊分别与隔膜100的上表面和下表面接触，隔膜100在进入热压复合装置200前，会进入到捏合辊，这样可防止隔膜100上的负极片和正极片在热压复合前错位。
为了防止负极片和正极片在进行热压复合时，将负极片和正极片损坏，本申请还包括两个离型膜开卷装置500和两个离型膜收卷装置600。
两个离型膜开卷装置500对称设置在隔膜100上下两侧，离型膜开卷500装置可将离型膜平铺于隔膜100的上表面或下表面，并分别与各个负极片或正极片接触，这样隔膜100可与负极片正极片一起进行热压复合，并对负极片正极片进行保护。
两个离型膜收卷装置600对称设置在隔膜100上下两侧，并且热压复合装置位于离型膜收卷装置600与离型膜开卷装置500之间，离型膜收卷装置600是用于将经过热压复合后，平铺在隔膜100的上表面和下表面上的离型膜收回，从而不影响后续的断切和叠片。
叠片机构400，其是用于将隔膜100进行Z字形折叠，制备成裸电芯，贴胶收尾。
隔膜断切装置300，其设置在叠片机构400一侧，其是用于将叠片机构400叠片后的电芯进行裁剪，通过剪断隔膜100即可。
基于上述方案的实施，本申请还提供一种锂离子电池Z字形叠片工艺，其包括如下步骤：
(1)先将正极卷710和负极卷720进行模切或裁切，然后在隔膜100的上表面和下表面分别匀距粘接模切或裁切后的负极片和正极片，并且正极片与负极片交错分布；
(2)然后将隔膜100与各个负极片和正极片进行热压复合；
(3)最后进行Z字形折叠并裁断隔膜。
正极卷和负极卷模切或裁切后，通过机械手进行视觉或CCD定位，将模切或裁切后的负极片和正极片分别放置在隔膜的上表面和下表面，可为等间距，也可为不等间距，这样可大大提高工作效率。
隔膜100与各个负极片和正极片进行热压复合前，可在隔膜100的上表面和下表面平分别平铺一层离型膜，离型膜分别与各个负极片和正极片接触，热压复合后将平铺在隔膜100的上表面和下表面上的离型膜收回。
另外，隔膜与正极片和负极片热压复合前，先通过一对捏合辊进行纠正，这样可防止隔膜100上的负极片和正极片在热压复合前错位，然后再通过一对带有加热加压功能的金属辊轮进行热压复合，并且捏合辊与金属辊轮的圆心距离小于极片宽度，金属辊轮的加热温度为25℃～120℃，压力为100kgf～500kgf。
这样，由于隔膜100的上表面和下表面分别设有粘结层，如PVDF、CMC或是其混合物，或是凝胶类物质，该粘结层与正极片和负极片上使用的粘结剂类似，受热会增加其粘性，通过可加热加压的金属辊轮，会将负极片和正极片按压在隔膜100上，并且牢固性非常高。
本工艺采用在叠片前采用热压复合，使得负极片和正极片与隔膜100间有一定的粘接力，电芯在移动过程中，极片不会在电芯内部发生小幅度位移。热压复合的电芯，在吸收电解液时，由隔膜先浸透，后通过毛细作用进入电极层的微孔结构。未热压复合的电芯，极片与隔膜间存在空气层，电解液需要先填满空气层，才能进入电极微孔结构。同时，该空气层的存在，增加了锂离子的传输距离，该传输距离与电芯内阻呈正比关系。
热压复合后的隔膜100具体可由机械手直接抓住隔膜100上的第一张负极片，拉入叠片机构400内进行叠片。
本工艺采用分叠片方式为叠片机构400与隔膜100都采用固定方式进行叠片，具体可在叠片机构400上方设置一个负极叠片压辊410，在隔膜100一侧设有一个正极叠片压辊110，通过负极叠片压辊410和正极叠片压辊110的配合可将垂直放下的隔膜100进行Z字形摞放，完成电芯叠片，这样相对于现有技术中的：将叠片机构400固定，通过将隔膜100往复移动完成Z字形叠片或者通过将隔膜100固定，通过将叠片机构400往复移动完成Z字形叠片，叠片效率和叠片效果都得到很大的提高。
另外，叠片机构400的叠片步骤与热压复合步骤之间预留有缓冲空间，这样可防止机械手将负极片拉断。
通过上述工艺的实施，本申请将模切与叠片实现无缝对接，无需使用料盒转运极片，无物流线运输极片，极大限度的减少了正负极片的交叉污染。通过热压复合，将极片与隔膜100固定在一起，提高电芯本身强度，改善了传统叠片电芯松散的表观结构，降低了电芯极片错位风险。同时，复合后的电芯，极片与隔膜间无空气层，减少了锂离子传质距离，在一定程度上可以降低电芯内阻。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种锂离子电池Z字形叠片设备，其特征在于，所述锂离子电池Z字形叠片设备包括：
隔膜，所述隔膜上表面上设有若干个负极片，所述隔膜下表面上设有若干个正极片，并且正极片与负极片交错分布；
热压复合装置，所述热压复合装置用于将设置在隔膜上表面和下表面的各个负极片和各个正极片与隔膜进行热压复合，可将负极片和正极片与隔膜粘附在一起；
叠片机构，断切后的各段隔膜可进入到叠片机构内进行Z字形折叠并裁断隔膜；
隔膜断切装置，叠片机构叠片后通过隔膜断切装置将隔膜切断。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池Z字形叠片设备，其特征在于，所述隔膜上表面和下表面分别设有粘结层，负极片和正极片分别通过粘结层粘接固定在隔膜上。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池Z字形叠片设备，其特征在于，所述锂离子电池Z字形叠片设备还包括两个离型膜开卷装置和两个离型膜收卷装置，两个离型膜开卷装置对称设置在隔膜上下两侧，离型膜开卷装置可将离型膜平铺于隔膜的上表面或下表面，并分别与各个负极片或正极片接触，两个离型膜收卷装置对称设置在隔膜上下两侧，并位于热压复合装置一侧，离型膜收卷装置可将经过热压复合后，平铺在隔膜的上表面或下表面上的离型膜收回。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池Z字形叠片设备，其特征在于，所述热压复合装置包括两个带有加热加压功能的金属辊轮，这两个金属辊轮对称设置在隔膜的上下两侧，并且金属辊轮位于离型膜开卷装置与离型膜收卷装置之间。
5.一种锂离子电池Z字形叠片工艺，其特征在于，采用权利要求1-4中任意一项所述的锂离子电池Z字形叠片设备，所述锂离子电池Z字形叠片工艺包括如下步骤：
(1)先将正极卷和负极卷进行模切或裁切，然后在隔膜的上表面和下表面分别粘接模切或裁切后的负极片和正极片，并且正极片与负极片交错分布；
(2)然后将设置在隔膜上表面和下表面的各个负极片和各个正极片与隔膜进行热压复合，以将负极片和正极片与隔膜粘附在一起；
(3)最后进行Z字形折叠并裁断隔膜。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池Z字形叠片工艺，其特征在于，
正极卷和负极卷模切或裁切后，通过机械手进行视觉或CCD定位，将模切或裁切后的负极片和正极片分别放置在隔膜的上表面和下表面。
7.根据权利要求5所述的一种锂离子电池Z字形叠片工艺，其特征在于，隔膜与各个负极片和正极片进行热压复合前，可在隔膜的上表面和下表面分别平铺一层离型膜，离型膜分别与各个负极片和正极片接触，热压复合后将平铺在隔膜的上表面和下表面上的离型膜收回。
8.根据权利要求5所述的一种锂离子电池Z字形叠片工艺，其特征在于，
隔膜与正极片和负极片热压复合前，先通过一对捏合辊进行纠正，然后再通过一对带有加热加压功能的金属辊轮进行热压复合，并且捏合辊与金属辊轮的圆心距离小于极片宽度，金属辊轮的加热温度为25℃～120℃，压力为100kgf～500kgf。
9.根据权利要求5所述的一种锂离子电池Z字形叠片工艺，其特征在于，
热压复合后的隔膜由机械手抓住隔膜上的第一张负极片，拉入叠片机构内进行叠片，并且，叠片机构与隔膜都采用固定方式进行叠片。
10.根据权利要求9所述的一种锂离子电池Z字形叠片工艺，其特征在于，叠片与热压复合之间预留有缓冲空间。
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