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CN112201772A - 电芯加工方法 - Google Patents

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CN112201772A
CN112201772A CN202011120803.2A CN202011120803A CN112201772A CN 112201772 A CN112201772 A CN 112201772A CN 202011120803 A CN202011120803 A CN 202011120803A CN 112201772 A CN112201772 A CN 112201772A
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CN
China
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negative electrode
positive
negative
separator
battery cell
Prior art date
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Application number
CN202011120803.2A
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Inventor
常柯
李奎
黎帆
徐一帆
刘启伟
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Kunshan Ju Innovative Energy Technology Co Ltd
Original Assignee
Kunshan Ju Innovative Energy Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种电芯加工方法，电芯加工方法包括如下步骤：负极片加工步骤：在负极料片的相对两侧分别叠置第一隔膜和第二隔膜以形成带膜负极料，隔膜均为凝胶隔膜，将带膜负极料进行加热、压实，然后进行裁切形成多个负极片，每个负极片的一端带有负极耳。正极片加工步骤：正极片通过裁切形成，每个正极片的一端带有正极耳。堆叠步骤：将负极片、正极片交替堆叠形成堆叠体，堆叠时让负极耳和正极耳位于堆叠体的相对两端，将负极片的一个长边与正极片的一个长边平齐，将负极片的一个短边与正极片的一个短边平齐，之后对堆叠体进行热压，形成电芯。提高了负极片与正极片的加工精度，通过精准堆叠，保证了极片空间的利用率，有效提高电芯容量。

Description

电芯加工方法
技术领域
本发明属于电池加工领域，尤其涉及一种电芯加工方法。
背景技术
现代锂电池生产工艺一般分为卷绕和叠片两种方式，软包电芯普遍采用叠片的工艺方法。叠片工序是通过隔膜在生产过程中进行Z字形来回摆动，将正负极片通过一定的交叉顺序堆叠在一起，最后用胶带固定形成层叠体。为了避免负极片包不住正极片造成析锂短路等问题，负极片尺寸需要大于正极片尺寸，且受设备堆叠精度的影响，正极片边缘距离负极片边缘通常保持在0.3-2mm，极片边缘的空间造成电芯容量损失。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电芯加工方法，所述电芯加工方法，堆叠过程较精准，正极片和负极片的空间利用率较高，有效提高电芯容量。
根据本发明实施例的电芯加工方法，包括如下步骤：负极片加工步骤：在负极料片的相对两侧分别叠置第一隔膜和第二隔膜以形成带膜负极料，所述第一隔膜和所述第二隔膜均为凝胶隔膜，将所述带膜负极料进行加热、压实，然后进行裁切形成多个负极片，每个所述负极片的一端带有负极耳；正极片加工步骤：正极片通过裁切形成，每个所述正极片的一端带有正极耳；堆叠步骤：将所述负极片、所述正极片交替堆叠形成堆叠体，堆叠时让所述负极耳和所述正极耳位于所述堆叠体的相对两端，将所述负极片的一个长边与所述正极片的一个长边相平齐，将所述负极片的一个短边与所述正极片的一个短边相平齐，之后对所述堆叠体进行热压，形成电芯。
本发明实施例的电芯加工方法，将传统的电芯叠片工序分解成负极片加工步骤、正极片加工步骤和堆叠步骤。将工序专业化，从而提高了负极片与正极片的加工精度，并且最终将负极片与正极片通过堆叠工序精准堆叠，保证了极片空间的利用率，有效提高电芯容量。
在一些实施例中，在所述负极片加工步骤中，所述负极料片由负极卷展开而得，所述第一隔膜和第二隔膜由两个隔膜卷展开而得，所述负极料片、所述第一隔膜和所述第二隔膜展开的同时，所述第一隔膜和第二隔膜叠置在所述负极料片的相对两侧。
具体地，所述第一隔膜和所述第二隔膜的远离彼此的一侧分别设有传送辊，所述第一隔膜和所述第二隔膜通过两侧的所述传送辊剂压在所述负极料片的相对两侧以叠成所述带膜负极料，两个所述传送辊同步转动，所述传送辊传送所述带膜负极料时，拖动所述负极卷、所述两个隔膜卷展开。
可选地，所述带膜负极料通过两侧的加热装置进行加热，所述带膜负极料的加热温度为50-100摄氏度；所述带膜负极料通过两侧的压辊进行压实，所述压辊的压力为0.1-5kgf/cm2。
可选地，所述带膜负极料通过两侧的裁切刀对切裁剪，以使所述负极片在裁剪处所述负极料片、所述第一隔膜、所述第二隔膜平齐。
在一些实施例中，在所述正极片加工步骤中，将所述正极片上位于所述正极耳的根部涂设绝缘层。
具体地，所述绝缘层的宽度为0.1-0.5mm。
在一些实施例中，在所述负极片加工步骤和所述正极片加工步骤中，让所述正极片的尺寸小于所述负极片的尺寸。
具体地，所述正极片的长度比所述负极片的长度小0-0.2mm，和/或，所述正极片的宽度比所述负极片的宽度小0-0.2mm。
在一些实施例中，在所述堆叠步骤中，将所述负极片、所述正极片需要平齐的长边紧贴在挡块的内侧面上，将所述负极片、所述正极片需要平齐的短边紧贴在挡板的内侧面上。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例的电芯加工方法的负极片加工步骤示意图。
图2是本发明一个实施例的正极片的结构示意图。
图3是本发明一个实施例的电芯加工方法的堆叠步骤示意图。
图4是表1所示数据的线条图。
图5是表2所示数据的线条图。
附图标记：
负极片1、负极耳10、负极料片11、带膜负极料12、负极卷13、
正极片2、正极耳20、绝缘层21、
隔膜卷3、第一隔膜31、第二隔膜32、
传送辊4、加热装置5、压辊6、裁切刀7、挡块8、挡板9。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的电芯加工方法100。
本发明实施例的电芯加工方法100，如图1-图3所示，包括如下步骤：
负极片1加工步骤：在负极料片11的相对两侧分别叠置第一隔膜31和第二隔膜32以形成带膜负极料12，第一隔膜31和第二隔膜32均为凝胶隔膜，将带膜负极料12进行加热、压实，然后进行裁切形成多个负极片1，每个负极片1的一端带有负极耳10。正极片2加工步骤：正极片2通过裁切形成，每个正极片2的一端带有正极耳20。堆叠步骤：将负极片1、正极片2交替堆叠形成堆叠体，堆叠时让负极耳10和正极耳20位于堆叠体的相对两端，将负极片1的一个长边与正极片2的一个长边相平齐，将负极片1的一个短边与正极片2的一个短边相平齐，之后对堆叠体进行热压，形成电芯。
本发明实施例的电芯加工方法100，将传统的电芯叠片工序分解成负极片1加工步骤、正极片2加工步骤和堆叠步骤。将工序专业化，从而提高了负极片1与正极片2的加工精度，并且最终将负极片1与正极片2通过堆叠工序精准堆叠，保证了极片空间的利用率，有效提高电芯容量。
传统的电芯堆叠工艺是将隔膜在生产过程中进行Z字形来回摆动，将正负极片1交叉顺序堆叠在一起，而隔膜的主要作用是将电芯的正极片2与负极片1分隔开。即产生的堆叠体的横切面为一层负极片1、一层隔膜、一层正极片2，再一层负极片1，依次往复形成电芯。
本发明实施例的电芯加工方法100将隔膜与负极片1首先加工结合在一起，在负极料片11的相对两侧分别叠置第一隔膜31和第二隔膜32形成负极料片11，经过加工成为两侧带有隔膜的负极片1。将这种负极片1直接与加工好的正极片2堆叠，其产生的堆叠体的横切面也为一层负极片1、一层隔膜、一层正极片2，再一层负极片1，依次往复形成的结构。相较于传统堆叠工艺，本发明实施例的电芯加工方法100的加工步骤专业化，提高了电芯的加高精度。
在一些具体实施例中，负极料片11相对两侧的隔膜为凝胶隔膜，凝胶隔膜经过加热、压实处理，凝胶隔膜与负极料片11紧密的贴合在一起，相比于用胶带固定将隔膜与负极片1连接，凝胶隔膜加热并与负极料片11压实可结合的更加牢靠。并且隔膜在加工时经过加热处理，在电芯的使用过程中就不易发生收缩，降低发生热收缩造成隔膜保不住负极片1的情况产生，可提高电芯的工作稳定性。
先将负极料片11的相对两侧分别叠置第一隔膜31和第二隔膜32以形成带膜负极料12，再将带膜负极料12进行裁切形成多个负极片1，可提高对隔膜的利用率，降低制造成本。
将分别加工好的负极片1和正极片2堆叠形成堆叠体，相比于将隔膜在生产过程中进行Z字形来回摆动，将正负极片1交叉顺序堆叠在一起的堆叠方式，本发明实施例的堆叠方式堆叠过程较精准，正极片2和负极片1的空间利用率较高，降低了极片边缘的空间造成的电芯容量损失，有效提高电芯容量。
对负极片1与正极片2形成的堆叠体进行加热，可提高隔膜与正极片2之间的连接性，降低极片和隔膜之间发生窜动的情况。并且电芯的厚度可以降低，使电芯尺寸规整，提高厚度的一致性。
在一些具体实施例中，如图1所示，在负极片1加工步骤中，负极料片11由负极卷13展开而得，第一隔膜31和第二隔膜32由两个隔膜卷3展开而得，负极料片11、第一隔膜31和第二隔膜32展开的同时，第一隔膜31和第二隔膜32叠置在负极料片11的相对两侧。
第一隔膜31和第二隔膜32分别由隔膜卷3展开而得，负极料片11由负极卷13展开而得，将负极料片11与隔膜先加工在一起，加工步骤专业性提高，加工流程较快。
具体地，第一隔膜31和第二隔膜32的远离彼此的一侧分别设有传送辊4，第一隔膜31和第二隔膜32通过两侧的传送辊4剂压在负极料片11的相对两侧以叠成带膜负极料12，两个传送辊4同步转动，传送辊4传送带膜负极料12时，拖动负极卷13、两个隔膜卷3展开。
传送辊4可将隔膜匀速的传递进行加工，传送辊4为两个，分别对应第一隔膜31和第二隔膜32设置，两个传送辊4同步转动，运动平稳性较高。在一些具体实施例中，在负极卷13附近也设有传送辊4，传送辊4转动可将负极卷13展开，负极卷13的传送辊4的转动速度与传动辊的转动速度一致。
传送辊4不仅可转动带动负极卷13和两个隔膜卷3展开，还可初步将第一隔膜31、第二隔膜32和负极料片11压在一起，形成带膜负极料12。传动辊同时具有传动和压实功能，节约加工步骤，提高加工效率。
可选地，带膜负极料12通过两侧的加热装置5进行加热，带膜负极料12的加热温度为50-100摄氏度；带膜负极料12通过两侧的压辊6进行压实，压辊6的压力为0.1-5kgf/cm2。
第一隔膜31与第二隔膜32均为凝胶隔膜，在加热后表面凝胶融化，可与负极料片11固定。研发人团队在经过多次分析与实验后，对带膜负极料12的加热温度在50-100摄氏度为最佳，在这温度区间可将凝胶隔膜与负极料片11充分固定，又不会对带膜负极料12造成损伤。
带膜负极料12经过加热后通过两侧的压辊6进行压实，即可将隔膜与负极料片11固定。研发人团队在经过多次分析与实验后，对带膜负极料12的压实压力在0.1-5kgf/cm2为最佳，在这压力区间内可将凝胶隔膜与负极料片11充分固定，又不会对带膜负极料12造成损伤。
可选地，如图1所示，带膜负极料12通过两侧的裁切刀7对切裁剪，以使负极片1在裁剪处负极料片11、第一隔膜31、第二隔膜32平齐。
裁切刀7对带膜负极料12按照设计的负极片1尺寸进行切断，即可得到加工好的负极片1，负极片1包裹在上下两层隔膜中间，隔膜边缘和负极片1的边缘齐平。
在一些具体实施例中，如图2所示，在正极片2加工步骤中，将正极片2上位于正极耳20的根部涂设绝缘层21。
在正极耳20部涂设绝缘层21，可提高电芯的安全性。
具体地，绝缘层21的宽度为0.1-0.5mm。
研发人团队在经过多次分析与实验后，正极片2上位于正极耳20的根部涂设的绝缘层21宽度在0.1-0.5mm范围内最佳，在保证正常使用的情况下提高电芯的安全性。
在一些具体实施例中，在负极片1加工步骤和正极片2加工步骤中，让正极片2的尺寸小于负极片1的尺寸。
正极片2的尺寸小于负极片1的尺寸，即可降低负极片1包不住正极片2造成析锂短路等问题产生，提高电芯的安全性。
具体地，正极片2的长度比负极片1的长度小0-0.2mm，和/或，正极片2的宽度比负极片1的宽度小0-0.2mm。
正极片2的尺寸小于负极片1的尺寸，研发人团队在经过多次分析与实验后，正极片2的尺寸比负极片1的尺寸小0-0.2mm为最优，可在提高电芯安全性的同时，提高正极片2与负极片1的尺寸贴合度。
正极片2的长度尺寸比负极片1的长度尺寸小0-0.2mm，或者正极片2的宽度尺寸比负极片1的宽度尺寸小0-0.2mm，也可为正极片2的长度和宽度尺寸都比负极片1的长度和宽度尺寸小0-0.2mm。
在一些具体实施例中，如图3所示，在堆叠步骤中，将负极片1、正极片2需要平齐的长边紧贴在挡块8的内侧面上，将负极片1、正极片2需要平齐的短边紧贴在挡板9的内侧面上。
在堆叠过程中首先将负极片1落入挡块8区域中，负极片1的长边紧贴挡块8的内侧面上，负极片1非负极耳10端的短边紧贴在挡板9的内侧面上。在将负极片1固定好后，再将正极片2落在挡块8区域中。正极片2位于负极片1的上方，正极片2的长边也紧贴挡块8的内侧面上，正极片2正极耳20端的短边紧贴在挡板9的内侧面上，将正极片2与负极片1的位置固定。正极片2与负极片1未对齐的边，负极片1边缘比正极片2边缘略大0-0.2mm。
在一些具体实施例中，电芯堆叠过程为，负极片1首先落入挡块8区域中，然后正极片2落入挡块8区域中，与负极片1的位置相对固定。重复这个动作，负极片1再次落下，直至需求的叠片数量。叠片的数量为负极片12-101片，正极片21-100片，负极片1始终比正极片2多一片。
在一些具体实施例中，在堆叠完成后可对电芯进行热压，凝胶隔膜可提高紧密性，热压操作提高正极片2与负极片1之间贴合的紧密性，从而可降低电芯体积，减小所占空间，便于电芯的布置。并且提升电芯厚度分布的一致性，对空间利用率更充分，有效提高电芯容量。
下面参考图1描述一个具体实施例的电芯加工方法100的工作过程。
负极片1加工步骤：在负极卷13的相对两端设置有隔膜卷3，负极料片11由负极卷13展开而得，第一隔膜31和第二隔膜32由两个隔膜卷3展开而得。在负极料片11的相对两侧分别叠置第一隔膜31和第二隔膜32以形成带膜负极料12，第一隔膜31和第二隔膜32均为凝胶隔膜。将带膜负极料12通过加热装置5进行加热，辊轮进行压实，然后通过裁切刀7进行裁切形成多个负极片1，以使负极片1在裁剪处负极料片11、第一隔膜31、第二隔膜32平齐，每个负极片1的一端带有负极耳10。
正极片2加工步骤：正极片2通过裁切形成，每个正极片2的一端带有正极耳20，将正极片2上位于正极耳20的根部涂设绝缘层21。
堆叠步骤：负极片1的长边紧贴挡块8的内侧面上，负极片1非负极耳10端的短边紧贴在挡板9的内侧面上。在将负极片1固定好后，再将正极片2落在挡块8区域中。正极片2位于负极片1的上方，正极片2的长边也紧贴挡块8的内侧面上，正极片2正极耳20端的短边紧贴在挡板9的内侧面上，将正极片2与负极片1的位置固定。正极片2与负极片1未对齐的边，负极片1边缘比正极片2边缘略大0-0.2mm。重复这个动作，负极片1再次落下，直至需求的叠片数量。叠片的数量为负极片12-101片，正极片21-100片，负极片1始终比正极片2多一片。之后对堆叠体进行热压，形成电芯。
为了直观的表示出本发明实施例的电芯加工方法100加工出的电芯的优点，现分别使用常规Z字型叠片方式和本发明实施例的电芯加工方法100的电池堆叠方法进行电芯堆叠。堆叠电芯层数为负极32层，正极31层，堆叠后电芯宽长尺寸为96*315mm(不包含极耳长度)，分别制作20个电芯。
表1
Figure BDA0002731960510000071
Figure BDA0002731960510000081
表1为选取20组本发明具体实施例的电芯加工方法100和现有Z字型叠片方式进行堆叠的电芯，电芯厚度的数据。
图4为表1数据的直观线形图，从表1和图4可以看出，使用本发明具体实施例的电芯加工方法100形成的电芯厚度低于现有Z字型叠片方式进行堆叠的电芯厚度，本发明实施例的厚度波动更小，极差范围基本控制在0.2mm以内。本发明实施例的电芯厚度更薄，对空间利用率较高，并且厚度波动更小，生产合格率高。
表2
Figure BDA0002731960510000082
Figure BDA0002731960510000091
表2为选取20组本发明具体实施例的电芯加工方法100和现有Z字型叠片方式进行堆叠的电芯，在截止电压为2.75V时测定的电芯容量数据。
图5为表2数据的直观线形图，从表2和图5可以看出，使用本发明具体实施例的电芯加工方法100形成的电芯厚度低于现有Z字型叠片方式进行堆叠的电芯厚度，本发明实施例的电容量比高，高约5.29％。
根据本发明实施例的电芯加工方法的其他构成例如传送辊和裁切刀等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电芯加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
负极片加工步骤：在负极料片的相对两侧分别叠置第一隔膜和第二隔膜以形成带膜负极料，所述第一隔膜和所述第二隔膜均为凝胶隔膜，将所述带膜负极料进行加热、压实，然后进行裁切形成多个负极片，每个所述负极片的一端带有负极耳；
正极片加工步骤：正极片通过裁切形成，每个所述正极片的一端带有正极耳；
堆叠步骤：将所述负极片、所述正极片交替堆叠形成堆叠体，堆叠时让所述负极耳和所述正极耳位于所述堆叠体的相对两端，将所述负极片的一个长边与所述正极片的一个长边相平齐，将所述负极片的一个短边与所述正极片的一个短边相平齐，之后对所述堆叠体进行热压，形成电芯。
2.根据权利要求1所述的电芯加工方法，其特征在于，在所述负极片加工步骤中，所述负极料片由负极卷展开而得，所述第一隔膜和第二隔膜由两个隔膜卷展开而得，所述负极料片、所述第一隔膜和所述第二隔膜展开的同时，所述第一隔膜和第二隔膜叠置在所述负极料片的相对两侧。
3.根据权利要求2所述的电芯加工方法，其特征在于，所述第一隔膜和所述第二隔膜的远离彼此的一侧分别设有传送辊，所述第一隔膜和所述第二隔膜通过两侧的所述传送辊剂压在所述负极料片的相对两侧以叠成所述带膜负极料，两个所述传送辊同步转动，所述传送辊传送所述带膜负极料时，拖动所述负极卷、所述两个隔膜卷展开。
4.根据权利要求1所述的电芯加工方法，其特征在于，所述带膜负极料通过两侧的加热装置进行加热，所述带膜负极料的加热温度为50-100摄氏度；所述带膜负极料通过两侧的压辊进行压实，所述压辊的压力为0.1-5kgf/cm2。
5.根据权利要求1所述的电芯加工方法，其特征在于，所述带膜负极料通过两侧的裁切刀对切裁剪，以使所述负极片在裁剪处所述负极料片、所述第一隔膜、所述第二隔膜平齐。
6.根据权利要求1所述的电芯加工方法，其特征在于，在所述正极片加工步骤中，将所述正极片上位于所述正极耳的根部涂设绝缘层。
7.根据权利要求6所述的电芯加工方法，其特征在于，所述绝缘层的宽度为0.1-0.5mm。
8.根据权利要求1所述的电芯加工方法，其特征在于，在所述负极片加工步骤和所述正极片加工步骤中，让所述正极片的尺寸小于所述负极片的尺寸。
9.根据权利要求8所述的电芯加工方法，其特征在于，所述正极片的长度比所述负极片的长度小0-0.2mm，和/或，所述正极片的宽度比所述负极片的宽度小0-0.2mm。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的电芯加工方法，其特征在于，在所述堆叠步骤中，将所述负极片、所述正极片需要平齐的长边紧贴在挡块的内侧面上，将所述负极片、所述正极片需要平齐的短边紧贴在挡板的内侧面上。
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