CN103346354B - 锂离子电芯制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电芯制备方法，其步骤包括：1）涂布：沿着集流体卷料的放卷方向进行涂布，涂布区域为一条或多条，每一条涂布区域的两个侧边均留有用作极耳成型部分的未涂布区域；2）压实；3）极片切割成型；4）制备单电芯和半电芯；5）阶梯型裸电芯堆叠；6）热压成型。与现有技术相比，本发明锂离子电芯制备方法通过涂布区域和未涂布区域的合理设置，实现了倒圆角与极耳的连续成型，保证了生产的流畅与高效，使生产效率不会因电芯的形状特殊而大幅降低，因此特别适用于生产各种与不规则空间形状相匹配的锂离子电池电芯。

Description

锂离子电芯制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，更具体地说，本发明涉及一种阶梯型锂离子电芯的制备方法。
背景技术
由于移动电子设备中很多电子元器件的排布经常呈现出阶梯形状或其它不规则的形状，因此留给电池的放置空间并不总是规则的长方体。现有的锂离子电池一般都是规则的长方体形，使用在移动电子设备中通常会造成内部空间的部分闲置浪费。为此，业界提出将电池设计为阶梯式形状，以提升电池部分在移动电子设备中的空间利用率，使相同外形尺寸的移动电子设备获得更大的体积与能量发挥。
然而，实践时发现，上述电池因为形状特殊，使得其电芯制造工艺复杂而低效，使用现有电芯制造工艺很难实现量产或连续高效生产。
有鉴于此，确有必要提供一种能够连续高效生产阶梯型锂离子电芯的方法。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种能够连续高效生产阶梯型锂离子电芯的方法，以提升移动电子设备的空间利用率。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种锂离子电芯制备方法，其包括以下步骤：
1)涂布：沿着集流体卷料的放卷方向进行涂布，涂布区域为一条或多条，每一条涂布区域的两个侧边均留有用作极耳成型部分的未涂布区域；
2)压实：将上述涂布后的卷料进行压实，得到达到设定压实密度的已压实涂布卷料；
3)极片切割成型：将步骤2)制得的已压实卷料切割成型为不同尺寸的带极耳和倒圆角的正/负极片；
4)制备单电芯和半电芯：将尺寸相匹配的正/负极片与双面具有粘性的隔离膜进行热复合，复合完成后裁切隔离膜并使其具有倒圆角，倒圆角的位置与正/负极片倒圆角的位置相同，从而得到不同尺寸的单电芯或半电芯；
5)阶梯型裸电芯堆叠：将各尺寸的单电芯和半电芯按顺序堆叠为阶梯型裸电芯；
6)热压成型：对堆叠后的裸电芯进行热压成型，通过正/负极片与隔离膜的粘合将裸电芯形成一个整体。
作为本发明锂离子电芯制备方法的一种改进，所述步骤1)中的涂布区域优选为两条以上的斑马条纹状图案，相邻涂布区域之间留有未涂布区域。
作为本发明锂离子电芯制备方法的一种改进，所述每一涂布区域的优选宽度为所需极片的长度的两倍，相邻涂布区域之间的未涂布区域的宽度为卷料单个侧边处未涂布区域宽度的两倍。
作为本发明锂离子电芯制备方法的一种改进，所述步骤2)中的压实方式为冷压或热压，优选为热压。
作为本发明锂离子电芯制备方法的一种改进，当所述步骤1)的涂布区域为多条时，所述步骤3)中的切割成型步骤为：首先根据涂布的条纹图案，将已压实卷料沿着位于涂布区域之间的未涂布区域的中线进行切割，得到极片条；再按极片的预设宽度将极片条横向切割为与极片等宽的小极片条；最后对小极片条进行倒圆角和极耳成型，得到正/负极片。
作为本发明锂离子电芯制备方法的一种改进，所述步骤3)中的切割成型步骤为：直接在已压实卷料的预形成倒圆角处形成倒圆角，并在已压实卷料的未涂布区域上成型出极耳，然后再将带极耳和倒圆角的已压实卷料切割为正/负极片。
作为本发明锂离子电芯制备方法的一种改进，所述步骤4)中的正/负极片与隔离膜的热复合包括以下热复合方式中的一种或几种：①隔离膜与正极片双层复合；②隔离膜与负极片双层复合；③隔离膜、负极片和正极片按照隔离膜、负极片、隔离膜、正极片的顺序四层复合；④隔离膜与负极片按照隔离膜、负极片、隔离膜的顺序三层复合；⑤隔离膜与正极片按照隔离膜、正极片、隔离膜的顺序三层复合。
作为本发明锂离子电芯制备方法的一种改进，所述步骤4)的裁切隔离膜是利用感应极耳定位技术进行裁切的。
作为本发明锂离子电芯制备方法的一种改进，所述步骤3)、4)中的切割方式分别优选为激光切割。
作为本发明锂离子电芯制备方法的一种改进，所述步骤6)中，裸电芯的热压温度为60～110摄氏度，热压时间为1～600秒。
与现有技术相比，本发明锂离子电芯制备方法通过涂布区域和未涂布区域的合理设置，实现了倒圆角与极耳的连续成型，保证了生产的流畅与高效，使生产效率不会因电芯的形状特殊而大幅降低，因此特别适用于生产各种与不规则空间形状相匹配的锂离子电池电芯。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明锂离子电芯制备方法及其有益效果进行详细说明，其中：
图1为本发明可生产的一种阶梯型锂离子电芯的结构主视图。
图2为图1中阶梯型锂离子电芯的结构俯视示意图。
图3为图1中阶梯型锂离子电芯的剖视示意图。
图4为本发明一个实施例的涂布与压实后的已压实卷料主视图。
图5和图6为图4中已压实卷料的一个切割成型过程图。
图7为图4中已压实卷料的另一个切割成型过程图。
图8为本发明制作的成型极片与隔离膜复合示意图。
图9为本发明制作的成型极片与隔离膜复合的不同方式示意图。
图10为本发明制作的单电芯结构示意图。
图11为本发明制作的半电芯结构示意图。
图12为本发明制作的极片组堆叠过程示意图。
图13和图14为本发明可生产的另一种阶梯型锂离子电芯的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
本发明锂离子电芯制备方法可制备的电芯为阶梯型。请参阅图1至图3，本发明可制备的一种阶梯型电芯是由几组不同尺寸的极片组6堆叠而成的，其中，每一极片组6都包括尺寸相匹配的正极片5、负极片4以及间隔于正负极片5、4之间的隔离膜3。相邻两个极片组6因尺寸不同而形成台阶8，多组极片组6在电芯主体上形成多层台阶8。另外，每一极片组6都设有倒圆角7。
本发明锂离子电芯制备方法包括以下步骤：
1)涂布：利用挤压涂布设备沿着集流体卷料的放卷方向(即集流体的纵向)进行涂布，涂布区域为一条或多条，每一条涂布区域的两个侧边均留有用作极耳成型部分的未涂布区域；优选地，涂布区域为斑马条纹状图案，即涂布区域为两条以上，相邻涂布区域之间也留有一条或更多条未涂布区域；优选地，每一涂布区域的宽度为所需极片的长度(极片长度是指极耳延伸方向不包括极耳在内的极片长度)的两倍，两条涂布区域之间的未涂布区域的宽度为卷料单个侧边处未涂布区域宽度的两倍；此外，涂布区域的宽度可以根据所需极片的规格进行调节，以便生产出不同规格的极片；请参阅图4所示的实施例，其中的涂布区域10为两条，未涂布区域9为三条，且中间未涂布区域9的宽度为侧边未涂布区域9的两倍；
2)压实：利用辗压设备将上述涂布后的卷料进行压实，得到达到设定压实密度的已压实卷料，已压实卷料优选为双面都具有连续斑马条纹图案；压实方式可以选择冷压或热压，由于热压得到的极片柔性更好，因此优选为热压；
3)极片切割成型：将步骤2制得的已压实卷料切割成型为不同尺寸的带极耳11和倒圆角7的正/负极片，切割成型的方法有3a)、3b)两种：
3a)请参阅图5和图6，首先根据涂布的条纹图案，将已压实卷料沿着位于涂布区域10之间的未涂布区域9的中线进行切割，得到极片条20；再按极片的预设宽度将极片条20横向切割为与极片等宽的小极片条22；最后对小极片条22进行倒圆角7和极耳11成型，得到正/负极片4/5；
3b)请参阅图7，直接对已压实卷料进行倒圆角7和极耳11成型，即在预形成倒圆角处形成倒圆角7，并在未涂布区域9上成型出极耳11；然后再将带极耳11和倒圆角7的已压实卷料切割为正/负极片4/5；
步骤3)中，切割方式优选为激光切割；极耳11的成型则优选利用感应极耳定位技术；
4)制备单电芯和半电芯：i)如图8所示，首先将尺寸相匹配的成型的正/负极片4/5与双面具有粘性(如涂有PVDF)的隔离膜3进行热复合；由于该热复合工艺是连续成型的，因此效率比传统手动热复合工艺高得多；请参阅图9所示，根据具体的电芯设计以及综合成本与效率，选择性使用以下五种复合方式，分别为：①隔离膜3与负极片4双层复合；②隔离膜3与正极片5双层复合；③隔离膜3、负极片4和正极片5按照隔离膜3、负极片4、隔离膜3、正极片5的顺序四层复合；④隔离膜3与负极片4按照隔离膜3、负极片4、隔离膜3的顺序三层复合；⑤隔离膜3与正极片5按照隔离膜3、正极片5、隔离膜3的顺序三层复合；ii)请参阅图10和图11，复合完成后，裁切隔离膜3，并使其具有倒圆角，倒圆角的位置与正/负极片的倒圆角7位置相同，从而得到不同尺寸的单电芯(mono-cell)30或半电芯(half-cell)32，二者的不同在于：单电芯30包括尺寸相匹配的正极片5、负极片4以及间隔于正负极片5、4之间的隔离膜3，而半电芯32仅包括正极片5与隔离膜3，或是仅包括负极片4与隔离膜3；此步骤中，隔离膜3的倒圆角优选采用激光切割；
5)阶梯型裸电芯堆叠：如图12所示，根据实际需要，将各尺寸的单电芯30和半电芯32堆叠为极片组6，然后将得到的极片组6按从大到小的顺序堆叠起来，堆叠时要保证相邻正/负极片之间有隔离膜3间隔，从而得到图1至图3所示的阶梯型电芯；此过程中需注意设备设计的紧凑性以及机械手之间的协调性，以提高生产效率；
6)热压成型：对堆叠后得到的阶梯型裸电芯进行热压成型，通过热压使正/负极片与隔离膜3形成一个整体，以防止后续工序中正/负极片4/5与隔离膜3之间产生错动；此步骤的热压温度为60～110摄氏度，热压时间为1～600秒。
需要说明的是，本发明锂离子电芯制备方法同样适用于制备其他形状的阶梯形电池，如图13和图14所示单侧对齐的台阶型电池，其与图1至图3所示台阶型电池的区别仅仅是在步骤5)中极片组堆叠时，采用不同的对齐方式而已。
与传统的制造工艺相比，本发明锂离子电芯制备方法通过涂布区域和未涂布区域的合理设置，实现了倒圆角与极耳的连续成型，保证了生产的流畅性与高效性，使生产效率不会因电芯的形状特殊而大幅降低，因此特别适用于生产各种与不规则空间形状相匹配的锂离子电池电芯。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种锂离子电芯制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)涂布：沿着集流体卷料的放卷方向进行涂布，涂布区域为一条或多条，每一条涂布区域的两个侧边均留有用作极耳成型部分的未涂布区域；
2)压实：将上述涂布后的卷料进行压实，得到达到设定压实密度的已压实涂布卷料；
3)极片切割成型：将步骤2)制得的已压实卷料切割成型为不同尺寸的带极耳和倒圆角的正/负极片；
4)制备单电芯和半电芯：将尺寸相匹配的正/负极片与双面具有粘性的隔离膜进行热复合，复合完成后裁切隔离膜并使其具有倒圆角，倒圆角的位置与正/负极片倒圆角的位置相同，从而得到不同尺寸的单电芯或半电芯；
5)阶梯型裸电芯堆叠：将各尺寸的单电芯和半电芯按顺序堆叠为阶梯型裸电芯；
6)热压成型：对堆叠后的裸电芯进行热压成型，通过正/负极片与隔离膜的粘合将裸电芯形成一个整体。
2.根据权利要求1所述的锂离子电芯制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的涂布区域为两条以上的斑马条纹状图案，相邻涂布区域之间留有未涂布区域。
3.根据权利要求2所述的锂离子电芯制备方法，其特征在于，所述每一涂布区域的宽度为所需极片的长度的两倍，相邻涂布区域之间的未涂布区域的宽度为卷料单个侧边处未涂布区域宽度的两倍。
4.根据权利要求1所述的锂离子电芯制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的压实方式为冷压或热压。
5.根据权利要求1所述的锂离子电芯制备方法，其特征在于，当所述步骤1)的涂布区域为多条时，所述步骤3)中的切割成型步骤为：首先根据涂布的条纹图案，将已压实卷料沿着位于涂布区域之间的未涂布区域的中线进行切割，得到极片条；再按极片的预设宽度将极片条横向切割为与极片等宽的小极片条；最后对小极片条进行倒圆角和极耳成型，得到正/负极片。
6.根据权利要求1所述的锂离子电芯制备方法，其特征在于，所述步骤3)中的切割成型步骤为：直接在已压实卷料的预形成倒圆角处形成倒圆角，并在已压实卷料的未涂布区域上成型出极耳，然后再将带极耳和倒圆角的已压实卷料切割为正/负极片。
7.根据权利要求1所述的锂离子电芯制备方法，其特征在于，所述步骤4)中的正/负极片与隔离膜的热复合包括以下热复合方式中的一种或几种：①隔离膜与正极片双层复合；②隔离膜与负极片双层复合；③隔离膜、负极片和正极片按照隔离膜、负极片、隔离膜、正极片的顺序四层复合；④隔离膜与负极片按照隔离膜、负极片、隔离膜的顺序三层复合；⑤隔离膜与正极片按照隔离膜、正极片、隔离膜的顺序三层复合。
8.根据权利要求1所述的锂离子电芯制备方法，其特征在于，所述步骤4)的裁切隔离膜是利用感应极耳定位技术进行裁切的。
9.根据权利要求1所述的锂离子电芯制备方法，其特征在于，所述步骤3)、4)中的切割方式分别为激光切割。
10.根据权利要求1所述的锂离子电芯制备方法，其特征在于，所述步骤6)中，裸电芯的热压温度为60～110摄氏度，热压时间为1～600秒。
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