CN104143657A - 电芯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电芯的制备方法，包括：提供极性相反的两个极片；将两条隔离膜与极性相反的两个极片交错层叠，以形成层叠体；卷绕成型：将层叠体卷绕并成型为在边缘和/或内部形成为具有切欠部的电芯。在提供极性相反的两个极片的步骤中，各极片提供为：沿集流体的纵向在集流体的边缘和/或内部切出线性阵列的集流体缺口；将面积大于切割前的集流体的底材与切割后的集流体复合在一起；在复合有底材的集流体的一个面上涂布含活性材料的浆料，之后进行干燥以使干燥后的浆料形成膜片，最后将集流体的该一个面上的膜片压实；底材在卷绕成型步骤之前从集流体上取下；该极片的所述线性阵列的集流体缺口在卷绕成型步骤之后对应形成所述切欠部的一部分。

Description

电芯的制备方法
技术领域
本发明涉及储能器件领域，尤其涉及一种电芯的制备方法。
背景技术
锂离子电池作为新能源领域最具代表性的储能器件，在移动电子设备中占据了不可取代的位置。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。于是异型锂离子电池(即非长方体型电池)成为业界研究和开发的热点。异型电池能更大限度地利用移动电子设备内部有限空间，使相同外形尺寸的移动电子设备能获得更大的体积与能量发挥。然而，异型电池因为形状特殊，因此其电芯制造工艺复杂而低效。
通过叠片工艺可以得到异型锂离子电芯，很多专利申请都公开了这种技术。然而叠片工艺不如卷绕工艺成熟、生产效率高。
于2013年7月10日公布的中国专利CN103201872A公开了一种卷绕式台阶形电芯的制造方法(包括具有多个厚度的果冻卷的可充电电池)，即先将正负极活性材料涂布于相应的集流体上，从而得到正负极极片；然后将得到的正负极极片裁切成特殊形状；最后将特殊形状的极片与特殊形状的隔离膜卷绕在一起，从而得到台阶形锂离子电芯。然而在该制造方法中存在这样两个问题：(1)在裁切极片的过程中会造成很多活性物质颗粒脱落，处理不当很容易造成电芯短路、自放电坏品；(2)裁切下来的极片被废弃，造成了很多活性材料的浪费，增加了生产成本。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电芯的制备方法，其能节省活性材料、降低生产成本。
本发明的另一目的在于提供一种电芯的制备方法，其通过卷绕工艺形成异型电芯的过程中无活性物质颗粒脱落，得到的电芯自放电更小。
为了实现上述目的，本发明提供了一种电芯的制备方法，其包括步骤：提供极性相反的两个极片；设置隔离膜：将两条隔离膜与极性相反的两个极片交错层叠，以形成层叠体；卷绕成型：将层叠体卷绕并成型为在边缘和/或内部形成为具有切欠部的电芯。其中，在提供极性相反的两个极片的步骤中，极性相反的两个极片中的至少一个极片中的各极片提供为：切割集流体：沿集流体的纵向在集流体的边缘和/或内部切出线性阵列的集流体缺口；复合底材：将面积大于切割前的集流体的底材与切割后的集流体复合在一起；制备极片：在复合有底材的集流体的一个面上涂布含活性材料的浆料，之后进行干燥以使干燥后的浆料形成膜片，最后将集流体的该一个面上的膜片压实；其中，底材在卷绕成型步骤之前从集流体上取下；该极片的所述线性阵列的集流体缺口在卷绕成型步骤之后对应形成所述切欠部的一部分。
本发明的有益效果如下：
在涂布过程中，底材可以承载涂布在切割后的集流体的缺口处的活性材料，防止缺口处的活性材料沾到辊压装置的背辊(未示出)上，由此通过利用底材，可应用现有的、高效成熟的极片涂布工序和设备如挤压涂布工艺和设备或转移涂布工艺和设备，以对切割有缺口的集流体进行涂布、干燥、压实等操作。通过制备切割有缺口的集流体来制备有缺口的极片，且通过卷绕工艺得到异型电芯，相对叠片工艺，根据本发明的制备方法的生产效率高，相对利用切割极片的卷绕工艺形成的异型电芯自放电更小，安全性更好；在涂布之前对集流体进行切割，不会造成活性材料浪费，从而节省活性材料、降低生产成本。
附图说明
图1为根据本发明第一实施例的极片制备的结构示意图，其中，A为切割后的集流体的结构示意图，B为底材的示意图，C为底材与切割后的集流体复合在一起的结构示意图，D为在复合有底材的集流体的一个面上涂布含活性材料的浆料的结构示意图，E为将底材从集流体上取下的结构示意图；
图2为根据本发明第一实施例的隔离膜的结构示意图；
图3为根据本发明第一实施例的极性相反的两个极片、以及隔离膜层叠形成层叠体的示意图；
图4为图3的层叠体卷绕成型后的电芯的立体图；
图5为另一实施例的极片的结构示意图；
图6为另一实施例的隔离膜的结构示意图；
图7为根据本发明第二实施例的极片的结构示意图；
图8为图7的极片卷绕成型后的电芯的立体图；
图9为根据本发明第三实施例的极片的结构示意图；
图10为图9的极片卷绕成型后的电芯的立体图；
图11为根据本发明第四实施例的极片的结构示意图；
图12为图10的极片卷绕成型后的电芯的立体图；
图13为另一实施例的卷绕成型后的电芯的立体图。
其中，附图标记说明如下：
1极片             21隔离膜缺口
11集流体          3底材
111集流体缺口     S层叠体
12浆料            N切欠部
13极耳            T厚度方向
2隔离膜
具体实施方式
下面参照附图来详细说明根据本发明的电芯的制备方法。
参照图1至图13，根据本发明的电芯的制备方法包括步骤：提供极性相反的两个极片1(参照图1和图3)；设置隔离膜2(参照图2和图3)：将两条隔离膜2与极性相反的两个极片1交错层叠，以形成层叠体S(参照图3)；卷绕成型：将层叠体S卷绕并成型为在边缘和/或内部形成为具有切欠部N的电芯(参照图4、图8、图10、图12和图13)。其中，在提供极性相反的两个极片1的步骤中，极性相反的两个极片1中的至少一个极片1中的各极片1提供为：切割集流体11：沿集流体11的纵向在集流体11的边缘和/或内部切出线性阵列的集流体缺口111(参照图1中A、图7、图9和图11)；复合底材3：将面积大于切割前的集流体11的底材3与切割后的集流体11复合在一起(参照图1中B、C)；制备极片1：在复合有底材3的集流体11的一个面上涂布含活性材料的浆料12，之后进行干燥以使干燥后的浆料12形成膜片，最后将集流体11的该一个面上的膜片压实(参照图1中D)；其中，底材3在卷绕成型步骤之前从集流体11上取下(参照图1中E)；该极片1的所述线性阵列的集流体缺口111在卷绕成型步骤之后对应形成所述切欠部N的一部分(图1中的A对应图4或图13、图7对应图8、图9对应图10、图11对应图12)。在此需要补充说明的是，为了方便说明，在附图中，极性相反的两个极片均以相同的附图标记1来表示，但是如图3、图4、图8、图10、图12、图13所示，这两个极片以不同的填充色来区分。
在涂布过程中，底材3可以承载涂布在集流体11的集流体缺口111处的活性材料，防止集流体缺口111处的活性材料沾到辊压装置的背辊(未示出)上，由此底材3可应用在现有的极片的涂布工序中，以对切割有集流体缺口111的集流体11进行涂布、干燥、压实等操作。通过制备切割有集流体缺口111的集流体11来制备有缺口的极片1，且通过卷绕工艺得到异型电芯，相对叠片工艺，卷绕工艺形成的异型电芯自放电更小，安全性更好；在涂布之前对集流体11进行切割，从而不会造成活性材料浪费，节省活性材料、降低生产成本。
在根据本发明的电芯的制备方法中，在所述极性相反的两个极片1中的至少一个极片1中的各极片1提供中，切割可为机械切割、热丝切割或激光切割。
在根据本发明的电芯的制备方法中，在所述极性相反的两个极片1中的至少一个极片1中的各极片1提供中，涂布可为挤压涂布、喷涂或凹版印刷。
在根据本发明的电芯的制备方法中，在所述极性相反的两个极片1中的至少一个极片1中的各极片1提供中，底材3可为聚酯薄膜。底材3可为聚酯薄膜等具有柔韧性、成本低、可重复利用的材料。在一实施例中，聚酯薄膜可为Mylar膜。
在根据本发明的电芯的制备方法中，在所述极性相反的两个极片1中的至少一个极片1中的各极片1提供中，底材3与集流体11的材质可相同。底材可以采用金属箔，如制成集流体的材料铜铝箔。
在根据本发明的电芯的制备方法中，参照图1中的C、D，在所述极性相反的两个极片1中的至少一个极片1中的各极片1提供中，底材3的四个边缘可超出切割前的集流体11的四个边缘为1mm～10mm。需说明的是，图1中的C、D只示出了底材3在纸面上竖直方向上的两个边缘超出了切割前的集流体11的在纸面上竖直方向上的两个边缘，可以想到的是，底材3在纸面上水平方向上的两个边缘也超出了切割前的集流体11的在纸面上水平方向上的两个边缘。
在根据本发明的电芯的制备方法中，在所述极性相反的两个极片1中的至少一个极片1中的各极片1提供中，还可包括步骤：在集流体11的该一个面上的膜片压实之后，将底材(3)从集流体(11)上取下，然后将面积大于切割前的集流体11的另一个底材3与该一个面上压实有膜片的集流体11复合在一起，对集流体11的另一面涂布含活性材料的浆料12并进行干燥，干燥后的浆料12形成膜片，最后将集流体11的该另一个面上的膜片压实。由此可以得到双面涂布的极片1。
在根据本发明的电芯的制备方法中，在所述极性相反的两个极片1中的至少一个极片1中的各极片1提供中，压实可为冷压或热压。
在根据本发明的电芯的制备方法中，在所述极性相反的两个极片1中的至少一个极片1中的各极片1提供中，在复合有底材3的集流体11上涂布含活性材料的浆料12之后且在进行干燥以使干燥后的浆料12形成膜片之前，可将底材3从集流体11上取下。在复合有底材3的集流体11上涂布含活性材料的浆料12之后即将底材3取下，能够较容易地通过刮刀等将底材3上的活性材料进行回收。
在根据本发明的电芯的制备方法中，在所述极性相反的两个极片1中的至少一个极片1中的各极片1提供中，在进行干燥以使干燥后的浆料12形成膜片之后且在将集流体11上的膜片压实之前，可将底材3从集流体11上取下。
在根据本发明的电芯的制备方法中，在所述极性相反的两个极片1中的至少一个极片1中的各极片1提供中，在制备极片1的步骤中，在集流体11上的膜片压实之后，可将底材3从集流体11上取下。这样可以更好地保持切割的集流体11的形状，避免切割的集流体11起皱、断裂。
在根据本发明的电芯的制备方法中，所述至少一个可为一个，而所述两个极片中的另一个无缺口(参照图5)；各个隔离膜2可为不带有隔离膜缺口21的整片膜材料(参照图6)；且在所述卷绕成型步骤中还包括：将层叠体S卷绕后对该另一个极片1和两条隔离膜2沿该一个极片1的集流体缺口111进行裁切，以成型为在边缘和/或内部形成为具有切欠部N的电芯(参照图4、图8、图10、图12和图13)。在一实施例中，该一个极片1可为正极极片，且该另一个极片1可为负极极片，且对该另一个极片1和两条隔离膜2裁切后，负极极片和两条隔离膜在各边缘处超出正极极片。在另一实施例中，在对该另一个极片1和两条隔离膜2裁切中，裁切可为机械切割、热丝切割或激光切割。在一实施例中，负极极片和两条隔离膜在各边缘处超出正极极片0.1mm～3mm，参照图3和图4。
在根据本发明的电芯的制备方法中，所述至少一个可为两个且分别为正极极片和负极极片，且在卷绕成型步骤完成后，负极极片在各边缘处超出正极极片。在一实施例中，负极极片在各边缘处超出正极极片0.1mm～3mm。
在根据本发明的电芯的制备方法中，在一实施例中，在设置隔离膜2的步骤中，各个隔离膜2为不带有隔离膜缺口21的整片膜材料(参照图6)；所述电芯的制备方法还包括步骤：切除隔离膜2：将卷绕成型的电芯的切欠部N处的多余的隔离膜2切除。在一实施例中，在切除多余的隔离膜2且在卷绕成型电芯后，隔离膜2超出极性相反的两个极片1中的负极极片0.1mm～3mm，参照图3和图4。切除隔离膜2的步骤中，切除可采用机械切割、热丝切割或激光切割。
在根据本发明的电芯的制备方法中，在一实施例中，在设置隔离膜2的步骤中，各个隔离膜2沿其纵向设置有与集流体11的集流体缺口111相对应且匹配的线性阵列的隔离膜缺口21(参照图2)；在所述卷绕成型步骤中，隔离膜2的所述线性整列的隔离膜缺口21在卷绕后对应也形成所述切欠部N的一部分(参照图3)。在一实施例中，在卷绕成型电芯后，隔离膜2超出极性相反的两个极片1中的负极极片(参照图3)。在一实施例中，隔离膜2超出极性相反的两个极片1中的负极极片0.1mm～3mm，参照图3和图4。
在根据本发明的电芯的制备方法中，切欠部N沿电芯的厚度方向T可上下贯通(参照图4、图10和图13，其中图13中的切欠部N的边缘上下齐平)或者下部不贯通(参照图8和图12，换句话说，也就是可形成台阶状)。
此外，集流体11可以设置有一个极耳13或多个极耳13，极耳13可以通过焊接的方法焊接在集流体11上，也可以通过切割的方法与集流体11一体地形成。在图3、图4、图8、图10、图12和图13形成的电芯中可以看出，各集流体11上设置有一个极耳13。
根据本本发明所述的电芯可以为电池的电芯或电容器的电芯。电池可以为但不限于锂离子电池，电容器可以为但不限于锂离子超级电容器。
应注意的是，尽管在图3中示出两个极片1以及两条隔离膜2为等长度，但是在实际生产中，它们的长度可以变化，以适应实际生产时的层叠体S在头尾处的作业，只要能满足本发明的卷绕成型的电芯形成切欠部N即可。
应注意的是，尽管在图3中示出两个极片1以及两条隔离膜2为等厚度，但这只是说明性的，在实际生产中，它们的厚度可依据实际需要变化。
应注意的是，图3中的两个极片1的位置在实际生产中，二者的位置可以互换，以适应实际生产的要求。
应注意的是，线性阵列的集流体缺口111、线性阵列的隔离膜缺口21并不意味着同一阵列的缺口尺寸完全相同(但形状相同)，这需要考虑同一阵列的缺口形成切欠部N时在电芯所处的部位。因为卷绕成型，当切欠部N处于电芯的边缘(上下左右边缘，例如图4在下边缘和右边缘)，相应的缺口会基于几何相似性来变化尺寸，从而满足随着卷绕过程而依次对齐或超出的要求；当切欠部N处于电芯的周边之内时，相应的缺口可以采用相同的形状和尺寸。
应注意的是，图中为了方便起见(例如图1、图2、图5、图6、图7、图9、图11)，以虚线示出卷绕时的卷绕成型两侧边线(也可以称为卷绕成型侧边线)，以便于理解卷绕行进方式。
应注意的是，在附图中示出且详细说明多个具体示范性实施例，同时应该理解的是，这些具体示范性实施例不意欲将本发明限制到这些明确公开的组合。因此，除非另有说明，本文所公开的多个特征可以组合在一起而形成出于简明目的而未示出的另外的多个组合。

Claims (10)

1.一种电芯的制备方法，包括步骤：
提供极性相反的两个极片(1)；
设置隔离膜(2)：将两条隔离膜(2)与极性相反的两个极片(1)交错层叠，以形成层叠体(S)；
卷绕成型：将层叠体(S)卷绕并成型为在边缘和/或内部形成为具有切欠部(N)的电芯；
其中，在提供极性相反的两个极片(1)的步骤中，极性相反的两个极片(1)中的至少一个极片(1)中的各极片(1)提供为：
切割集流体(11)：沿集流体(11)的纵向在集流体(11)的边缘和/或内部切出线性阵列的集流体缺口(111)；
复合底材(3)：将面积大于切割前的集流体(11)的底材(3)与切割后的集流体(11)复合在一起；
制备极片(1)：在复合有底材(3)的集流体(11)的一个面上涂布含活性材料的浆料(12)，之后进行干燥以使干燥后的浆料(12)形成膜片，最后将集流体(11)的该一个面上的膜片压实；
其中，底材(3)在卷绕成型步骤之前从集流体(11)上取下；该极片(1)的所述线性阵列的集流体缺口(111)在卷绕成型步骤之后对应形成所述切欠部(N)的一部分。
2.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，在所述极性相反的两个极片(1)中的至少一个极片(1)中的各极片(1)提供中，底材(3)为聚酯薄膜。
3.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，在所述极性相反的两个极片(1)中的至少一个极片(1)中的各极片(1)提供中，底材(3)与集流体(11)的材质相同。
4.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，在所述极性相反的两个极片(1)中的至少一个极片(1)中的各极片(1)提供中，还可包括步骤：在集流体(11)的该一个面上的膜片压实之后，将底材(3)从集流体(11)上取下，然后将面积大于切割前的集流体(11)的另一个底材(3)与该一个面上压实有膜片的集流体(11)复合在一起，对集流体(11)的另一面涂布含活性材料的浆料(12)并进行干燥，干燥后的浆料(12)形成膜片，最后将集流体(11)的该另一个面上的膜片压实。
5.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，在所述极性相反的两个极片(1)中的至少一个极片(1)中的各极片(1)提供中，在复合有底材(3)的集流体(11)上涂布含活性材料的浆料(12)之后且在进行干燥以使干燥后的浆料(12)形成膜片之前，将底材(3)从集流体(11)上取下。
6.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，
所述至少一个为一个，而所述两个极片中的另一个无缺口；
各个隔离膜(2)为不带有隔离膜缺口(21)的整片膜材料；
且在所述卷绕成型步骤中还包括：将层叠体(S)卷绕后对该另一个极片(1)和两条隔离膜(2)沿该一个极片(1)的集流体缺口(111)进行裁切，以成型为在边缘和/或内部形成为具有切欠部(N)的电芯。
7.根据权利要求6所述的电芯的制备方法，其特征在于，该一个极片(1)为正极极片，且该另一个极片(1)为负极极片，且对该另一个极片(1)和两条隔离膜(2)裁切后，负极极片和两条隔离膜在各边缘处超出正极极片。
8.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，所述至少一个为两个且分别为正极极片和负极极片，且在卷绕成型步骤完成后，负极极片在各边缘处超出正极极片。
9.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，
在设置隔离膜(2)的步骤中，各个隔离膜(2)沿其纵向设置有与集流体(11)的集流体缺口(111)相对应且匹配的线性阵列的隔离膜缺口(21)；
在所述卷绕成型步骤中，隔离膜(2)的所述线性整列的隔离膜缺口(21)在卷绕后对应也形成所述切欠部(N)的一部分。
10.根据权利要求1所述的电芯的制备方法，其特征在于，
切欠部(N)沿电芯的厚度方向(T)上下贯通或者下部不贯通。
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