CN104362297A - 锂离子电池涂布机的涂布机构及叠片电芯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

锂离子电池涂布机的涂布机构及叠片电芯的制备方法，该涂布机构包括：涂布辊、连接架、设置于所述连接架上的底板和侧挡板，所述底板和侧挡板形成料槽，所述涂布辊位于所述料槽底部；设置于所述连接架上的挡块安装件，所述挡块安装件上间隔设置有中间挡块，所述中间挡块包括连接部和接触部，所述接触部的底部与所述涂布辊的表面相接触，且所述接触部具有从所述底部延伸的与集流体表面相接触的接触面。制作叠片电芯时，采用该涂布机构涂布正极集流体，然后裁切得到敷料区域四周留有间隙且与负极极片大小一致的正极极片，采用叠片工艺制得叠片电芯，该锂离子电池电芯具有生产损耗小、电性能好、不良率低、电芯厚度均一的特点。

Description

锂离子电池涂布机的涂布机构及叠片电芯的制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种用于锂离子电池的涂布机及采用该涂布机制备锂离子电池电芯的方法。 
背景技术
锂离子电池是目前商业化的具有最高比功率和能量密度的电池，已经广泛地运用于笔记本电脑、手机、通讯基站和汽车电源等现代工具中。电芯是锂离子电池最重要的部件，为了提高电芯电性能和安全性能，同时节约生产成本及提高生产效率，优化与开发新的电芯设计十分重要。 
锂离子电池的电芯主要分为叠片电芯与卷绕电芯两种。由于采用卷绕工艺制备的电芯倾向于方形与圆形，其外形较为单一，而且其体积比能量也较低，因此在高倍率方面的应用受到一定程度的限制。而采用叠片工艺制备的电芯因其具有外观设计灵活多变、倍率性能优越、体积比能量高等诸多方面的优势，在高体积能量密度的储能领域，以及高倍率的动力领域均有出色的应用。然而，一般的叠片电芯由于极片裁切边缘较长，裁切数量次数较多导致裁切所造成的敷料损耗严重；同时，因为裁切压力较大，若使用较低的粘结剂含量则会导致极片粉体在裁切时或在搬运过程中出现边缘掉粉情况，这也大大增加生产不良率与电芯安全性；而且由于叠片电芯中的正负极片大小不一，正极极片小于负极极片，使得制得的叠片电芯“外薄内厚”，厚度不均；另外，在叠片时，正极片也要求被精确的定位在负极片的中间，则也无形中增加了对叠片设备的要求。 
人们为克服叠片工艺制备电芯的以上缺点，在配方上使用了较多含量的粘结剂，在设备上增加裁切刀模的更换频率，也同时使用X-Ray来鉴别叠片电芯的位置情况，在操作上增加了相关的保护措施来进行搬运。这无疑增加了电芯生产成本，同时过高的粘结剂量也降低了电芯的电性能。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池涂布机的涂布机构及采用该锂离子电池涂布机制备叠片电芯的方法，可以减少敷料损耗及降低生产成本。 
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案： 
锂离子电池涂布机的涂布机构，包括：涂布辊、连接架、设置于所述连接架上的底板和侧挡板，所述底板和侧挡板形成料槽，所述涂布辊位于所述料槽底部；设置于所述连接架上的挡块安装件，所述挡块安装件上间隔设置有中间挡块，所述中间挡块包括连接部和接触部，所述接触部的底部与所述涂布辊的表面相接触，且所述接触部具有从所述底部延伸的与集流体表面相接触的接触面。 
本发明具体的技术方案为：所述连接部为金属连接部。 
本发明具体的技术方案为：所述接触部为橡胶接触部或塑料接触部。 
本发明具体的技术方案为：所述连接部上设置有螺纹孔，所述中间挡块通过螺纹连接件固定于所述横杆上。 
采用前述锂离子电池涂布机的涂布机构制备叠片电芯的方法，包括以下步骤： 
步骤一、在横杆上设置一个或以上均匀间隔布置的中间挡块，采用间歇涂布的方式在集流体上涂布正极浆料，制备正极集流体； 
步骤二、采用间歇涂布的方式在集流体上涂布负极浆料，制备负极集流体； 
步骤三、将步骤一获得的正极集流体进行烘干与辊压后，采用模切刀模进行裁切，模切刀模的裁切区域大于集流体上的敷料区域，裁切后得到敷料区域四周留有空白间隙的正极极片； 
步骤四、将步骤二获得的负极集流体进行烘干与辊压后，采用模具切刀进行裁切，得到负极极片，负极极片的尺寸与正极极片的尺寸相等； 
步骤五、将裁切后的正极极片和负极极片进行烘烤后，采用叠片工艺制成电芯。 
本发明具体的技术方案为：所述模切刀模具有多个长方形的裁切区域，正极集流体上的敷料区域位于模切刀模的裁切区域范围以内。 
本发明具体的技术方案为：所述模切刀模的裁切区域还包括位于长方形一个角上的矩形极耳区。 
由以上技术方案可知，本发明通过设置有中间挡块的涂布机构并结合间歇涂布工艺在集流体上涂布正极浆料，可在一张大片(一个涂布周期)中同时获得多个具有独立均一形状的极片涂覆面(敷料区域)，极片涂覆面的个数根据中间档板的个数进行调节，然后按照设计工艺的极片形状进行裁切(模切)，敷料区域的边缘在模切刀模的范围以内，使得极片中的敷料四周留有间隙，且正极片面积规格与负极片一致，以此减少粘结剂用量与极片敷料损耗，减少裁切刀模更换频率，可以有效降低生产成本，同时提高叠片电芯的成品率与电性能，通过本发明方法制备的锂离子电池叠片电芯具有胶含量少、敷料损耗少、叠片电芯平整、厚度均一、不良率低、电化学性能更优越等优点。 
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，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为本发明实施例涂布机涂布机构的结构示意图； 
图2为本发明实施例涂布机构的分解结构示意图； 
图3至图8分别为本发明叠片电芯制备工艺中各步骤的示意图。 
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的锂离子电池涂布机的涂布机构包括涂布辊1、底板2、侧挡板3、连接架4及中间挡块5。底板2和侧挡板3通过连接架4相连，底板2和设置于其两侧的侧挡板3一起围成涂布机的料槽(未标号)，料槽底部开口，涂布辊1位于料槽的底部。本发明的涂布辊、底板及侧挡板的结构及连接关系为现有技术的常规设计，所以不再进一步的详细说明和/或不以一种详细的方式描述。 
在连接架4上设置有横杆6，横杆6为本实施例的用于安装中间挡块的挡块安装件，横杆6平行于涂布辊1，横杆6上间隔设置有中间挡块5，中间挡块5包括连接部5-1和与连接部5-1相连的接触部5-2，连接部5-1套在横杆 6上，接触部5-2的底部与涂布辊1表面相接触，且接触部5-2具有从底部延伸的与集流体100涂布面相接触的接触面s。作为本发明一个优选的实施例，连接部5-1为金属材质，金属连接部具有更好的强度，以便于在连接部5-1上加工螺纹孔，然后通过螺钉将连接部5-1定位于横杆6上。接触部5-2为橡胶或塑料材质，采用柔软材质的接触部可以避免磨损或刮伤涂布辊，延长涂布辊的使用寿命。 
在涂布正极集流体时，本发明通过设置间隔布置的中间挡块5，使料槽中的浆料被中间挡块5阻挡，不能由涂布辊1转印到集流体100上，从而使集流体100上与中间挡块5位置对应的地方形成空白间隙a，该空白间隙a平行于集流体在涂布过程中的移动方向，同时结合传统的间歇涂布工艺，在集流体100上形成垂直于集流体在涂布过程中的移动方向的间隙，涂布完成后，集流体100上形成多个间隔排列的块形的敷料区域b。将集流体上的敷料区域裁切下来得到四周具有空白间隙的正极极片，然后采用传统叠片工艺制作叠片电芯。 
下面结合图3至图8，对本发明锂离子电池的电芯的制备方法进行详细说明。 
实施例1 
步骤一、如图3所示，采用磷酸铁锂(LiFePO4)作为正极浆料，设置两个中间挡块5，该两个中间挡块5之间的间隔为94mm，中间挡块与连接架内边缘(料槽内侧边缘)之间的间隔也为94mm，中间挡块5的厚度为10mm(即集流体上空白间隙a的宽度为10mm)，采用间歇涂布的方式，间歇涂布的长度为138mm，通过辊式涂布机在空白的集流体100上涂布正极浆料(包括单双面涂布)，制备正极集流体，如图4所示，制得的正极集流体上具有呈阵列排列的敷料区域b，敷料区域的大小相同，每一行(垂直于集流体移动方向的排列定义为行)上的敷料区域b有3个，每个敷料区域的长度l为138mm，宽度w为94mm，敷料区域之间的间隔为10mm(图6)； 
步骤二、采用石墨类或中间相炭微球或钛酸锂或合金作为负极浆料，采用传统的间歇涂布的方式制备负极集流体，间歇涂布的长度为138mm，制得的负极集流体上具有沿集流体移动方向间隔排列的条形的敷料区域； 
步骤三、将步骤一获得的正极集流体进行烘干与辊压后，采用模切刀模200进行裁切，得到正极极片，如图5所示，该模切刀模具有多个长方形的裁切区域c，正极极片上的敷料区域位于模切刀模的裁切区域c范围以内，使得裁切时，可将敷料区域四周的空白间隙与敷料区域一起裁切下来，即模切后敷料区域四周均留空白间隙，本实施例中敷料区域四周的空白间隙均为2mm(图6)；该模切刀模的裁切区域还包括位于长方形一个角上的矩形极耳区；裁切正极极片时，也可以使用普通的切刀进行裁切，只需保证裁切后敷料区域四周留空白间隙即可； 
步骤四、将步骤二获得的负极极片进行烘干与辊压后，采用模具切刀200进行裁切，得到负极极片，负极极片的尺寸与正极极片的尺寸相等； 
步骤五、如图7和图8所示，将裁切后的正极极片和负极极片进行烘烤后，采用叠片工艺制成电芯，本发明中烘烤、辊压等工艺均为叠片电芯的常规制作工艺。 
实施例2 
步骤一、采用钴酸锂(LiCoO2)作为正极浆料，设置6个中间挡块，相邻两个中间挡块之间的间隔为94mm，中间挡块的厚度为10mm，连接架内边缘(料槽内侧边缘)和与其相邻的中间挡块之间的间隔也为94mm，采用间歇涂布的方式，间歇涂布的长度为138mm，通过辊式涂布机在空白的集流体上涂布正极浆料，制备正极集流体； 
步骤二、采用间歇涂布的方式制备负极集流体； 
步骤三、采用模切刀模对烘干辊压后的正极集流体进行裁切，得到正极极片，正极极片的敷料区域四周留有空白间隙； 
步骤四、采用模切刀模裁切负极集流体，得到负极极片，负极极片的大小和正极极片的大小相同； 
步骤五、将步骤三和步骤四制得的极片按照常规叠片工艺制作成叠片电芯。 
实施例3 
步骤一、采用锰酸锂或三元材料作为正极浆料，设置3个中间挡块，相邻中间挡块之间的距离为94mm，中间挡块厚度为10mm，采用间歇涂布的方 式，间歇涂布的长度为138mm，通过通过喷涂式涂布机在空白的集流体上涂布正极浆料，制备正极集流体； 
步骤二、采用间歇涂布的方式制备负极集流体； 
步骤三、采用模切刀模对烘干辊压后的正极集流体进行裁切，得到正极极片，正极极片的敷料区域四周留有空白间隙； 
步骤四、采用模切刀模裁切负极集流体，得到负极极片，负极极片的大小和正极极片的大小相同； 
步骤五、将步骤三和步骤四制得的极片按照常规制作工艺制作成叠片电芯。 
本发明利用与涂布辊表面相接触的中间挡块阻挡料槽中的浆料转印到集流体上，从而在集流体上形成平行于集流体移动方向的空白间隙，同时结合间歇涂布的方法，在集流体上形成垂直于集流体移动方向的空白间隙，涂布完成后正极集流体上形成多个呈阵列排列的、大小相同的敷料区域，采用模切刀模裁切后得到四周具有空白间隙的正极极片，由于敷料区域四周具有空白间隙，使得敷料区域边缘敷料的附着力更强，因此可以降低敷料中粘结剂的含量，同时，正极极片四周留出的空白间隙可以减少总的涂布敷料量，降低生产成本；而且，正极极片和负极极片采用相同尺寸的模切刀模进行裁切，不存在更换模具的工序，提高了效率，也降低了模具成本，面积相同的正极极片和负极极片采用叠片工艺制备电芯时，可以提高电芯整体的平整度，不会出现厚度不均的现象，同时相对较多的集流体面积(正极极片与负极极片大小相等)也增加电芯内部电子传递速度与热传递速度。与传统的叠片工艺相比，本发明在成本节约与电芯性能上可以表现出良好的综合效益，易规模化生产。 
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。 

Claims (7)

1.锂离子电池涂布机的涂布机构，包括：涂布辊、连接架、设置于所述连接架上的底板和侧挡板，所述底板和侧挡板形成料槽，所述涂布辊位于所述料槽底部；
其特征在于：
设置于所述连接架上的挡块安装件，所述挡块安装件上间隔设置有中间挡块，所述中间挡块包括连接部和接触部，所述接触部的底部与所述涂布辊的表面相接触，且所述接触部具有从所述底部延伸的与集流体表面相接触的接触面。
2.如权利要求1所述的锂离子电池涂布机的涂布机构，其特征在于：所述连接部为金属连接部。
3.如权利要求1或2所述的锂离子电池涂布机的涂布机构，其特征在于：所述接触部为橡胶接触部或塑料接触部。
4.如权利要求1或2所述的锂离子电池涂布机的涂布机构，其特征在于：所述连接部上设置有螺纹孔，所述中间挡块通过螺纹连接件固定于所述横杆上。
5.采用如权利要求1至4任一项所述的锂离子电池涂布机的涂布机构制备叠片电芯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在横杆上设置一个或以上均匀间隔布置的中间挡块，采用间歇涂布的方式在集流体上涂布正极浆料，制备正极集流体；
步骤二、采用间歇涂布的方式在集流体上涂布负极浆料，制备负极集流体；
步骤三、将步骤一获得的正极集流体进行烘干与辊压后，采用模切刀模进行裁切，模切刀模的裁切区域大于集流体上的敷料区域，裁切后得到敷料区域四周留有空白间隙的正极极片；
步骤四、将步骤二获得的负极集流体进行烘干与辊压后，采用模具切刀进行裁切，得到负极极片，负极极片的尺寸与正极极片的尺寸相等；
步骤五、将裁切后的正极极片和负极极片进行烘烤后，采用叠片工艺制成电芯。
6.如权利要求5所述的制备叠片电芯的方法，其特征在于：所述模切刀模具有多个长方形的裁切区域，正极集流体上的敷料区域位于模切刀模的裁切区域范围以内。
7.如权利要求6所述的制备叠片电芯的方法，其特征在于：所述模切刀模的裁切区域还包括位于长方形一个角上的矩形极耳区。
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