CN104362385B - 锂离子电池卷绕电芯的制备方法 - Google Patents

锂离子电池卷绕电芯的制备方法 Download PDF

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Abstract

锂离子电池卷绕电芯的制备方法，在涂布机构的挡块安装件上设置一个或以上均匀间隔布置的中间挡块，在集流体上涂布正极浆料，制备正极集流体；在集流体上涂布负极浆料，制备负极集流体；将正极集流体和负极集流体上的敷料区域和空白间隙一起裁切，得到正极极片和负极极片，极片的一侧均留有未敷料的空白区；将正极极片和负极极片及隔膜叠放在一起，正极极片的空白区和负极极片的空白区分别位于两侧，敷料区域位于中间，进行卷绕，得到无极耳卷芯；在无极耳卷芯的两侧设置正、负极耳，点焊后入壳制成电芯。本发明卷绕时将极片上的空白区放置于两侧，利用极片一侧的空白集流体进行卷绕后形成类似于叠片式电芯一样的多极耳结构，可以减低电芯内阻。

Description

锂离子电池卷绕电芯的制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池卷绕电芯的制备方法。
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。叠片式电芯的倍率性能优越，但需要经过涂布、裁切、叠片等多道工序才能制备完成，生产工艺复杂耗时，导致这类电芯的生产效率不高；卷绕式电芯虽然生产速度快，但由于电芯内阻偏大，因此在超高倍率方面的动力领域的应用受到一定程度的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种卷绕电芯的制备方法，通过该方法制备的锂离子电池电芯同时具有卷绕式的生产效率，同时也能让电芯具有高倍率性能。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：
一种锂离子电池卷绕电芯的制备方法，用于涂布浆料的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；
制备方法的步骤如下：
步骤一、在所述挡块安装件上设置一个或以上均匀间隔布置的中间挡块，在集流体上涂布正极浆料，制备正极集流体；
步骤二、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和步骤二获得的负极集流体进行烘干与辊压后，将集流体上的敷料区域和空白间隙一起裁切下来，得到条形的正极极片和负极极片，所述极片的一侧均留有未敷料的空白区；
步骤四、将步骤三得到的极片烘烤后，将正极极片和负极极片及隔膜叠放在一起，正极极片的空白区和负极极片的空白区分别位于两侧，敷料区域位于中间，正极极片与负极极片之间设置隔膜，将极片进行卷绕，所述正极极片的敷料区域位于负极极片的敷料区域内，隔膜宽度大于负极极片的敷料区域的宽度，小于整个卷芯的轴向长度；
步骤五、卷绕后得到无极耳卷芯；
步骤六、在无极耳卷芯的两侧分别设置正、负极耳，点焊后入壳制成电芯。
本发明具体的技术方案为：所述中间挡块的连接部为金属连接部。
本发明具体的技术方案为：所述中间挡块的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：所述中间挡块的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连杆上。
本发明具体的技术方案为：所述负极集流体上的敷料区域的宽度大于所述正极集流体上的敷料区域的宽度。
本发明具体的技术方案为：所述正、负极耳的最大宽度不大于卷芯宽度。
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在集流体上涂布浆料，可在一张大片(一个涂布周期)中同时获得多个条形的敷料区域，敷料区域间由未敷料的空白区所隔开，集流体上涂覆面的个数根据中间档板的个数进行调节，然后按照设计工艺将大片进行分切可同时获得多张小极片，敷料区域和空白区一起裁切下来得到的极片无需预先点焊极耳，将正、负极片上的空白区置于两侧进行卷绕，最后在卷芯两侧连接正负极耳，制得电芯。本发明方法制得的电芯具有类似叠片电芯的结构，减小了电芯的内阻，提高了生产效率，同时具有高倍率性能。
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为本发明实施例所用的涂布机涂布机构的结构示意图；
图2为本发明实施例所用的涂布机构的分解结构示意图；
图3至图9分别为本发明卷绕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，本发明制备电芯时所采用的锂离子电池涂布机的间隔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上设置有连杆6，连杆为本实施例的用于安装中间挡块的挡块安装件，连杆6平行于涂布辊1，连杆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套在连杆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定位于连杆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。
在向集流体上涂布正极浆料或负极浆料时，本发明通过在涂布机构上设置间隔布置的中间挡块5，使料槽中的部分浆料被中间挡块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，涂布完成后，集流体100上形成多个平行于集流体移动方向的条形的敷料区域b，敷料区域b之间由空白间隙a隔开。将集流体上的敷料区域与空白间隙一起裁切下来，得到一侧具有空白间隙的正极极片和负极极片，然后采用常规卷绕工艺制作电芯。
下面结合图3至图9，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，连杆上设置两个中间挡块5，该两个中间挡块5之间的间隔即为60mm，中间挡块与连接架内边缘(料槽内侧边缘)之间的间隔也为60mm，中间挡块5的厚度为12mm(即集流体上空白间隙a的宽度为12mm)，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平行于集流体移动方向的条形的敷料区域b，敷料区域b由空白间隙a隔开，敷料区域b的大小相同，宽度均为60mm，敷料区域b之间的间隔(空白间隙a)为12mm；
步骤二、采用石墨作为负极浆料，连杆上设置两个中间挡块，该两个中间挡块之间的间隔即为62mm，中间挡块与连接架内边缘之间的间隔也为62mm，中间挡块5的厚度为10mm，通过辊式涂布机在空白的集流体上涂布负极浆料，制备负极集流体，制得的负极集流体上具有平行于集流体移动方向的条形的敷料区域；
步骤三、将涂布了正极浆料和负极浆料的集流体进行烘干与辊压后，采用分切刀进行裁切，将敷料区域和空白间隙一起裁切下来，得到条形的正极极片和负极极片，如图5和图6所示，极片的一侧均留有未敷料的空白区，本实施例的空白间隙的宽度为10mm；
步骤四、裁切得到的极片烘烤后，将正极极片A和负极极片B叠放在一起，如图7所示，正极极片A的空白间隙和负极极片B的空白间隙分别位于两侧，敷料区域位于中间，正极极片A与负极极片B之间有隔膜，隔膜的宽度为64mm，负极极片上的敷料宽度大于正极极片上的敷料宽度，正极极片的敷料区域位于负极极片的敷料区域内，隔膜(未图示)位于卷芯中部，隔膜宽度大于负极极片的敷料宽度，但小于整个卷芯的轴向长度，沿图示方向卷绕极片；
步骤五、如图8所示，卷绕后得到无极耳卷芯，卷芯宽度为50mm；
步骤六、如图9所示，在得到的无极耳卷芯的两侧分别使用30mm宽度的极耳(正、负极耳的最大宽度不大于卷芯宽度)，点焊后入壳，后续按照常规制作工艺制作成电芯。
实施例2
步骤一、采用磷酸铁锂(LiFePO4)作为正极浆料，连杆上设置3个中间挡块，相邻两个中间挡块之间的间隔即为60mm，中间挡块的厚度为8mm，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、采用石墨作为负极浆料，连杆上设置3个中间挡块，该两个中间挡块之间的间隔即为62mm，中间挡块5的厚度为8mm，通过辊式涂布机在空白的集流体上涂布负极浆料，制备负极集流体；
步骤三、将涂布了正极浆料和负极浆料的集流体进行烘干与辊压后，采用分切刀进行裁切，得到条形的正极极片和负极极片，正负极极片前端刮粉位均为0mm(正反面刮粉位按照常规卷绕式电芯设计)，极片的一侧均留有空白间隙，本实施例的空白间隙的宽度为6mm；
步骤四、裁切后的极片烘烤后，将正极极片和负极极片叠放在一起，正极极片的空白间隙和负极极片的空白间隙分别位于两侧，敷料区域位于中间，正极极片与负极极片之间有隔膜，隔膜的宽度为64mm，正极敷料区域位于负极敷料区域内，负极敷料区域位于隔膜区域内，隔膜位于卷芯中部，隔膜宽度大于负极极片的敷料宽度，但小于整个卷芯的轴向长度，卷绕极片；
步骤五、卷绕后得到无极耳卷芯，卷芯宽度为50mm；
步骤六、在得到的无极耳卷芯的两侧分别使用10mm宽度的极耳，点焊后入壳，后续按照常规制作工艺制作成电芯。
实施例3
步骤一、采用钴酸锂(LiCoO2)作为正极浆料，连杆上设置5个中间挡块，相邻两个中间挡块之间的间隔即为60mm，中间挡块的厚度为12mm，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、采用石墨(Graphite)作为负极浆料，连杆上设置5个中间挡块，该两个中间挡块之间的间隔即为62mm，中间挡块5的厚度为12mm，通过辊式涂布机在空白的集流体上涂布负极浆料，制备负极集流体；
步骤三、将涂布了正极浆料和负极浆料的集流体进行烘干与辊压后，采用分切刀进行裁切，得到条形的正极极片和负极极片，正负极极片前端刮粉位均为0mm，极片的一侧均留有空白间隙，本实施例的空白间隙的宽度为10mm；
步骤四、裁切后的极片烘烤后，将正极极片和负极极片叠放在一起，正极极片的空白间隙和负极极片的空白间隙分别位于两侧，敷料区域位于中间，正极极片与负极极片之间有隔膜，隔膜的宽度为64mm，正极敷料区域位于负极敷料区域内，负极敷料区域位于隔膜区域内，隔膜位于卷芯中部，隔膜宽度大于负极极片的敷料宽度，但小于整个卷芯的轴向长度，卷绕极片；
步骤五、卷绕后得到无极耳卷芯，卷芯宽度为50mm；
步骤六、在得到的无极耳卷芯的两侧分别使用30mm宽度的极耳，点焊后入壳，后续按照常规制作工艺制作成电芯。
实施例4
步骤一、采用钴酸锂(LiCoO2)作为正极浆料，连杆上设置4个中间挡块，相邻两个中间挡块之间的间隔即为60mm，中间挡块的厚度为8mm，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、采用锡碳(Sn/C)作为负极浆料，连杆上设置4个中间挡块，该两个中间挡块之间的间隔即为62mm，中间挡块5的厚度为8mm，通过辊式涂布机在空白的集流体上涂布负极浆料，制备负极集流体；
步骤三、将涂布了正极浆料和负极浆料的集流体进行烘干与辊压后，采用分切刀进行裁切，得到条形的正极极片和负极极片，正负极极片前端刮粉位均为0mm，极片的一侧均留有空白间隙，本实施例的空白间隙的宽度为6mm；
步骤四、裁切后的极片烘烤后，将正极极片和负极极片叠放在一起，正极极片的空白间隙和负极极片的空白间隙分别位于两侧，敷料区域位于中间，正极极片与负极极片之间有隔膜，隔膜的宽度为64mm，正极敷料区域位于负极敷料区域内，负极敷料区域位于隔膜区域内，隔膜位于卷芯中部，隔膜宽度大于负极极片的敷料宽度，但小于整个卷芯的轴向长度，卷绕极片；
步骤五、卷绕后得到无极耳卷芯，卷芯宽度为50mm；
步骤六、在得到的无极耳卷芯的两侧分别使用30mm宽度的极耳，点焊后入壳，后续按照常规制作工艺制作成电芯。
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，涂布完成后集流体上形成多个间隔排列的敷料区域，采用切刀将敷料区域和空白间隙一起裁切，得到一侧为未敷料的空白区的正极极片和负极极片，卷绕时将极片上的空白区放置于两侧，敷料区域位于中间，利用极片一侧多出的空白集流体进行卷绕后，形成类似于叠片式电芯一样的多极耳结构，可以大幅度减低电芯内阻，最后再焊接上极耳封装入壳，由于制作时仍然采用卷绕工艺进行制作，所以生产速度与常规的卷绕式电芯并无太大差别，效率高于叠片电芯的生产工艺。
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 (6)

1.一种锂离子电池卷绕电芯的制备方法，其特征在于：用于涂布浆料的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，以阻挡料槽中的浆料转印到集流体上；
制备方法的步骤如下：
步骤一、在所述挡块安装件上设置一个或以上均匀间隔布置的中间挡块，在集流体上涂布正极浆料，制备正极集流体；
步骤二、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和步骤二获得的负极集流体进行烘干与辊压后，将集流体上的敷料区域和空白间隙一起裁切下来，得到条形的正极极片和负极极片，所述极片的一侧均留有未敷料的空白区；
步骤四、将步骤三得到的极片烘烤后，将正极极片和负极极片及隔膜叠放在一起，正极极片的空白区和负极极片的空白区分别位于两侧，敷料区域位于中间，正极极片与负极极片之间设置隔膜，将极片进行卷绕，所述正极极片的敷料区域位于负极极片的敷料区域内，隔膜宽度大于负极极片的敷料区域的宽度，小于整个卷芯的轴向长度；
步骤五、卷绕后得到无极耳卷芯；
步骤六、在无极耳卷芯的两侧分别设置正、负极耳，点焊后入壳制成电芯。
2.如权利要求1所述的锂离子电池卷绕电芯的制备方法，其特征在于：所述中间挡块的连接部为金属连接部。
3.如权利要求1或2所述的锂离子电池卷绕电芯的制备方法，其特征在于：所述中间挡块的接触部为橡胶接触部或塑料接触部。
4.如权利要求1或2所述的锂离子电池卷绕电芯的制备方法，其特征在于：所述中间挡块的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连杆上，所述连杆为挡块安装件。
5.如权利要求1所述的锂离子电池卷绕电芯的制备方法，其特征在于：所述负极集流体上的敷料区域的宽度大于所述正极集流体上的敷料区域的宽度。
6.如权利要求1所述的锂离子电池卷绕电芯的制备方法，其特征在于：所述正、负极耳的最大宽度不大于卷芯宽度。
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