CN107591566A

CN107591566A - 弧形二次电池成型方法

Info

Publication number: CN107591566A
Application number: CN201610534923.4A
Authority: CN
Inventors: 刘军; 金鑫
Original assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Current assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2018-01-16

Abstract

本发明提供了一种弧形二次电池成型方法，其步骤为：1)制备卷绕型裸电芯；2)采用两片弧形夹对裸电芯进行施压整形，得到初步成型的弧形裸电芯；3)利用弧形封装袋对弧形裸电芯进行封装，得到基本成型的弧形二次电池；4)在弧形二次电池中注入液态电解液，并进行烘干和化成；5)采用弧形马甲套住化成后的弧形二次电池，对其进行热压，使二次电池最终固定成弧形。与现有技术相比，本发明弧形二次电池成型方法制得的弧形二次电池具有电化学性能好、弧度稳定、外观良好等优点。

Description

弧形二次电池成型方法

技术领域

本发明涉及二次电池制造领域，更具体地说，涉及一种弧形二次电池成型方法。

背景技术

近年来，便携式电子装置的体积越来越小，对佩戴舒适度以及续航能力的需求也越来越高。尤其是对于佩戴在身上的电子装置来说，佩戴时的贴身度以及体积的微小化，都要求为其提供电力的电池具有更小的尺寸和重量，同时还要求具有较高的空间适应能力。

由于电池是直接放到电子装置中使用，电子装置中为电池预留的空间大小直接决定了其续航能力。但如果为了增加续航能力而专门为电池预留过多的空间，又会导致电子装置内部的其他电子元件位置不规则。在实际使用中我们发现，其实电子装置当中闲置的空间较多，只不过由于传统电池只能使用立方体空间，大大降低了空间的利用效率。为了使电子装置内部各类型电子元件的布置更加紧凑，以便更有效地利用电子装置内部的空间，业界开始使用包括弧形电池在内的各种异形二次电池。

目前，主要采用以下两种方法制备弧形二次电池：

1)按照传统的工艺制备平电池，在平电池化成完成后，再将其放入上下两片弧形夹具中间，在一定温度和时间段内对电池施以预定的压力，将电池原本水平的上下表面压成弧形，得到弧形电池；

2)在将正负极卷绕在一起之前，先将聚合物电解质粘接在正负极极片上，然后再进行卷绕，并在裸电芯成型后直接一次压弯成弧形，之后套上封装袋、化成后直接成型。

但是，以上两种方法均存在明显的缺点：

第一种方法是在电池化成后再采用压弧机把本来已经成型的平电池直接压弯成弧形，虽然工序简单，却会造成电池外观褶皱，十分难看；而且由于电池的弧形是一次压弯形成的，弧度很不稳定，在循环以及存储过程中弧度变化会较大；

第二种方法需要在前期就将电解质附着在极片上，导致极片制造工序较繁琐，前期工序成本投入较高；而且，虽然使用聚合物电解质会使电池制成弧形的工序简化，但是聚合物电解质本身的缺陷又会导致电池的倍率性能变差，尤其是现在的电子装置经常会要求大倍率充放电，聚合物电解质电池容易在大倍率充放电时出现各种问题。

有鉴于此，确有必要提供一种能够解决上述问题的弧形二次电池成型方法。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种弧形二次电池成型方法，以制备出弧度稳定、外观良好的弧形二次电池。

为了实现上述目的，本发明提供了一种弧形二次电池成型方法，其包括以下步骤：

1)制备卷绕型裸电芯；

2)采用两片弧形夹对裸电芯进行施压整形，得到初步成型的弧形裸电芯；

3)利用弧形封装袋对弧形裸电芯进行封装，得到基本成型的弧形二次电池；

4)在弧形二次电池中注入液态电解液，并进行烘干和化成；

5)采用弧形马甲套住化成后的弧形二次电池，对其进行热压，使二次电池最终固定成弧形。

作为本发明弧形二次电池成型方法的一种改进，所述步骤2)对裸电芯进行施压整形的温度为80℃-90℃，压力为0.15～0.25Mpa，时间为7～13秒。

作为本发明弧形二次电池成型方法的一种改进，所述步骤2)对裸电芯施压整形后，需要在12h内，对弧形裸电芯进行封装。

作为本发明弧形二次电池成型方法的一种改进，所述步骤3)利用弧形封装袋对弧形裸电芯进行封装时，所使用的弧形封装袋的弧度需要与弧形二次电池的设计弧度一致，并使用匹配的弧形封头进行封装。

作为本发明弧形二次电池成型方法的一种改进，所述步骤5)热压时，对每个弧形二次电池施加的压力为1.0～1.1兆帕，热压温度为80℃-90℃，时间为4～6个小时。

作为本发明弧形二次电池成型方法的一种改进，所述步骤5)进行热压前，需要先在弧形马甲的内壁贴上不导电涂膜或者硅胶。

作为本发明弧形二次电池成型方法的一种改进，所述步骤5)所采用的弧形马甲包括凹凸相对的弧形凹马甲和弧形凸马甲，弧形凹马甲和弧形凸马甲的弧度均与弧形二次电池的设计弧度一致。

作为本发明弧形二次电池成型方法的一种改进，所述弧形凹马甲包括一块设有收容部的凹马甲主体和两块分别设置于凹马甲主体前后两端的凹马甲挡块；收容部的底面为与弧形二次电池的设计弧度相匹配的内凹弧形面；弧形凸马甲包括一块设有弧形凸出面的凸马甲主体和两块分别设置于凸马甲主体前后两端的凸马甲挡块。

作为本发明弧形二次电池成型方法的一种改进，所述凹马甲挡块和凸马甲挡块设有彼此对应的定位销孔结构，弧形凹马甲和弧形凸马甲通过所述定位销孔结构实现彼此对位。

作为本发明弧形二次电池成型方法的一种改进，位于所述凸马甲主体前端的凸马甲挡块的下表面为凸出的弧形面。

与现有技术相比，本发明弧形二次电池成型方法制得的弧形二次电池具有电化学性能好、弧度稳定、外观良好等优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明弧形二次电池成型方法及其有益技术效果进行详细说明，其中：

图1为本发明弧形二次电池成型方法的流程图；

图2为本发明步骤3)中所使用的弧形封装袋的结构示意图；

图3为本发明步骤5)中所使用的弧形马甲的结构示意图；

图4为本发明图3中弧形马甲的凹马夹主体的结构示意图；

图5为本发明图3中弧形马甲的凹马夹挡块的结构示意图；

图6为本发明图3中弧形马甲的凸马夹主体的结构示意图；

图7为本发明图3中弧形马甲的凸马夹挡块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，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，并不是为了限定本发明。

请参阅图1，本发明弧形二次电池成型方法包括以下步骤：

步骤S10，制备卷绕型裸电芯。此步骤是将隔离膜间隔在阴极片和阳极片之间卷绕成裸电芯，采用传统原料和工艺完成即可，例如：可以使用钴锂作为阴极，与导电碳纤维、N-甲基吡咯烷酮按照一定配比，以分次加入物料的方式，使用鸿运搅拌机搅拌成浆料状态阴极浆料，之后再通过涂膜机，将阴极浆料涂覆在Al箔上面，制得阴极片；采用石墨作为阳极，与导电炭黑、羧甲基纤维素丁二烯橡胶、去离子水，按照一定配比，以分次加入物料的方式，使用鸿运搅拌机搅拌成阳极浆料，再通过涂膜机，将阴极浆料涂覆在Cu箔上面，制得阳极片；之后将阴阳极片碾压分条，使用美国Celgard 7u隔离膜，手工卷绕成裸电芯。

步骤S12，采用两片弧形夹在高温下对裸电芯进行施压整形，得到初步成型的弧形裸电芯；弧形夹的弧度与弧形二次电池的设计弧度一致，施压整形的温度为80℃～90℃，压力为0.15～0.25Mpa，整形时间为7～13秒。此步骤的主要目的是为了下一步封装方便。为了避免初步成型后的裸电芯弧度反弹，需要控制此步骤与下一步骤之间的时间间隔，要求时间间隔小于12h。

步骤S14，利用弧形封装袋对裸电芯进行封装，得到基本成型的弧形二次电池。请参阅图2，此步骤所使用的封装袋是弧形封装袋30，其是使用专门制作的冲封装模具，将平封装袋冲出所需弧度，并匹配弧形切刀而制成的，弧形封装袋30的弧度与弧形裸电芯的弧度以及二次电池的设计弧度均一致，以确保封装过程中不会出现外观褶皱。封装时，手动将初步成型的弧形裸电芯放入制作好的弧形封装袋30中，上下对折时需要控制好对齐度，之后使用匹配的弧形封头进行封装，此过程需要注意封头对齐度，并通过测量封装后的封装厚度来调整封头位置，封装后得到基本成型的弧形二次电池。

步骤S16，在弧形二次电池中注入液态电解液，并进行烘干和化成。由于使用的是液态电解液，所以封装后的弧形二次电池需要进行烘干，直到水分含量符合要求，再使用注液机开始对每一个封装过后的弧形二次电池进行注液，注液前需要计算好注液量以保证电池后期的循环性能。注液后的弧形二次电池需要高温静置一段时间，以保证电解液浸润到极片的每一个位置，并进入到大部分的极片空隙当中；在规定时间静置完毕后，开始对弧形二次电池进行化成。由于此步骤的所有操作都可以直接采用现有平面形二次电池的制备工艺，因此不再赘述。

步骤S18，采用弧形马甲套住化成后的弧形二次电池，对其进行热压，使电池最终固定成弧形。化成后的电池，为了将产生的气体排除在外，也为了使极片与隔离膜粘结的更紧密，需要进行热压工序。为了能将弧形二次电池放到传统用于平电池的热压设备里面，需要采用内部弧度与弧形二次电池设计弧度完全一致的弧形马甲套住电池而对其进行定位。请参阅图3，弧形马甲是专为弧形二次电池的热压设计的夹具，其包括凹凸相对的弧形凹马甲40和弧形凸马甲50，弧形凹马甲40和弧形凸马甲50的弧度均与弧形二次电池的设计弧度一致。热压前，先在弧形凹马甲40和弧形凸马甲50的内壁均贴上不导电涂膜或者硅胶，以保证弧形二次电池在受压时各个部位都受力均匀，同时保证弧形马甲内部的表面光滑，不会出现硬物划伤电池外观的情况；之后将弧形二次电池放到弧形马甲里面，再将装配好弧形马甲的弧形二次电池放置到热压设备上面，一起置于热压炉里进行高温热压，热压时对每个电池施加的压力为1.0～1.1兆帕，热压温度为80℃-90℃，时间为4～6个小时，热压后即可得到完全成型的弧形二次电池。最后，对热压后的弧形二次电池进行抽气、切边等后续工序即可。

通过以上描述可知，本发明弧形二次电池成型方法先将卷绕完毕的裸电芯初步成型为弧形，再采用弧形封装袋进行封装，并在注液、化成后，使用与二次电池设计弧度完全一致的弧形马甲套住每一个电池，然后进行高温热压使电池最终成型为弧形。因此，与现有技术相比，本发明弧形二次电池成型方法至少具有以下优点：

1)采用液态电解液，保证了电池的电化学性能。液态电解液的溶剂部分主要由极性高、介电常数大的环酯(例如碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯等)与极性底、介电常数小、粘度底的直链酯(例如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯等)混合而成，两者混合可以取长补短；电解液的锂盐部分主要使用的有LiPF₆、LiBOB、LiBF₄、LiODFB、LiCF₃SO₃CF₃SO₂等常用锂盐；为了增加锂离子电池的倍率性能或者低温性能或者其他方面的性能，通常还会在电解液内添加各种有机溶剂。与聚合物电解质相比，采用液态电解液的锂离子电池倍率性能更好，可以满足电子装置大倍率充放电的要求。

2)电池外观良好。本发明采用弧形封装袋对裸电芯进行初步成型的弧形裸电芯封装，因此可完全避免外观褶皱的问题。

3)电池弧度稳定。由于二次电池的弧形经过了封装前、封装时和热压时多次成型，因此弧度稳定性增大，几乎没有反弹。经测试，本发明制作的弧形二次电池在经过500个循环后，弧度反弹小于1mm，容量保持率大于89％。

以下对步骤S18所使用的弧形马甲的结构进行详细描述。

请参阅图3至图5，弧形凹马甲40包括一块设有收容部420的凹马甲主体42和两块分别固定于凹马甲主体42前后两端的凹马甲挡块44。收容部420的底面为与弧形二次电池的设计弧度相匹配的内凹弧形面。凹马甲主体42的前后端面分别设有螺孔424和轴向突出的定位凸块422。每一凹马甲挡块44的上表面中部均设有定位孔440，朝向凹马甲主体42的端面则设有与凹马甲主体42的定位凸块422相对应的定位凹槽442，以及与凹马甲主体42的螺孔424相对应的穿孔444。组装时，只需利用定位凸块422与定位凹槽442的配合将凹马甲挡块44初步定位在凹马甲主体42的前后两端，再通过螺丝46锁固即可完成弧形凹马甲40的组装。

请参阅图3、图6和图7，弧形凸马甲50包括一块设有弧形凸出面520的凸马甲主体52和两块分别固定于凸马甲主体52前后两端的凸马甲挡块54。弧形凸出面520的弧度与弧形二次电池的设计弧度相匹配。凸马甲主体52的前后端面分别设有螺孔524和轴向突出的定位凸块522。每一凸马甲挡块54的下表面中部均设有与凹马甲挡块44的定位孔440对应的定位销540，朝向凸马甲主体52的端面则设有与凸马甲主体52的定位凸块522相对应的定位凹槽542，以及与凸马甲主体52的螺孔524相对应的穿孔544。为了避让弧形二次电池的前沿及极耳，防止自弧形二次电池伸出的极耳被压平，位于前端的凸马甲挡块54的下表面为凸出的弧形面。组装时，只需利用定位凸块522与定位凹槽552的配合将凸马甲挡块54初步定位在凸马甲主体52的前后两端，再通过螺丝56锁固即可完成弧形凸马甲50的组装。

使用时，将弧形二次电池置于弧形凹马甲40的收容部420中，再将弧形凸马甲50盖在弧形凹马甲40上方(也可以将弧形二次电池置于弧形凸马甲50的弧形凸出面520上，再将弧形凹马甲40盖在弧形凸马甲50上方)，利用定位销540与定位孔440的配合实现弧形凸马甲50与弧形凹马甲40的对位，即可将弧形二次电池夹持固定在弧形凹马甲40的内凹弧形面和弧形凸马甲50的弧形凸出面520之间，且可以根据需要对弧形二次电池施加预定的压力。因此，上述弧形马甲可以用于电池的热压和/或冷压工序，在预定的时间、压力、温度下对电池进行整形，以使弧形二次电池的弧度保持较好地稳定性。

根据上述原理，本发明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

1.一种弧形二次电池成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备卷绕型裸电芯；

4)在弧形二次电池中注入液态电解液，并进行烘干和化成；

5)采用弧形马甲套住化成后的弧形二次电池，对其进行热压，使电池最终固定成弧形。

2.根据权利要求1所述的弧形二次电池成型方法，其特征在于：所述步骤2)对裸电芯进行施压整形的温度为80℃-90℃，压力为0.15～0.25Mpa，时间为7～13秒。

3.根据权利要求1所述的弧形二次电池成型方法，其特征在于：所述步骤2)对裸电芯施压整形后，需要在12h内，对弧形裸电芯进行封装。

4.根据权利要求1所述的弧形二次电池成型方法，其特征在于：所述步骤3)利用弧形封装袋对弧形裸电芯进行封装时，所使用的弧形封装袋的弧度需要与弧形二次电池的设计弧度一致，并使用匹配的弧形封头进行封装。

5.根据权利要求1所述的弧形二次电池成型方法，其特征在于：所述步骤5)热压时，对每个弧形二次电池施加的压力为1.0～1.1兆帕，热压温度为80℃-90℃，时间为4～6个小时。

6.根据权利要求1所述的弧形二次电池成型方法，其特征在于：所述步骤5)进行热压前，需要先在弧形马甲的内壁贴上不导电涂膜或者硅胶。

7.根据权利要求1所述的弧形二次电池成型方法，其特征在于：所述步骤5)所采用的弧形马甲包括凹凸相对的弧形凹马甲和弧形凸马甲，弧形凹马甲和弧形凸马甲的弧度均与弧形二次电池的设计弧度一致。

8.根据权利要求7所述的弧形二次电池成型方法，其特征在于：所述弧形凹马甲包括一块设有收容部的凹马甲主体和两块分别设置于凹马甲主体前后两端的凹马甲挡块；收容部的底面为与弧形二次电池的设计弧度相匹配的内凹弧形面；弧形凸马甲包括一块设有弧形凸出面的凸马甲主体和两块分别设置于凸马甲主体前后两端的凸马甲挡块。

9.根据权利要求8所述的弧形二次电池成型方法，其特征在于：所述凹马甲挡块和凸马甲挡块设有彼此对应的定位销孔结构，弧形凹马甲和弧形凸马甲通过所述定位销孔结构实现彼此对位。

10.根据权利要求8所述的弧形二次电池成型方法，其特征在于：位于所述凸马甲主体前端的凸马甲挡块的下表面为凸出的弧形面。