CN108199092B - 一种锂电池卷绕装置及卷绕工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锂电池卷绕装置及卷绕工艺，所述卷绕装置包括放卷机构、过辊机构和卷绕机构，所述卷绕装置还包括层叠覆合机构，所述放卷机构用于将正极片、隔离膜和负极片分别同时放卷，所述过辊机构用于将正极片、隔离膜和负极片从放卷机构上输送至层叠覆合机构；所述层叠覆合机构用于对正极片、隔离膜和负极片依次层叠并覆合；所述卷绕机构用于对覆合后的正极片、隔离膜和负极片进行卷绕。本发明通过将正/负极片与隔离膜的位置进行覆合，避免了在卷绕机构对正/负极片及隔离膜进行位置调整，可缩短成品后电池在工作过程中的锂离子的传输通道，从而起到提高产品倍率性能、降低内阻等性能。

Description

一种锂电池卷绕装置及卷绕工艺

技术领域

本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种锂电池卷绕装置及卷绕工艺。

背景技术

随着锂离子电池的发展，其工艺技术也得到不断的优化和提升。目前，锂离子电池(包括动力电池和3C产品锂电池)的制造从工艺差别角度考虑，主要分为卷绕工艺和叠片工艺。卷绕工艺主要应用于3C目标产品锂离子电池以及方形铝壳动力电池；叠片工艺主要应用于软包动力电池。

请参阅图1和图2，图1为现有的锂电池卷绕制造工艺流程图，图2为现有的卷绕制造工艺的卷绕原理图。锂离子电池卷绕过程中要求：负极片完全包住正极片；隔离膜完全包住负极片。如图1和图2所示，由于正极片、负极片、隔离膜为相互分离状态，现有的卷绕工艺在卷绕过程中，处于分离状态的正极卷11、隔离膜卷12、负极片卷13和隔离膜卷12经放卷机构1和过辊机构2同时输送到卷绕机构3上进行卷绕，现有的这种卷绕工艺对分离的正极片、隔离膜和负极片不易控制，容易出现偏绕，且正极片与隔离膜及负极片与隔离膜之间的气泡不易排出，进而出现短路、尺寸等不良，一方面降低生产效率，另一方面也会产生报废，增加制造成本。另外，现有的卷绕工艺主要应用于外壳为硬壳(如铝壳、钢壳、塑形等)的电池产品，因此，现有的卷绕工艺在整个行业内存在一定的局限性。

请参阅图3，图3为现有技术中锂电池叠片制造工艺流程图，如图3所示，由于正极片、隔离膜和负极片为相互分离状态，现有的叠片工艺是通过机械手间隔从正/负极片料盒抓取极片放到隔离膜上，叠片过程需要精准控制叠片尺寸，而现有的叠片方式在叠放的过程中存在如下缺陷：(1)正极片、隔离膜和负极片之间处于分离状态，并没有形成粘合，上层和下层很容易发生错位，从而导致出现短路或隔膜褶皱等异常；(2)现有的叠片方式制得的电芯，其硬度不能达到要求，从而导致组装时电芯入壳难的问题；(3)现有的叠放方式，正极片与隔离膜及负极片与隔离膜之间有空气进入，后续排气时产品内的气泡不易排出，增加了工序的复杂性，同时也提高了生产成本。目前，行业内叠片或层叠工艺主要应用于对软包锂电池的制作，由于软包电池结构的特殊性，正极片、隔离膜和负极片层叠后不需要后续卷绕工序，因此，现有的叠片或层叠工艺在整个行业内存在一定的局限性。

另外，由于正极片、隔离膜和负极片为相互分离状态，采用上述现有的卷绕工艺或叠片工艺对硬壳电池或软包电池进行卷绕或叠放后，正极片与隔膜及负极片与隔离膜之间贴合效果差，成品电池在充放电过程中，锂离子的传输通道被加长，从而导致充放电效果不佳。

因此，有必要提供一种新的技术方案。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供一种锂电池卷绕装置及卷绕工艺。

根据本发明的一方面，本发明提供一种卷绕装置，所述卷绕装置包括放卷机构、过辊机构和卷绕机构，所述卷绕装置还包括层叠覆合机构，

所述放卷机构用于将正极片、隔离膜和负极片分别同时放卷，

所述过辊机构用于将正极片、隔离膜和负极片从放卷机构上输送至层叠覆合机构；

所述层叠覆合机构用于对正极片、隔离膜和负极片依次层叠并覆合；

所述卷绕机构用于对覆合后的正极片、隔离膜和负极片进行卷绕。

进一步地，所述层叠覆合机构包括加热装置、加压装置、压力传感器、温度传感器、控制器和计时器，

所述加热装置用于对层叠的正极片、隔离膜和负极片加热；

所述加压装置用于对层叠的正极片、隔离膜和负极片加压；

所述温度传感器用于采集层叠的正极片、隔离膜和负极片的温度信号；

所述压力传感器用于采集层叠的正极片、隔离膜和负极片的压力信号；

所述计时器用于监测层叠的正极片、隔离膜和负极片的加热和加压时间信号；

所述控制器用于根据所述压力传感器、温度传感器和计时器采集的信号控制所述加热装置和加压装置。

进一步地，所述层叠覆合机构还包括上箱体和下箱体，所述上箱体和下箱体之间形成有供层叠的正极片、隔离膜和负极片输送的输送通道，所述加热装置包括上加热板和下加热板，所述上加热板位于所述上箱体内，所述下加热板位于所述下箱体内，且上加热板和下加热板相对于输送通道对称设置。

进一步地，所述上加热板和下加热板均为多个，该多个上加热板和多个下加热板分别自输送通道的输入口至输出口等间隔设置，且每个加热板包括多个层叠的加热片，所述上加热板和下加热板中加热片的数量自输送通道的输入口至输出口依次增加。

进一步地，所述加压装置包括位于上箱体上的上压力加载装置和位于下箱体上的下压力加载装置，所述上压力加载装置在层叠的正极片、隔离膜和负极片的上表面进行施压，所述下压力加载装置在层叠的正极片、隔离膜和负极片的下表面进行施压。

进一步地，所述层叠覆合机构还包括用于疏导层叠的正极片、隔离膜和负极片的金属膜片，所述金属膜片分别与所述层叠的正极片、隔离膜和负极片的上表面和下表面相贴合，所述金属膜片的运动方向与层叠的正极片、隔离膜和负极片运动方向一致。

进一步地，所述层叠的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜的上表面和下表面分别覆盖有PET保护膜。

进一步地，所述输送通道的输出口处成对设置有施压辊，及设置于所述施压辊外侧的PET保护膜收卷机构。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种卷绕工艺，其包括放卷、过辊和卷绕工序，所述卷绕工艺还包括层叠覆合工序，所述层叠覆合工序设置在过辊和卷绕工序之间所述层叠覆合工序包括如下步骤：

将正极片、隔离膜和负极片输送至层叠覆合机构，其中，正极片、隔离膜和负极片分别独立卷绕于所述放卷机构上；

利用层叠覆合机构将正极片、隔离膜和负极片在一定的温度、压力和时间条件下进行层叠覆合；

将层叠覆合后的正极片、隔离膜和负极片输送至卷绕机构进行卷绕。

进一步地，所述层叠覆合工序具体包括如下步骤：

将正极片、隔离膜和负极片输送至输送通道；

采用加热装置和加压装置对输送通道内层叠的正极片、隔离膜和负极片进行加热和加压；

采用温度传感器和压力传感器分别采集层叠的正极片、隔离膜和负极片的温度和压力信号；

采用计时器监测层叠的正极片、隔离膜和负极片的加热和加压时间信号；

根据所述压力传感器、温度传感器和计时器采集的信号，采用控制器控制所述加热装置和加压装置。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明的锂电池卷绕装置及卷绕工艺，其首先将正/负极片与隔离膜进行覆合后输送到卷绕机构进行卷绕，这种方式相当于首先将正/负极片与隔离膜的位置进行固定，避免了在卷绕机构对正/负极片及隔离膜进行位置调整。

(2)本发明的锂电池卷绕装置及卷绕工艺，其正/负极片与隔离膜严密覆合，可以确保卷绕过程中正/负极片与隔离膜之间无空气可进入，为后工序产品的加工(排气)降低成本。

(3)本发明的锂电池卷绕装置及卷绕工艺，其正/负极片与隔离膜严密覆合后，可缩短成品后电池在工作过程中的锂离子的传输通道，从而起到提高产品倍率性能、降低内阻等性能。

(4)本发明的锂电池卷绕装置及卷绕工艺，其正/负极片首先与隔离膜覆合，可确保组装前电芯的硬度达到要求，进而降低电芯入壳的难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为现有的锂电池卷绕制造工艺流程图；

图2为现有的卷绕制造工艺的卷绕原理图；

图3为现有技术中锂电池叠片制造工艺流程图；

图4为本发明层叠覆合工艺流程图；

图5为本发明层叠覆合工艺的卷绕原理图；

图6为本发明层叠覆合机构的结构示意图；

图7为加热板中加热片的结构示意图；

图8为采用现有的卷绕或叠片方式正极片、隔离膜和负极片的贴合效果图；

图9为采用本发明的层叠覆合工艺正极片、隔离膜和负极片的贴合效果图。

其中，100-放卷机构，200-过辊机构，300-层叠覆合机构，400-卷绕机构，101-PET保护膜卷，1011-PET保护膜，102-正极卷，1021-正极片，103-隔离膜卷，1031-隔离膜，104-负极卷，1041-负极片，201-输送辊，202-牵引辊，301-上箱体，302-下箱体，3011-上加热板，3021-下加热板，304-金属膜片，305-PET保护膜收卷机构，306-预紧杆，307-导向辊，308-输送通道,309-施压辊。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

请参阅图4，图4为本发明卷绕工艺的流程图。如图4所示，正极片的制作流程为：涂布正电极、分切正极片、正极片制作及烘烤；负极片的制作流程为：涂布负极片、分切负极片、负极片制作及烘烤，将烘烤后的正极片、隔离膜及烘烤后的负极片进行层叠覆合后卷绕。

本发明通过改变目前常规卷绕方式，在流程上加以改进，在正/负极片制作、烘烤完成后，在卷绕前将正/负极片覆合在隔离膜上后，输送至卷绕机构进行卷绕。

请参阅图5，图5为本发明卷绕工艺的卷绕原理图。如图5所示，本发明的卷绕装置包括放卷机构100、过辊机构200、层叠覆合机构300和卷绕机构400。

所述放卷机构100用于将正极片、隔离膜和负极片分别同时放卷，其中，正极片、隔离膜和负极片分别独立卷绕于所述放卷机构上。在该实施例中，所述正极片、隔离膜和负极片分别独立卷绕于所述放卷机构上并非指的是只有一层隔离膜，而是隔离膜间隔排列于正极片和负极片之间，以有效隔离正极片和负极片，从而保证后续卷绕工序后制得的锂电池不会发生短路。在该实施例中，正极卷102、隔离膜卷103、负极卷104和隔离膜卷103在所述放卷机构上由上至下依次设置。

所述过辊机构200用于将正极片1021、隔离膜1031和负极片1041从放卷机构100上输送至层叠覆合机构300。在该实施例中，所述正极片1021、隔离膜1031和负极片1041从放卷机构100上输送至层叠覆合机构300并非指的是只有一层隔离膜，而是隔离膜交替排列于正极片和负极片之间，以有效隔离正极片和负极片，从而保证后续卷绕工序后制得的锂电池不会发生短路。其中，过辊机构200包括输送辊201和一对牵引辊202，所述输送辊201靠近所述放卷机构100设置，所述输送辊201与正极卷102、隔离膜卷103、负极卷104和隔离膜卷104一一对应，从放卷机构100上输出的正极片1021、隔离膜1031、负极片1041和隔离膜1031通过与其对应的输送辊201经牵引辊202汇集。

所述层叠覆合机构300用于对正极片1021、隔离膜1031和负极片1041依次层叠并覆合。经过辊机构200汇集的正极片1021、隔离膜1031、负极片1041和隔离膜1031被输送至层叠覆合机构300，正极片1021、隔离膜1031、负极片1041和隔离膜1031由上至下依次层叠。在该实施例中，所述正极片1021、隔离膜1031和负极片1041依次层叠并覆合并非指的是只有一层隔离膜，而是隔离膜交替排列于正极片和负极片之间，以有效隔离正极片和负极片，从而保证后续卷绕工序后制得的锂电池不会发生短路。

所述卷绕机构400用于对覆合后的正极片1021、隔离膜1031和负极片1041进行卷绕。在该实施例中，所述正极片1021、隔离膜1031和负极片1041进行卷绕并非指的是只有一层隔离膜，而是隔离膜交替排列于正极片和负极片之间，以有效隔离正极片和负极片，从而保证后续卷绕工序后制得的锂电池不会发生短路。

锂离子电池属于化学电源，其工作原理依赖于锂离子在正/负极之间来回迁移，而达到充放电的目的，正极必须为结构稳定的含锂金属氧化物，如磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰三元等等，提供锂源；负极为可接纳锂离子的物质，一般为石墨、碳酸锂等等；正/负极之间需要完全隔离，否则即为电源内部短路，功能失效，并存在严重的安全隐患，故需要采用隔离膜将正/负极完全隔离开，隔离膜一般采用多孔结构的聚丙烯、聚乙烯材质薄膜，一方面起到隔离作用，另一方面有为锂离子电池工作工程中锂离子的迁移提供路径。充电时，正极的含锂金属氧化物中的锂离子在外部电源的作用下，穿过隔离膜，迁移到负极，并嵌入负极层状石墨间隙内；放电时，负极石墨间隙中的锂离子穿过隔离膜，返回到正极，并向外部用电器输送电流。在隔离膜厚度、孔隙率等性能指标一致的情况下，锂离子在其中迁移的难易程度取决于正/负极极片与隔离膜的贴合程度，这将决定锂离子电池的内阻大小，以及电池成品的厚度。

本发明通过一定的温度、压力作用在正/负极片表面，使正/负极片与隔离膜完全贴合，具备一定的固定粘结力，可降低传统叠片工艺正/负极片错位的风险，同时有效提高电芯与隔膜的贴合，提高电芯硬度。

作为一个优选的实施例，所述层叠覆合机构300包括加热装置、加压装置、压力传感器、温度传感器、控制器和计时器。所述加热装置用于对层叠的正极片、隔离膜和负极片加热；所述加压装置用于对层叠的正极片、隔离膜和负极片加压；所述温度传感器用于采集层叠的正极片、隔离膜和负极片的温度信号；所述压力传感器用于采集层叠的正极片、隔离膜和负极片的压力信号；所述计时器用于监测层叠的正极片、隔离膜和负极片的加热和加压时间信号；所述控制器用于根据所述压力传感器、温度传感器和计时器采集的信号控制所述加热装置和加压装置，从而通过控制器来调节加热装置对层叠的正极片、隔离膜和负极片加热的温度，及加压装置加压的压力。

请参阅图6，图6为本发明层叠覆合机构的结构示意图；如图6所示，作为一个优选的实施例，所述层叠覆合机构还包括上箱体301和下箱体302，所述上箱体301和下箱体302之间形成有供层叠的正极片、隔离膜和负极片输送的输送通道308，所述加热装置包括上加热板3011和下加热板3021，所述上加热板3011位于所述上箱体301内，所述下加热板3021位于所述下箱体302内，且上加热板3011和下加热板3021相对于输送通道308对称设置。

所述上加热板3011和下加热板3021均为多个，该多个上加热板3011和多个下加热板3021分别自所述输送通道308的输入口至输出口等间隔设置，且每个加热板包括多个层叠的加热片3030(如图7所示)，所述上加热板3011和下加热板3021中加热片的数量自输送通道308的输入口至输出口依次增加。本发明通过加热片的数量控制可以实现温度的逐渐升高，避免温度突然过高造成隔离膜和保护膜的卷曲。

所述加压装置包括位于上箱体301上的上压力加载装置和位于下箱体302上的下压力加载装置，所述上压力加载装置在层叠的正极片、隔离膜和负极片的上表面进行施压，所述下压力加载装置在层叠的正极片、隔离膜和负极片的下表面进行施压。其中，上压力加载装置的施压方向与下压力加载装置的施压方向正相对，从而可保证层叠的正极片、隔离膜和负极片的上表面和下表面受力均匀。

实施例2

请参阅图5，图5为本发明卷绕工艺的卷绕原理图。如图5所示，本发明的卷绕装置包括放卷机构100、过辊机构200、层叠覆合机构300和卷绕机构400。

所述放卷机构100用于将正极片1021、隔离膜1031和负极片1041分别同时放卷，其中，正极片1021、隔离膜1031和负极片1041分别独立卷绕于所述放卷机构上。在该实施例中，所述正极片1021、隔离膜1031和负极片1041分别独立卷绕于所述放卷机构上并非指的是只有一层隔离膜，而是隔离膜交替排列于正极片和负极片之间，以有效隔离正极片和负极片，从而保证后续卷绕工序后制得的锂电池不会发生短路。在该实施例中，正极卷102、隔离膜卷103、负极卷104和隔离膜卷103在所述放卷机构上由上至下依次设置。

所述过辊机构200用于将正极片1021、隔离膜1031和负极片1041从放卷机构100上输送至层叠覆合机构300。在该实施例中，所述正极片1021、隔离膜1031和负极片1041从放卷机构100上输送至层叠覆合机构300并非指的是只有一层隔离膜，而是隔离膜交替排列于正极片和负极片之间，以有效隔离正极片和负极片，从而保证后续卷绕工序后制得的锂电池不会发生短路。其中，过辊机构200包括输送辊201和一对牵引辊202，所述输送辊201靠近所述放卷机构100设置，所述输送辊201与正极卷102、隔离膜卷103、负极卷104和隔离膜卷104一一对应，从放卷机构100上输出的正极片1021、隔离膜1031、负极片1041和隔离膜1031通过与其对应的输送辊201经牵引辊202汇集。

所述层叠覆合机构300用于对正极片1021、隔离膜1031和负极片1041依次层叠并覆合。经过辊机构200汇集的正极片1021、隔离膜1031、负极片1041和隔离膜1031被输送至层叠覆合机构300，正极片1021、隔离膜1031、负极片1041和隔离膜1031由上至下依次层叠。在该实施例中，所述正极片1021、隔离膜1031和负极片1041依次层叠并覆合并非指的是只有一层隔离膜，而是隔离膜交替排列于正极片和负极片之间，以有效隔离正极片和负极片，从而保证后续卷绕工序后制得的锂电池不会发生短路。

所述卷绕机构400用于对覆合后的正极片1021、隔离膜1031和负极片1041进行卷绕。在该实施例中，所述正极片1021、隔离膜1031和负极片1041进行卷绕并非指的是只有一层隔离膜，而是隔离膜交替排列于正极片和负极片之间，以有效隔离正极片和负极片，从而保证后续卷绕工序后制得的锂电池不会发生短路。

所述层叠覆合机构包括加热装置、加压装置、压力传感器、温度传感器、控制器和计时器，所述加热装置用于对层叠的正极片、隔离膜和负极片加热；所述加压装置用于对层叠的正极片、隔离膜和负极片加压；所述温度传感器用于采集层叠的正极片、隔离膜和负极片的温度信号；所述压力传感器用于采集层叠的正极片、隔离膜和负极片的压力信号；所述计时器用于监测层叠的正极片、隔离膜和负极片的加热和加压时间信号；所述控制器用于根据所述压力传感器、温度传感器和计时器采集的信号控制所述加热装置和加压装置。

所述层叠覆合机构还包括上箱体301和下箱体302，所述上箱体301和下箱体302之间形成有供层叠的正极片、隔离膜和负极片输送的输送通道308，所述加热装置包括上加热板3011和下加热板3021，所述上加热板3011位于所述上箱体301内，所述下加热板3021位于所述下箱体302内，且上加热板3011和下加热板3021相对于输送通道308对称设置。所述上加热板3011和下加热板3021均为多个，该多个上加热板3011和多个下加热板3021分别自所述输送通道308的输入口至输出口等间隔设置，且每个加热板包括多个层叠的加热片3030(如图7所示)，所述上加热板3011和下加热板3021中加热片的数量自输送通道308的输入口至输出口依次增加。本发明通过加热片的数量控制可以实现温度的逐渐升高，避免温度突然过高造成隔离膜和保护膜的卷曲。

请参阅图6，图6为本发明层叠覆合机构的结构示意图；图6中箭头的指向为层叠的正极片、隔离膜和负极片的传送方向。如图6所示，如图6所示，作为一个优选的实施例，所述层叠覆合机构还包括上箱体301和下箱体302，所述上箱体301和下箱体302之间形成有供层叠的正极片、隔离膜和负极片输送的输送通道308，所述加热装置包括上加热板3011和下加热板3021，所述上加热板3011位于所述上箱体301内，所述下加热板3021位于所述下箱体302内，且上加热板3011和下加热板3021相对于输送通道308对称设置。

请继续参阅图6，所述层叠覆合机构还包括用于疏导层叠的正极片、隔离膜和负极片的金属膜片304，所述金属膜片304分别设置于上箱体301和下箱体302上，所述金属膜片304分别与所述层叠的正极片、隔离膜和负极片的上表面和下表面相贴合，所述金属膜片304的运动方向与层叠的正极片、隔离膜和负极片运动方向一致，且所述金属膜片304与层叠的正极片、隔离膜和负极片同步运动。所述金属膜片304通过预紧杆306张紧，通过导向辊307传动，金属膜片可以起到疏导膜片的作用，提高正极片、隔离膜、负极片的定位精度，实现正极片、负极片和隔离膜的平稳贴合，减少正极片、负极片和隔离膜之间的空气。

实施例3

与实施例1和2不同的是，在该实施例中，所述层叠的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜的上表面和下表面分别覆盖有PET保护膜。请继续参阅图5，PET保护膜1011在放卷机构100上卷绕成PET保护膜卷101。PET保护膜卷101、正极卷102、隔离膜卷103、负极卷104、隔离膜卷103和PET保护膜卷101在所述放卷机构上由上至下依次设置。所述PET保护膜卷101、正极卷102、隔离膜卷103、负极卷104、隔离膜卷103和PET保护膜卷101分别同时放卷。

所述输送通道308的输出口处成对设置有施压辊309，及设置于所述施压辊309外侧的PET保护膜收卷机构305。在该实施例中，所述PET保护膜收卷机构为两个辊轮，该两个辊轮分别位于施压辊309的外侧，通过该两个辊轮的转动，将PET保护膜卷绕于辊轮上。

本发明中，PET保护膜、正极片、隔离膜、负极片、隔离膜和PET保护膜在预热后通过加压装置挤压，实现正极片、隔离膜、负极片的定位以及驱赶PET保护膜、正极片、隔离膜、负极片、隔离膜和PET保护膜之间的空气，控制器则起到调节温度、压力和时间的作用，同时实现整个设备协调运行。

实施例4

本发明还提供一种卷绕工艺，其包括放卷、过辊、层叠覆合工序和卷绕工序，具体包括如下步骤：

采用放卷机构100将正极片、隔离膜和负极片分别同时放卷，其中，正极片、隔离膜和负极片分别独立卷绕于所述放卷机构100上。

采用过辊机构200将正极片、隔离膜和负极片从放卷机构上输送至层叠覆合机构300。

利用层叠覆合机构300将正极片、隔离膜和负极片在一定的温度、压力和时间条件下进行层叠覆合；在该实施例中，温度、压力和时间的设定可根据时间需要而定，以保证正极片、隔离膜和负极片牢固的结合在一起。本发明通过一定的温度、压力作用在正/负极片表面，使正/负极片与隔离膜完全贴合，具备一定的固定粘结力，可降低传统叠片工艺正/负极片错位的风险，同时有效提高电芯与隔膜的贴合，提高电芯硬度。

将层叠覆合后的正极片、隔离膜和负极片输送至卷绕机构400进行卷绕。

所述层叠覆合工序具体包括如下步骤：

将正极片、隔离膜和负极片输送至层叠覆合机构的输送通道308内，其中，正极片、隔离膜和负极片在输送通道308内呈依次层叠状态；

采用加热装置和加压装置对输送通道308内层叠的正极片、隔离膜和负极片进行加热和加压；

采用温度传感器和压力传感器分别采集层叠的正极片、隔离膜和负极片的温度和压力信号；

采用计时器监测层叠的正极片、隔离膜和负极片的加热和加压时间信号；

根据所述压力传感器、温度传感器和计时器采集的信号，采用控制器控制所述加热装置和加压装置。

请参阅图8和图9，图8为采用传统的卷绕或叠片方式正极片、隔离膜和负极片的贴合效果图；图9为采用本发明的层叠覆合工艺正极片、隔离膜和负极片的贴合效果图。由图8和图9比较可知，采用传统卷绕、叠片工艺均存在发生图8中所示状况的风险，正极片1021和负极片1041在卷绕、叠片之前与隔离膜1031完成是分离的状态，叠片、卷绕完毕后需使用终止胶带对其进行固定，否则正/负极片及隔离膜很容易发生错位，并且电芯内部正/负极片及隔离膜之间充斥着空气，后续的排气工作面临很大的挑战。然而，在卷绕前将正/负极片层叠覆合在隔离膜上，然后再进行卷绕可有效避免上述问题的发生，层叠覆合可使正/负极片固定在隔离膜上，卷绕时及卷绕后均不会发生错位，并且层叠覆合过程可有效赶尽正/负极片与隔离膜之间的空气。

本发明通过改变目前常规卷绕方式，在正/负极片制作、烘烤完成后，在卷绕前将正/负极片覆合在隔离膜上后，输送至卷绕机构进行卷绕。

本发明可有效改善锂离子电池制造过程中后工序的不良缺陷，如短路、胀气、内阻不良、厚度不良等，改善产品质量。并且在方形铝壳电池制造过程中甚至可以取消负压化成工序，大幅度降低制造成本。

需要注意的是，本发明可应用于采用卷绕工艺技术的硬壳产品(铝壳、钢壳、塑形等)的制造过程中。

本发明具有如下优点：

(1)本发明的锂电池卷绕装置及卷绕工艺，其首先将正/负极片与隔离膜进行覆合后输送到卷绕机构进行卷绕，这种方式相当于首先将正/负极片与隔离膜的位置进行固定，避免了在卷绕机构对正/负极片及隔离膜进行位置调整。

(2)本发明的锂电池卷绕装置及卷绕工艺，其正/负极片与隔离膜严密覆合，可以确保卷绕过程中正/负极片与隔离膜之间无空气可进入，为后工序目标产品的加工(排气)降低成本。

(3)本发明的锂电池卷绕装置及卷绕工艺，其正/负极片与隔离膜严密覆合后，可缩短成品后电池在工作过程中的锂离子的传输通道，从而起到提高目标产品倍率性能、降低内阻等性能。

(4)本发明的锂电池卷绕装置及卷绕工艺，其正/负极片首先与隔离膜覆合，可确保组装前电芯的硬度达到要求，进而降低电芯入壳的难度。

(5)本发明可解决目前行业内采用卷绕工艺加工时，出现的过程不易控制、产品内气泡不易排出、产品厚度不良、内阻偏大、产品硬度不够等缺陷。

上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (9)

1.一种卷绕装置，其包括放卷机构(100)、过辊机构(200)和卷绕机构(400)，其特征在于：所述卷绕装置还包括层叠覆合机构(300)，

所述放卷机构(100)用于将正极片、隔离膜、负极片和隔离膜分别同时放卷，其中，正极片、隔离膜、负极片和隔离膜分别独立卷绕于所述放卷机构(100)上；

所述过辊机构(200)用于将正极片、隔离膜、负极片和隔离膜从放卷机构上输送至层叠覆合机构，所述过辊机构(200)包括输送辊(201)和一对牵引辊(202)，所述输送辊(201)靠近所述放卷机构(100)设置，所述输送辊(201)与正极卷、隔离膜卷、负极卷和隔离膜卷一一对应，从所述放卷机构(100)上输出的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜通过与其对应的输送辊(201)经牵引辊(202)汇集；

所述层叠覆合机构(300)用于对正极片、隔离膜、负极片和隔离膜依次层叠并覆合，所述层叠覆合机构(300)包括加热装置、上箱体(301)和下箱体(302)，所述上箱体(301)和所述下箱体(302)之间形成有供层叠的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜输送的输送通道(308)，所述加热装置用于对层叠的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜加热，所述加热装置包括上加热板(3011)和下加热板(3021)，所述上加热板(3011)和所述下加热板(3021)均为多个，多个所述上加热板(3011)和多个所述下加热板(3021)分别自所述输送通道(308)的输入口至输出口等间隔设置，且每个加热板包括多个层叠的加热片，所述上加热板(3011)和所述下加热板(3021)中加热片的数量自所述输送通道(308)的输入口至输出口依次增加；

所述卷绕机构(400)用于对覆合后的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜进行卷绕。

2.根据权利要求1所述的卷绕装置，其特征在于：

所述层叠覆合机构包括加压装置、压力传感器、温度传感器、控制器和计时器，

所述加压装置用于对层叠的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜加压；

所述温度传感器用于采集层叠的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜的温度信号；

所述压力传感器用于采集层叠的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜的压力信号；

所述计时器用于监测层叠的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜的加热和加压时间信号；

所述控制器用于根据所述压力传感器、温度传感器和计时器采集的信号控制所述加热装置和加压装置。

3.根据权利要求2所述的卷绕装置，其特征在于：

所述上加热板(3011)位于所述上箱体(301)内，所述下加热板(3021)位于所述下箱体(302)内，且所述上加热板(3011)和所述下加热板(3021)相对于输送通道(308)对称设置。

4.根据权利要求3所述的卷绕装置，其特征在于：

所述加压装置包括位于所述上箱体(301)上的上压力加载装置和位于所述下箱体(302)上的下压力加载装置，所述上压力加载装置在层叠的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜的上表面进行施压，所述下压力加载装置在层叠的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜的下表面进行施压。

5.根据权利要求1所述的卷绕装置，其特征在于：

所述层叠覆合机构还包括用于疏导层叠的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜的金属膜片(304)，所述金属膜片(304)分别与所述层叠的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜的上表面和下表面相贴合，所述金属膜片(304)的运动方向与层叠的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜运动方向一致。

6.根据权利要求3所述的卷绕装置，其特征在于：

所述层叠的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜的上表面和下表面分别覆盖有PET保护膜。

7.根据权利要求6所述的卷绕装置，其特征在于：

所述输送通道(308)的输出口处成对设置有施压辊(309)，及设置于所述施压辊(309)外侧的PET保护膜收卷机构(305)。

8.一种基于权利要求1-7项中任意一项所述卷绕装置的卷绕工艺，其包括放卷、过辊和卷绕工序，所述过辊工序为输送辊与正极卷、隔离膜卷、负极卷和隔离膜卷一一对应，从放卷机构上输出的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜通过与其对应的输送辊经牵引辊汇集，其特征在于：所述卷绕工艺还包括层叠覆合工序，所述层叠覆合工序设置在过辊和卷绕工序之间，所述层叠覆合工序包括如下步骤：

将正极片、隔离膜、负极片和隔离膜输送至层叠覆合机构，其中，正极片、隔离膜、负极片和隔离膜分别独立卷绕于所述放卷机构上；

利用层叠覆合机构将正极片、隔离膜、负极片和隔离膜在一定的温度、压力和时间条件下进行层叠覆合；

将层叠覆合后的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜输送至卷绕机构进行卷绕。

9.根据权利要求8所述卷绕装置的卷绕工艺，其特征在于：

所述层叠覆合工序具体包括如下步骤：

将正极片、隔离膜、负极片和隔离膜输送至输送通道；

采用加热装置和加压装置对输送通道内层叠的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜进行加热和加压；

采用温度传感器和压力传感器分别采集层叠的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜的温度和压力信号；

采用计时器监测层叠的正极片、隔离膜、负极片和隔离膜的加热和加压时间信号；

根据所述压力传感器、温度传感器和计时器采集的信号，采用控制器控制所述加热装置和加压装置。

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