CN108336418A - 一种改善电芯膨胀变形的卷绕工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电池生产制造技术领域，尤其涉及一种改善电芯膨胀变形的卷绕工艺，包括以下步骤：步骤1)极片及隔离膜备料：将正极片、负极片和隔离膜制备成连续的卷料，并分别安装在正极片送料机构、负极片送料机构和隔离膜送料机构上；步骤2)卷绕：将正极片、负极片和隔离膜通过椭圆形卷针卷绕成电芯，当卷绕到第N层时，N＞1，暂停卷绕，插入圆形卷针，然后继续卷绕；直至到达设定层数时停止卷绕；步骤3)卷绕结束，先拔出圆形卷针，再拔出电芯内的椭圆形卷针。本发明通过在卷绕过程中插设圆形卷针预留极片膨胀空间，当极片在循环过程中发生膨胀时，通过该预留的膨胀空间进行缓冲和抑制，有效避免电芯发生膨胀变形，极大提高产品质量。
Description
技术领域
本发明属于电池生产制造技术领域，尤其涉及一种改善电芯膨胀变形的卷绕工艺。
背景技术
卷绕是锂离子电池生产过程中非常重要的工序，随着科技的发展，卷绕工序的自动化程度越来越高。在自动化的卷绕过程中，必须对极片和隔离膜施加较大的拉力，以确保正极片和负极片以及隔离膜和正极片之间的整齐程度。然而，卷绕过程中的拉力会使隔离膜在走带方向(Mechanical Direction，MD)被延长，卷绕结束后由于拉力的释放，隔膜又会在MD方向产生一定的收缩，而极片在卷绕前后在MD方向长度变化很小，正是由于卷绕后电芯的隔离膜严重挤压极片，从而导致卷绕后的电芯在静置过程中会发生变形。卷绕后的变形电芯结构，即隔离膜严重挤压正极极片和负极极片。变形后的电芯不仅外观差，还会存在容量低、循环性能差、自放电快等质量问题。
行业内现有的改善卷绕后电芯变形的方法主要就是对卷绕前的隔膜进行烘烤，使其在卷绕前充分收缩，但此方法主要用在手动卷绕的生产中。由于自动化连续卷绕使用的是成卷的隔膜，成卷的隔膜收缩极其困难，而且即使隔膜有一定程度收缩，由于自动卷绕时拉力较大，隔离膜还会再次被延长，因而此方法很难应用到自动化连续卷绕生产中。
对此，中国专利CN201210057716.6公开了一种电芯卷绕方法，该方法通过对卷绕前正负极片的加热，可以使极片应力充分释放，卷绕时极片在拉力的作用下会有一定程度的延长，卷绕结束后，冷却过程中极片可以随隔离膜一同收缩，从而改善电芯的变形。然而，该方法存在以下缺陷：1)该方法仅能确保冷却后极片可以随隔离膜一同收缩，克服极片和隔离膜收缩不一致引起的变形，但无法解决成品电芯在循环过程中发生的膨胀变形问题(由于极片的膨胀，导致成品电芯超厚变形)；2)该方法需要将正负极片加热后再冷却处理，但电芯由正负极片卷绕多圈形成，在后续的热压整形工序，由于层数过多导致电芯内部温度上升速率慢，电芯内部温度低，极片与隔离膜粘接效果差，裸电芯同样易发生膨胀变形。
有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种能够改善电芯膨胀变形的卷绕工艺，以解决电芯循环中易膨胀变形的问题，保证电芯安全可靠。
为了实现上述目的，本发明采用以下解决方案：
一种改善电芯膨胀变形的卷绕工艺，包括以下步骤：
步骤1)极片及隔离膜备料：将正极片、负极片和隔离膜制备成连续的卷料，并分别安装在正极片送料机构、负极片送料机构和隔离膜送料机构上；
步骤2)卷绕：将正极片、负极片和隔离膜通过椭圆形卷针卷绕成电芯，当卷绕到第N层时，N＞1，暂停卷绕，插入圆形卷针，然后继续卷绕；直至到达设定层数时停止卷绕；
步骤3)卷绕结束，先拔出圆形卷针，再拔出电芯内的椭圆形卷针。
作为本发明卷绕工艺的优选方案，步骤2)中，椭圆形卷针内安设有加热机构，通过加热机构使椭圆形卷针的表面温度维持在70～90℃。通过在椭圆形卷针内安设加热机构，这样能够在不影响电芯性能的情况下升高电芯内部的温度，避免电芯在后续的热压工序中由于内部温度过低而导致隔离膜与极片的粘结效果变差及容易发生卷绕变形的问题。
作为本发明卷绕工艺的优选方案，步骤2)中，启动加热机构之前可以同时启动正极片送料机构、负极片送料机构和隔离膜送料机构，进行边卷绕边加热。
作为本发明卷绕工艺的优选方案，步骤2)中，加热机构对椭圆形卷针的加热方式包括电阻加热、微波加热和红外加热。
作为本发明卷绕工艺的优选方案，步骤2)中，加热机构包括加热器和温控器，椭圆形卷针内设置有容置腔，加热器设置在容置腔内，温控器设置在容置腔的内壁面上。通过加热器对椭圆形卷针进行升温加热，通过感温器进行感温反馈，从而对椭圆形卷针表面进行准确控温，使椭圆形卷针表面温度维持在70～90℃。
作为本发明卷绕工艺的优选方案，步骤2)中，卷绕过程中分别对正极片、负极片和隔离膜施加张力，以保证极片和隔离膜的对齐度。
作为本发明卷绕工艺的优选方案，步骤2)中，椭圆形卷针包括第一半卷针和第二半卷针，且第一半卷针和第二半卷针相对并可分离设置。采用组合卷针可以进行任意伸缩，方便卷绕完成后的拔针。
作为本发明卷绕工艺的优选方案，步骤2)中，插入的圆形卷针的直径为1～15mm。若圆形卷针过大，在拔针之后，电芯容易出现极片和隔离膜错位，使电芯拐角位置间隙过大，从而导致电芯在拐角处析锂；若圆形卷针过小，达不到预留的膨胀空间，无法有效抑制极片的膨胀变形。
作为本发明卷绕工艺的优选方案，步骤2)中，插入的圆形卷针的数量为一个或多个；圆形卷针的插入数量根据实际需求进行设置。
相比于现有技术，本发明的卷绕工艺具有以下有益效果：
本发明通过在卷绕过程中插设圆形卷针预留极片膨胀空间，当极片在循环过程中发生膨胀时，通过该预留的膨胀空间进行缓冲和抑制，有效避免电芯发生膨胀变形，极大提高产品质量。此外，本发明工艺方法简单，操作简便，生产成本低，适于企业规模化生产。
附图说明
图1为本发明的卷绕工艺的结构示意图。
图中：1-正极片；2-负极片；3-隔离膜；4-椭圆形卷针；41-第一半卷针；42-第二半卷针；5-圆形卷针。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式和说明书附图，对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施方式1
如图1所示，一种改善电芯膨胀变形的卷绕工艺，包括以下步骤：
步骤1)极片及隔离膜3备料：将正极片1、负极片2和隔离膜3制备成连续的卷料，并分别安装在正极片1送料机构、负极片2送料机构和隔离膜3送料机构上；
步骤2)卷绕：将正极片1、负极片2和隔离膜3通过椭圆形卷针4卷绕成电芯，当卷绕到第N层时，1＜N＜卷绕最末层，暂停卷绕，插入圆形卷针5，然后继续卷绕；直至到达设定层数时停止卷绕；其中，设定层数根据各型号电芯厚度标准来确定；
步骤3)卷绕结束，先拔出圆形卷针5，再拔出电芯内的椭圆形卷针4。
优选地，步骤2)中，卷绕过程中分别对正极片1、负极片2和隔离膜3施加张力，以保证极片和隔离膜3的对齐度。
优选地，步骤2)中，椭圆形卷针4包括第一半卷针41和第二半卷针42，且第一半卷针41和第二半卷针42相对并可分离设置。采用组合卷针可以进行任意伸缩，方便卷绕完成后的拔针。
优选地，步骤2)中，插入的圆形卷针5的直径为1～15mm。若圆形卷针5过大，在拔针之后，电芯容易出现极片和隔离膜3错位，使电芯拐角位置间隙过大，从而导致电芯在拐角处析锂；若圆形卷针5过小，达不到预留的膨胀空间，无法有效抑制极片的膨胀变形。
优选地，步骤2)中，插入的圆形卷针5的数量为一个或多个；圆形卷针5的插入数量根据实际需求进行设置。
相比于现有技术，本发明通过在卷绕过程中插设圆形卷针5预留极片膨胀空间，当极片在循环过程中发生膨胀时，通过该预留的膨胀空间进行缓冲和抑制，有效避免电芯发生膨胀变形，极大提高产品质量。此外，本发明工艺方法简单，操作简便，生产成本低，适于企业规模化生产。
实施方式2
与实施方式1不同的是，本实施方式的步骤2)中，椭圆形卷针4内安设有加热机构，通过加热机构使椭圆形卷针4的表面温度维持在70～90℃；其中，加热机构对椭圆形卷针4的加热方式包括电阻加热、微波加热和红外加热。通过在椭圆形卷针4内安设加热机构，这样能够在不影响电芯性能的情况下升高电芯内部的温度，避免电芯在后续的热压工序中由于内部温度过低而导致隔离膜3与极片的粘结效果变差及容易发生卷绕变形的问题。
优选地，加热机构包括加热器和温控器，椭圆形卷针4内设置有容置腔，加热器设置在容置腔内，温控器设置在容置腔的内壁面上。通过加热器对椭圆形卷针4进行升温加热，通过感温器进行感温反馈，从而对椭圆形卷针4表面进行准确控温，使椭圆形卷针4表面温度维持在70～90℃。其中，启动加热机构之前可以同时启动正极片1送料机构、负极片2送料机构和隔离膜3送料机构，进行边卷绕边加热。
其余卷绕工艺同实施方式1，这里不再赘述。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。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 (9)
1.一种改善电芯膨胀变形的卷绕工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)极片及隔离膜备料：将正极片、负极片和隔离膜制备成连续的卷料，并分别安装在正极片送料机构、负极片送料机构和隔离膜送料机构上；
步骤2)卷绕：将正极片、负极片和隔离膜通过椭圆形卷针卷绕成电芯，当卷绕到第N层时，N＞1，暂停卷绕，插入圆形卷针，然后继续卷绕；直至到达设定层数时停止卷绕；
步骤3)卷绕结束，先拔出圆形卷针，再拔出电芯内的椭圆形卷针。
2.根据权利要求1所述的改善电芯膨胀变形的卷绕工艺，其特征在于：步骤2)中，椭圆形卷针内安设有加热机构，通过加热机构使椭圆形卷针的表面温度维持在70～90℃。
3.根据权利要求2所述的改善电芯膨胀变形的卷绕工艺，其特征在于：步骤2)中，启动加热机构之前可以同时启动正极片送料机构、负极片送料机构和隔离膜送料机构，进行边卷绕边加热。
4.根据权利要求2所述的改善电芯膨胀变形的卷绕工艺，其特征在于：步骤2)中，加热机构对椭圆形卷针的加热方式包括电阻加热、微波加热和红外加热。
5.根据权利要求2所述的改善电芯膨胀变形的卷绕工艺，其特征在于：步骤2)中，加热机构包括加热器和温控器，椭圆形卷针内设置有容置腔，加热器设置在容置腔内，温控器设置在容置腔的内壁面上。
6.根据权利要求1所述的改善电芯膨胀变形的卷绕工艺，其特征在于：步骤2)中，卷绕过程中分别对正极片、负极片和隔离膜施加张力。
7.根据权利要求1所述的改善电芯膨胀变形的卷绕工艺，其特征在于：步骤2)中，椭圆形卷针包括第一半卷针和第二半卷针，且第一半卷针和第二半卷针相对并可分离设置。
8.根据权利要求1所述的改善电芯膨胀变形的卷绕工艺，其特征在于：步骤2)中，插入的圆形卷针的直径为1～15mm。
9.根据权利要求1所述的改善电芯膨胀变形的卷绕工艺，其特征在于：步骤2)中，插入的圆形卷针的数量为一个或多个。
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