CN108899585A - 一种锂电池穿插式电芯及其制造方法 - Google Patents

一种锂电池穿插式电芯及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂电池穿插式电芯及其制造方法，穿插式电芯包括有中间基体、左嵌入体和右嵌入体，中间基体为连续折叠的多层结构，左嵌入体和右嵌入体为多个且为U形折叠的双层结构，左嵌入体包裹于中间基体折叠后的4M+2层和4M+3层外，右嵌入体包裹于中间基体折叠后的4M+3层和4M+4层外，其中，M为大于或等于0的整数。本发明穿插式电芯的截面为矩形，适用于方形铝壳电池，空间利用率得到提高；电芯各处的张力一致，极片不易断裂，内部反应也会更加均匀；且穿插式电芯的制造装置结构简单，制造效率高，使得隔膜、极片的张力波动小。

Description

一种锂电池穿插式电芯及其制造方法
技术领域
本发明涉及锂电池电芯领域，具体是一种锂电池穿插式电芯及其制造方法。
背景技术
目前锂电池的电芯结构，主要存在如下问题：
卷绕式电芯：由于该电芯的截面是椭圆形，在电池的充放电期间，电极的膨胀和收缩可能会导致电极之间的间隙不均匀，从而造成电池性能下降；虽然卷绕式电芯适用于圆柱形电池，但当其运用到方形铝壳电池时，就会出现极片易在弯折处断裂、电极活性材料脱落、空间利用率低等缺陷；该电芯正面与侧面的张力不一致，会导致内部反应不均匀；同时还有极片较长、电池内阻大，不利于大倍率充放电等缺点。
叠片式电芯：该电芯的制备过程复杂，需要大量时间和精力来执行顺序堆叠过程，不易实现机械化操作，生产效率低；正、负极片均需要通过冲切得到，产生的边料毛刺易刺穿隔膜，造成电池内部短路，而且冲切后的极片断面、掉料严重，也会影响电池的容量提升等。
卷绕叠片式电芯：从缠绕点开始，单体电极组件之间的间隔沿着卷绕方向逐渐增大，如果单体电极组件在单侧涂胶粘性隔膜上的粘结不牢靠的话，卷绕时就会出现相对滑动，从而造成单体电极组件间的间隔紊乱；而且每个单体电极组件需要按着预定的方向排布以保证极片正确的层叠顺序，如果单体电极组件的间隔或方向设置错误时，都会导致最终的电池性能变差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种锂电池穿插式电芯及其制造方法，穿插式电芯的截面为矩形，适用于方形铝壳电池，空间利用率得到提高；电芯各处的张力一致，极片不易断裂，内部反应也会更加均匀；且穿插式电芯的制造装置结构简单，制造效率高，使得隔膜、极片的张力波动小。
本发明的技术方案为：
一种锂电池穿插式电芯，包括有中间基体、左嵌入体和右嵌入体，所述的中间基体为连续折叠的多层结构，所述的左嵌入体和右嵌入体为多个且为U形折叠的双层结构，所述的左嵌入体包裹于中间基体折叠后的4M+2层和4M+3层外，所述的右嵌入体包裹于中间基体折叠后的4M+3层和4M+4层外，其中，M为大于或等于0的整数。
所述的中间基体为三层单元，所述的三层单元是由从上至下顺次设置的上隔膜、负极极片和下隔膜组成，所述的左嵌入体和右嵌入体均为片状正极极片。
所述的中间基体为三层单元，所述的三层单元是由从上至下顺次设置的上隔膜、正极极片和下隔膜组成，所述的左嵌入体和右嵌入体均为片状负极极片。
所述的中间基体为隔膜，左嵌入体为片状负极极片，右嵌入体为片状正极极片。
所述的中间基体为隔膜，左嵌入体为片状正极极片，右嵌入体为片状负极极片。
所述的负极极片包括铜箔和涂覆于铜箔表面上的负极活性材料层。
所述的正极极片包括铝箔和涂覆于铝箔表面上的正极活性材料层。
一种锂电池穿插式电芯的制造方法，采用穿插式电芯制造装置进行制造操作，所述的穿插式电芯制造装置包括有水平导轨、滑动设置于水平导轨上的移动板、设置于移动板上端面上的压头、设置于水平导轨中部正上方的料带张力调节辊、设置于水平导轨左端部正上方的左嵌入体料箱、设置于水平导轨右端部正上方的右嵌入体料箱、以及两个设置于水平导轨正上方的左抚平辊和右抚平辊，所述的料带张力调节辊设置于竖直轨道内，从而在竖直轨道内滑动调节竖直方位，所述的左抚平辊位于料带张力调节辊和左嵌入体料箱之间，所述的右抚平辊位于料带张力调节辊和右嵌入体料箱之间，所述的左抚平辊和右抚平辊分别通过其上方对应的限位弹簧连接于对应的固定座上，从而可进行竖直方向上的伸缩调节；
所述的锂电池穿插式电芯的制造方法具体包括有以下步骤：
(1)、初始状态下，移动板位于水平导轨的中部，中间基体的放卷端被压头压紧在移动板上，此时中间基体垂直于移动版，料带张力调节辊位于竖直轨道的最高端；
(2)、移动板向水平导轨的右边移动，此时料带张力调节辊在竖直方向上保持静止，中间基体处于张力拉紧状态；当移动板到达水平导轨的最右端时，右抚平辊抚平移动板上的中间基体后，上料机械手将右嵌入体从右嵌入体料盒中取出放在移动板的中间基体上，所述的右嵌入体的左部位于中间基体上且被压头压紧固定，从而右嵌入体的左部与移动板上的中间基体重叠，右嵌入体的右部位于中间基体的右侧；
(3)、移动板开始向水平导轨的左边移动，料带张力调节辊沿竖直轨道向下移动，直至中间基体垂直于移动板，此时的料带张力调节辊位于竖直轨道的最底端；
(4)、移动板继续向左移动，料带张力调节辊沿竖直轨道逐渐向上移动，直至移动板到达水平导轨的最左端时，料带张力调节辊恢复到竖直轨道的最高端；此时左抚平辊抚平了中间基体和右嵌入体，然后上料机械手将左嵌入体从左嵌入体料盒中取出放在移动板的中间基体上，所述的左嵌入体的右部位于中间基体上且被压头压紧固定，从而左嵌入体的右部与移动板上的中间基体重叠，左嵌入体的左部位于中间基体的左侧；
(5)、移动板继续向右移动，料带张力调节辊沿竖直轨道向下移动，直至中间基体垂直于移动板，此时的料带张力调节辊位于竖直轨道的最底端，然后移动板继续向右移动，此时料带张力调节辊沿竖直轨道逐渐向上移动，经过右抚平辊后，右抚平辊抚平了移动板上堆叠的中间基体、左嵌入体和右嵌入体，且料带张力调节辊恢复到竖直轨道的最高端；
(6)、移动板继续向左移动，料带张力调节辊沿竖直轨道向下移动，直至中间基体垂直于移动板，此时的料带张力调节辊位于竖直轨道的最底端，然后移动板继续向左移动，此时料带张力调节辊沿竖直轨道逐渐向上移动，经过左抚平辊后，左抚平辊抚平了移动板上堆叠的中间基体、左嵌入体和右嵌入体，且料带张力调节辊恢复到竖直轨道的最高端；
(7)、移动板按步骤(1)-(6)反复在水平导轨上移动，从而实现穿插式电芯的堆叠制造。
所述的移动板上的压头包括有左压头和右压头，所述的移动板位于左压头左侧部分的上端面上和移动板位于右压头右侧部分的上端面上均设置有吹气孔；所述的步骤(5)中，当所述的移动板继续向右移动，此时料带张力调节辊沿竖直轨道逐渐向上移动时，移动板右侧的出气孔将右嵌入体的右部未压紧区域吹起，经过右抚平辊后，右抚平辊抚平了移动板上堆叠的中间基体、左嵌入体和右嵌入体，且料带张力调节辊恢复到竖直轨道的最高端；所述的步骤(6)中，当所述的移动板继续向左移动，此时料带张力调节辊沿竖直轨道逐渐向上移动，移动板左侧的出气孔将左嵌入体的左部未压紧区域吹起，经过左抚平辊后，左抚平辊抚平了移动板上堆叠的中间基体、左嵌入体和右嵌入体，且料带张力调节辊恢复到竖直轨道的最高端。
当所述的中间基体为三层单元时，三层单元分别通过各自的放卷装置放卷后，依次通过各自的料带张力辊和料带纠偏辊后均穿过前中间基体夹持辊进行夹持合并，合并后的中间基体再依次通过料带张力调节辊和后中间基体夹持辊，最后中间基体的放卷端被压头压紧在移动板上。
本发明的优点：
本发明的穿插式电芯是由中间基体与左嵌入体、右嵌入体相互交叉堆叠而成，且堆叠的横截面为矩形，适用于方形铝壳电池，空间利用率得到提高；制造后的穿插式电芯电芯各处的张力一致，极片不易断裂，内部反应也会更加均匀；且穿插式电芯的制造装置结构简单，只需将中间基体进行自动放卷，移动板进行左右循环移动，并对左嵌入体和右嵌入体进行分别顺次上料即可，制造效率高，使得隔膜和极片的张力波动小。
附图说明
图1是本发明穿插式电芯的结构示意图。
图2是本发明中间基体为三层单元的结构示意图。
图3是本发明负极极片或正极极片的结构示意图。
图4是本发明实施例1中穿插式电芯制造状态的示意图一。
图5是本发明实施例1中穿插式电芯制造状态的示意图二。
图6是本发明实施例1中穿插式电芯制造状态的示意图三。
图7是本发明实施例1中穿插式电芯制造状态的示意图四。
图8是本发明实施例1中穿插式电芯制造状态的示意图五。
图9是本发明实施例1中穿插式电芯制造状态的示意图六。
图10是本发明实施例1中穿插式电芯制造状态的示意图七。
图11是本发明实施例1中穿插式电芯制造状态的示意图八。
图12是本发明实施例2中穿插式电芯制造装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图1，一种锂电池穿插式电芯，包括有中间基体A、左嵌入体B和右嵌入体C，中间基体A为连续折叠的多层结构，左嵌入体B和右嵌入体C为多个且为U形折叠的双层结构，左嵌入体B包裹于中间基体A折叠后的4M+2层和4M+3层外，右嵌入体C包裹于中间基体A折叠后的4M+3层和4M+4层外，其中，M为大于或等于0的整数。
见图2，当中间基体A为三层单元，三层单元是由从上至下顺次设置的上隔膜11、负极极片12和下隔膜13组成，左嵌入体B和右嵌入体C均为片状正极极片；当中间基体为三层单元，三层单元是由从上至下顺次设置的上隔膜11、正极极片14和下隔膜13组成，左嵌入体B和右嵌入体C均为片状负极极片。
当中间基体为隔膜，左嵌入体为片状负极极片，右嵌入体为片状正极极片；当中间基体为隔膜，左嵌入体为片状正极极片，右嵌入体为片状负极极片。
见图3，负极极片12包括铜箔21和涂覆于铜箔21表面上的负极活性材料层22；正极极片14包括铝箔41和涂覆于铝箔41表面上的正极活性材料层42。
实施例1
一种锂电池穿插式电芯的制造方法，采用穿插式电芯制造装置进行制造操作，穿插式电芯制造装置包括有水平导轨51、滑动设置于水平导轨51上的移动板52、设置于移动板52上端面上的压头、设置于水平导轨51中部正上方的料带张力调节辊55、设置于水平导轨51左端部正上方的左嵌入体料箱56、设置于水平导轨51右端部正上方的右嵌入体料箱57、以及两个设置于水平导轨51正上方的左抚平辊58和右抚平辊59，料带张力调节辊55设置于竖直轨道内，从而在竖直轨道内滑动调节竖直方位，移动板52上的压头包括有左压头53和右压头54，移动板52位于左压头53左侧部分的上端面上和移动板52位于右压头54右侧部分的上端面上均设置有吹气孔，左抚平辊58位于料带张力调节辊55和左嵌入体料箱56之间，右抚平辊59位于料带张力调节辊55和右嵌入体料箱57之间，左抚平辊58和右抚平辊59分别通过其上方对应的限位弹簧510连接于对应的固定座511上，从而可进行竖直方向上的伸缩调节；
锂电池穿插式电芯的制造方法具体包括有以下步骤：
(1)、初始状态下，中间基体为三层单元时，三层单元分别通过各自的放卷装置512放卷后，依次通过各自的料带张力辊513和料带纠偏辊514后均穿过前中间基体夹持辊515进行夹持合并，合并后的中间基体A再依次通过料带张力调节辊55和后中间基体夹持辊516，最后中间基体A的放卷端被左压头53和右压头54压紧在移动板52上，此时中间基体A垂直于移动版52，料带张力调节辊55位于竖直轨道的最高端,见图4；
(2)、移动板52向水平导轨51的右边移动，此时料带张力调节辊55在竖直方向上保持静止，中间基体A处于张力拉紧状态；当移动板52到达水平导轨51的最右端时，右抚平辊59抚平移动板52上的中间基体A后，上料机械手将右嵌入体C从右嵌入体料盒57中取出放在移动板52的中间基体A上，右嵌入体C的左部位于中间基体A上且被压头压紧固定，从而右嵌入体C的左部与移动板52上的中间基体A重叠，右嵌入体C的右部位于中间基体A的右侧,见图5；
(3)、移动板52开始向水平导轨51的左边移动，料带张力调节辊55沿竖直轨道向下移动，直至中间基体A垂直于移动板52，此时的料带张力调节辊55位于竖直轨道的最底端,见图6；
(4)、移动板52继续向左移动，料带张力调节辊55沿竖直轨道逐渐向上移动，直至移动板52到达水平导轨51的最左端时，料带张力调节辊55恢复到竖直轨道的最高端；此时左抚平辊58抚平了中间基体A和右嵌入体C，然后上料机械手将左嵌入体B从左嵌入体料盒56中取出放在移动板52的中间基体A上，左嵌入体B的右部位于中间基体A上且被压头压紧固定，从而左嵌入体B的右部与移动板52上的中间基体A重叠，左嵌入体B的左部位于中间基体A的左侧,见图7；
(5)、移动板52继续向右移动，料带张力调节辊55沿竖直轨道向下移动，直至中间基体A垂直于移动板52，此时的料带张力调节辊55位于竖直轨道的最底端，然后移动板52继续向右移动，此时料带张力调节辊55沿竖直轨道逐渐向上移动，移动板52右侧的出气孔将右嵌入体C的右部未压紧区域吹起，经过右抚平辊59后，右抚平辊59抚平了移动板52上堆叠的中间基体A、左嵌入体B和右嵌入体C，且料带张力调节辊55恢复到竖直轨道的最高端，见图8和图9；
(6)、移动板52继续向左移动，料带张力调节辊55沿竖直轨道向下移动，直至中间基体A垂直于移动板52，此时的料带张力调节辊55位于竖直轨道的最底端；然后移动板52继续向左移动，此时料带张力调节辊55沿竖直轨道逐渐向上移动，移动板52左侧的出气孔将左嵌入体B的左部未压紧区域吹起，经过左抚平辊58后，左抚平辊58抚平了移动板52上堆叠的中间基体A、左嵌入体B和右嵌入体C，且料带张力调节辊55恢复到竖直轨道的最高端，见图10和图11；
(7)、移动板52按步骤(1)-(6)反复在水平导轨51上移动，从而实现穿插式电芯的堆叠制造。
本发明并不限制左嵌入体B和右嵌入体C的插入数量。
实施例2
见图12，实施例2的制造装置和制造方法同实施例1，不同的地方在于中间基体A为隔膜时，中间基体A直接从放卷装置512放卷，然后依次通过料带张力辊513、料带纠偏辊514、中间基体夹持辊515、料带张力调节辊55和后中间基体夹持辊516，最后中间基体A的放卷端被左压头53和右压头54压紧在移动板52上即可。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种锂电池穿插式电芯，其特征在于：包括有中间基体、左嵌入体和右嵌入体，所述的中间基体为连续折叠的多层结构，所述的左嵌入体和右嵌入体为多个且为U形折叠的双层结构，所述的左嵌入体包裹于中间基体折叠后的4M+2层和4M+3层外，所述的右嵌入体包裹于中间基体折叠后的4M+3层和4M+4层外，其中，M为大于或等于0的整数。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池穿插式电芯，其特征在于：所述的中间基体为三层单元，所述的三层单元是由从上至下顺次设置的上隔膜、负极极片和下隔膜组成，所述的左嵌入体和右嵌入体均为片状正极极片。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池穿插式电芯，其特征在于：所述的中间基体为三层单元，所述的三层单元是由从上至下顺次设置的上隔膜、正极极片和下隔膜组成，所述的左嵌入体和右嵌入体均为片状负极极片。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池穿插式电芯，其特征在于：所述的中间基体为隔膜，左嵌入体为片状负极极片，右嵌入体为片状正极极片。
5.根据权利要求1所述的一种锂电池穿插式电芯，其特征在于：所述的中间基体为隔膜，左嵌入体为片状正极极片，右嵌入体为片状负极极片。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种锂电池穿插式电芯，其特征在于：所述的负极极片包括铜箔和涂覆于铜箔表面上的负极活性材料层。
7.根据权利要求1-5任一所述的一种锂电池穿插式电芯，其特征在于：所述的正极极片包括铝箔和涂覆于铝箔表面上的正极活性材料层。
8.根据权利要求1所述的一种锂电池穿插式电芯的制造方法，其特征在于：采用穿插式电芯制造装置进行制造操作，所述的穿插式电芯制造装置包括有水平导轨、滑动设置于水平导轨上的移动板、设置于移动板上端面上的压头、设置于水平导轨中部正上方的料带张力调节辊、设置于水平导轨左端部正上方的左嵌入体料箱、设置于水平导轨右端部正上方的右嵌入体料箱、以及两个设置于水平导轨正上方的左抚平辊和右抚平辊，所述的料带张力调节辊设置于竖直轨道内，从而在竖直轨道内滑动调节竖直方位，所述的左抚平辊位于料带张力调节辊和左嵌入体料箱之间，所述的右抚平辊位于料带张力调节辊和右嵌入体料箱之间，所述的左抚平辊和右抚平辊分别通过其上方对应的限位弹簧连接于对应的固定座上，从而可进行竖直方向上的伸缩调节；
所述的锂电池穿插式电芯的制造方法具体包括有以下步骤：
（1）、初始状态下，移动板位于水平导轨的中部，中间基体的放卷端被压头压紧在移动板上，此时中间基体垂直于移动版，料带张力调节辊位于竖直轨道的最高端；
（2）、移动板向水平导轨的右边移动，此时料带张力调节辊在竖直方向上保持静止，中间基体处于张力拉紧状态；当移动板到达水平导轨的最右端时，右抚平辊抚平移动板上的中间基体后，上料机械手将右嵌入体从右嵌入体料盒中取出放在移动板的中间基体上，所述的右嵌入体的左部位于中间基体上且被压头压紧固定，从而右嵌入体的左部与移动板上的中间基体重叠，右嵌入体的右部位于中间基体的右侧；
（3）、移动板开始向水平导轨的左边移动，料带张力调节辊沿竖直轨道向下移动，直至中间基体垂直于移动板，此时的料带张力调节辊位于竖直轨道的最底端；
（4）、移动板继续向左移动，料带张力调节辊沿竖直轨道逐渐向上移动，直至移动板到达水平导轨的最左端时，料带张力调节辊恢复到竖直轨道的最高端；此时左抚平辊抚平了中间基体和右嵌入体，然后上料机械手将左嵌入体从左嵌入体料盒中取出放在移动板的中间基体上，所述的左嵌入体的右部位于中间基体上且被压头压紧固定，从而左嵌入体的右部与移动板上的中间基体重叠，左嵌入体的左部位于中间基体的左侧；
（5）、移动板继续向右移动，料带张力调节辊沿竖直轨道向下移动，直至中间基体垂直于移动板，此时的料带张力调节辊位于竖直轨道的最底端，然后移动板继续向右移动，此时料带张力调节辊沿竖直轨道逐渐向上移动，经过右抚平辊后，右抚平辊抚平了移动板上堆叠的中间基体、左嵌入体和右嵌入体，且料带张力调节辊恢复到竖直轨道的最高端；
（6）、移动板继续向左移动，料带张力调节辊沿竖直轨道向下移动，直至中间基体垂直于移动板，此时的料带张力调节辊位于竖直轨道的最底端，然后移动板继续向左移动，此时料带张力调节辊沿竖直轨道逐渐向上移动，经过左抚平辊后，左抚平辊抚平了移动板上堆叠的中间基体、左嵌入体和右嵌入体，且料带张力调节辊恢复到竖直轨道的最高端；
（7）、移动板按步骤（1）-（6）反复在水平导轨上移动，从而实现穿插式电芯的堆叠制造。
9.根据权利要求1所述的一种锂电池穿插式电芯的制造方法，其特征在于：所述的移动板上的压头包括有左压头和右压头，所述的移动板位于左压头左侧部分的上端面上和移动板位于右压头右侧部分的上端面上均设置有吹气孔；所述的步骤（5）中，当所述的移动板继续向右移动，此时料带张力调节辊沿竖直轨道逐渐向上移动时，移动板右侧的出气孔将右嵌入体的右部未压紧区域吹起，经过右抚平辊后，右抚平辊抚平了移动板上堆叠的中间基体、左嵌入体和右嵌入体，且料带张力调节辊恢复到竖直轨道的最高端；所述的步骤（6）中，当所述的移动板继续向左移动，此时料带张力调节辊沿竖直轨道逐渐向上移动，移动板左侧的出气孔将左嵌入体的左部未压紧区域吹起，经过左抚平辊后，左抚平辊抚平了移动板上堆叠的中间基体、左嵌入体和右嵌入体，且料带张力调节辊恢复到竖直轨道的最高端。
10.根据权利要求1所述的一种锂电池穿插式电芯的制造方法，其特征在于：当所述的中间基体为三层单元时，三层单元分别通过各自的放卷装置放卷后，依次通过各自的料带张力辊和料带纠偏辊后均穿过前中间基体夹持辊进行夹持合并，合并后的中间基体再依次通过料带张力调节辊和后中间基体夹持辊，最后中间基体的放卷端被压头压紧在移动板上。
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