CN109244556A - 一种改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置及方法，装置包括正极片处理单元、负极片处理单元、正极片传输单元、负极片传输单元、第一隔膜传输单元、第二隔膜传输单元、卷针机构、贴胶辊轮、压板机构和传送带。卷针机构将由内向外依次层叠的第一隔膜、负极片、第二隔膜和正极片进行卷绕，得到卷绕电芯；贴胶辊轮对卷绕电芯的侧部贴胶；侧部贴胶后的卷绕电芯从卷针机构中脱离，并传输到压板机构；压板机构对卷绕电芯进行热压处理，将卷绕电芯热压为方形锂离子电芯。优点为：可极大的减小方形锂离子电芯打皱变形发生率，打皱变形率由10％降低为1％左右，具有实际操作意义，可适用于连续化大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电芯成型技术领域，具体涉及一种改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置及方法。
背景技术
随着新能源技术的发展，电动汽车因其污染少，尾气排放少甚至达到零排放而备受青睐，而作为电动汽车的动力来源，锂离子电池也因此受到各界的广泛关注。锂离子电池目前从外形主要分为圆柱、软包、方形电池，其中方形电池在动力汽车中是应用最为广泛的，究其原因主要是方形电池具有容量高、机械强度高、Pack组装成组率高等优点。
然而，随着国家对于新能源汽车补贴政策不断变化，动力电池单体的容量及能量密度不断提升，促使电芯卷绕层数及厚度不断增加。这就造成电芯在多次循环以及大电流充放电后内部极片在不同方向上的膨胀反弹加剧，电芯内部由于宽度方向受限无法移动，极片在宽度及厚度方向膨胀向内挤压造成“S”型变形，电芯内部极片与隔膜之间接触不良，影响电池后续的循环性能，严重的甚至会造成电池鼓胀、爆炸。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置及方法，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置，包括正极片处理单元(100)、负极片处理单元(200)、正极片传输单元(300)、负极片传输单元(400)、第一隔膜传输单元(500)、第二隔膜传输单元(600)、卷针机构(700)、贴胶辊轮(800)、压板机构(900)和传送带(1000)；
所述正极片处理单元(100)输出的正极片(101)传输到所述正极片传输单元(300)，经所述正极片传输单元(300)传输后，所述正极片(101)传输到所述卷针机构(700)；
所述负极片处理单元(200)输出的负极片(201)传输到所述负极片传输单元(400)，经所述负极片传输单元(400)传输后，所述负极片(201)传输到所述卷针机构(700)；
所述第一隔膜传输单元(500)输出的第一隔膜(501)传输到所述卷针机构(700)；所述第二隔膜传输单元(600)输出的第二隔膜(601)传输到所述卷针机构(700)；
所述卷针机构(700)将由内向外依次层叠的所述第一隔膜(501)、所述负极片(201)、所述第二隔膜(601)和所述正极片(101)进行卷绕，得到卷绕电芯；所述贴胶辊轮(800)设置于所述卷绕电芯的侧部，用于对所述卷绕电芯的侧部贴胶；侧部贴胶后的卷绕电芯从所述卷针机构(700)中脱离，并传输到所述压板机构(900)；所述压板机构(900)对所述卷绕电芯进行热压处理，将所述卷绕电芯热压为方形锂离子电芯，并将所述方形锂离子电芯传输到所述传送带(1000)的输入端；所述传送带(1000)输出制备得到的所述方形锂离子电芯。
优选的，所述正极片处理单元(100)包括依次连接的正极片放料机构(102)、正极片热压辊机构(103)、正极片张力调节机构(104)和正极片收料机构(105)；所述正极片放料机构(102)输出所述正极片(101)，在所述正极片(101)的传输路径上，依次设置所述正极片热压辊机构(103)、所述正极片张力调节机构(104)和所述正极片收料机构(105)。
优选的，所述负极片传输单元(400)包括依次连接的负极片放料机构(402)、负极片冷压辊机构(403)、负极片张力调节机构(404)、负极片高温烘烤机构(405)和负极片收料机构(406)；
所述负极片放料机构(402)输出所述负极片(201)，在所述负极片(201)的传输路径上，依次设置所述负极片冷压辊机构(403)、所述负极片张力调节机构(404)、所述负极片高温烘烤机构(405)和所述负极片收料机构(406)。
优选的，所述正极片传输单元(300)、所述负极片传输单元(400)、所述第一隔膜传输单元(500)和所述第二隔膜传输单元(600)的结构均为：设置于传输路径上按折线排列的多个传动轴(A)。
优选的，所述卷针机构(700)采用椭圆形卷针。
优选的，所述第一隔膜(501)和所述第二隔膜(601)的材质相同，采用聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚丙烯与聚乙烯复合膜、无纺布膜、纤维素膜、聚酰胺膜中的一种。
优选的，所述第一隔膜(501)和所述第二隔膜(601)的材质相同，采用单层、双层、多层复合的基膜；或者，在所述基膜的基础上单面或双面涂覆陶瓷、聚偏氟乙烯层的涂覆隔膜。
本发明还提供一种改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置的成型方法，包括以下步骤：
步骤1，正极片(101)经正极片处理单元(100)预处理后，传输到正极片传输单元(300)，正极片传输单元(300)再将所述正极片(101)传输到卷针机构(700)；其中，所述正极片处理单元(100)对所述正极片(101)采用以下方式处理：正极片放料机构(102)输出所述正极片(101)；然后，正极片热压辊机构(103)对所述正极片(101)进行一次辊压，辊压温度为50℃-100℃；然后，正极片张力调节机构(104)将一次辊压后的所述正极片(101)的张力调节到设定值，再输送到所述正极片收料机构(105)进行收料；
负极片(201)经负极片处理单元(200)预处理后，传输到负极片传输单元(400)，负极片传输单元(400)再将所述负极片(201)传输到卷针机构(700)；其中，所述负极片处理单元(200)对所述负极片(201)采用以下方式处理：负极片放料机构(402)输出所述负极片(201)；然后，负极片冷压辊机构(403)对所述负极片(201)进行常温冷辊压，辊压温度为20℃-30℃；然后，负极片张力调节机构(404)将冷辊压后的所述负极片(201)的张力调节到设定值，再输送到负极片高温烘烤机构(405)；负极片高温烘烤机构(405)对所述负极片(201)进行高温预烘烤，高温预烘烤的温度范围为70℃-120℃，走带烘烤时间为0.1-3min；经高温预烘烤的负极片(201)再输送到负极片收料机构(406)进行收料；
第一隔膜(501)经第一隔膜传输单元(500)后传输到卷针机构(700)；
第二隔膜(601)经第二隔膜传输单元(600)后传输到卷针机构(700)；
步骤2，卷针机构(700)将由内向外依次层叠的所述第一隔膜(501)、所述负极片(201)、所述第二隔膜(601)和所述正极片(101)进行卷绕，得到卷绕电芯；卷绕的具体方法为：
步骤2.1，首先将由内向外依次层叠的所述第一隔膜(501)和所述第二隔膜(601)卷绕半圈；
步骤2.2，然后，所述负极片(201)插入到所述第一隔膜(501)和所述第二隔膜(601)之间；
由此得到由内向外依次层叠的所述第一隔膜(501)、所述负极片(201)和所述第二隔膜(601)；
步骤2.3，然后，依次层叠的所述第一隔膜(501)、所述负极片(201)和所述第二隔膜(601)卷绕一圈之后，此时所述负极片(201)头部的相邻外层为第一圈卷绕的所述第二隔膜(601)；所述第一圈卷绕的所述第二隔膜(601)的相邻外层为第二圈卷绕的所述第一隔膜(501)；在所述第一圈卷绕的所述第二隔膜(601)和第二圈卷绕的所述第一隔膜(501)之间插入所述正极片(101)，并且，所述正极片(101)的头部落于所述负极片(201)头部的距离为5-10mm；
在插入所述正极片(101)时，此时得到由内向外依次层叠的所述正极片(101)、所述第一隔膜(501)、所述负极片(201)和所述第二隔膜(601)；
步骤2.4，然后，依次层叠的所述正极片(101)、所述第一隔膜(501)、所述负极片(201)和所述第二隔膜(601)进行卷绕，直到达到设定卷绕圈数；
其中，在卷针机构(700)对所述正极片(101)、所述第一隔膜(501)、所述负极片(201)和所述第二隔膜(601)进行卷绕时，所述正极片(101)和所述负极片(201)的张力控制在200-900gf之间；所述第一隔膜(501)和所述第二隔膜(601)的张力控制在50-300gf之间；
步骤3，对于步骤2得到的所述卷绕电芯，采用贴胶辊轮(800)对所述卷绕电芯的侧部进行贴胶处理；
步骤4，贴胶处理后的卷绕电芯从所述卷针机构(700)中脱离，并传输到压板机构(900)；
步骤5，所述压板机构(900)对所述卷绕电芯进行热压处理，将所述卷绕电芯热压为方形锂离子电芯，并将所述方形锂离子电芯传输到传送带(1000)的输入端；
步骤6，所述传送带(1000)输出制备得到的所述方形锂离子电芯。
优选的，步骤2中，在所述卷针机构(700)对所述正极片(101)、所述第一隔膜(501)、所述负极片(201)和所述第二隔膜(601)进行卷绕时，采用变张力卷绕方式，对于所述正极片(101)、所述第一隔膜(501)、所述负极片(201)和所述第二隔膜(601)，均每层递减3-8gf。
本发明提供的一种改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置及方法具有以下优点：
本发明提供的改善方形锂离子电芯打皱变形的装置及方法，可极大的减小方形锂离子电芯打皱变形发生率，打皱变形率由10％降低为1％左右，具有实际操作意义，可适用于连续化大规模生产。
附图说明
图1为本发明提供的改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置的整体结构示意图；
图2为本发明提供的正极片处理单元的结构示意图；
图3为本发明提供的负极片处理单元的结构示意图；
图4为本发明提供的卷绕电芯的各层材质的示意图；
图5为本发明提供的正极片不同温度辊压粘结力对比图；
图6为本发明提供的负极片不同温度烘烤后反弹对比图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的一种改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置及方法，通过对方形锂离子电芯打皱变形的工艺进行优化改进，可大幅度减小方形电芯打皱变形的发生率，提高电池外形的平整度，从而提升电池的循环使用寿命。
参考图1，本发明提供一种改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置，包括正极片处理单元100、负极片处理单元200、正极片传输单元300、负极片传输单元400、第一隔膜传输单元500、第二隔膜传输单元600、卷针机构700、贴胶辊轮800、压板机构900和传送带1000；
正极片处理单元100输出的正极片101传输到正极片传输单元300，经正极片传输单元300传输后，正极片101传输到卷针机构700；参考图2，正极片处理单元100包括依次连接的正极片放料机构102、正极片热压辊机构103、正极片张力调节机构104和正极片收料机构105；正极片放料机构102输出正极片101，在正极片101的传输路径上，依次设置正极片热压辊机构103、正极片张力调节机构104和正极片收料机构105。
负极片处理单元200输出的负极片201传输到负极片传输单元400，经负极片传输单元400传输后，负极片201传输到卷针机构700；参考图3，负极片传输单元400包括依次连接的负极片放料机构402、负极片冷压辊机构403、负极片张力调节机构404、负极片高温烘烤机构405和负极片收料机构406；
负极片放料机构402输出负极片201，在负极片201的传输路径上，依次设置负极片冷压辊机构403、负极片张力调节机构404、负极片高温烘烤机构405和负极片收料机构406。
第一隔膜传输单元500输出的第一隔膜501传输到卷针机构700；第二隔膜传输单元600输出的第二隔膜601传输到卷针机构700；
其中，参考图1，正极片传输单元300、负极片传输单元400、第一隔膜传输单元500和第二隔膜传输单元600的结构均为：设置于传输路径上按折线排列的多个传动轴A。
卷针机构700可采用椭圆形卷针，与传统工艺采用的棱形卷针相比，椭圆形卷针可减小电芯卷绕时电芯宽度方向处两端的应力集中。卷针机构将由内向外依次层叠的第一隔膜501、负极片201、第二隔膜601和正极片101进行卷绕，得到卷绕电芯；其中，第一隔膜501和第二隔膜601的材质相同，采用聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚丙烯与聚乙烯复合膜、无纺布膜、纤维素膜、聚酰胺膜中的一种。或者，第一隔膜501和第二隔膜601的材质相同，采用单层、双层、多层复合的基膜；或者，在基膜的基础上单面或双面涂覆陶瓷、聚偏氟乙烯层的涂覆隔膜。采用双面涂覆陶瓷，一方面陶瓷层具有耐穿刺、抗氧化等特性，可提高电芯的安全性，另一方面陶瓷层间存在孔隙可增加电芯的吸液性，提高电芯电性能，而聚偏氟乙烯涂层经过后续的热压工序后可与极片紧密贴合粘结在一起，起到固定塑性的作用。
贴胶辊轮800设置于卷绕电芯的侧部，用于对卷绕电芯的侧部贴胶；侧部贴胶后的卷绕电芯从卷针机构700中脱离，并传输到压板机构900；压板机构900对卷绕电芯进行热压处理，将卷绕电芯热压为方形锂离子电芯，并将方形锂离子电芯传输到传送带1000的输入端；传送带1000输出制备得到的方形锂离子电芯。
本发明还提供一种应用改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置的成型方法，包括以下步骤：
步骤1，正极片101经正极片处理单元100预处理后，传输到正极片传输单元300，正极片传输单元300再将正极片101传输到卷针机构700；其中，正极片处理单元100对正极片101采用以下方式处理：正极片放料机构102输出正极片101；然后，正极片热压辊机构103对正极片101进行一次辊压，辊压温度为50℃-100℃，作为一种优选方式，辊压温度为80℃；然后，正极片张力调节机构104将一次辊压后的正极片101的张力调节到设定值，再输送到正极片收料机构105进行收料；本步骤中，正极片采用热辊压工艺，可有效去除正极片内部水分，减少正极片辊压后的材料反弹，增加活性物质与粘结剂之间的粘合力。如图5所示，为正极片不同温度辊压粘结力对比图；从图中可以看出，当辊压温度由50℃上升到80℃时，活性物质与粘结剂之间的粘合力基本达到最大值；当温度进一步从80℃上升到100℃时，活性物质与粘结剂之间的粘合力只发生轻微变化，因此，经发明人大量研究证明，辊压温度为80℃为最佳值。
负极片201经负极片处理单元200预处理后，传输到负极片传输单元400，负极片传输单元400再将负极片201传输到卷针机构700；其中，负极片处理单元200对负极片201采用以下方式处理：负极片放料机构402输出负极片201；然后，负极片冷压辊机构403对负极片201进行常温冷辊压，辊压温度为20℃-30℃；然后，负极片张力调节机构404将冷辊压后的负极片201的张力调节到设定值，再输送到负极片高温烘烤机构405；负极片高温烘烤机构405对负极片201进行高温预烘烤，高温预烘烤的温度范围为70℃-120℃，走带烘烤时间为0.1-3min；经高温预烘烤的负极片201再输送到负极片收料机构406进行收料；本步骤中，负极片采用常温冷压后高温预烘烤，可在较短时间内释放负极片的反弹，减小负极片在卷绕阶段的物理反弹。如图6所示，为负极片不同温度烘烤后反弹对比图；从图中可以看出，当高温预烘烤温度由70℃上升到100℃时，负极片的反弹释放基本达到最大值；当高温预烘烤温度进一步从100℃上升到120℃时，负极片的反弹释放力只发生轻微变化，因此，经发明人大量研究证明，高温预烘烤温度为100℃为最佳值。
第一隔膜501经第一隔膜传输单元500后传输到卷针机构700；
第二隔膜601经第二隔膜传输单元600后传输到卷针机构700；
步骤2，卷针机构700将由内向外依次层叠的第一隔膜501、负极片201、第二隔膜601和正极片101进行卷绕，得到卷绕电芯；卷绕的具体方法为：
步骤2.1，首先将由内向外依次层叠的第一隔膜501和第二隔膜601卷绕半圈；
步骤2.2，然后，负极片201插入到第一隔膜501和第二隔膜601之间；由此得到由内向外依次层叠的第一隔膜501、负极片201和第二隔膜601；
如果第一隔膜501和第二隔膜601不预先卷绕半圈，则为保证隔膜不松散，需要通过热熔的方法把两层隔膜融合在一起，增加了工艺复杂度。本发明中，只需要将第一隔膜501和第二隔膜601预先卷绕半圈、并不需要热熔，就可以保证隔膜不松散。
步骤2.3，然后，依次层叠的第一隔膜501、负极片201和第二隔膜601卷绕一圈之后，此时负极片201头部的相邻外层为第一圈卷绕的第二隔膜601；第一圈卷绕的第二隔膜601的相邻外层为第二圈卷绕的第一隔膜501；在第一圈卷绕的第二隔膜601和第二圈卷绕的第一隔膜501之间插入正极片101，并且，正极片101的头部落于负极片201头部的距离为5-10mm；此处，使正极片101的头部落于负极片201头部，可防止正极片超出负极片造成析锂，提高锂离子电池使用的安全性。
在插入正极片101时，此时得到由内向外依次层叠的正极片101、第一隔膜501、负极片201和第二隔膜601；
步骤2.4，然后，依次层叠的正极片101、第一隔膜501、负极片201和第二隔膜601进行卷绕，直到达到设定卷绕圈数；
其中，在卷针机构700对正极片101、第一隔膜501、负极片201和第二隔膜601进行卷绕时，正极片101和负极片201的张力控制在200-900gf之间；第一隔膜501和第二隔膜601的张力控制在50-300gf之间；
另外，在卷针机构700对正极片101、第一隔膜501、负极片201和第二隔膜601进行卷绕时，采用变张力卷绕方式，对于正极片101、第一隔膜501、负极片201和第二隔膜601，均每层递减3-8gf。采用张力递减工艺，在卷绕过程中，随着卷绕的进行，电芯卷绕的张力逐层递减，可有效减小电芯在卷绕时内部应力的集中。
步骤3，对于步骤2得到的卷绕电芯，采用贴胶辊轮800对卷绕电芯的侧部进行贴胶处理；
步骤4，贴胶处理后的卷绕电芯从卷针机构700中脱离，并传输到压板机构900；
步骤5，压板机构900对卷绕电芯进行热压处理，将卷绕电芯热压为方形锂离子电芯，并将方形锂离子电芯传输到传送带1000的输入端；
步骤6，传送带1000输出制备得到的方形锂离子电芯。
实施例1：
采用本发明提供的改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型方法，对方形锂离子电芯进行成型，步骤如下：
步骤1，正极片101经正极片处理单元100预处理后，传输到正极片传输单元300，正极片传输单元300再将正极片101传输到卷针机构700；其中，正极片处理单元100对正极片101采用以下方式处理：正极片放料机构102输出正极片101；然后，正极片热压辊机构103对正极片101进行一次辊压，辊压温度为80℃；然后，正极片张力调节机构104将一次辊压后的正极片101的张力调节到设定值，再输送到正极片收料机构105进行收料；
负极片201经负极片处理单元200预处理后，传输到负极片传输单元400，负极片传输单元400再将负极片201传输到卷针机构700；其中，负极片处理单元200对负极片201采用以下方式处理：负极片放料机构402输出负极片201；然后，负极片冷压辊机构403对负极片201进行常温冷辊压，辊压温度为25℃；然后，负极片张力调节机构404将冷辊压后的负极片201的张力调节到设定值，再输送到负极片高温烘烤机构405；负极片高温烘烤机构405对负极片201进行高温预烘烤，高温预烘烤的温度范围为100℃，走带烘烤时间为2.0min；经高温预烘烤的负极片201再输送到负极片收料机构406进行收料；
第一隔膜501经第一隔膜传输单元500后传输到卷针机构700；
第二隔膜601经第二隔膜传输单元600后传输到卷针机构700；
第一隔膜501和第二隔膜601均采用在基膜的基础上双面涂覆陶瓷。
步骤2，卷针机构700将由内向外依次层叠的第一隔膜501、负极片201、第二隔膜601和正极片101进行卷绕，得到卷绕电芯；卷绕的具体方法为：
步骤2.1，首先将由内向外依次层叠的第一隔膜501和第二隔膜601卷绕半圈；
步骤2.2，然后，负极片201插入到第一隔膜501和第二隔膜601之间；
由此得到由内向外依次层叠的第一隔膜501、负极片201和第二隔膜601；
步骤2.3，然后，依次层叠的第一隔膜501、负极片201和第二隔膜601卷绕一圈之后，此时负极片201头部的相邻外层为第一圈卷绕的第二隔膜601；第一圈卷绕的第二隔膜601的相邻外层为第二圈卷绕的第一隔膜501；在第一圈卷绕的第二隔膜601和第二圈卷绕的第一隔膜501之间插入正极片101，并且，正极片101的头部落于负极片201头部的距离为8mm；
在插入正极片101时，此时得到由内向外依次层叠的正极片101、第一隔膜501、负极片201和第二隔膜601；
步骤2.4，然后，依次层叠的正极片101、第一隔膜501、负极片201和第二隔膜601进行卷绕，直到达到设定卷绕圈数；
其中，在卷针机构700对正极片101、第一隔膜501、负极片201和第二隔膜601进行卷绕时，正极片101和负极片201的张力控制在700gf之间；第一隔膜501和第二隔膜601的张力控制在200gf之间；第一隔膜501、负极片201和第二隔膜601进行卷绕时，采用变张力卷绕方式，对于正极片101、第一隔膜501、负极片201和第二隔膜601，均每层递减5gf。
步骤3，对于步骤2得到的卷绕电芯，采用贴胶辊轮800对卷绕电芯的侧部进行贴胶处理；
步骤4，贴胶处理后的卷绕电芯从卷针机构700中脱离，并传输到压板机构900；
步骤5，压板机构900对卷绕电芯进行热压处理，将卷绕电芯热压为方形锂离子电芯，并将方形锂离子电芯传输到传送带1000的输入端；
步骤6，传送带1000输出制备得到的方形锂离子电芯。
实施例2：
本实施例与实施例1相比，仅以下工艺参数存在差别：
本实施例中，步骤1中，第一隔膜501和第二隔膜601均采用在基膜的基础上双面涂覆聚偏氟乙烯层的涂覆隔膜。
步骤1中，对正极片进行辊压时，辊压温度为50℃；对负极片进行常温冷辊压时，辊压温度为20℃；对负极片进行高温预烘烤时，高温预烘烤的温度为70℃，走带烘烤时间为0.3min；
步骤2中，正极片101的头部落于负极片201头部的距离为5mm；卷针机构进行卷绕时，正极片101和负极片201的张力控制在200gf之间；第一隔膜501和第二隔膜601的张力控制在60gf之间；正极片101、第一隔膜501、负极片201和第二隔膜601，均每层递减4gf。
实施例3：
本实施例与实施例1相比，仅以下工艺参数存在差别：
本实施例中，步骤1中，第一隔膜501和第二隔膜601均采用在基膜的基础上单面涂覆陶瓷的涂覆隔膜。
步骤1中，对正极片进行辊压时，辊压温度为90℃；对负极片进行常温冷辊压时，辊压温度为30℃；对负极片进行高温预烘烤时，高温预烘烤的温度为110℃，走带烘烤时间为2.8min；
步骤2中，正极片101的头部落于负极片201头部的距离为9mm；卷针机构进行卷绕时，正极片101和负极片201的张力控制在900gf之间；第一隔膜501和第二隔膜601的张力控制在300gf之间；正极片101、第一隔膜501、负极片201和第二隔膜601，均每层递减8gf。
对比例：
本实施例与实施例1的不同在于：
步骤1中，在本对比例中，正极片不采用热辊压，采用常温冷辊压，辊压温度为25℃；负极片只进行常温冷辊压，不进行高温预烘烤；
步骤2中，卷针机构进行卷绕时，采用恒张力卷绕方式，正极片和负极片的张力为500gf，第一隔膜501和第二隔膜601的张力为100gf。第一隔膜501和第二隔膜601的材质为PP基膜，卷绕机卷针形状为棱形。
通过实施例1-3和对比例，分别制备额定容量为50Ah的锂离子电池。
表1实施例1-3与对比例中方形锂离子电芯打皱变形比例对比
通过表1可以看出，本发明提供的改善方形锂离子电芯打皱变形的装置及方法，可极大的减小方形锂离子电芯打皱变形发生率，打皱变形率由10％降低为1％左右，具有实际操作意义，可适用于连续化大规模生产。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置，其特征在于，包括正极片处理单元(100)、负极片处理单元(200)、正极片传输单元(300)、负极片传输单元(400)、第一隔膜传输单元(500)、第二隔膜传输单元(600)、卷针机构(700)、贴胶辊轮(800)、压板机构(900)和传送带(1000)；
所述正极片处理单元(100)输出的正极片(101)传输到所述正极片传输单元(300)，经所述正极片传输单元(300)传输后，所述正极片(101)传输到所述卷针机构(700)；
所述负极片处理单元(200)输出的负极片(201)传输到所述负极片传输单元(400)，经所述负极片传输单元(400)传输后，所述负极片(201)传输到所述卷针机构(700)；
所述第一隔膜传输单元(500)输出的第一隔膜(501)传输到所述卷针机构(700)；所述第二隔膜传输单元(600)输出的第二隔膜(601)传输到所述卷针机构(700)；
所述卷针机构(700)将由内向外依次层叠的所述第一隔膜(501)、所述负极片(201)、所述第二隔膜(601)和所述正极片(101)进行卷绕，得到卷绕电芯；所述贴胶辊轮(800)设置于所述卷绕电芯的侧部，用于对所述卷绕电芯的侧部贴胶；侧部贴胶后的卷绕电芯从所述卷针机构(700)中脱离，并传输到所述压板机构(900)；所述压板机构(900)对所述卷绕电芯进行热压处理，将所述卷绕电芯热压为方形锂离子电芯，并将所述方形锂离子电芯传输到所述传送带(1000)的输入端；所述传送带(1000)输出制备得到的所述方形锂离子电芯。
2.根据权利要求1所述的改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置，其特征在于，所述正极片处理单元(100)包括依次连接的正极片放料机构(102)、正极片热压辊机构(103)、正极片张力调节机构(104)和正极片收料机构(105)；所述正极片放料机构(102)输出所述正极片(101)，在所述正极片(101)的传输路径上，依次设置所述正极片热压辊机构(103)、所述正极片张力调节机构(104)和所述正极片收料机构(105)。
3.根据权利要求1所述的改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置，其特征在于，所述负极片传输单元(400)包括依次连接的负极片放料机构(402)、负极片冷压辊机构(403)、负极片张力调节机构(404)、负极片高温烘烤机构(405)和负极片收料机构(406)；
所述负极片放料机构(402)输出所述负极片(201)，在所述负极片(201)的传输路径上，依次设置所述负极片冷压辊机构(403)、所述负极片张力调节机构(404)、所述负极片高温烘烤机构(405)和所述负极片收料机构(406)。
4.根据权利要求1所述的改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置，其特征在于，所述正极片传输单元(300)、所述负极片传输单元(400)、所述第一隔膜传输单元(500)和所述第二隔膜传输单元(600)的结构均为：设置于传输路径上按折线排列的多个传动轴(A)。
5.根据权利要求1所述的改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置，其特征在于，所述卷针机构(700)采用椭圆形卷针。
6.根据权利要求1所述的改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置，其特征在于，所述第一隔膜(501)和所述第二隔膜(601)的材质相同，采用聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚丙烯与聚乙烯复合膜、无纺布膜、纤维素膜、聚酰胺膜中的一种。
7.根据权利要求1所述的改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置，其特征在于，所述第一隔膜(501)和所述第二隔膜(601)的材质相同，采用单层、双层、多层复合的基膜；或者，在所述基膜的基础上单面或双面涂覆陶瓷、聚偏氟乙烯层的涂覆隔膜。
8.一种权利要求1-7任一项所述的改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，正极片(101)经正极片处理单元(100)预处理后，传输到正极片传输单元(300)，正极片传输单元(300)再将所述正极片(101)传输到卷针机构(700)；其中，所述正极片处理单元(100)对所述正极片(101)采用以下方式处理：正极片放料机构(102)输出所述正极片(101)；然后，正极片热压辊机构(103)对所述正极片(101)进行一次辊压，辊压温度为50℃-100℃；然后，正极片张力调节机构(104)将一次辊压后的所述正极片(101)的张力调节到设定值，再输送到所述正极片收料机构(105)进行收料；
负极片(201)经负极片处理单元(200)预处理后，传输到负极片传输单元(400)，负极片传输单元(400)再将所述负极片(201)传输到卷针机构(700)；其中，所述负极片处理单元(200)对所述负极片(201)采用以下方式处理：负极片放料机构(402)输出所述负极片(201)；然后，负极片冷压辊机构(403)对所述负极片(201)进行常温冷辊压，辊压温度为20℃-30℃；然后，负极片张力调节机构(404)将冷辊压后的所述负极片(201)的张力调节到设定值，再输送到负极片高温烘烤机构(405)；负极片高温烘烤机构(405)对所述负极片(201)进行高温预烘烤，高温预烘烤的温度范围为70℃-120℃，走带烘烤时间为0.1-3min；经高温预烘烤的负极片(201)再输送到负极片收料机构(406)进行收料；
第一隔膜(501)经第一隔膜传输单元(500)后传输到卷针机构(700)；
第二隔膜(601)经第二隔膜传输单元(600)后传输到卷针机构(700)；
步骤2，卷针机构(700)将由内向外依次层叠的所述第一隔膜(501)、所述负极片(201)、所述第二隔膜(601)和所述正极片(101)进行卷绕，得到卷绕电芯；卷绕的具体方法为：
步骤2.1，首先将由内向外依次层叠的所述第一隔膜(501)和所述第二隔膜(601)卷绕半圈；
步骤2.2，然后，所述负极片(201)插入到所述第一隔膜(501)和所述第二隔膜(601)之间；
由此得到由内向外依次层叠的所述第一隔膜(501)、所述负极片(201)和所述第二隔膜(601)；
步骤2.3，然后，依次层叠的所述第一隔膜(501)、所述负极片(201)和所述第二隔膜(601)卷绕一圈之后，此时所述负极片(201)头部的相邻外层为第一圈卷绕的所述第二隔膜(601)；所述第一圈卷绕的所述第二隔膜(601)的相邻外层为第二圈卷绕的所述第一隔膜(501)；在所述第一圈卷绕的所述第二隔膜(601)和第二圈卷绕的所述第一隔膜(501)之间插入所述正极片(101)，并且，所述正极片(101)的头部落于所述负极片(201)头部的距离为5-10mm；
在插入所述正极片(101)时，此时得到由内向外依次层叠的所述正极片(101)、所述第一隔膜(501)、所述负极片(201)和所述第二隔膜(601)；
步骤2.4，然后，依次层叠的所述正极片(101)、所述第一隔膜(501)、所述负极片(201)和所述第二隔膜(601)进行卷绕，直到达到设定卷绕圈数；
其中，在卷针机构(700)对所述正极片(101)、所述第一隔膜(501)、所述负极片(201)和所述第二隔膜(601)进行卷绕时，所述正极片(101)和所述负极片(201)的张力控制在200-900gf之间；所述第一隔膜(501)和所述第二隔膜(601)的张力控制在50-300gf之间；
步骤3，对于步骤2得到的所述卷绕电芯，采用贴胶辊轮(800)对所述卷绕电芯的侧部进行贴胶处理；
步骤4，贴胶处理后的卷绕电芯从所述卷针机构(700)中脱离，并传输到压板机构(900)；
步骤5，所述压板机构(900)对所述卷绕电芯进行热压处理，将所述卷绕电芯热压为方形锂离子电芯，并将所述方形锂离子电芯传输到传送带(1000)的输入端；
步骤6，所述传送带(1000)输出制备得到的所述方形锂离子电芯。
9.根据权利要求8所述的改善方形锂离子电芯打皱变形的电芯成型装置的成型方法，其特征在于，步骤2中，在所述卷针机构(700)对所述正极片(101)、所述第一隔膜(501)、所述负极片(201)和所述第二隔膜(601)进行卷绕时，采用变张力卷绕方式，对于所述正极片(101)、所述第一隔膜(501)、所述负极片(201)和所述第二隔膜(601)，均每层递减3-8gf。
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Application publication date: 20190118 Assignee: Lianyi (Taixing) New Energy Co.,Ltd. Assignor: LIANDONG TIANYI NEW ENERGY Co.,Ltd. Contract record no.: X2023990000862 Denomination of invention: A cell forming device and method for improving the wrinkling deformation of square lithium-ion cells Granted publication date: 20200324 License type: Common License Record date: 20231016 |
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Denomination of invention: A battery forming device and method for improving the wrinkling deformation of square lithium-ion batteries Effective date of registration: 20231130 Granted publication date: 20200324 Pledgee: Yuandong New Energy Co.,Ltd. Pledgor: LIANDONG TIANYI NEW ENERGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980067334 |