CN109378530A - 一种大容量叠片工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种大容量叠片工艺，该工艺采用宽幅涂布，并采用双层挤压式涂布方式，所述极耳方向与涂布方向一致或垂直，将浆料均匀连续地涂覆在集流体的表面，并在涂布时预留极耳；将正负极极片采用“之”字型叠片方式，依次叠加正极极片、隔膜和负极极片，叠片过程中，隔膜自动放卷，确保多张正极极片和负极极片之间的隔膜为一整体结构；该工艺在保证锂离子电池稳定性的基础上，提高了生产效率；提高了锂离子电池的容量；在后续废旧电池的回收过程中，相对目前的设计较为容易。

Description

一种大容量叠片工艺
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种大容量叠片工艺。
背景技术
从90年代锂离子电池商业化至今，锂离子电池技术逐步走向成熟，锂离子电池在新能源领域越来越占据重要位置。锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等优点，自商品化以来，受到了广泛的关注与应用。随着电子产品的不断升级，对电池的倍率与容量要求越来越高，促使行业内许多企业将制作重点转向于叠片电池。
目前锂离子电池的制作方法主要有卷绕式和叠片式两种。卷绕式电池是把正极片和负极片做成连续的长片型，中间通过隔膜隔开，然后通过卷绕的方式制成电池卷芯。这种传统卷绕式锂离子电池在极片弯曲的地方存在应力集中的问题，由充放电造成的极片的膨胀和收缩长期累积可能会造成极片的变形，影响电池性能。叠片式锂离子电池主要是将正负极片分别切成单片，隔膜呈Z字型叠绕，正负极单片依次交叉叠放，中间由隔膜隔开。或将正极片、隔膜、负极片依次叠放组成电池单体，电池单体再在第二层隔膜上定位组合，由第二层隔膜卷绕成电池卷芯。叠片式锂离子电池虽然改善了传统卷绕式锂离子电池制作中的缺点，但是叠片电池存在正负极单片或者电池单体的转移，增加了制造工序，影响生产效率。
目前的叠片工艺制备的锂离子电池的容量受到了一定的限制，且在叠片过程中，正极极片和负极极片的叠合不够紧密导致锂离子电池的稳定性存在问题，同时，叠片工艺的制作效率与稳定性不能同时得到改善。
另外，在目前的叠片工艺制备的锂离子电池在回收时难度较大，在正极极片、负极极片以及隔膜的分离存在着困难，不利于废旧电池的处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大容量的叠片工艺，以提高目前的锂离子电池的生产效率以及锂离子电池的容量，并且在一定程度上提高锂离子电池的稳定性。同时也为锂离子电池的回收提高设计上的便利。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种大容量叠片工艺，包括以下步骤：
1)搅拌调浆：将正极或负极材料及相关配料混合均匀，调制成浆液；
2)涂布：将浆料均匀连续地涂覆在集流体的表面，并在涂布时预留极耳；具体为，涂辊转动带动浆料，通过调整刮刀间隙调节浆料转移量，并利用背辊或涂辊的转动浆料转移到基材上，并根据工艺要求控制涂布层的厚度，同时，通过干燥加热出去平铺于基材上的浆料中的溶剂，使固体物质均匀地粘附于基材上；
3)对辊，采用直径大于等于600mm的对辊机；
4)分切：通过分切工艺形成正负极极片；
5)叠片：将正负极极片采用“之”字型叠片方式，依次叠加正极极片、隔膜和负极极片，叠片过程中，隔膜自动放卷，确保多张正极极片和负极极片之间的隔膜为一整体结构；
6)焊接：将多个极耳焊接为一起成为裸电芯；
7)顶封：将裸电芯封包铝箔，在顶部和侧边进行热封装；
8)注液：将电解液加入到电芯中，并将电芯完全封住。
优选的，在涂布后的极片进行冷压处理，具体是将极片压实，达到预定的密度和厚度，具体为，通过调节压辊的间隙以调节压力，从而调节极片被压实的厚度和密度。
优选的，所述涂布采用宽幅涂布，并采用双层挤压式涂布方式。
优选的，所述极耳方向与涂布方向一致或垂直。
优选的，正极极片和负极极片的极耳所处位置偏向隔膜层叠开口的位置。
优选的，极耳靠近极片的一侧为圆弧结构。
优选的，该工艺还包括：
9)预化；通过放电方式将内部正负极物质激活，同时在负极表面形成良好的SEI膜；具体为0.2-0.3C CC180-200min至3.5V，然后0.1-0.2C CC300-380min至4.0-4.1V；
10)成型：通过高温老化释放产生的气体，切除气袋和多余的侧边，完成电芯的外形。
优选的，所述叠片具体为：
包括叠片工作台、正极极片供料装置、负极极片供料装置和隔膜供料装置；
正极极片供料装置、负极极片供料装置分别位于叠片工作台上方两侧，隔膜供料装置位于叠片工作台的上方；
控制正极极片供料装置所供料的正极极片与水平的角度为10-15度；
控制负极极片供料装置所供料的负极极片与正极极片对称且角度为10-15度；
控制隔膜供料装置使隔膜于正极极片供料装置和负极极片供料装置之间往复摆动；
于所供料的负极极片和/或正极极片下方设有吸附装置，用于吸附隔膜使其呈之字形叠加，并逐层叠合于叠片工作台上。
优选的，控制吸附装置交替对隔膜进行吸附，使隔膜、正极极片、负极极片交错地以之字形叠片。
一种大容量叠片式结构的电池封装结构，包括外壳和与外壳配合的上盖，外壳为方形外壳，外壳外壁设有横向加强筋，外壳与上盖采用热熔风口工艺密封。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
1在保证锂离子电池稳定性的基础上，提高了生产效率；
2提高了锂离子电池的容量；
3在后续废旧电池的回收过程中，相对目前的设计较为容易。
附图说明
图1是本发明的叠片工艺所用设备的结构示意图。
图中：1叠片工作台，2正极极片供料装置，3负极极片供料装置，4隔膜供料装置，5吸附装置，6正极极片，7负极极片，8隔膜。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合实施例的方式对本发明的技术方案做详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。
但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
本发明首先提供了一种大容量叠片工艺，包括以下步骤：
1)搅拌调浆：将正极或负极材料及相关配料混合均匀，调制成浆液；在该补正，需要控制粘度、颗粒度以及固含量，
在本发明中，控制粘度为4000-4500mpa.s，颗粒度小于等于100纳米，固含量为35-42%；
以60-80rpm的速率进行搅拌，于45-50℃下搅拌1-1.5h；
搅拌器采用麻花框式浆搅拌。
2)涂布：将浆料均匀连续地涂覆在集流体的表面，并在涂布时预留极耳；具体为，涂辊转动带动浆料，通过调整刮刀间隙调节浆料转移量，并利用背辊或涂辊的转动浆料转移到基材上，并根据工艺要求控制涂布层的厚度，同时，通过干燥加热出去平铺于基材上的浆料中的溶剂，使固体物质均匀地粘附于基材上；所述涂布采用宽幅涂布，并采用双层挤压式涂布方式，所述极耳方向与涂布方向一致或垂直；
关于极耳的设置，正极极片和负极极片的极耳所处位置偏向隔膜层叠开口的位置，极耳靠近极片的一侧为圆弧结构。
在涂布后的极片进行冷压处理，具体是将极片压实，达到预定的密度和厚度，具体为，通过调节压辊的间隙以调节压力，从而调节极片被压实的厚度和密度。
3)对辊，采用直径大于等于600mm的对辊机；
4)分切：通过分切工艺形成正负极极片；
5)叠片：将正负极极片采用“之”字型叠片方式，依次叠加正极极片、隔膜和负极极片，叠片过程中，隔膜自动放卷，确保多张正极极片和负极极片之间的隔膜为一整体结构；
如图1所示，所述叠片具体为：
包括叠片工作台、正极极片供料装置、负极极片供料装置和隔膜供料装置；
正极极片供料装置、负极极片供料装置分别位于叠片工作台上方两侧，隔膜供料装置位于叠片工作台的上方；
控制正极极片供料装置所供料的正极极片与水平的角度为10-15度；
控制负极极片供料装置所供料的负极极片与正极极片对称且角度为10-15度；
控制隔膜供料装置使隔膜于正极极片供料装置和负极极片供料装置之间往复摆动；
于所供料的负极极片和/或正极极片下方设有吸附装置，用于吸附隔膜使其呈之字形叠加，并逐层叠合于叠片工作台上。
控制吸附装置交替对隔膜进行吸附，使隔膜、正极极片、负极极片交错地以之字形叠片。
6)焊接：将多个极耳焊接为一起成为裸电芯；
在该工序中，采用的超声波焊接，利用超声频率的机械振动能量在静压力的共同作用下，将弹性振动能量转变为工件间的摩擦功、形变能及随后有限的温升，从而达到连接异种金属的目的。
7)顶封：将裸电芯封包铝箔，在顶部和侧边进行热封装；包装铝箔分3层，分别为尼龙层、滤层和PP层，封装时，通过加热使PP熔化，同时加压使两层包装铝箔粘合在一起，达到封装的目的。
8)注液：将电解液加入到电芯中，并将电芯完全封住。该工序中首先要进行除水，贼灌注过程中保持环境湿度为10-20%；
由于水作为电解液中的一种衡量组分，对锂离子电池SEI膜的形成和电池性能有非常大的影响，满充状态的负极与锂金属性质相近，可以直接与水发生反应，因此，在锂离子电池的制作过程中，必须严格控制环境的湿度和正极材料、电解液的含水量；
9)预化；通过放电方式将内部正负极物质激活，同时在负极表面形成良好的SEI膜；锂电芯的化成是电池的初始化，使电芯的活性物质激活，即是一个能量转换的过程。锂电芯的化成是一个非常复杂的过程，同时，也是影响电池性能很重要的一道工序，因为在Li+第一次充电时，Li+第一次插入到石墨中，会在电池内发生电化学反应，在电池首次充电过程中不可避免地要在碳负极与电解液的相界面上形成覆盖在碳电机表面的钝化薄层，人们称之为固体电解质相界面或称SEI膜。
预化具体为0.2-0.3C CC180-200min至3.5V，然后0.1-0.2C CC300-380min至4.0-4.1V；
10)成型：该工序是将电芯外形制作最后加工；
具体包括：
高温老化；
释放化成产生的气体；切去气袋和多余的侧边；将侧边折起，完成电芯最终外形。
最后还包括化成和老化。
化成：该工序进一步形成稳定的SEI，并检测电芯容量。
老化：该工序是对电芯进行电压挑选。
同时本发明还提供了一种大容量叠片式结构的电池封装结构，包括外壳和与外壳配合的上盖，外壳为方形外壳，外壳外壁设有横向加强筋，外壳与上盖采用热熔风口工艺密封。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明配方及制备工艺可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大容量叠片工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)搅拌调浆：将正极或负极材料及相关配料混合均匀，调制成浆液；
2)涂布：将浆料均匀连续地涂覆在集流体的表面，并在涂布时预留极耳；具体为，涂辊转动带动浆料，通过调整刮刀间隙调节浆料转移量，并利用背辊或涂辊的转动浆料转移到基材上，并根据工艺要求控制涂布层的厚度，同时，通过干燥加热出去平铺于基材上的浆料中的溶剂，使固体物质均匀地粘附于基材上；
3)对辊，采用直径大于等于600mm的对辊机；
4)分切：通过分切工艺形成正负极极片；
5)叠片：将正负极极片采用“之”字型叠片方式，依次叠加正极极片、隔膜和负极极片，叠片过程中，隔膜自动放卷，确保多张正极极片和负极极片之间的隔膜为一整体结构；
6)焊接：将多个极耳焊接为一起成为裸电芯；
7)顶封：将裸电芯封包铝箔，在顶部和侧边进行热封装；
8)注液：将电解液加入到电芯中，并将电芯完全封住。
2.根据权利要求1所述的一种大容量叠片工艺，其特征在于，在涂布后的极片进行冷压处理，具体是将极片压实，达到预定的密度和厚度，具体为，通过调节压辊的间隙以调节压力，从而调节极片被压实的厚度和密度。
3.根据权利要求1所述的一种大容量叠片工艺，其特征在于，所述涂布采用宽幅涂布，并采用双层挤压式涂布方式。
4.根据权利要求1所述的一种大容量叠片工艺，其特征在于，所述极耳方向与涂布方向一致或垂直。
5.根据权利要求1所述的一种大容量叠片工艺，其特征在于，正极极片和负极极片的极耳所处位置偏向隔膜层叠开口的位置。
6.根据权利要求1所述的一种大容量叠片工艺，其特征在于，极耳靠近极片的一侧为圆弧结构。
7.根据权利要求1所述的一种大容量叠片工艺，其特征在于，该工艺还包括：
9)预化；通过放电方式将内部正负极物质激活，同时在负极表面形成良好的SEI膜；具体为0.2-0.3C CC180-200min至3.5V，然后0.1-0.2C CC300-380min至4.0-4.1V；
10)成型：通过高温老化释放产生的气体，切除气袋和多余的侧边，完成电芯的外形。
8.根据权利要求1所述的一种大容量叠片工艺，其特征在于，所述叠片具体为：
包括叠片工作台、正极极片供料装置、负极极片供料装置和隔膜供料装置；
正极极片供料装置、负极极片供料装置分别位于叠片工作台上方两侧，隔膜供料装置位于叠片工作台的上方；
控制正极极片供料装置所供料的正极极片与水平的角度为10-15度；
控制负极极片供料装置所供料的负极极片与正极极片对称且角度为10-15度；
控制隔膜供料装置使隔膜于正极极片供料装置和负极极片供料装置之间往复摆动；
于所供料的负极极片和/或正极极片下方设有吸附装置，用于吸附隔膜使其呈之字形叠加，并逐层叠合于叠片工作台上。
9.根据权利要求1所述的一种大容量叠片工艺，其特征在于，控制吸附装置交替对隔膜进行吸附，使隔膜、正极极片、负极极片交错地以之字形叠片。
10.一种大容量叠片式结构的电池封装结构，其特征在于，包括外壳和与外壳配合的上盖，外壳为方形外壳，外壳外壁设有横向加强筋，外壳与上盖采用热熔风口工艺密封。
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