CN109509917A - 一种电池电芯的卷绕工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种电池电芯的卷绕工艺，包括以下步骤：首先，将待卷绕的极片以及隔膜设置在卷绕装置上；然后，将卷绕装置上的极片以及隔膜进行卷绕形成电芯；当电芯卷绕到第N/2层时，插入多根支撑棒至当前卷绕层的表面，然后继续进行卷绕，直至卷绕到N层时停止卷绕；其中，N/2取整数，且N>1；最后，卷绕结束后，方形卷针和支撑棒一起抽出脱离电芯，完成卷绕。相对于现有技术，本发明通过在特定的卷绕层上插入多根支撑棒至当前卷绕层表面，使电芯内部形成一个预留膨胀空间，减缓了极片膨胀的影响，使电芯整体不会发生膨胀变形。

Description

一种电池电芯的卷绕工艺
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种电池电芯的卷绕工艺。
背景技术
锂离子电池具有重量轻、安全性能好等优点，故在蓝牙、2G/3G手机、笔记本电脑、平板电脑、摄像机等移动电子设备以及便携式移动电源等领域的应用日益广泛。
尽管锂离子电池具有诸多优点，但还是存在着一定的缺陷；在卷绕式电池中，当电池被充电激活后，电芯的正极片和负极片会发生膨胀，从而使电芯内部产生应力，造成电池结构变形。随着使用时间增长，电池结构的变形更加严重，最后会演变成安全事故。
为了改善电芯极片发生膨胀的问题，现有技术一般会通过选用特殊处理的隔膜，让隔膜和极片粘为一体，减缓电池结构变形；但此方法不能完全杜绝电芯极片膨胀变形的问题，尤其是当电池电芯的厚度达到8mm以上时，特殊处理的隔膜成本就会增加4~8倍，大大的提高电池生产成本，不利于行业的发展；因此亟需一种成本较低且能提高电池安全性能的方法。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种电池电芯的卷绕工艺，以解决现有电芯膨胀变形的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电池电芯的卷绕工艺，包括以下步骤：
步骤1）、将待卷绕的极片以及隔膜设置在卷绕装置上；
步骤2）、将卷绕装置上的极片以及隔膜进行卷绕形成电芯；当电芯卷绕到第N/2层时，插入多根支撑棒至当前卷绕层的表面，然后继续进行卷绕，直至卷绕到N层时停止卷绕；其中，N/2取整数，且N>1；
步骤3）、卷绕结束后，方形卷针和支撑棒一起抽出脱离电芯，完成卷绕。
作为本发明所述电池电芯的卷绕工艺的优选方案，步骤2）中，当N≥30层时，每隔N/3层，插入多根所述支撑棒；其中，N/3取整数。由于电芯的卷绕层数越多，电芯的膨胀系数越大，所需要的预留膨胀空间则越多；通过上述设置，避免了电芯由于卷绕层数过多而导致电芯膨胀变形的问题，提高了电芯的安全性能和产品质量。
作为本发明所述电池电芯的卷绕工艺的优选方案，步骤2）中，当电芯卷绕到第N/2层时，在该层的两个窄面各插入1~2根所述支撑棒。通过上述设置，减缓了电芯窄面上的极片膨胀，提高了电芯的安全性能和产品质量。
作为本发明所述电池电芯的卷绕工艺的优选方案，步骤2）中，当电芯卷绕到第N/2层时，在该层的两个宽面各插入1~4根所述支撑棒。通过上述设置，减缓了电芯宽面上的极片膨胀，提高了电芯的安全性能和产品质量。
作为本发明所述电池电芯的卷绕工艺的优选方案，步骤2）中，多根所述支撑棒在电芯内左右对称和/或上下对称。通过上述设置，使卷绕得到的电芯的结构对称美观，同时保证了电芯内预留膨胀空间的宽度保持一致，提高了电芯的安全性能和产品质量。
作为本发明所述电池电芯的卷绕工艺的优选方案，步骤2）中，所述方形卷针转速为60r/min。根据实际情况和生产要求，选择合适的转速。
作为本发明所述电池电芯的卷绕工艺的优选方案，步骤2）中，所述方形卷针的宽面与水平面的夹角为α，当45°≤α≤135°和225°≤α≤315°，所述方形卷针转速为80r/min。由于本发明的卷针为方形卷针，卷绕的极片以及隔膜所受到的张力会随着卷绕过程不断变化；当α=90°或α=270°时，卷绕的极片以及隔膜所受到的张力最大；当α=0°或α=180°时，卷绕的极片以及隔膜所受到的张力最小。通过上述设置，能减少极片以及隔膜由于张力导致的形变，减少电芯的形变，提高了电芯的安全性能和产品质量。
作为本发明所述电池电芯的卷绕工艺的优选方案，步骤2）中，所述支撑棒直径为2~4mm。根据实际情况和生产要求，选择合适的支撑棒直径。
作为本发明所述电池电芯的卷绕工艺的优选方案，步骤2）中，所述方形卷针的厚度为2~4mm。根据实际情况和生产要求，选择合适的形卷针厚度。
作为本发明所述电池电芯的卷绕工艺的优选方案，步骤2）中，所述支撑棒为金属支撑棒或塑料支撑棒。根据实际情况和生产要求，选择合适的支撑棒。
相对于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：
（1）本发明通过在特定的卷绕层上插入多根支撑棒至当前卷绕层表面，使电芯内部形成一个预留膨胀空间；当电芯内极片发生膨胀时，由于预留膨胀空间的存在，为极片的膨胀提供了一定空间，减缓了极片膨胀的影响，使电芯整体不会发生膨胀变形；
（2）本发明的卷绕工艺操作简单，且不需要使用特殊处理的隔膜，大大减少了电芯的生产成本，同时提高了电芯的安全性能和产品质量。
附图说明
图1为本发明实施例1卷绕结构示意图。
图2为本发明实施例3卷绕结构示意图。
图3为本发明实施例4卷绕结构示意图。
图4为本发明实施例5卷绕结构示意图。
图中：1-电芯；2-方形卷针；3-支撑棒。
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。
实施例1
如图1所示，一种电池电芯1的卷绕工艺，包括以下步骤：
步骤1）、将待卷绕的极片以及隔膜设置在卷绕装置上；
步骤2）、将卷绕装置上的极片以及隔膜进行卷绕形成电芯1；当电芯1卷绕到第N/2层时，在该层的两个窄面各插入1根所述支撑棒3，然后继续进行卷绕，直至卷绕到N层时停止卷绕；其中，N/2取整数，且N>1；方形卷针2的转速为60r/min，厚度为3mm；支撑棒3为金属支撑棒，直径为3mm；
步骤3）、卷绕结束后，方形卷针2和支撑棒3一起抽出脱离电芯1，完成卷绕。
实施例2
与实施例1不相同的是，步骤2）中，当N≥30层时，每隔N/3层，插入多根所述支撑棒3；其中，N/3取整数。由于电芯1的卷绕层数越多，电芯1的膨胀系数越大，所需要的预留膨胀空间则越多；相对于实施例1，通过上述设置，避免了电芯1由于卷绕层数过多而导致电芯1膨胀变形的问题，提高了电芯1的安全性能和产品质量。
其它同实施例1，这里不再赘述。
实施例3
如图2所示，与实施例1不相同的是，步骤2）中，当电芯1卷绕到第N/2层时，在该层的两个宽面各插入2根所述支撑棒3。由于本发明电芯1由方形卷针2卷绕而成，因此得到的电芯1为方形电芯1，因此电芯1的宽面面积远大于电芯1的窄面面积；相对于实施例1，通过上述设置，减缓了电芯1宽面上的极片膨胀，且得到的预留膨胀空间更大，减缓电芯1膨胀的效果更加明显；
同时由于电芯1的窄面为卷绕的拐角处，实施例1中的支撑棒3与隔膜的接触面积大，将支撑棒3从电芯1的窄面抽出时，容易使隔膜和支撑棒3一起抽出，使电芯1的正负极片接触，导致电芯1报废；而本实施例中的支撑棒3设置在电芯1的宽面处，支撑棒3与隔膜的接触面积小，将支撑棒3从电芯1的窄面抽出时，不会出现隔膜和支撑棒3一起抽出的现象，提高了电芯1的安全性能和产品质量。
其它同实施例1，这里不再赘述。
实施例4
如图3所示，与实施例1不相同的是，步骤2）中，当电芯1卷绕到第N/2层时，在该层的两个窄面各插入1根所述支撑棒3，同时在该层的两个宽面各插入2根所述支撑棒3，且多根所述支撑棒3在电芯1内左右对称和/或上下对称。由于本发明电芯1由方形卷针2卷绕而成，因此得到的电芯1为方形电芯1，因此在卷绕过程中，电芯1上不同的部位所受到的张力不相同，电芯容易出现形变；相对于实施例1，通过上述设置，使卷绕得到的电芯1的结构对称美观，同时保证了电芯1内预留膨胀空间的宽度保持一致，使预留膨胀空间的结构更加平滑，减少张力对电芯1的影响，提高了电芯1的安全性能和产品质量。
其它同实施例1，这里不再赘述。
实施例5
如图4所示，与实施例1不相同的是，步骤2）中，所述方形卷针2的宽面与水平面的夹角为α，当45°≤α≤135°和225°≤α≤315°，所述方形卷针2转速为80r/min。由于本发明的卷针为方形卷针2，卷绕的极片以及隔膜所受到的张力会随着卷绕过程不断变化；当α=90°或α=270°时，卷绕的极片以及隔膜所受到的张力最大；当α=0°或α=180°时，卷绕的极片以及隔膜所受到的张力最小。相对于实施例1，通过上述设置，能减少极片以及隔膜由于张力导致的形变，减少电芯1的形变，提高了电芯1的安全性能和产品质量。
其它同实施例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 (10)

1.一种电池电芯的卷绕工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）、将待卷绕的极片以及隔膜设置在卷绕装置上；
步骤2）、将卷绕装置上的极片以及隔膜进行卷绕形成电芯；当电芯卷绕到第N/2层时，插入多根支撑棒至当前卷绕层的表面，然后继续进行卷绕，直至卷绕到N层时停止卷绕；其中，N/2取整数，且N>1；
步骤3）、卷绕结束后，方形卷针和支撑棒一起抽出脱离电芯，完成卷绕。
2.根据权利要求1所述的电池电芯的卷绕工艺，其特征在于：步骤2）中，当N≥30层时，每隔N/3层，插入多根所述支撑棒；其中，N/3取整数。
3.根据权利要求1所述的电池电芯的卷绕工艺，其特征在于：步骤2）中，当电芯卷绕到第N/2层时，在该层的两个窄面各插入1~2根所述支撑棒。
4.根据权利要求1所述的电池电芯的卷绕工艺，其特征在于：步骤2）中，当电芯卷绕到第N/2层时，在该层的两个宽面各插入1~4根所述支撑棒。
5.根据权利要求1所述的电池电芯的卷绕工艺，其特征在于：步骤2）中，多根所述支撑棒在电芯内左右对称和/或上下对称。
6.根据权利要求1所述的电池电芯的卷绕工艺，其特征在于：步骤2）中，所述方形卷针转速为60r/min。
7.根据权利要求1所述的电池电芯的卷绕工艺，其特征在于：步骤2）中，所述方形卷针的宽面与水平面的夹角为α，当45°≤α≤135°和225°≤α≤315°，所述方形卷针转速为80r/min。
8.根据权利要求1所述的电池电芯的卷绕工艺，其特征在于：步骤2）中，所述支撑棒直径为2~4mm。
9.根据权利要求1所述的电池电芯的卷绕工艺，其特征在于：步骤2）中，所述方形卷针的厚度为2~4mm。
10.根据权利要求1所述的电池电芯的卷绕工艺，其特征在于：步骤2）中，所述支撑棒为金属支撑棒或塑料支撑棒。
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