一种电芯卷绕装置、电芯生产方法及动力电池
技术领域
本发明涉及电池生产制造技术领域,尤其涉及一种电芯卷绕装置、电芯生产方法及动力电池。
背景技术
随着全球范围内日益严重的能源危机和环境污染问题,绿色可持续发展能源逐渐成为全球追逐的目标。锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长、自放电低以及对环境友好等特点,已经成为电子产品和电动汽车的能量源。
锂离子电池包一般通过增大单体电芯容量、减少配组电芯数量提高整体的能量密度。增大单体电芯容量导致电芯卷绕层数增加,使电池在充放电过程中电芯的极片膨胀内应力迅速增大,从而造成电芯内部卷绕层出现弯曲变形的现象,电芯的正负极之间出现较大空间,进而造成电芯析锂现象的发现,严重降低了电池的寿命和安全性能。为了避免电芯析锂现象的发生,现有方案中一般通过在电芯的隔膜上涂覆具有一定粘接性能的涂层,利用涂层的粘接作用使隔膜和正负极片粘接在一起,从而使卷绕完成后的卷芯能够在高温高压工艺后实现正负极片之间的紧密接触,以保持电芯的平整性。
现有的涂层一般是连续、均匀地涂覆在隔膜上的,但是厚度均匀的涂层无法满足具有不同性能需求的电芯。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种电芯的卷绕装置,该卷绕装置能够根据需求修饰电芯隔膜的厚度,以满足不同情况下的卷绕,提高电芯某些特定的性能。
本发明的第二个目的在于提供一种电芯生产方法,利用该生产方法能够生产出隔膜厚度不同的卷芯,以满足具有不同性能需求的动力电池。
本发明的第三个目的在于提高一种动力电池,该动力电池的电芯的隔膜在拐角处和非拐角处的厚度不同,能够针对性地提高动力电池的性能。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种电芯卷绕装置,包括:
第一涂层粘辊组,用于修饰内隔膜上内粘接涂层的厚度;
第二涂层粘辊组,用于修饰外隔膜上外粘接涂层的厚度;
卷针,与所述第一涂层粘辊组和所述第二涂层粘辊组均间隔设置,所述卷针被配置为转动时能够卷绕层叠设置的正极片、被所述第一涂层粘辊组修饰后的所述内隔膜、负极片以及被所述第二涂层粘辊组修饰后的所述外隔膜并形成电芯。
作为优选,所述第一涂层粘辊组包括相对设置的第一粘辊和第二粘辊,所述内隔膜位于所述第一粘辊和所述第二粘辊之间,所述第一粘辊和所述第二粘辊被配置为能够挤压或者粘接所述内隔膜,以修饰所述内粘接涂层的厚度;
所述第二涂层粘辊组包括相对设置的第三粘辊和第四粘辊,所述外隔膜位于所述第三粘辊和所述第四粘辊之间,所述第三粘辊和所述第四粘辊被配置为能够挤压或者粘接所述外隔膜,以修饰所述外粘接涂层的厚度。
作为优选,所述第一粘辊和所述第二粘辊相对的一端均为锥状,以使所述内隔膜的边缘处呈斜面状;
所述第三粘辊和所述第四粘辊相对的一端均为锥状,以使所述外隔膜的边缘处呈斜面状。
一种电芯生产方法,使用上述的电芯卷绕装置,包括如下步骤:
将正极片、内隔膜、负极片以及外隔膜层叠设置形成电芯片;
将所述内隔膜穿过第一涂层粘辊组设置;
将所述外隔膜穿过第二涂层粘辊组设置;
将所述电芯片环绕卷针的周向卷绕形成电芯;在卷绕过程中,通过所述第一涂层粘辊组修饰所述内隔膜上的内粘接涂层,使所述内粘接涂层在所述电芯拐角处的厚度与在所述电芯非拐角处的厚度不同;并通过所述第二涂层粘辊组修饰所述外隔膜上的外粘接涂层,使所述外粘接涂层在所述电芯拐角处的厚度与在所述电芯非拐角处的厚度不同。
作为优选,所述内粘接涂层在所述电芯拐角处的厚度小于在所述电芯非拐角处的厚度;和/或
所述外粘接涂层在所述电芯拐角处的厚度小于在所述电芯非拐角处的厚度。
作为优选,所述内粘接涂层在所述电芯拐角处的厚度大于在所述电芯非拐角处的厚度;和/或
所述外粘接涂层在所述电芯拐角处的厚度大于在所述电芯非拐角处的厚度。
作为优选,通过控制所述第一涂层粘辊组与所述内隔膜之间的距离来改变所述内粘接涂层的厚度;或者
通过控制所述第一涂层粘辊组与所述内隔膜之间的压力来改变所述内粘接涂层的厚度。
作为优选,通过控制所述第二涂层粘辊组与所述外隔膜之间的距离来改变所述外粘接涂层的厚度;或者
通过控制所述第二涂层粘辊组与所述外隔膜之间的压力来改变所述外粘接涂层的厚度。
作为优选,在所述将正极片、内隔膜、负极片以及外隔膜依次层叠设置形成电芯片之前还包括如下步骤:
制备所述正极片:在正极集流体上涂覆正极活性材料、正极导电剂以及正极粘结剂以形成所述正极片;将所述正极活性材料、所述正极导电剂以及所述正极粘结剂涂覆在所述正极集流体的部分结构上形成正极片的涂覆区,并裁切正极片的未涂覆区形成正极耳;
制备所述负极片:在负极集流体上涂覆负极活性材料、负极导电剂以及负极粘结剂以形成所述负极片;将所述负极活性材料、所述负极导电剂以及所述负极粘结剂涂覆在所述负极集流体的部分结构上形成负极片的涂覆区,并裁切负极片的未涂覆区形成负极耳。
一种动力电池,包括电芯,所述电芯使用上述的电芯生产方法制成,所述电芯包括依次层叠卷绕设置的正极片、内隔膜、负极片和外隔膜,所述内隔膜上设置有内粘接涂层,所述内粘接涂层在所述电芯拐角处的厚度与在所述电芯非拐角处的厚度不同,所述外隔膜上设置有外粘接涂层,所述外粘接涂层在所述电芯拐角处的厚度与在所述电芯非拐角处的厚度不同。
本发明的有益效果:
本发明提供了一种电芯卷绕装置,该电芯卷绕装置包括第一涂层粘辊组、第二涂层粘辊组和卷针,第一涂层粘辊组能够修饰内隔膜上内粘接涂层的厚度,第二涂层粘辊组能够修饰外隔膜上外粘接涂层的厚度,卷针转动能够将由正极片、内隔膜、负极片以及外隔膜层叠设置形成的电芯片卷绕形成电芯。通过设置第一涂层粘辊组能够在电芯卷绕前修饰内隔膜上的内粘接涂层的厚度,从而在内隔膜上形成厚度不均匀的内粘接涂层,通过设置第二涂层粘辊组能够在电芯卷绕前修饰外隔膜上的外粘接涂层的厚度,从而在外隔膜上形成厚度不均匀的外粘接涂层。利用该电芯卷绕装置卷绕的电芯能够满足多种具有不同性能需求的动力电池,灵活性较高,使用范围较广。
本发明提供了一种电芯生产方法,该生产方法通过控制第一涂层粘辊组和第二涂层粘辊组,能够使内隔膜上的内粘接涂层在电芯拐角处的厚度与在电芯非拐角处的厚度不同,外隔膜上的外粘接涂层在电芯在拐角处的厚度与在电芯非拐角处的厚度不同,从而满足具有不同性能需求的动力电池。
本发明还提供了一种动力电池,该动力电池内隔膜上的内粘接涂层在电芯拐角处的厚度与在电芯非拐角处的厚度不同,外隔膜上的外粘接涂层在电芯拐角处的厚度与在电芯非拐角处的厚度不同,能够针对性地提高电池的性能。
附图说明
图1是本发明所提供的电芯卷绕装置的结构示意图;
图2是本发明所提供的电芯生产方法的流程图;
图3是本发明所提供的正极片未裁切形成正极耳时的结构示意图;
图4是本发明所提供的正极片裁切形成正极耳后的结构示意图;
图5是本发明所提供的负极片未裁切形成负极耳时的结构示意图;
图6是本发明所提供的负极片裁切形成负极耳后的结构示意图;
图7是本发明所提供的电芯的结构示意图。
图中:
1、内隔膜;
2、第一涂层粘辊组;201、第一粘辊;202、第二粘辊;
3、外隔膜;
4、第二涂层粘辊组;401、第三粘辊;402、第四粘辊;
5、正极片;501、正极片的涂覆区;502、正极片的未涂覆区;503、正极耳;
6、负极片;601、负极片的涂覆区;602、负极片的未涂覆区;603、负极耳;
7、卷针;8、电芯。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例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。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中,术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
本实施例提供了一种电芯卷绕装置,如图1所示,该电芯卷绕装置包括第一涂层粘辊组2、第二涂层粘辊组4和卷针7。其中,第一涂层粘辊组2用于修饰内隔膜1上内粘接涂层的厚度,第二涂层粘辊组4用于修饰外隔膜3上外粘接涂层的厚度,经过修饰后的内隔膜1和外隔膜3与正极片5、负极片6层叠设置形成电芯片。电芯片的一端置于卷针7处,卷针7在动力源的驱动下旋转,从而将层叠设置的电芯片沿卷针7的周向卷绕至卷针7上形成电芯8。
在本实施例中,该电芯卷绕装置通过设置第一涂层粘辊组2能够在电芯卷绕前修饰内隔膜1上的内粘接涂层的厚度,从而在内隔膜1上形成厚度不均匀的内粘接涂层,通过设置第二涂层粘辊组4能够在电芯卷绕前修饰外隔膜3上的外粘接涂层的厚度,从而在外隔膜3上形成厚度不均匀的外粘接涂层。利用该电芯卷绕装置卷绕的电芯8能够满足多种具有不同性能需求的动力电池,灵活性较高,使用范围较广。
具体地,如图1所示,在本实施例中,第一涂层粘辊组2包括相对设置的第一粘辊201和第二粘辊202,内隔膜1位于第一粘辊201和第二粘辊202之间,第一粘辊201和第二粘辊202被配置为能够挤压或者粘接内隔膜1,以修饰内粘接涂层的厚度。在本实施例中,仅设置有一组第一涂层粘辊组2,当然在其他实施例中个,也可以设置多组第一涂层粘辊组2,例如两组、三组或者更多组。多组第一涂层粘辊组2可以排布在一条直线上,也可以排布呈曲线状。相较于将多组第一涂层粘辊组2排布在一条直线上,排布呈曲线状能够降低电芯卷绕装置占用的空间,因此优选将多组第一涂层粘辊组2排布呈曲线状。多组第一涂层粘辊组2同时工作能够对内隔膜1上的不同部分的内粘接涂层的厚度进行修饰,以提高修饰效率。
如图1所示,第二涂层粘辊组4包括相对设置的第三粘辊401和第四粘辊402,外隔膜3位于第三粘辊401和第四粘辊402之间,第三粘辊401和第四粘辊402被配置为能够挤压或者粘接外隔膜3,以修饰外粘接涂层的厚度。同理,第二涂层粘辊组4的数量也可以为一组、两组、三组或者更多组,优选设置多组,以提高对外隔膜3的修饰效率。并且,为了降低电芯卷绕装置占用的空间,多组第二涂层粘辊组4同样优选排布呈曲线状。
进一步地,第一粘辊201和第二粘辊202的形状相同,第三粘辊401和第四粘辊402的形状相同。且由于正极片5包括涂覆有正极活性材料、正极导电剂以及正极粘结剂的正极片的涂覆区501以及未涂覆上述材料的正极片的未涂覆区502,因此正极片5沿宽度方向的厚度不同。为了适应正极片5,在本实施例中,将第一粘辊201和第二粘辊202相对的一端均设置为锥状,以在经过第一粘辊201和第二粘辊202的内隔膜的边缘处形成斜面,使内隔膜1沿宽度方向的厚度不同,从而适应沿宽度方向厚度不同的正极片5。
通过调节第一粘辊201和第二粘辊202边缘位置形状,使内隔膜1上对应正极片5消薄区的部分通过第一粘辊201和第二粘辊202时,两个粘辊的锥状部分之间的宽度隙略大于其他部分的主体间隙,从而使形成的电芯8顶部位置主体厚度一致,进而改善了因正极片5边缘削薄存在导致的电芯8顶部接触不良。同理,将第三粘辊401和第四粘辊402的形状设置为相同,并使第三粘辊401和第四粘辊402相对的一端均为锥状,以使外隔膜3的边缘处呈斜面状。
实施例二
在实施例一的基础上,本实施例还提供了一种电芯生产方法,如图2所示,具体包括如下步骤:
将正极片5、内隔膜1、负极片6以及外隔膜3层叠设置形成电芯片;
将内隔膜1穿过第一涂层粘辊组2设置;
将外隔膜3穿过第二涂层粘辊组4设置;
将电芯片环绕卷针7的周向卷绕形成电芯8;在卷绕过程中,通过第一涂层粘辊组2修饰内隔膜1上的内粘接涂层,使内粘接涂层在电芯8拐角处的厚度与在电芯8非拐角处的厚度不同;并通过第二涂层粘辊组4修饰外隔膜3上的外粘接涂层,使外粘接涂层在电芯8拐角处的厚度与在电芯8非拐角处的厚度不同。
在本实施例中,通过控制第一涂层粘辊组2和第二涂层粘辊组4的相关参数,能够在内隔膜1和外隔膜3上形成厚度不均的粘接涂层。厚度不均具体包括如下两种:第一种为内隔膜1上的内粘接涂层在电芯8拐角处的厚度小于在电芯8非拐角处的厚度,外隔膜3上的外粘接涂层在电芯8拐角处的厚度小于在电芯8非拐角处的厚度;第二种为内隔膜1上的内粘接涂层在电芯8拐角处的厚度大于在电芯8非拐角处的厚度,外隔膜3上的外粘接涂层在电芯8拐角处的厚度大于在电芯8非拐角处的厚度。
对于非疏松隔膜涂层,适于采用上述第一种情况。通过将内隔膜1上的内粘接涂层在电芯8拐角处的厚度设置为小于在电芯8非拐角处的厚度,外隔膜3上的外粘接涂层在电芯8拐角处的厚度设置为小于在电芯8非拐角处的厚度,能够使电芯8拐角处的应力得到及时释放,避免了在动力电池充放电过程中,位于电芯8内部的正极片5和负极片6因张力过大开裂引起电芯8内部短路现象的出现,进而保障了动力电池的使用安全,提高了动力电池的使用寿命。
而对于具有缓冲功能涂层给拐角膨胀预留缓冲空间的情况,适于采用上述第二种情况。通过将内隔膜1上的内粘接涂层在电芯8拐角处的厚度设置为大于在电芯8非拐角处的厚度,将外隔膜3上的外粘接涂层在电芯8拐角处的厚度设置为大于在电芯8非拐角处的厚度,可以有效提高电芯8的体积能量密度。
以最终缠绕至椭圆形的卷针7上的状态为依据,将内隔膜1分为缠绕至卷针7非拐角处的平直部分和缠绕至卷针7拐角处的弯曲部分。第一粘辊201和第二粘辊202均转动设置,通过控制第一粘辊201和第二粘辊202的相关参数能够达到改变内隔膜1上的内粘接涂层的厚度,从而形成厚度不均的内隔膜1的目的。
以下述第一种情况为例对如何控制第一粘辊201和第二粘辊202从而改变内隔膜1上的内粘接涂层的厚度进行介绍。当内隔膜1的平直部分通过第一粘辊201和第二粘辊202之间时,增大第一粘辊201和第二粘辊202之间的距离,使第一粘辊201、第二粘辊202均不与内隔膜1接触,从而使得内隔膜1平直部分的内粘接涂层修饰量为0,内粘接涂层的厚度不变。而当内隔膜1的弯曲部分通过第一粘辊201和第二粘辊202之间时,减小第一粘辊201和第二粘辊202之间的距离,使第一粘辊201、第二粘辊202与内隔膜1接触,从而使内隔膜1弯曲部分的内粘接涂层修饰量大于0,内粘接涂层的厚度减小。
当然除了调整第一粘辊201和第二粘辊202的间距外,还可以通过调整第一涂层粘辊组2与内隔膜1之间的压力来改变内粘接涂层在电芯8拐角处的厚度。该种方法优选适用于内粘接涂层的初始厚度较大,在卷绕时需要对内粘接涂层各部分的厚度均进行修饰时。具体地,当内隔膜1的平直部分通过第一粘辊201和第二粘辊202之间时,第一粘辊201、第二粘辊202与内隔膜1接触,且接触部分的压力为F1,第一涂层粘辊组2对该部分的内粘接涂层的修饰量为A1。而当内隔膜1的弯曲部分通过第一粘辊201和第二粘辊202之间时,将第一粘辊201、第二粘辊202与内隔膜1接触之间的接触压力增大至F2(F2>F1),使第一涂层粘辊组2对该部分的内粘接涂层的修饰量增大至A2(A2>A1),从而达到内粘接涂层在电芯8拐角处的厚度小于在电芯8非拐角处的厚度的目的。
当隔膜1上的内粘接涂层的厚度需要调整至上述第二种情况时,反向操作即可,在此不再赘述。
第二涂层粘辊组4包括地相对设置的第三粘辊401和第四粘辊402之间的间距可以改变,外隔膜3从第三粘辊401和第四粘辊402之间通过。可选地,第三粘辊401和第四粘辊402均转动设置。外隔膜3上的外粘接涂层的厚度修饰方法可以通过控制第二涂层粘辊组4与外隔膜3之间的距离或者压力实现,具体方法与内粘接涂层的厚度修饰方法相同,在此不再赘述。
进一步地,在本实施例中,通过测量卷针7与第一涂层粘辊组2之间的距离确定内隔膜1位于电芯8拐角处的部分。在本实施例中,如图2所示,卷针7的形状为椭圆形,卷针7各处距离第一涂层粘辊组2的距离均不同,在测量卷针7与第一涂层粘辊组2之间的距离时,需要测量卷针7的长轴两端和短轴两端距离第一涂层粘辊组2的距离,以便精确判断内隔膜1上的平直部分和弯曲部分。同理,可以通过测量卷针7与第二涂层粘辊组4之间的距离确定外隔膜3位于电芯8拐角处的部分,外隔膜3上位于电芯8拐角处的部分的确定方法与内隔膜1位于电芯8拐角处的部分的确定方法相同,在此不再赘述。
进一步地,该电芯生产方法在制备电芯8之前还包括正极片5的制备。具体地,在正极集流体上涂覆正极活性材料、正极导电剂以及正极粘结剂以形成正极片5。在涂覆时,如图3所示,将正极活性材料、正极导电剂以及正极粘结剂涂覆在正极集流体的部分结构上形成正极片的涂覆区501,未涂覆的结构形成正极片的未涂覆区502。如此设置便于后期直接裁切正极片的未涂覆区502从而形成正极耳503,有利于提高电芯8的结构紧凑性。如图4所示,裁切形成的正极耳503呈矩形结构,正极耳503的数量为多个。在正极片5卷绕形成电芯8后,如图7所示,多个正极耳503上下层叠正对设置。
进一步地,该电芯生产方法在制备电芯8之前还包括负极片6的制备。具体地,在负极集流体上涂覆负极活性材料、负极导电剂以及负极粘结剂以形成负极片6。在涂覆时,如图5所示,将负极活性材料、负极导电剂以及负极粘结剂涂覆在负极集流体的部分结构上形成负极片的涂覆区601,未涂覆的结构形成负极片的未涂覆区602。如此设置便于后期裁切负极片的未涂覆区602从而形成负极耳603。如图6所示,裁切形成的负极耳603呈矩形结构,负极耳603的数量为多个。在负极片6卷绕形成电芯8后,如图7所示,多个负极耳603上下层叠正对设置。
进一步地,该电芯生产方法在制备电芯8之后还包括热压、封装、真空干燥、注液、化成、除气、分容等工序,经过以上工序后,最终完成该动力电池的制备。热压、封装、真空干燥、注液、化成、除气、分容等工序均是现有技术,在此不做详细的描述。
实施例三
在实施例一和实施例二的基础上,本实施例还提供了一种动力电池,该动力电池为锂离子电池,具体包括外壳和置于外壳内的电芯8,电芯8包括依次层叠卷绕设置的正极片5、内隔膜1、负极片6和外隔膜3,内隔膜1上设置有内粘接涂层,内粘接涂层在电芯8拐角处的厚度与在电芯8非拐角处的厚度不同,外隔膜3上设置有外粘接涂层,外粘接涂层在电芯8拐角处的厚度与在电芯8非拐角处的厚度不同,能够针对性地提高电池性能,以形成满足不同性能的动力电池。
进一步地,内粘接涂层在电芯8拐角处或者非拐角处的厚度可以减少至0。外粘接涂层在电芯8拐角处或者非拐角处的厚度也可以减少至0。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。