CN110212236B - 一种锂离子电池高速叠片方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池制造技术领域，并具体公开一种锂离子电池高速叠片方法，锂离子电池高速叠片方法包括以下步骤：步骤S100、提供模切好的极片和叠片平台，使位于叠片平台上方的隔膜卷上的隔膜的一端固定在叠片平台上；步骤S200、按照“Z”字形方式将隔膜堆叠在叠片平台上，每叠一层隔膜在隔膜的上方间隔放置至少两个同极性的极片，相邻两层极片的极性不同，堆叠N层隔膜后形成电芯坯体组件；步骤S300、使切割装置于相邻极片之间的位置切割电芯坯体组件，以成型单个的电芯坯体。通过每层堆叠至少两个极片，可以减少重复抓取极片的动作，减少定位时间，一次性完成至少两个电芯坯体的堆叠，加快了叠片速度。

Description

一种锂离子电池高速叠片方法

技术领域

本发明涉及电池制造技术领域，尤其涉及一种锂离子电池高速叠片方法。

背景技术

目前，锂离子电池广泛应用于消费类电子产品、新能源汽车以及储能领域，随着应用市场的快速发展以及用户对产品要求的不断提升，如何生产出安全性能好、比能量高、循环寿命长、成本低的锂离子电池成为了锂离子电池领域的重要研究方向。

锂离子电池根据其制片方式的不同，可以分为两种：卷绕式和叠片式。卷绕式电池加工速度快，效率高，但其存在以下缺陷：1、卷绕式电池对极片的柔性有一定要求，导致极片面密度偏低，单体电池的能量密度收到制约；2、卷绕式电池在极片弯曲处的反应与其他位置存在差异，电极反应均匀性差，影响性能甚至存在安全隐患；3、卷绕式电池为了使负极完全包裹正极，负极片存在一部分无效区域，不提供容量，降低了电池的能量密度。与之相比，叠片式电池的电极反应均匀性更好，更为安全，极片可涂布较厚，从而电池的能量密度得以提升。

目前，叠片式电池的叠片方式主要有以下几种：

1、Z型叠片，将事先模切好的正负极片和隔膜自下而上逐片Z型堆叠而成，此工艺简单，但是存在叠片速度慢，效率低的问题，延长了生产周期，增加了生产成本；

2、袋式叠片，将事先模切好的正负极片分别封装于隔膜袋中，再将其交替叠放，形成堆叠，但该工艺复杂，需要制作隔膜袋，生产效率低；

3、H型叠片，该工艺与Z型叠片类似，只是正负极片均在两侧出极耳或者正负极片在电信的一侧出两个极耳，该工艺可有效解决叠片层数过多引起极耳焊接区域过厚的问题，但是叠片速度仍然较低。

发明内容

本发明实施例的目的在于：提供一种锂离子电子高速叠片方法，其操作简单，叠片速度快，生产效率高。

为达此目的，本发明实施例采用以下技术方案：

第一方面，提供一种锂离子电池高速叠片方法，包括以下步骤：

步骤S100、提供模切好的极片和叠片平台，使位于所述叠片平台上方的隔膜卷上的隔膜的一端固定在所述叠片平台上；

步骤S200、按照“Z”字形方式将所述隔膜堆叠在所述叠片平台上，每叠一层所述隔膜在所述隔膜的上方间隔放置至少两个同极性的所述极片，相邻两层所述极片的极性不同，堆叠N层所述隔膜后形成电芯坯体组件；

步骤S300、使切割装置于相邻所述极片之间的位置切割所述电芯坯体组件，以成型单个的电芯坯体。

作为锂离子电池高速叠片方法的一种优选方案，所述隔膜在所述叠片平台上堆叠时，支撑所述隔膜卷的隔膜传动轴固定，所述叠片平台可沿水平方向做直线往复移动，以拉动所述隔膜卷上的隔膜按照“Z”字形方式堆叠。

作为锂离子电池高速叠片方法的一种优选方案，所述叠片平台滑动设置于一滑动导轨上，所述叠片平台通过第一驱动机构驱动在所述滑动导轨上移动。

作为锂离子电池高速叠片方法的一种优选方案，所述隔膜在所述叠片平台上堆叠时，所述叠片平台固定，支撑所述隔膜卷的隔膜传动轴可沿水平方向做直线往复移动，以使所述隔膜卷上的隔膜按照“Z”字形方式堆叠于所述叠片平台上。

作为锂离子电池高速叠片方法的一种优选方案，提供固定夹具，在所述隔膜堆叠过程中，所述固定夹具固定所述隔膜沿堆叠方向的两端，当所述隔膜堆叠至所述固定夹具的压紧位置时，所述固定夹具打开以避让所述隔膜，使所述隔膜能堆叠至所述固定夹具的压紧位置。

作为锂离子电池高速叠片方法的一种优选方案，在所述步骤S300中，所述切割装置可沿水平和竖直方向移动至所述电芯坯体组件待切割的位置。

第二方面，提供一种锂离子电池高速叠片装置，包括叠片平台、隔膜传动轴和切割装置，所述隔膜传动轴上安装有隔膜卷，所述隔膜卷上的隔膜一端与所述叠片平台连接，所述隔膜可呈“Z”字型堆叠于所述叠片平台上，所述切割装置设置于所述叠片平台的上方，用于对所述叠片平台上堆叠成型的电芯坯体组件进行切割以分离出多个独立的电芯坯体。

作为锂离子电池高速叠片装置的一种优选方案，所述叠片平台的下方设置有滑动导轨，所述叠片平台滑动设置于所述滑动导轨上，所述叠片平台的一侧设置有驱动所述叠片平台沿水平方向往复移动的第一驱动机构。

作为锂离子电池高速叠片装置的一种优选方案，所述隔膜传动轴安装于支架上，所述隔膜传动轴通过第二驱动机构驱动可沿水平方向在所述支架上移动。

作为锂离子电池高速叠片装置的一种优选方案，所述叠片平台上间隔设置两个固定夹具，所述固定夹具用于将堆叠后的所述隔膜固定在所述叠片平台上，两个所述固定夹具沿所述隔膜的堆叠方向分别设置在所述隔膜的两端。

第三方面，还提供一种锂离子电池，采用所述的锂离子电池高速叠片方法制造成型。

本发明实施例的有益效果为：通过每层堆叠至少两个极片，可以减少重复抓取极片的动作，减少定位时间，一次性完成至少两个电芯坯体的堆叠，加快了叠片速度，且此叠片方法不影响锂离子电池生产前后工艺，易替换传统工艺，成本低。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例的锂离子电池高速叠片装置的结构原理图。

图2为本发明实施例的固定夹具的结构示意图。

图3为本发明实施例的支架与隔膜卷的组装示意图。

图中：

1、极片；2、叠片平台；3、隔膜卷；31、隔膜；4、切割装置；5、隔膜传动轴；6、滑动导轨；7、固定夹具；71、固定座；72、转轴；73、第一压板；74、第二压板；75、弹簧；76、第二传感器；8、支架；81、横梁；82、安装板；83、悬挂件。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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，本领域技术人员在没有作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，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在以下实施例中，隔膜沿堆叠方向的两端是指图1中的箭头方向的两端。

如图1所示，本发明实施例提供一种锂离子电池高速叠片方法，包括以下步骤：

步骤S100、提供模切好的极片1和叠片平台2，使位于所述叠片平台2上方的隔膜卷3上的隔膜31的一端固定在所述叠片平台2上；

步骤S200、按照“Z”字形方式将所述隔膜31堆叠在所述叠片平台2上，每叠一层所述隔膜31在所述隔膜31的上方间隔放置至少两个同极性的所述极片1，相邻两层所述极片1的极性不同，堆叠N层所述隔膜31后形成电芯坯体组件；

步骤S300、使切割装置4于相邻所述极片1之间的位置切割所述电芯坯体组件，以成型单个的电芯坯体。通过每层堆叠至少两个极片1，可以减少重复抓取极片1的动作，减少定位时间，一次性完成至少两个电芯坯体的堆叠，加快了叠片速度，且此叠片方法不影响锂离子电池生产前后工艺，易替换传统工艺，成本低。

具体地，在本发明的实施例中，隔膜31为连续不分断的结构，不需要提前切割为膜片的结构也能实现隔膜31与极片1叠装，降低了操作难度。

在一实施例中，所述隔膜31在所述叠片平台2上堆叠时，支撑所述隔膜卷3的隔膜传动轴5固定，所述叠片平台2可沿水平方向做直线往复移动，以拉动所述隔膜卷3上的隔膜31按照“Z”字形方式堆叠。通过将叠片平台2设置为可以直线往复移动的结构，在叠片平台2移动的过程中可以自主拉动隔膜卷3转动实现放卷，同时隔膜卷3放卷后的隔膜31能够按照设定方式堆叠在叠片平台2上。

在本实施例中，所述叠片平台2滑动设置于一滑动导轨6上，所述叠片平台2通过第一驱动机构(图上未示出)驱动在所述滑动导轨6上移动。通过设置滑动导轨6，可以使叠片平台2的移动更加顺畅，且通过第一驱动机构可以实现自动驱动，实现隔膜31堆叠自动化操作，降低操作难度。

进一步地，第一驱动机构为丝杆结构的电缸。在其他实施例中，第一驱动机构为气缸。

在其他实施例中，所述隔膜31在所述叠片平台2上堆叠时，所述叠片平台2固定，支撑所述隔膜卷3的隔膜传动轴5可沿水平方向做直线往复移动，以使所述隔膜卷3上的隔膜31按照“Z”字形方式堆叠于所述叠片平台2上。通过将支撑隔膜卷3的隔膜传动轴5设置为可移动的结构，在固定的叠片平台2的限制下，隔膜31也能沿指定方式堆叠于叠片平台2上，降低操作难度。

另外，极片1的放置可以采用控制器(图上未示出)控制的机械手(图上未示出)自动上料，保证极片1能快速且准确地被放置在隔膜31上。

一实施例中，提供固定夹具7，在所述隔膜31堆叠过程中，所述固定夹具7固定所述隔膜31沿堆叠方向的两端，当所述隔膜31堆叠至所述固定夹具7的压紧位置时，所述固定夹具7打开以避让所述隔膜31，使所述隔膜31能堆叠至所述固定夹具7的压紧位置。通过设置固定夹具7，可以防止隔膜31在堆叠过程中相对于叠片平台2发生移动，进而保证隔膜31之间设置的极片1能够位置固定，不发生偏移，进而保证后续切割装置4分切成型的电芯坯体内的极片1位置不发生偏移，提高产品的良率。

进一步的，在步骤S300中，切割装置4切割相邻两个极片1之间的中间位置，使得切割后的单个电芯坯体的形状一致，减少电芯坯体返修的几率。

另外，在步骤S300中，在切割装置4分切电芯坯体组件前，先切割边缘位置翻折的隔膜31部分。此设计可以使电芯坯体组件的分切更加整齐。

一实施例中，在步骤S200与步骤S300之间设置步骤S210、采用热压装置(图上未示出)将电芯坯体组件压紧，使得隔膜31和极片1贴合紧密。贴合紧密的电芯坯体组件能够保证切割过程顺畅。

一实施例中，在所述步骤S300中，所述切割装置4可沿水平和竖直方向移动至所述电芯坯体组件待切割的位置。当每层隔膜31上排布三个或者三个以上的极片1时，切割的位置不是固定的，因此可以将切割装置4设置为沿水平方向移动，以调整切割位置，而切割装置4可以竖直移动，此设计可以实现切割操作，且切割装置4在不需要的时候可以移动至其他不阻碍堆叠隔膜31的位置。

本发明实施例还提供一种锂离子电池高速叠片装置，包括叠片平台2、隔膜传动轴5和切割装置4，所述隔膜传动轴5上安装有隔膜卷3，所述隔膜卷3上的隔膜31一端与所述叠片平台2连接，所述叠片平台2或所述隔膜传动轴5可沿水平方向直线移动，所述隔膜31可呈“Z”字型堆叠于所述叠片平台2上，所述切割装置4设置于所述叠片平台2的上方，用于对所述叠片平台2上堆叠成型的电芯坯体组件进行切割以分离出多个独立的电芯坯体。通过设置叠片平台2和隔膜传动轴5，可以实现隔膜31自动进行“Z”字型堆叠，配合在隔膜31每层上间隔排列多个极片1的操作，可以极大地提升叠片速度，减少重复抓取极片1的动作，减少定位时间；通过设置切割装置4，可以将电芯坯体组件分切为多个独立的电芯坯体，一次性完成至少两个电芯坯体的制作。

一实施例中，所述叠片平台2的下方设置有滑动导轨6，所述叠片平台2滑动设置于所述滑动导轨6上，所述叠片平台2的一侧设置有驱动所述叠片平台2沿水平方向往复移动的第一驱动机构。

优选地，所述滑动导轨6上间隔设置两个限位块(图上未示出)，所述叠片平台2设置在两个所述限位块之间。通过设置限位块，可以限制叠片平台2的水平移动的位置，防止叠片平台2脱离滑动导轨6，保证堆叠隔膜31的操作能顺利进行。

更加优选地，所述限位块靠近所述叠片平台2的一侧设置第一传感器，所述第一传感器与控制器连接，所述控制器与所述第一驱动机构连接。通过设置控制器，可以实现自动化操作；通过设置第一传感器，可以通过传感器检测叠片平台2的位置，以使控制器控制第一驱动机构驱动叠片平台2沿指定方向移动。

更加优选地，所述叠片平台2的下方设置两个相互平行的所述滑动导轨6。此设计可以使叠片平台2的移动更加顺畅，且叠片平台2的表面水平度更高。

一实施例中，参照图3所示，所述隔膜传动轴5安装于支架8上，所述隔膜传动轴5通过第二驱动机构驱动可沿水平方向在所述支架8上移动。隔膜传动轴5的移动也能实现隔膜31沿指定“Z”字型方式堆叠在叠片平台2上。

优选地，所述支架8包括安装板82和两个相互平行的横梁81，所述横梁81上方设置滑轨，所述安装板82滑动设置与所述滑轨上，所述隔膜传动轴5的两端通过悬挂件83悬挂于所述安装板82上，所述第二驱动机构设置于所述横梁81上并与所述安装板82连接，所述第二驱动机构与控制器连接。在其他实施例中，隔膜传动轴5还可以选择其他的结构实现相对于支架8水平移动，比如，支架8包括沿水平方向平行的板，在板上开设水平滑槽，将隔膜传动轴5的两端插设在两个水平滑槽内，通过第二驱动机构驱动实现隔膜传动轴5的移动。

一实施例中，参照图1和2，所述叠片平台2上间隔设置两个固定夹具7，所述固定夹具7用于将堆叠后的所述隔膜31压紧在所述叠片平台2上，两个所述固定夹具7沿所述隔膜31的堆叠方向分别设置在所述隔膜31的两端。

优选地，所述固定夹具7包括固定座71，所述固定座71上通过转轴72转动连接有第一压板73，所述第一压板73与所述转轴72固定连接，所述转轴72与转轴驱动件连接，以通过所述转轴驱动件驱动绕所述转轴72的轴线转动，所述第一压板73的一侧设置第二压板74，所述第一压板73和所述第二压板74之间通过弹性件连接，所述第二压板74远离所述第一压板73的一侧可与所述隔膜31抵接。通过设置弹性件连接两个压板，当第一压板73、第二压板74和弹性件的组合结构在转轴72的作用下转动至需要抵接隔膜31的位置时，由于弹性件的弹性驱动，第二压板74会始终抵接在隔膜31的上表面上。

在本实施例中，弹性件为弹簧75，第一压板73和第二压板74之间至少设置三个弹簧75，三个弹簧75呈三角分布在第一压板73和第二压板74之间。当然，在其他实施例中，固定夹具7的结构不限于上述实施例的压板与弹簧75配合的结构，还可以为其他结构，比如气缸推动的压板结构等，只要能实现压紧隔膜31，且能在隔膜31堆叠至固定夹具7的位置时能避让即可。

优选地，所述转轴驱动件与控制器连接。控制器控制转轴驱动件，可以实现自动控制。

进一步地，所述固定座71上设置有第二传感器76，所述第二传感器76为距离传感器，所述距离传感器与控制器连接，所述距离传感器用于检测所述折叠过程中的隔膜31的位置，当检测到折叠过程中的隔膜31与第二传感器76之间距离减小时，对应位置的转轴驱动件驱动转轴转动，转轴驱动第一压板73和第二压板74转动至避让位置，使得隔膜31可顺利地在此固定夹具7的位置进行堆叠，当距离传感器检测到隔膜31与第二传感器76之间的距离增加时，转轴驱动第一压板73和第二压板74重新转动至压紧隔膜31的位置。

一实施例中，所述切割装置4包括切割架和活动设置在所述切割架上的刀具，所述刀具通过移动机构安装于所述切割架上，所述移动机构包括相连接的X轴移动机构和Z轴移动机构，所述X轴移动机构固定在切割架上，所述刀具固定在所述Z轴移动机构上。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种锂离子电池高速叠片方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S100、提供模切好的极片和叠片平台，使位于所述叠片平台上方的隔膜卷上的隔膜的一端固定在所述叠片平台上；

步骤S200、按照“Z”字形方式将所述隔膜堆叠在所述叠片平台上，每叠一层所述隔膜在所述隔膜的上方间隔放置至少两个同极性的所述极片，相邻两层所述极片的极性不同，堆叠N层所述隔膜后形成电芯坯体组件；

步骤S300、使切割装置于相邻所述极片之间的位置切割所述电芯坯体组件，以成型单个的电芯坯体；

提供固定夹具，在所述隔膜堆叠过程中，所述固定夹具固定所述隔膜沿堆叠方向的两端，当所述隔膜堆叠至所述固定夹具的压紧位置时，所述固定夹具打开以避让所述隔膜，使所述隔膜能堆叠至所述固定夹具的压紧位置。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池高速叠片方法，其特征在于，所述隔膜在所述叠片平台上堆叠时，支撑所述隔膜卷的隔膜传动轴固定，所述叠片平台可沿水平方向做直线往复移动，以拉动所述隔膜卷上的隔膜按照“Z”字形方式堆叠。

3.根据权利要求2所述的锂离子电池高速叠片方法，其特征在于，所述叠片平台滑动设置于一滑动导轨上，所述叠片平台通过第一驱动机构驱动在所述滑动导轨上移动。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池高速叠片方法，其特征在于，所述隔膜在所述叠片平台上堆叠时，所述叠片平台固定，支撑所述隔膜卷的隔膜传动轴可沿水平方向做直线往复移动，以使所述隔膜卷上的隔膜按照“Z”字形方式堆叠于所述叠片平台上。

5.根据权利要求1至4任一项所述的锂离子电池高速叠片方法，其特征在于，在所述步骤S300中，所述切割装置可沿水平和竖直方向移动至所述电芯坯体组件待切割的位置。