CN110429239A - 一种软包装锂离子电池极片的组装方法及极片层叠结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软包装锂离子电池极片的组装方法及极片层叠结构，其采用隔膜组件对应粘结正负极片，然后再通过卷绕方式将正负极片进行层叠组装。本发明提供的方案能够提高正负极片组装的效率，增加了电池的安全性能、提高能量密度。为后序的外观检工段提高外观的整齐度，降低电池界面针孔及异物不良的概率。

Description

一种软包装锂离子电池极片的组装方法及极片层叠结构

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及软包装锂离子电池极片的组装方法。

背景技术

锂离子电池作为新型绿色无污染的化学电源，具有高容量、高电压、循环性能优良等特点，因此已广泛应用于便携式设备和消费类电子产品中，并在电动汽车、国防军事、航空航天、医疗器械等领域具有广阔的应用前景。

锂离子电池是由二次电池电芯和外壳组成，其中，电芯一般由正极片、负极片以及设置在正负极极片之间的隔膜层叠或卷绕而成，以卷绕方式组合形成的电芯所组成的电池称为卷绕电池，在卷绕电池中，卷绕是电芯制造过程中非常重要的工序，可以人工卷绕也可以采用卷绕机进行卷绕，在卷绕过程中，是按照一整片的正极片、第一层隔膜、一整片的负极片、第二层隔膜的顺序摆放好后在进行卷绕，这样在卷绕过程中容易发生正负极极片错位，出现短路的风险。

中国专利CN108242573A公开了电芯及其制备方法，所公开的技术方案是在顺次叠放的第一极片、第一隔膜、第二极片、第二隔膜的至少一表面喷涂粘结层，且在卷绕过程中喷涂所述粘结层，该技术方案能够有效粘结负极与隔膜、正极与隔膜，从而赋予所述电芯稳定的形状，使正负极极片不易错位，但是该方案在制备过程中喷涂粘结层，即卷绕一层喷涂一层，大大影响了生产效率。

中国专利CN109713370A公开了一体型电池电芯的制备方法，是在电池正极和负极片上分别喷涂胶状物质，形成胶状物粘结层，再按照“正极极片、胶状物粘结层、隔膜、胶状物粘结层、负极极片”的顺序装配单体电芯。本发明在隔膜表面引入极性基团，增大隔膜对极性电解液的吸液性和保液性，粘结剂改善了隔膜的机械性能，提高了电池的安全性，但是该方案是在整片的正、负极极片上喷涂胶状物质，一方面不利于提高能量密度，另一方面也会造成资源的浪费。

发明内容

针对现有软包装锂离子电池组装方案所存在的问题，需要一种能够改善锂离子电池安全性、提高电池性能的组装方案。

为此，本发明的目的在于提供一种软包装锂离子电池极片的组装方法，并在此基础上提供一种软包装锂离子电池极片层叠结构，其能够有效改善锂离子电池安全性，提高电池能量密度，以克服现有技术所存在的问题。

为了达到上述目的，本发明的目的在于提供一种软包装锂离子电池极片的组装方法，其步骤包括：

a、将正、负极极片分别分切成若干块；

b、将若干块负极极片依次间隔排列在第一层隔膜组件上，进行热压粘结；

c、在热压粘结在第一层隔膜组件上的若干负极极片表面上平铺第二层隔膜组件，并进行热压粘结；

d、在第二层隔膜组件的上表面对应负极极片依次放置正极极片，并进行热压粘结；

e、将依次叠放的第一层隔膜组件、负极极片、第二层隔膜组件、正极极片进行卷绕。

进一步的，所述组装方法中采用双层隔膜组件，所述若干负极极片依次粘结分布在双层隔膜组件之间，若干负极极片分别与双层隔膜组件进行粘结；所述若干正极极片对应的粘结分布在双层隔膜组件的外表面上。

进一步的，在第二层隔膜组件的上表面放置正极极片时，正极极片从对应于第二负极片的位置开始依次放置。

进一步的，进行卷绕层叠组装时，从没有对应设置正极极片的第一个负极极片开始向面正极极片卷绕，直到将每个单元对应的正极极片和负极极片卷绕完毕为止。

为了达到上述目的，本发明提供的软包装锂离子电池极片层叠结构，其由粘结有正负极片的隔膜组件连续卷绕形成。

进一步的，所述隔膜组件组件包括第一层隔膜组件、第二层隔膜组件、若干负极片以及若干正极片，所述若干负极片依次间隔粘结分布在第一层隔膜组件和第二层隔膜组件之间，所述若干正极片与负极片对应的粘结分布在第二层隔膜组件或第一层隔膜组件的外表面上。

进一步的，所述若干正极片从第二负极片对应的位置开始依次粘结分布在第二层隔膜组件或第一层隔膜组件的外表面上。

进一步的，所述隔膜组件包括隔膜本体和喷涂在所述隔膜本体表面的粘结剂。

进一步的，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚乙烯吡络烷酮、丁苯橡胶中的至少一种。

本发明提供的方案首先将正负极极片热压粘结到所述隔膜组件上再进行卷绕，能够提高正负极片的粘结稳定性，避免在卷绕过程中出现正负极极片错位，增加了电池的安全性能，同时将极片分切成若干块，减少了极片材料的使用，为电解液注入提供更大的空间，从而提高电池的能量密度。

再者，本方案中采用将正负极极片热压到隔膜组件上，使得层与层之间粘结在一起，从而固定住粉料，防止电芯充放电时，粉料移动到电芯表面，为后序的外观检工段提高外观的整齐度，降低电池界面针孔及异物不良的概率，最终可实现在提高产能效率的前提下减少了整车安全隐患的发生。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本实例中卷绕式叠片的示意图；

图2为本实例中模切好的正负极片的示意图；

图3为本实例中热压后的负极片粘结固定在隔膜组件上的示意图；

图4为本实例中两层隔膜组件固定的负极片的示意图；

图5为本实例中热压后的正负极片粘结固定在隔膜组件上的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本实例针对现有软包装锂离子电池进行极片组装时所存在的问题，将锂离子电池的正负极片模切成若干个正极片20和若干个负极片30，如图2所示，把若干单个正极片20、负极极片30分别对应的粘结到相应的隔膜组件10上，然后再进行连续卷绕，使得隔膜组件上的正极片20与负极片30之间依次对应的进行层叠组装，形成相应的层叠体(如图1所示)。此设计能提高组装生产效率、减少层叠体短路率，进而提高电池的安全性。

本实例中所采用到的隔膜组件10由聚乙烯隔膜本体以及覆盖在聚乙烯隔膜本体两表面(即第一表面和第二表面)上的聚偏氟乙烯胶层构成，能够有效的粘结正极片20和负极片30。

作为举例，该隔膜组件10在构成时，在聚乙烯隔膜的正反两面分别涂覆一层聚偏氟乙烯胶液，然后再加热干燥处理，形成相应的聚偏氟乙烯胶层，该聚偏氟乙烯胶层具有很好的粘性，可用于粘结正、负极片。

对于聚乙烯隔膜两面分别形成的聚偏氟乙烯胶层的厚度可相同，也可以不同，而聚偏氟乙烯胶层的厚度可根据实际需求而定，此处不加以限定。

基于本隔膜组件粘结后的隔膜极片，卷绕速度比叠片工艺速度要快得多，进而提高组装的生产效率。而卷绕的层叠体经过热压使正负极片粘结在一起，小颗粒粉尘会经过热压溶解在涂胶层，不会刺破隔膜，从而减少层叠体短路率。

再者，相对于采用常规隔膜，正负极极片裁切时易产生正负极粉料，而随着充放电进行，粉料会发生转移，粉料转移到电芯表面时，会导致外观不平整；而采用本隔膜组件，组装后的层叠体经过热压后，层与层之间粘结在一起，从而固定住粉料，防止电芯充放电时，粉料移动到电芯表面，有效避免采用常规隔膜所存在的问题。

据此原理，本实例方案在实施，根据设计软包电池的大小型号，将正负极片模切成若干个单个极片设计的对应尺寸。

接着将一定长度的第一层隔膜组件11铺展到热压机上面，在第一层隔膜组件的第一表面上依据不同距离间隔放置若干单个负极片30，对于负极片的数量可根据设计需求而定，此处不加以限定。再者，这里每个负极片的布置间距与后续卷绕时所形成层叠体厚度相对应，根据后续卷绕方向，相邻负极片之间的布置间距将逐渐增大；在放置好负极片后，用热压机进行热压，使得第一层隔膜组件第一表面上聚偏氟乙烯胶层与负极片的第一表面进行粘结。由此，该第一层隔膜组件能够在不阻碍锂离子穿透条件下，有效的粘结住相应的极片。

接着，在粘结分布在第一层隔膜组件11上的负极片30的上表面(即第二表面)上平铺第二层隔膜组件12，使得第二层隔膜组件的第二表面覆盖覆盖住所有负极片；再者，用热压机再进行热压，使得第二层隔膜组件第二表面上的聚偏氟乙烯胶层与负极片的上表面(即第二表面)进行粘结，从而使所有负极片的两面都粘结上一层隔膜组件；该第二层隔膜组件能够在不阻碍锂离子穿透条件下，有效的粘结住相应的负极片、正极片。

接着，在第二层隔膜组件12的上表面(即第一表面)上放置与负极片对应的正极片20，其中第一个负极片30对应的第二层隔膜组件位置上不放置正极片20，即正极片20从第二负极片30对应的位置开始依次粘结在第二层隔膜组件的第一表面上；由此使得后续的卷绕过程中分布在第一层隔膜组件和第二层隔膜组件之间的负极片30能够全包裹住正极片20。在放置好所有的正极片20后，通过热压机进行热压，使得第二层隔膜组件第一表面上聚偏氟乙烯胶层与正极片30的第一表面进行粘结。

最后，将热压好的隔膜组件及正极片、负极片，从第一个负极片(没有对应的正极片)开始向内(面向正极片)卷绕，直到将每个单元的对应的正极片20、负极片30卷绕完毕为止，此时使得第一层隔膜组件的第二表面好依次覆盖住所有正极片的第二表面，由此使正负极片完整的层叠到在一起，形成相应的层叠体。

后续，可把正负极片和隔膜组件层叠好的层叠体，按照焊接、封装、注液、老化、化成以及分容等主要工序进行电池的制作。

针对上述方案，以下通过一具体实例来说明其实施过程。

本实施针对的软包装锂离子电池为汽车用动力电池，标准的尺寸模组，额定容量为50Ah。

首先，按照混料、涂布工序的工艺流程制备软包装锂离子电池所需的正负极片，然后将所制的正负极片在对辊机设备上进行辊压；其次，将辊压的正负极片进行分切、模切，得到模切好的正极片20、负极片30，如图2所示。

接着，取完好无缺的正负极片及隔膜组件，把第一层隔膜组件11平整的铺到一个台面上，根据理论计算的每个负极片间隔宽度，由于随着正负极片卷绕层叠的进行，层叠体厚度逐渐增加，沿着后续卷绕方向，相邻两个负极片之间的间隔距离将逐渐增加，将每个负极片30按照计算得到的间隔(非等距)依次的排列在第一层隔膜组件上面，把负极片30和第一层隔膜组件11穿过高温热压机进行热压，使负极片30固定在第一层隔膜组件11上，如图3所示。

接着，当负极片在隔膜组件上固定好后，在负极片30上平铺第二层隔膜组件12，形成三层夹心结构；再将三层夹心结构整体依次经过高温热压，使负极片的两面都粘结上一层隔膜组件，如图4所示。

然后，把正极片20一一对应的放置到隔膜组件粘结的负极片30上，保证每个正极片能够完全的正对应相应的负极片上，形成四层结构。在放置正极片时，根据后续卷绕方向，在第一个负极片对应的第二层隔膜组件12位置12a上不放置正极片，即正极片从第二负极片对应的位置开始依次粘结在第二层隔膜组件上，如图5所示。

然后，将放置好的正极片的四层结构整体再经过热压，使正极片粘结固定在第二层隔膜组件上，并与两层隔膜组件中间的负极片整齐对应，形成可用于连续卷绕的隔膜组件组件，如图5所示。

最后，如图1所示，将粘结有正极片、负极片的隔膜组件组件，经过卷绕机从第一个负极片(没有对应的正极片)面向正极片方向开始连续卷绕，直到将每个单元的对应的正负极片卷绕完毕为止，这样使正负极片完整且完美的层叠到在一起。

后续，可把正负极片和隔膜组件层叠好的层叠体，按照焊接、封装、注液、老化、化成以及分容等主要工序进行电池的制作。

由上方案可知，卷绕组装后的电芯，隔膜组件不仅有效防止正负极片因移动而导致的错位短路，而且预防正负极边沿掉料而导致的电芯外观不良。即提高了电池的安全性能，又提高了电池的外观检的合格率，同时，相对于现有技术来说，将整片的正负极极片分切成若干个单个极片，单个极片与单个极片之间摆放时设置一定的间距，按照本发明方案卷绕后，可以发现裸电芯侧面没有极片，从而可以给注液提供更多空间，即能够注入更多电解液，从而提高电芯的能量密度，因此，本实例方案采用创新性叠片卷绕式结构，能够极大地提高电池安全、电池硬度、产品合格率以及能量密度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种软包装锂离子电池极片的组装方法，其特征在于，包括：

a、将正、负极极片分别分切成若干块；

b、将若干块负极极片依次间隔排列在第一层隔膜组件上，进行热压粘结；

c、在热压粘结在第一层隔膜组件上的若干负极极片表面上平铺第二层隔膜组件，并进行热压粘结；

d、在第二层隔膜组件的上表面对应负极极片依次放置正极极片，并进行热压粘结；

e、将依次叠放的第一层隔膜组件、负极极片、第二层隔膜组件、正极极片进行卷绕。

2.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池极片的组装方法，其特征在于，所述组装方法中采用双层隔膜组件，所述若干负极极片依次粘结分布在双层隔膜组件之间，若干负极极片分别与双层隔膜组件进行粘结；所述若干正极极片对应的粘结分布在双层隔膜组件的外表面上。

3.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池极片的组装方法，其特征在于，在第二层隔膜组件的外表面上放置正极极片时，正极极片从对应于第二负极极片的位置开始依次放置。

4.根据权利要求1所述的软包装锂离子电池极片的组装方法，其特征在于，进行卷绕层叠组装时，从没有对应设置正极极片的第一个负极极片开始向面正极极片卷绕，直到将每个单元对应的正极极片和负极极片卷绕完毕为止。

5.软包装锂离子电池极片层叠结构，其特征在于，所述极片层叠结构由粘结有正负极片的隔膜组件连续卷绕形成。

6.根据权利要求5所述的软包装锂离子电池极片层叠结构，其特征在于，所述隔膜组件包括第一层隔膜组件、第二层隔膜组件、若干负极片以及若干正极片，所述若干负极片依次间隔粘结分布在第一层隔膜组件和第二层隔膜组件之间，所述若干正极片与负极片对应的粘结分布在第二层隔膜组件或第一层隔膜组件的外表面上。

7.根据权利要求5所述的软包装锂离子电池极片层叠结构，其特征在于，所述若干正极片从第二负极片对应的位置开始依次粘结分布在第二层隔膜组件或第一层隔膜组件的外表面上。

8.根据权利要求5所述的软包装锂离子电池极片层叠结构，其特征在于，所述隔膜组件由隔膜本体以及覆盖在隔膜本体两表面的粘结剂构成。

9.根据权利要求5所述的软包装锂离子电池极片层叠结构，其特征在于，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚乙烯吡络烷酮、丁苯橡胶中的至少一种。