CN110459796B

CN110459796B - 一种叠片电芯的制备方法、叠片电芯、叠片装置及系统

Info

Publication number: CN110459796B
Application number: CN201910771940.3A
Authority: CN
Inventors: 曾黎亮; 王泽超; 郑耿杰; 李攀攀; 阳如坤; 魏宏生
Original assignee: Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Current assignee: Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Priority date: 2019-08-16
Filing date: 2019-08-16
Publication date: 2023-06-13
Anticipated expiration: 2039-08-16
Also published as: WO2021031287A1; CN110459796A; CN116613368A; EP3800720A4; EP3800720A1

Abstract

本发明公开了一种叠片电芯的制备方法、叠片电芯、叠片装置及系统，涉及电芯制备技术领域。该叠片电芯的制备方法包括：将多个第一极片沿第一方向依次间隔排布于两张隔膜之间，以使多个第一极片和两张隔膜共同形成内部层；将多个第二极片沿第一方向依次交叉排布于内部层相对的两侧上，以使多个第二极片和内部层共同形成复合叠层，其中，各第二极片与各第一极片分别对应；压持复合叠层，形成错位叠层；对错位叠层进行Z字形折叠。本发明提供的叠片电芯的制备方法简化了叠片电芯的制备过程，大幅提高了生产效率，适用于大规模生产。

Description

一种叠片电芯的制备方法、叠片电芯、叠片装置及系统

技术领域

本发明涉及电芯制备技术领域，具体而言，涉及一种叠片电芯的制备方法、叠片电芯、叠片装置及系统。

背景技术

传统叠片电芯的制备方法中，通过将连续的叠片裁断成为多个叠片单元，再将叠片单元进行堆叠形成叠片电芯。

此传统制备方法过程复杂、生产效率较低，不适用于大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种叠片电芯的制备方法，其能够简化制备过程，并能够提高生产效率，适用于大规模生产。

本发明的另一目的在于提供一种叠片电芯，其能够简化制备过程，并能够提高生产效率，适用于大规模生产。

本发明的另一目的在于提供一种叠片装置，其能够简化制备过程，并能够提高生产效率，适用于大规模生产。

本发明的另一目的在于提供一种叠片系统，其能够简化制备过程，并能够提高生产效率，适用于大规模生产。

本发明提供一种技术方案：

一种叠片电芯的制备方法，包括：

将多个第一极片沿第一方向依次间隔排布于两张隔膜之间，以使所述多个第一极片和两张所述隔膜共同形成内部层；

将多个第二极片沿所述第一方向依次交叉排布于所述内部层相对的两侧上，以使所述多个第二极片和所述内部层共同形成复合叠层，其中，各所述第二极片与各所述第一极片分别对应；

压持所述复合叠层，形成错位叠层；

对所述错位叠层进行Z字形折叠。

进一步地，所述将多个第二极片沿所述第一方向依次交叉排布于所述内部层相对的两侧上，形成复合叠层的步骤包括：

将相邻的两个所述第二极片的其中之一铺设于所述内部层上的相邻的两个所述第一极片的其中之一对应的一侧的所述隔膜上；

将另一个所述第二极片铺设于所述内部层上的另一个所述第一极片对应的另一侧的所述隔膜上，其中，各所述第二极片在其各自对应的所述第一极片上的垂直投影处于其对应的所述第一极片上。

进一步地，所述压持所述复合叠层，形成错位叠层的步骤包括：

加热所述复合叠层，以使所述隔膜上附着的热熔胶融化；

对所述复合叠层上两侧的各所述第二极片共同施加在堆叠方向上相向的压力，以使任意相邻的两个所述第一极片在所述第一方向上错位，并使所述隔膜在任意两个相邻的所述第一极片之间的间隙处形成折痕。

进一步地，在所述对所述复合叠层上两侧的各所述第二极片共同施加在堆叠方向上相向的压力的步骤之后，所述叠片电芯的制备方法的步骤还包括：

当所述复合叠层上各所述第二极片所在的相对两侧平整时，停止施加压力。

进一步地，所述对所述错位叠层进行Z字形折叠的步骤包括：

将各所述第一极片之间围成的各个间隙依次作为折叠位置对所述错位叠层进行Z字形折叠。

本发明还提供一种叠片电芯，所述叠片电芯采用所述的叠片电芯的制备方法制备得到。

本发明还提供一种叠片装置，应用于所述的叠片电芯的制备方法，包括导料辊、送料组件及承载组件，所述导料辊设置于所述送料组件上，并与所述送料组件转动连接，所述承载组件设置于所述导料辊的下方，所述送料组件用于将经过所述导料辊的所述错位叠层输送至所述承载组件，并用于在输送过程中相对所述承载组件往复摆动，以使所述错位叠层Z字形折叠。

进一步地，所述送料组件包括摆动臂、对辊驱动组件及切割组件，所述导料辊设置于所述摆动臂的一端，并与所述摆动臂转动连接，所述对辊驱动组件与所述切割组件分别设置于所述摆动臂上，所述对辊驱动组件与所述摆动臂转动连接，用于将所述错位叠层输送至所述承载组件，所述切割组件用于切断所述错位叠层。

进一步地，所述承载组件包括载台及抚折机构，所述载台用于承载所述错位叠层，其能够靠近或远离所述导料辊运动，所述抚折机构立设于所述载台上，能够靠近或远离所述载台运动，用于对折叠后的所述错位叠层进行压平。

本发明还提供一种叠片系统，应用于所述的叠片电芯的制备方法，其包括排布装置、热压装置及叠片装置；

所述排布装置用于将多个第一极片沿第一方向依次间隔排布于两张隔膜之间，以使所述多个第一极片和所述两张隔膜共同形成内部层，并用于将多个第二极片沿所述第一方向依次交叉排布于所述内部层相对的两侧上，以使所述多个第二极片和所述内部层共同形成复合叠层；

所述热压装置用于热压所述复合叠层，形成错位叠层；

所述叠片装置用于对所述错位叠层进行Z字形折叠。

相比现有技术，本发明提供的叠片电芯的制备方法，将多个第二极片交叉排布于内部层的两侧上，并共同形成复合叠层；对此复合叠层进行压持时，隔膜产生折痕，形成错位叠层；对错位叠层进行Z字形折叠，形成叠片电芯。整个制备过程方便快捷，通过折叠代替裁断后堆叠的操作，同时免去裁断操作前需要进行的裁切位置定位等附加操作，并且，由于第一极片错位，隔膜在折叠位置处有折痕，折叠过程能够迅速完成。因此，本发明提供的叠片电芯的制备方法的有益效果是：简化了叠片电芯的制备过程，大幅提高了生产效率，适用于大规模生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的第一实施例提供的叠片电芯的制备方法的流程示意框图；

图2所示为内部层的结构示意图；

图3所示为复合叠层的结构示意图；

图4为图1中步骤S102的子步骤的流程示意框图；

图5为压持形成错位叠层的结构示意图；

图6为图1中步骤S103的子步骤的流程示意框图；

图7为叠片电芯的结构示意图；

图8为本发明的第二实施例提供的叠片系统的结构示意框图；

图9为图8中叠片装置的结构示意图。

图标：10-内部层；11-第一极片；12-隔膜；20-复合叠层；21-第二极片；30-错位叠层；40-叠片电芯；100-排布装置；200-热压装置；300-叠片装置；310-导料辊；330-送料组件；331-摆动臂；333-对辊驱动组件；335-切割组件；350-承载组件；351-载台；353-抚折机构。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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设备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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

第一实施例

图1为本实施例提供的叠片电芯的制备方法的流程示意框图，请结合图1及图2所示，该叠片电芯的制备方法包括：

步骤S101，将多个第一极片11沿第一方向依次间隔排布于两张隔膜12之间，以使多个第一极片11和两张隔膜12共同形成内部层10。

在进行多个第一极片11的依次排布时，需要控制相邻的第一极片11之间的间距，由于在后续步骤中，不需要在此间隙处进行裁切，因此，与传统的制备方法相比较，本实施例中，相邻的第一极片11之间的间隙可以更小，即同样长度的隔膜12上能够排布更多的第一极片11，能够起到降低生产成本的效果。

请继续参照图2，经过步骤S101形成的内部层10，其包括上下两层隔膜12，以及间隔排布于两层隔膜12之间的多个第一极片11，各相邻的两个第一极片11之间的间距相等。

进一步地，请结合图1及图3所示，该叠片电芯的制备方法还可以包括：

步骤S102，将多个第二极片21沿第一方向依次交叉排布于内部层10相对的两侧上，以使多个第二极片21和内部层10共同形成复合叠层20，其中，各第二极片21与各第一极片11分别对应。

步骤S101结束后，步骤S102开始。本实施例中采用交叉排布的形式将多个第二极片21依次排布于内部层10的两侧上，形成的复合叠层20。在其他实施例中，也可以采用在内部层10的其中一侧上间隔排布多个第二极片21，再在内部层10的另一侧上间隔排布多个第二极片21的方法进行，只需满足形成的复合叠层20上，多个第二极片21间隔交叉分布于内部层10的两侧上即可，置于排布过程，可以根据实际情况进行调整。

请参照图4所示，步骤S102还可以包括以下子步骤：

子步骤S1021，将相邻的两个第二极片21的其中之一铺设于内部层10上的相邻的两个第一极片11的其中之一对应的一侧的隔膜12上。

子步骤S1022，将另一个第二极片21铺设于内部层10上的另一个第一极片11对应的另一侧的隔膜12上，其中，各第二极片21在其各自对应的第一极片11上的垂直投影处于其对应的第一极片11上。

为防止第二极片21排布时，遮挡住相邻第一极片11之间的间隙从而影响后续的折叠步骤，在进行子步骤S1021或子步骤S1022时，需要保证将第二极片21排布在第一极片11在隔膜12上对应的区域范围内，即，在第一方向上，第二极片21的边缘不超出第一极片11的边缘，即在第一方向上处于异侧的两个相邻第二极片21在第一极片11上的垂直投影的间隙将对应的两个第一极片11的间隙包含在内。

进一步地，请结合图1及5所示，该叠片电芯的制备方法还可以包括：

步骤S103，压持复合叠层20，形成错位叠层30。

经过步骤S102，第二极片21排布完成，与内部层10共同形成复合叠层20后，步骤S103开始。

请参照图6，步骤S103还可以包括以下子步骤：

子步骤S1031，加热复合叠层20，以使隔膜12上附着的热熔胶融化。

隔膜12上附着有热熔胶，经过子步骤S1031，热熔胶融化，具有粘性，能够将第一极片11及第二极片21黏住。

子步骤S1032，对复合叠层20上两侧的各第二极片21共同施加在堆叠方向上相向的压力，以使任意相邻的两个第一极片11在第一方向上错位，并使隔膜12在任意两个相邻的第一极片11之间的间隙处形成折痕。

本实施例中，选用的隔膜12上附着有热熔胶，对应的，采用热压的方式对复合叠层20进行压持。在其他实施例中，当选用的隔膜12上附着的粘合剂在常温下即具备粘合作用时，对应的，采用冷压的方式对复合叠层20进行压持即可，无需进行加热。

复合叠层20两侧上的各个第二极片21突出，在进行子步骤S1032对复合叠层20施压时，压力作用于各第二极片21远离第一极片11的一侧，且施压方向平行于第二极片21、隔膜12与第一极片11的堆叠方向，即压力方向垂直于第二极片21表面，复合叠层20两侧上的极片受到相向的压力。

施加压力后，复合叠层20两侧的多个第二极片21相向运动，各自推动其对应的第一极片11运动，从而导致相邻的第一极片11错位，并且，在相邻的两个第一极片11间的间隙处，两张隔膜12形成折痕，此折痕能够使得后续的折叠过程更加快捷的完成。

子步骤S1033，当复合叠层20上各第二极片21所在的相对两侧平整时，停止施加压力。

压力持续施加的过程中，各第二极片21的同侧隔膜12上与第二极片21对应的区域逐渐内陷，相邻的区域逐渐凸出，即复合叠层20上的第二极片21所在的相对两侧逐渐平整。当复合叠层20上各第二极片21所在的相对两侧平整时，停止施加压力，此时，各第二极片21与其同侧隔膜12的凸出区域相平。

进一步地，请结合图1及图7，该叠片电芯的制备方法还可以包括：

步骤S104，对错位叠层30进行Z字形折叠。

经过步骤S103，复合叠层20完成压持，形成错位叠层30后，步骤S104开始。本实施例中，采用叠片装置对在第一方向上延伸的错位叠层30进行Z字形折叠，形成叠片电芯40。在进行Z字形折叠时，由于极片与隔膜12的弯曲强度不同，连续的错位叠层30在相邻的两个第一极片11的间隙处，即隔膜12产生的折痕处会发生弯曲。因此，隔膜12上的每一折痕处即为Z字形折叠的每一次折叠位置。

经过步骤S103形成的错位叠层30，其多个第一极片11在第一方向上错位，并且隔膜12在第一极片11的错位处形成折痕。因此，在对错位叠层30进行Z字形折叠时，不会发生第一极片11在翻折时大幅度拉扯隔膜12的情况，折叠过程更加轻松，并且，相邻的两个第一极片11折叠后对应的隔膜12区域贴合更加紧密。

另外，可以理解的是，相邻第一极片11之间的间隙足够小时，多个在第一方向上依次排布的第一极片11可以视为在第一方向上连续的整张第一极片。即在其他实施例中，内部层10中的多个第一极片11可以采用整张连续第一极片代替，由于连续第一极片的柔软特性，在对复合叠层20进行压持时，交叉排布的多个第二极片21受力错位且反向抵持连续第一极片上的相邻区域，使得此连续第一极片在第一方向上多次弯折，即如隔膜12一样，产生折痕。

并且，在折叠完成后，可以对两张隔膜12的两端进行封口处理，以保护第一极片11。本实施例提供的叠片电芯的制备方法，隔膜12仅在折叠开始端以及结束端存在开口，封口方便快捷。传统制备方法中，多次裁切，导致堆叠的每一层的隔膜12均开口，即每层隔膜12均需要进行封口，过程繁琐，拖慢制备速度。

本实施例中，选用负极片作为第一极片11，选用正极片作为第二极片21。本实施例提供的叠片电芯的制备方法，相较于传统制备方法，通过Z字形折叠代替依次堆叠，免去了多次裁切，以及裁切前的定位等一系列操作，堆叠过程一次性完成，大大提高了制备速度，节约制备成本，适合大规模生产。

经过本实施例提供的叠片电芯的制备方法制备得到的叠片电芯40，各极片在堆叠方向上对位精确，并且，折叠过程更加轻松快捷，折叠后得到的叠片电芯40结构更加紧密，即电芯质量更还。另外，两个隔膜12仅在折叠的起始端与结束端存在开口，对第一极片11能够起到更好的保护。

第二实施例

图8所示为本实施例提供的叠片系统的结构示意框图，请结合图1-图8，该叠片系统应用于第一实施例提供的叠片电芯的制备方法，其可以布置为叠片电芯40的自动化生产线，进行叠片电芯40的批量化生产。

该叠片系统包括排布装置100、热压装置200及叠片装置300，本实施例中，排布装置100、热压装置200及叠片装置300之间分别设置于传送带。排布装置100用于将多个第一极片11沿第一方向依次间隔排布于两张隔膜12之间，以使多个第一极片11和两张隔膜12共同形成内部层10，并用于将多个第二极片21沿第一方向依次交叉排布于内部层10相对的两侧上，以使多个第二极片21和内部层10共同形成复合叠层20；热压装置200用于热压复合叠层20，形成错位叠层30；叠片装置300用于对错位叠层30进行Z字形折叠。

排布装置100输出复合叠层20至热压装置200，热压装置200将复合叠层20热压后，形成错位叠层30，并输送至叠片装置300，叠片装置300对错位叠层30进行Z字形折叠，并形成叠片电芯40。

图9所示为该叠片装置300的结构示意图，用于执行第一实施例中的步骤S104。其包括导料辊310、送料组件330及承载组件350，导料辊310设置于送料组件330上，并与送料组件330转动连接，用于将热压装置200输出的连续的错位叠层30导向输送至送料组件330。承载组件350设置于导料辊310的下方，用于承载错位叠层30。送料组件330用于将经过导料辊310的错位叠层30输送至承载组件350，并用于在输送过程中相对承载组件350往复摆动，以使错位叠层30进行Z字形折叠。在实际应用中，可根据折叠要求对送料组件330的摆动角度进行适应性调整。

送料组件330包括摆动臂331、对辊驱动组件333及切割组件335，导料辊310设置于摆动臂331的一端，并与摆动臂331转动连接。对辊驱动组件333设置于摆动臂331上，并与摆动臂331转动连接，用于将错位叠层30输送至承载组件350。本实施例中，对辊驱动组件333包括一个单独的导向模辊以及两组夹持模辊，每一组夹持模辊均设置有转动驱动件，每组夹持磨辊均包括相对设置的两个小模辊。由导料辊310导向输送的错位叠层30经过导向模辊输送至两组夹持模辊，两组夹持磨辊分别夹持错位叠层30，在驱动件的带动下转动，实现夹持错位叠层30的同时向承载组件350输送。

在实际应用中，错位叠层30输送至承载组件350上，随着摆动臂331的单程摆动，实现将错位叠层30铺设在承载组件350上，摆动预设角度后，摆动臂331回程摆动，此时错位叠层30在隔膜12有折痕处发生弯曲并折叠。摆动臂如此往复摆动，即可实现错位叠层30的Z字形折叠。

切割组件335设置于摆动臂331上，切割组件335用于在折叠完成时，切断连续的错位叠层30。

承载组件350包括载台351及抚折机构353，载台351用于承载错位叠层30，承载台351设置有升降机构，在升降机构的带动下，承载台351能够靠近或远离导料辊310运动。抚折机构353立设于载台351上，能够靠近或远离载台351运动，用于对折叠后的错位叠层30进行压平，当折叠结束后，抚折机构353开始动作，朝向载台351的表面运动，在堆叠方向上实现对多层错位叠层30的挤压，抚平折痕。

本实施例提供的叠片系统，能够依次完成极片排布、热压及Z字形折叠三个步骤，输出叠片电芯。能够大大提升叠片电芯的制备速度，适用于叠片电芯的大规模生产。

以上所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

1.一种叠片电芯的制备方法，其特征在于，包括：

加热所述复合叠层，以使所述隔膜上附着的热熔胶融化；

对所述复合叠层上两侧的各所述第二极片共同施加在堆叠方向上相向的压力，以使任意相邻的两个所述第一极片在所述第一方向上错位，并使所述隔膜在任意两个相邻的所述第一极片之间的间隙处形成折痕；

当所述复合叠层上各所述第二极片所在的相对两侧平整时，停止施加压力，形成错位叠层，各所述第二极片与其同侧所述隔膜的凸出区域相平；

将各所述第一极片之间围成的各个间隙处形成的多个折痕依次作为折叠位置对所述错位叠层进行Z字形折叠；

其中，所述对所述复合叠层上两侧的各所述第二极片共同施加在堆叠方向上相同的压力的步骤包括：

对所述复合叠层施压时，压力作用于各所述第二极片远离所述第一极片的一侧，且施压方向平行于所述第二极片、所述隔膜与所述第一极片的堆叠方向，所述复合叠层两侧上的各所述第二极片受到相向的压力。

2.根据权利要求1所述的叠片电芯的制备方法，其特征在于，所述将多个第二极片沿所述第一方向依次交叉排布于所述内部层相对的两侧上，形成复合叠层的步骤包括：

3.一种叠片电芯，其特征在于，所述叠片电芯采用如权利要求1-2任一项所述的叠片电芯的制备方法制备得到。

4.一种叠片装置，应用于如权利要求1-2任一项所述的叠片电芯的制备方法，其特征在于，包括导料辊、送料组件及承载组件，所述导料辊设置于所述送料组件上，并与所述送料组件转动连接，所述承载组件设置于所述导料辊的下方，所述送料组件用于将经过所述导料辊的所述错位叠层输送至所述承载组件，并用于在输送过程中相对所述承载组件往复摆动，以使所述错位叠层以各所述第一极片之间围成的各个间隙处形成的多个折痕依次作为折叠位置进行Z字形折叠。

5.根据权利要求4所述的叠片装置，其特征在于，所述送料组件包括摆动臂、对辊驱动组件及切割组件，所述导料辊设置于所述摆动臂的一端，并与所述摆动臂转动连接，所述对辊驱动组件与所述切割组件分别设置于所述摆动臂上，所述对辊驱动组件与所述摆动臂转动连接，用于将所述错位叠层输送至所述承载组件，所述切割组件用于切断所述错位叠层。

6.根据权利要求4所述的叠片装置，其特征在于，所述承载组件包括载台及抚折机构，所述载台用于承载所述错位叠层，其能够靠近或远离所述导料辊运动，所述抚折机构立设于所述载台上，能够靠近或远离所述载台运动，用于对折叠后的所述错位叠层进行压平。

7.一种叠片系统，应用于如权利要求1-2任一项所述的叠片电芯的制备方法，其特征在于，包括排布装置、热压装置及叠片装置，

所述热压装置用于加热所述复合叠层，以使所述隔膜上附着的热熔胶融化，并用于对所述复合叠层上两侧的各所述第二极片共同施加在堆叠方向上相向的压力，以使任意相邻的两个所述第一极片在所述第一方向上错位，并使所述隔膜在任意两个相邻的所述第一极片之间的间隙处形成折痕，还用于当所述复合叠层上各所述第二极片所在的相对两侧平整时，停止施加压力，形成错位叠层；

所述叠片装置用于将各所述第一极片之间围成的各个间隙处形成的多个折痕依次作为折叠位置对所述错位叠层进行Z字形折叠。