CN110828770A - 一种锂电池的制作方法 - Google Patents

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贲晴
郭恒志
李水晶
李根雨
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Hunan Xinminya New Energy Technology Co Ltd
Sichuan Xinminya Battery Technology Co Ltd
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Shanxi Konos New Energy Technology Co Ltd
Lingpa New Energy Technology Shanghai Co Ltd
Hunan Xinminya New Energy Technology Co Ltd
Sichuan Xinminya Battery Technology Co Ltd
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Abstract

本申请涉及锂离子电池制造技术领域，具体地涉及一种锂电池的制作方法。所述方法包括：在集流体表面形成至少一组涂覆区，每组涂覆区包括两个子涂覆区以及位于所述两个子涂覆区之间的空白区；裁切所述涂敷区，使每组涂敷区形成一个以上相互独立的极片，所述极片包括第一子极片和第二子极片以及连接所述第一子极片和第二子极片的极耳，其中，所述第一子极片和第二子极片由所述子涂覆区裁切而成，所述极耳由所述空白区裁切而成；对所述极片进行叠片处理，其中，所述第一子极片表面，以及第二子极片表面设置有隔膜。由于同时对两个子极片进行叠片，简单高效，易于实施，可以大幅提高了生产效率，有望实现企业利益最大化。

Description

一种锂电池的制作方法
技术领域
本申请涉及锂离子电池制造技术领域，具体地涉及一种锂电池的制作方法。
背景技术
电动汽车要比燃油汽车更为环保，更为经济实惠，是汽车发展的未来。因此，各个国家纷纷采取高额补贴等方式来鼓励电动汽车发展。但随着对新能源汽车锂电池的研究更加深入，人们发现，实际上电动汽车发展仍然存在一些问题，而作为电动汽车的核心动力的锂电池自然而然的成为了重点发展对象。不断优化电池生产工艺，最大可能的提高生产效率是电池企业提高产品质量和实现利益最大化的重要发展途径。
在整个电芯的生产工序中，组装段的极组合成工序又是其中一个比较关键的工序，如何提高极组的生产效率和叠片质量是接下来在电芯生产工艺研发上重要思考点之一。目前国内绝大多数电池厂商均采用传统的卷绕工艺，采用卷绕工艺最突出的优势就是电芯组装过程中生产效率高，但是卷绕工艺也存在一些重大弊端，与电池的发展方向背道而驰，因此有不少厂家开始使用叠片工艺。因为叠片工艺相较于传统的卷绕工艺而言有能提高电芯的能量密度、降低电池内阻，降低电池的膨胀，提高电池的性能等诸多优势。但是目前叠片工艺还存在一些急需解决的问题，其中，如何提高叠片的效率和精确度是叠片工艺相对于卷绕工艺而言最急于解决的问题。
因此，有必要研发一种新的锂电池叠片工艺，提高叠片的精度、安全性和生产效率。
发明内容
本申请提供一种锂电池的制作方法，简单高效，易于实施，可以提高极组组装过程中的精确性和方便性和电池的电化学性能和安全性能，更重要的是大幅提高了生产效率，有望实现企业利益最大化。
本申请的一个方面提供一种锂电池的制作方法，包括：在集流体表面形成至少一组涂覆区，每组涂覆区包括两个子涂覆区以及位于所述两个子涂覆区之间的空白区；裁切所述涂敷区，使每组涂敷区形成一个以上相互独立的极片，所述极片包括第一子极片和第二子极片以及连接所述第一子极片和第二子极片的极耳，其中，所述第一子极片和第二子极片由所述子涂覆区裁切而成，所述极耳由所述空白区裁切而成；对所述极片进行叠片处理，其中，所述第一子极片表面，以及第二子极片表面设置有隔膜。
在本申请的一些实施例中，所述极耳包括两个子极耳。
在本申请的一些实施例中，所述子极耳的高度为10-20mm。
在本申请的一些实施例中，所述子极耳的宽度为35-60mm。
在本申请的一些实施例中，所述第一子极片可以是第一正极片或第一负极片，所述第二子极片的极性和尺寸与所述第一子极片相同，所述极耳可以是正极耳或负极耳。
在本申请的一些实施例中，所述第一正极片的高度为50-600mm，宽度为50-300mm；所述第一负极片的高度和宽度为所述第一正极片的高度和宽度分别加2-8mm。
在本申请的一些实施例中，所述正极耳在所述第一正极片上的位置与所述负极耳在所述第一负极片上的位置不重合。
在本申请的一些实施例中，所述隔膜的尺寸为所述第一子极片和第二子极片的长和宽分别加0.5-5mm。
在本申请的一些实施例中，还包括：将叠好的极片沿所述极耳水平方向上的中心线折叠。
在本申请的一些实施例中，还包括：将叠好的极片沿所述极耳水平方向上的中心线切开后叠放。
本申请提供的一种锂电池的制作方法中，在涂覆过程中形成包含两个子涂覆区和位于所述子涂覆区之间的空白区，再对所述涂覆区进行裁切形成包含两个子极片和极耳的极片，然后同时对两个子极片进行叠片形成两个裸电芯，最后将两个裸电芯合并封装，这种叠片方法简单高效，易于实施，尤其是对一些大容量的电芯更加适用，不仅提高了极组组装过程中的精确性和方便性，而且提高了电池的电化学性能和安全性能，更重要的是大幅提高了生产效率，有望实现企业利益最大化。
附图说明
以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本公开的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的发明意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：
图1为本申请实施例所述锂电池的制作方法工艺流程图。
图2为本申请实施例所述锂电池的制作方法中所述涂覆区的结构示意图。
图3为本申请实施例所述锂电池的制作方法中辊压工艺的结构示意图。
图4为本申请实施例所述锂电池的制作方法中所述相互独立的极片的结构示意图。
图5为本申请实施例所述锂电池的制作方法中叠片工艺的结构示意图。
图6为本申请实施例所述锂电池的制作方法中裸电芯的结构示意图。
图7为本申请实施例所述锂电池的制作方法中两裸电芯合并后的结构示意图。
具体实施方式
以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本公开不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。
下面结合实施例和附图对本发明技术方案进行详细说明。
图1为本申请实施例所述锂电池的制作方法工艺流程图。下面结合附图对本申请所述的一种锂电池的制作方法进行详细描述。
参考图1，步骤一为制浆(Mixing)，将电极活性物质以及其他配料混合均匀并调制成电极浆料。制浆过程中，搅拌速度，搅拌时间，搅拌温度等条件以及不同配料的选择都会影响得到的电极浆料的粘度，颗粒直径，导电性能等，对电池的电化学性能有直接影响。
在本申请的一些实施例中，所述其他配料包括导电剂，粘结剂，溶剂等。所述导电剂，粘结剂，溶剂的材料选择和配比可以根据需要选择。
在本申请的一些实施例中，所述电极活性物质可以是正极活性物质或者负极活性物质；所述电极浆料可以是正极浆料或者负极浆料。
继续参考图1和图2，步骤二为涂覆，将步骤一中得到的电极浆料涂覆于集流体表面形成至少一组涂覆区100，每组涂覆区100包括两个子涂覆区101以及位于所述两个子涂覆区101之间的空白区102。其中，所述子涂覆区101用于后续形成子极片，所述空白区102用于后续形成极耳。
由于所述空白区102用于后续形成极耳，所述极耳包括两个子极耳，因此所述空白区102的宽度要大于单个子极耳的高度的两倍。
在本申请的一些实施例中，所述集流体为箔片。在本申请的一些实施例中，所述箔片的材料例如为金属铜或金属铝。
在本申请的一些实施例中，为了得到效果更好的极片，所述电极浆料要连续地，均匀地涂覆于所述集流体表面。
在本申请的一些实施例中，极片的干燥度对极片的性能有影响，因此在涂覆完成后，要将涂覆好的集流体进行干燥。
本申请实施例所述的锂电池的制作方法中，形成所述包含两个子涂覆区101的涂覆区100，所述两个子涂覆区101可以在后续工艺中分别形成两个一体的子极片，然后同时对所述两个一体的子极片进行叠片工艺形成两个裸电芯，最后将所述两个裸电芯合并封装，简单高效，易于实施，尤其是对一些大容量的电芯更加适用，不仅提高了级组组装过程中的精确性和方便性，而且提高了电池的电化学性能和安全性能，更重要的是大幅提高了生产效率，有望实现企业利益最大化。
继续参考图1图3，步骤三为辊压，将步骤二中涂覆好的集流体压实，以达到合适的密度和厚度。
如图3所示，在本申请的一些实施例中，所述辊压的方法为：将所述涂覆好的集流体置于两个压辊之间，利用所述压辊辊压所述集流体。
在本申请的一些实施例中，可以通过调节所述压辊的间隙以调节压力，从而调节集流体被压实的密度和厚度。
继续参考图1和图4，步骤四为裁切，裁切所述涂敷区100，使每组涂敷区100形成一个以上相互独立的极片200，所述极片200包括第一子极片210和第二子极片220以及连接所述第一子极片210和第二子极片220的极耳230，其中，所述第一子极片210和第二子极片220由所述子涂覆区101裁切而成，所述极耳230由所述空白区102裁切而成。
在本申请的一些实施例中，所述极耳230包括两个子极耳231，所述两个子极耳231连为一体。由于图4中极片200结构里的极耳230较小，不方便展示子极耳231，因此单独将极耳230放大用于展示子极耳231。
在本申请的一些实施例中，所述子极耳231的高度为10-20mm。在本申请的一些实施例中，所述子极耳231的宽度为35-60mm。
其中，所述子极耳231的尺寸可以根据所述第一子极片210和第二子极片220的尺寸来进行选择。
由于在后续封装时，需要将所述第一子极片210和第二子极片220折叠在一起或者叠放在一起，因此所述第一子极片210和第二子极片220的尺寸要相同。
如图4所示，根据步骤二中涂覆的电极浆料的极性的不同，所述极片200可以是正极片200a或者负极片200b。具体地，当步骤二中涂覆的电极浆料为正极浆料时，所述极片200是正极片200a，对应的，所述第一子极片210和第二子极片220分别为第一正极片210a和第二正极片220a；当步骤二中涂覆的电极浆料为负极浆料时，所述极片200是负极片200b，对应的，所述第一子极片210和第二子极片220分别为第一负极片210b和第二负极片220b。
同时，所述极耳230可以是与正极片200a对应的正极耳230a或与负极片200b对应的负极耳230b。
在本申请的一些实施例中，所述第一正极片210a的高度为50-600mm，宽度为50-300mm，所述第二正极片220a的尺寸与所述第一正极片210a的尺寸相同；所述第一负极片210b的高度和宽度为所述第一正极片210a的高度和宽度分别加2-8mm，所述第二负极片220b的尺寸与所述第一负极片210b的尺寸相同。在后续叠片时，所述第一负极片210b需要完全覆盖所述第一正极片210a，因此所述第一负极片210b的尺寸要比所述第一正极片210a的尺寸略大。同样的，所述第二负极片220b也是一样。
在本申请的一些实施例中，所述正极耳230a在所述第一正极片210a上的位置与所述负极耳230b在所述第一负极片210b上的位置不重合。后续工艺中，会将所述第一正极片210a和所述第一负极片210b进行叠片，因此所述第一正极片210a上的正极耳230a不能和所述第一负极片210b上的负极耳230b重合。
在本申请的一些实施例中，还需要按照工艺需要对所述极片200和极耳230进行倒角。
本申请实施例所述的锂电池的制作方法中，形成所述包含两个子极片210的极片200，然后同时对所述两个一体的子极片210进行叠片工艺形成两个裸电芯，最后将所述两个裸电芯合并封装，简单高效，易于实施，尤其是对一些大容量的电芯更加适用，不仅提高了级组组装过程中的精确性和方便性，而且提高了电池的电化学性能和安全性能，更重要的是大幅提高了生产效率，有望实现企业利益最大化。
继续参考图1和图5，步骤五为叠片，对所述极片200进行叠片处理，其中，只有所述第一子极片210表面，以及第二子极片220表面设置有隔膜240。
在电池工艺中，叠片是将正极片和负极片以及隔膜交叉重叠在一起形成裸电芯的过程。在本申请的实施例中，隔膜用于隔离所述第一正极片210a和第一负极片210b以及第二正极片220a和第二负极片220b，不需要隔离极耳230。
参考图5，本申请实施例采用隔膜双放卷，正负极片依次上料的方式。具体的步骤为，首先从第一隔膜卷310和第二隔膜卷311上裁切出至少两个隔膜，并设置在传送带330上；然后传送带330将所述两个隔膜传送至负极片放置点320b，所述负极片放置点320b放置一片负极片200b于所述两个隔膜上，使所述负极片200b上的第一负极片210b和第二负极片220b分别覆盖一个隔膜；然后传送带330将所述隔膜和负极片200b运输回第一隔膜卷310和第二隔膜卷311对应的位置，继续裁切所述第一隔膜卷310和第二隔膜卷311，分别在所述第一负极片210b和第二负极片220b上放置一层隔膜；然后传送带330将所述隔膜和负极片传送至正极片放置点320a，所述正极片放置点320a放置一片正极片200a于所述一层隔膜上，使所述正极片200a上的第一正极片210a和第二正极片220a分别覆盖一个隔膜；然后传送带330将所述隔膜，负极片200b和正极片200a运输回第一隔膜卷310和第二隔膜卷311对应的位置，重复以上步骤若干次完成叠片。
其中，为了保证叠片精确性，需要保证裁切第一隔膜卷310获取的隔膜所设置的位置和第一正极片210a以及第一负极片210b在水平方向上的投影重合；同样的，裁切第二隔膜卷311获取的隔膜所设置的位置和第二正极片220a以及第二负极片220b在水平方向上的投影也重合。这样可以保证，在叠片过程中，第一正极片210a和对应地隔膜以及第一负极片210b能在垂直方向上重合；第二正极片220a和对应地隔膜以及第二负极片220b也能在垂直方向上重合。
在本申请的一些实施例中，所述隔膜的尺寸为所述第一子极片和第二子极片的长和宽分别加0.5-5mm。这样隔膜可以完整地覆盖住所述第一子极片210和所述第二子极片220。
在本申请的一些实施例中，所述隔膜放卷方式既可以是连续式放卷再叠片也可以是中断式放卷再叠片，具体地可以根据不同产线以及不同生产工艺进行不同的实施方案。
本申请实施例所述的锂电池的制作方法中，同时对所述两个一体的子极片210进行叠片工艺形成两个裸电芯，最后将所述两个裸电芯合并封装，简单高效，易于实施，尤其是对一些大容量的电芯更加适用，不仅提高了级组组装过程中的精确性和方便性，而且提高了电池的电化学性能和安全性能，更重要的是大幅提高了生产效率，有望实现企业利益最大化。
图6为本申请实施例所述锂电池的制作方法中裸电芯的结构示意图。参考图6，其中第一层和最后一层为隔膜400，正极片200a和负极片200b交替相叠，且正极片200a和负极片200b之间也有隔膜，但极耳230之间没有隔膜。需要注意的是，图6只是示意图，并不是只有五层结构，实际上裸电芯中有若干个重复的这种结构，这里只是示意性地表示裸电芯中，正极片，隔膜以及负极片的排列规律。同样的，图中的尺寸并不是实际的尺寸。
继续参考图1，步骤六为焊接，将正极片200a上的正极耳230a焊接在一起，将负极片200b上的负极耳230b焊接在一起。
在本申请的一些实施例中，所述焊接工艺可以是超声波焊接，利用超过16kHZ的超声频率的机械振动能量在静压力的共同作用下，将弹性震动能量转变为摩擦功，形变能以及随后有限的温度上升，从而达到连接金属的目的。
在本申请的一些实施例中，可根据电池类型为方形铝壳或软包的不同而采用不同的焊接方式。例如，在方形铝壳中，叠片之后的裸电芯可以不进行任何的处理直接与连接片进行焊接，连接片与顶盖的焊接，然后将两裸电芯合并后入壳即可；软包电池中，同铝壳电池一样，直接进行极耳预焊接，然后根据实际需求，既可以同铝壳一样不对极耳进行任何处理也可以对预焊接之后的极耳进行必要的修剪，然后进行主焊接，最后在进行两裸电芯合并入壳。
继续参考图1，步骤七为封装，将两裸电芯合并后包上包装铝箔，对顶部和侧边进行热封装。
在本申请的一些实施例中，将两裸电芯合并的方式为：将叠好的极片沿所述极耳230水平方向上的中心线(即虚线部分)折叠。
在本申请的一些实施例中，将两裸电芯合并的方式还可以为：将叠好的极片沿所述极耳230水平方向上的中心线(即虚线部分)切开后叠放。
本申请实施例所述的锂电池的制作方法中，将所述两个裸电芯合并封装，简单高效，易于实施，大幅提高了生产效率，有望实现企业利益最大化。
图7为本申请实施例所述锂电池的制作方法中两裸电芯合并后的结构示意图。参考图7，正子极耳231a和负子极耳231b位于合并后的电芯上靠近两侧。所述正子极耳231a和负子极耳231b由正极耳230a和负极耳230b折叠后形成。
继续参考图1，步骤八为注液，将电解液注入到封装好的电芯中，然后再封闭电芯。
在本申请的一些实施例中，注液前要进行除水，注液过程需要低湿度。水对锂电池SEI膜的形成和电池性能有很大的影响，满充状态的负极与锂金属性质相近，可以直接与水发生反应，因此，在注液过程中必须严格控制湿度。
继续参考图1，步骤九为预化，通过充放电的方式将电池内部正负极物质激活，同时在负极表面形成良好的SEI膜。
继续参考图1，步骤十为成型，将电池外形做最后加工。
在本申请的一些实施例中，所述加工包括高温老化，抽气，切去气袋和多余的侧边，将侧边折起，形成电池最终外形。
其中，抽气是通过抽气腔内的负压将电池前工序化成产生的气体全部抽出，保证电池内部绝对无气体残留，避免影响后期电池使用中对电池性能的负面影响。
在本申请的一些实施例中，得到成型的锂电池后，还需要通过分容、功率和OCV检测等步骤筛选出不合格电池，并最终完成良品电池的出货。
本申请提供的一种锂电池的制作方法中，在涂覆过程中形成包含两个子涂覆区和位于所述子涂覆区之间的空白区，再对所述涂覆区进行裁切形成包含两个子极片和极耳的极片，然后同时对两个子极片进行叠片形成两个裸电芯，最后将两个裸电芯合并封装，这种叠片方法简单高效，易于实施，尤其是对一些大容量的电芯更加适用，不仅提高了级组组装过程中的精确性和方便性，而且提高了电池的电化学性能和安全性能，更重要的是大幅提高了生产效率，有望实现企业利益最大化。
综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本公开提出，并且在本公开的示例性实施例的精神和范围内。
应当理解，本实施例使用的术语″和/或″包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意或全部组合。应当理解，当一个元件被称作″连接″或″耦接″至另一个元件时，其可以直接地连接或耦接至另一个元件，或者也可以存在中间元件。
还应当理解，术语″包含″、″包含着″、″包括″和/或″包括着″，在此使用时，指明存在所记载的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
还应当理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在此用于描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。因此，在没有脱离本发明的教导的情况下，在一些实施例中的第一元件在其他实施例中可以被称为第二元件。相同的参考标号或相同的参考标志符在整个说明书中表示相同的元件。
此外，通过参考作为理想化的示例性图示的截面图示和/或平面图示来描述示例性实施例。因此，由于例如制造技术和/或容差导致的与图示的形状的不同是可预见的。因此，不应当将示例性实施例解释为限于在此所示出的区域的形状，而是应当包括由例如制造所导致的形状中的偏差。例如，被示出为矩形的蚀刻区域通常会具有圆形的或弯曲的特征。因此，在图中示出的区域实质上是示意性的，其形状不是为了示出器件的区域的实际形状也不是为了限制示例性实施例的范围。

Claims (10)

1.一种锂电池的制作方法，其特征在于，包括：
在集流体表面形成至少一组涂覆区，每组涂覆区包括两个子涂覆区以及位于所述两个子涂覆区之间的空白区；
裁切所述涂敷区，使每组涂敷区形成一个以上相互独立的极片，所述极片包括第一子极片和第二子极片以及连接所述第一子极片和第二子极片的极耳，其中，所述第一子极片和第二子极片由所述子涂覆区裁切而成，所述极耳由所述空白区裁切而成；
对所述极片进行叠片处理，其中，所述第一子极片表面，以及第二子极片表面设置有隔膜。
2.如权利要求1所述制作方法，其特征在于，所述极耳包括两个子极耳。
3.如权利要求2所述制作方法，其特征在于，所述子极耳的高度为10-20mm。
4.如权利要求2所述制作方法，其特征在于，所述子极耳的宽度为35-60mm。
5.如权利要求1所述制作方法，其特征在于，所述第一子极片可以是第一正极片或第一负极片，所述第二子极片的极性和尺寸与所述第一子极片相同，所述极耳可以是正极耳或负极耳。
6.如权利要求5所述制作方法，其特征在于，所述第一正极片的高度为50-600mm，宽度为50-300mm；所述第一负极片的高度和宽度为所述第一正极片的高度和宽度分别加2-8mm。
7.如权利要求5所述制作方法，其特征在于，所述正极耳在所述第一正极片上的位置与所述负极耳在所述第一负极片上的位置不重合。
8.如权利要求1所述制作方法，其特征在于，所述隔膜的尺寸为所述第一子极片和第二子极片的长和宽分别加0.5-5mm。
9.如权利要求1所述制作方法，其特征在于，还包括：将叠好的极片沿所述极耳水平方向上的中心线折叠。
10.如权利要求1所述制作方法，其特征在于，还包括：将叠好的极片沿所述极耳水平方向上的中心线切开后叠放。
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