CN111009693A - 一种内微调圆柱形电芯装配工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内微调圆柱形电芯装配工艺，属于锂电池技术领域，一种内微调圆柱形电芯装配工艺，可以通过在电芯和外部壳体内壁之间设置微调套环，使其内部较大的内不均调整块可以为电芯的凹陷部位提供较大的支撑作用，使该部分的电芯受力变密，内部空隙减小，同时较为饱满的部位对准较小的内不均调整块或没有内不均调整块的部位，使该部位相较于凹陷部位受到微调套环的支撑力较小，进而有效弥补饱满部位本身较为紧密，空隙小而导致在注液过程中，浸润的电解液较少，使得电芯整体浸润的电解液不均匀的情况，从而实现调整电芯整体浸润电解液的均匀性的效果，从而有效提高后期得到的锂电池的质量，有效延长锂电池的使用寿命。

Description

一种内微调圆柱形电芯装配工艺
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，更具体地说，涉及一种内微调圆柱形电芯装配工艺。
背景技术
离子电池从诞生以来，其生产工艺不断在更新换代，尤其是装配技术，由于设计思路的开阔，设备的自动化程度日益增多，是技术改造最多，效率提高最快的地方。锂离子电池:是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。
圆柱电池的装配流程包括滚槽、焊盖帽、注液、压盖帽和封口等，每一项步骤都直接影响电芯成品的各项性能，故科学合理地设计装配工艺流程是电芯制造生产的重中之重。
在目前圆柱形锂离子电池单体制作环节，圆柱电芯制备采用卷绕成形，即依次将极板a、隔膜a，极板b，隔膜b组成的多层材料(从内侧到外侧)卷绕在芯骨上。各材料以等速(阿基米德)螺线的曲线形成近似圆柱体的电堆，到达一定的尺寸(或容量)后，再以隔膜ab缠绕数圈，接缝处黏贴胶带后形成电芯体，等待置入壳体装配。
由于卷绕制成的电芯外表面的截面不是标准的圆形，存在明显的凹陷，而凹陷部分的电芯相较与较为饱满部分的电芯，较为松弛，该部分各层之间的空隙较大，而饱满部分较为紧密，空隙较小，使得电解液在两部分上的浸润速度不一致，并且会导致两部分电解液的浸润不均匀，使得后期制成的锂电池质量不高，使用寿命也会相应缩短，低于预期的使用期限。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种内微调圆柱形电芯装配工艺，它可以通过在电芯和外部壳体内壁之间设置微调套环，使其内部较大的内不均调整块可以为电芯的凹陷部位提供较大的支撑作用，使该部分的电芯受力变密，内部空隙减小，同时较为饱满的部位对准较小的内不均调整块或没有内不均调整块的部位，使该部位相较于凹陷部位受到微调套环的支撑力较小，进而有效弥补饱满部位本身较为紧密，空隙小而导致在注液过程中，浸润的电解液较少，使得电芯整体浸润的电解液不均匀的情况，从而实现调整电芯整体浸润电解液的均匀性的效果，从而有效提高后期得到的锂电池的质量，有效延长锂电池的使用寿命。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种内微调圆柱形电芯装配工艺，包括以下步骤：
S1、首先将正极极耳和负极极耳分别焊接到不同的极片上，得到正极片和负极片，按正极片-隔膜-负极片-隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕制成圆柱形电芯；
S2、电芯入壳，首先根据外部壳体内的微调套环，确定外部壳体的入壳方向和角度，然后按照该方向和角度将电芯装入外部壳体内，之后再转动微调套环对电芯与微调套环之间的相对位置进行微调；
S3、电芯外壳滚槽，使外部壳体实现凹陷，让电芯稳固于外壳内部；
S4、电芯注液，将电解液注入电芯；
S5、将正极断电膜片和负极断电膜片分别放到正极极耳上端以及负极极耳下端；
S6、电芯焊盖帽，将正极极耳以及负极极耳分别与正负极盖帽焊接在一起；
S7、电芯封口，使用封口机通过正负极端盖对外部壳体进行封口处理，完成电芯的装配。
可以通过在电芯和外部壳体内壁之间设置微调套环，使其内部较大的内不均调整块可以为电芯的凹陷部位提供较大的支撑作用，使该部分的电芯受力变密，内部空隙减小，同时较为饱满的部位对准较小的内不均调整块或没有内不均调整块的部位，使该部位相较于凹陷部位受到微调套环的支撑力较小，进而有效弥补饱满部位本身较为紧密，空隙小而导致在注液过程中，浸润的电解液较少，使得电芯整体浸润的电解液不均匀的情况，从而实现调整电芯整体浸润电解液的均匀性的效果，从而有效提高后期得到的锂电池的质量，有效延长锂电池的使用寿命。
进一步的，所述正极极耳和负极极耳均为全极耳设计，相比现有技术的单极耳设计，使得电流输出更加集中，有效减少电池发热，延长电池寿命，所述外部壳体利用膜具弯曲压缩形成密封筒状。
进一步的，所述S1进行卷绕制成电芯后，负极要完全落在正极上，且负极片下方的隔膜超出正极片至少2-3cm。
进一步的，所述微调套环包括内调整撑环和多个外调整柱，多个所述外调整柱固定连接在内调整撑环外端，所述内调整撑环内壁固定连接有多个内不均调整块。
进一步的，多个所述外调整柱在内调整撑环表面呈现不均匀分布，且多个外调整柱的外边缘均位于同一同心圆的边线上，使得多个外调整柱均能与外部壳体内壁相接触，进而有效提高微调套环在外部壳体内的稳定性，进而有效提高位于微调套环内的电芯的稳定性，进而使得后期得到的锂电池质量更高，使用更加安全稳定。
进一步的，多个所述内不均调整块大小不同，且内不均调整块大小和厚度均与多个外调整柱的密集程度呈正比，较大的所述内不均调整块靠近较为密集的外调整柱部位，使得当电芯明显凹陷的部位在对准该部位入壳时，该部分较大的内不均调整块可以为凹陷部位提供较大的支撑作用，使得凹陷部位的电芯受力变密，内部空隙减小，同时较为饱满的部位对准较小的内不均调整块或没有内不均调整块的部位，使该部位相较于凹陷部位受到微调套环的支撑力较小，进而有效弥补饱满部位本身较为紧密，空隙小而导致在注液过程中，浸润的电解液较少，使得电芯整体浸润的电解液不均匀的情况，从而使得微调套环可以有效调整并提高电芯整体浸润电解液的均匀性，从而有效提高后期得到的锂电池的质量。
进一步的，所述外部壳体内壁以及多个外调整柱与外部壳体接触的表面均进行磨砂处理，使得外部壳体和外调整柱之间存在较大摩擦力，使得二者很难发生相对移动，进而有效保证电芯入壳后，微调套环不易发生移动，进而有效提高电芯的稳定性。
进一步的，所述外调整柱磨砂处理的外表面还涂设有自润滑涂层，当需要转动微调套环对微调套环与电芯之间的相对位置进行调整时，自润滑涂层可以有效降低二者之间的摩擦力，便于微调套环的转动当转动一定距离后，自润滑涂层被外部壳体内壁的磨砂层破坏，使得在调整过后，微调套环在外部壳体内仍然不易移动，且自润滑涂层厚度为0.05-0.1mm，过薄，极易被破坏，不能支撑微调套环对电芯位置调整时的转动，过厚，易导致在转动后，自润滑涂层还未被破坏，使得微调套环还可以转动，会导致电芯的稳定性降低。
进一步的，所述内不均调整块包括表面涂设有LINE-X涂层的密封囊，所述密封囊内部填充有高回弹海绵，使得内不均调整块能够根据电芯表面的形状发生一定的形变，进而使其对于电芯的支撑作用更好，且多个内不均调整块的厚度均不超过3mm，内不均调整块过厚，容易影响微调套环内部的电芯整体的稳定性，内不均调整块过薄，其对于电芯自身的紧密程度的调整效果不明显，使其对于电芯中电解液的浸润均匀性效果不明显。
进一步的，所述S2的具体操作为：
S21、首先确定电芯表面肉眼可见的明显凹陷的部位，然后将该部位对准微调套环内最大的内不均调整块的部位；
S22、然后将电芯放入到微调套环内，观察微调套环和电芯的相对位置，然后使电芯不动并转动微调套环，使得微调套环内壁与电芯外壁更加契合。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案可以通过在电芯和外部壳体内壁之间设置微调套环，使其内部较大的内不均调整块可以为电芯的凹陷部位提供较大的支撑作用，使该部分的电芯受力变密，内部空隙减小，同时较为饱满的部位对准较小的内不均调整块或没有内不均调整块的部位，使该部位相较于凹陷部位受到微调套环的支撑力较小，进而有效弥补饱满部位本身较为紧密，空隙小而导致在注液过程中，浸润的电解液较少，使得电芯整体浸润的电解液不均匀的情况，从而实现调整电芯整体浸润电解液的均匀性的效果，从而有效提高后期得到的锂电池的质量，有效延长锂电池的使用寿命。
(2)正极极耳和负极极耳均为全极耳设计，相比现有技术的单极耳设计，使得电流输出更加集中，有效减少电池发热，延长电池寿命，外部壳体利用膜具弯曲压缩形成密封筒状。
(3)S1进行卷绕制成电芯后，负极要完全落在正极上，且负极片下方的隔膜超出正极片至少2-3cm。
(4)微调套环包括内调整撑环和多个外调整柱，多个外调整柱固定连接在内调整撑环外端，内调整撑环内壁固定连接有多个内不均调整块。
(5)多个外调整柱在内调整撑环表面呈现不均匀分布，且多个外调整柱的外边缘均位于同一同心圆的边线上，使得多个外调整柱均能与外部壳体内壁相接触，进而有效提高微调套环在外部壳体内的稳定性，进而有效提高位于微调套环内的电芯的稳定性，进而使得后期得到的锂电池质量更高，使用更加安全稳定。
(6)多个内不均调整块大小不同，且内不均调整块大小和厚度均与多个外调整柱的密集程度呈正比，较大的内不均调整块靠近较为密集的外调整柱部位，使得当电芯明显凹陷的部位在对准该部位入壳时，该部分较大的内不均调整块可以为凹陷部位提供较大的支撑作用，使得凹陷部位的电芯受力变密，内部空隙减小，同时较为饱满的部位对准较小的内不均调整块或没有内不均调整块的部位，使该部位相较于凹陷部位受到微调套环的支撑力较小，进而有效弥补饱满部位本身较为紧密，空隙小而导致在注液过程中，浸润的电解液较少，使得电芯整体浸润的电解液不均匀的情况，从而使得微调套环可以有效调整并提高电芯整体浸润电解液的均匀性，从而有效提高后期得到的锂电池的质量。
(7)外部壳体内壁以及多个外调整柱与外部壳体接触的表面均进行磨砂处理，使得外部壳体和外调整柱之间存在较大摩擦力，使得二者很难发生相对移动，进而有效保证电芯入壳后，微调套环不易发生移动，进而有效提高电芯的稳定性。
(8)外调整柱磨砂处理的外表面还涂设有自润滑涂层，当需要转动微调套环对微调套环与电芯之间的相对位置进行调整时，自润滑涂层可以有效降低二者之间的摩擦力，便于微调套环的转动当转动一定距离后，自润滑涂层被外部壳体内壁的磨砂层破坏，使得在调整过后，微调套环在外部壳体内仍然不易移动，且自润滑涂层厚度为0.05-0.1mm，过薄，极易被破坏，不能支撑微调套环对电芯位置调整时的转动，过厚，易导致在转动后，自润滑涂层还未被破坏，使得微调套环还可以转动，会导致电芯的稳定性降低。
(9)内不均调整块包括表面涂设有LINE-X涂层的密封囊，密封囊内部填充有高回弹海绵，使得内不均调整块能够根据电芯表面的形状发生一定的形变，进而使其对于电芯的支撑作用更好，且多个内不均调整块的厚度均不超过3mm，内不均调整块过厚，容易影响微调套环内部的电芯整体的稳定性，内不均调整块过薄，其对于电芯自身的紧密程度的调整效果不明显，使其对于电芯中电解液的浸润均匀性效果不明显。
附图说明
图1为本发明的主要的流程框图；
图2为本发明的装配后电芯正面的结构示意图；
图3为本发明的电芯正极部分的结构示意图；
图4为本发明的电芯负极部分的结构示意图；
图5为本发明的电芯截面的结构示意图；
图6为本发明的微调套环截面的结构示意图；
图7为本发明的微调套环立体的结构示意图。
图中标号说明：
1正极断电膜片、2正极极耳、3负极断电膜片、4负极极耳、5外部壳体、61外调整柱、62内调整撑环、7内不均调整块。
具体实施方式
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“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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。
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”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，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1：
请参阅图1-4，一种内微调圆柱形电芯装配工艺，包括以下步骤：
S1、请参阅图5，首先将正极极耳2和负极极耳4分别焊接到不同的极片上，得到正极片和负极片，按正极片-隔膜-负极片-隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕制成圆柱形电芯；
S2、电芯入壳，首先根据外部壳体5内的微调套环，确定外部壳体5的入壳方向和角度，然后按照该方向和角度将电芯装入外部壳体5内，之后再转动微调套环对电芯与微调套环之间的相对位置进行微调，具体操作为：
S21、首先确定电芯表面肉眼可见的明显凹陷的部位，然后将该部位对准微调套环内最大的内不均调整块7的部位；
S22、然后将电芯放入到微调套环内，观察微调套环和电芯的相对位置，然后使电芯不动并转动微调套环，使得微调套环内壁与电芯外壁更加契合
S3、电芯外壳滚槽，使外部壳体5实现凹陷，让电芯稳固于外壳内部；
S4、电芯注液，将电解液注入电芯；
S5、将正极断电膜片1和负极断电膜片3分别放到正极极耳2上端以及负极极耳4下端，从而实现双向安全阀的效果，相较于单安全阀一端断电，通过本工艺装配后的锂电池可以实现两端断电，较不易引发热崩溃，提高安全性；
S6、电芯焊盖帽，将正极极耳2以及负极极耳4分别与正负极盖帽焊接在一起；
S7、电芯封口，使用封口机通过正负极端盖对外部壳体5进行封口处理，完成电芯的装配。
正极极耳2和负极极耳4均为全极耳设计，相比现有技术的单极耳设计，使得电流输出更加集中，有效减少电池发热，延长电池寿命，外部壳体5利用膜具弯曲压缩形成密封筒状，S1进行卷绕制成电芯后，负极要完全落在正极上，且负极片下方的隔膜超出正极片至少2-3cm。
请参阅图6，微调套环包括内调整撑环62和多个外调整柱61，多个外调整柱61固定连接在内调整撑环62外端，内调整撑环62内壁固定连接有多个内不均调整块7，多个外调整柱61在内调整撑环62表面呈现不均匀分布，且多个外调整柱61的外边缘均位于同一同心圆的边线上，使得多个外调整柱61均能与外部壳体5内壁相接触，进而有效提高微调套环在外部壳体5内的稳定性，进而有效提高位于微调套环内的电芯的稳定性，进而使得后期得到的锂电池质量更高，使用更加安全稳定，内不均调整块7包括表面涂设有LINE-X涂层的密封囊，密封囊内部填充有高回弹海绵，使得内不均调整块7能够根据电芯表面的形状发生一定的形变，进而使其对于电芯的支撑作用更好，且多个内不均调整块7的厚度均不超过3mm，内不均调整块7过厚，容易影响微调套环内部的电芯整体的稳定性，内不均调整块7过薄，其对于电芯自身的紧密程度的调整效果不明显，使其对于电芯中电解液的浸润均匀性效果不明显。
请参阅图7，多个内不均调整块7大小不同，且内不均调整块7大小和厚度均与多个外调整柱61的密集程度呈正比，较大的内不均调整块7靠近较为密集的外调整柱61部位，使得当电芯明显凹陷的部位在对准该部位入壳时，该部分较大的内不均调整块7可以为凹陷部位提供较大的支撑作用，使得凹陷部位的电芯受力变密，内部空隙减小，同时较为饱满的部位对准较小的内不均调整块7或没有内不均调整块7的部位，使该部位相较于凹陷部位受到微调套环的支撑力较小，进而有效弥补饱满部位本身较为紧密，空隙小而导致在注液过程中，浸润的电解液较少，使得电芯整体浸润的电解液不均匀的情况，从而使得微调套环可以有效调整并提高电芯整体浸润电解液的均匀性，从而有效提高后期得到的锂电池的质量。
进一步的，外部壳体5内壁以及多个外调整柱61与外部壳体5接触的表面均进行磨砂处理，使得外部壳体5和外调整柱61之间存在较大摩擦力，使得二者很难发生相对移动，进而有效保证电芯入壳后，微调套环不易发生移动，进而有效提高电芯的稳定性，外调整柱61磨砂处理的外表面还涂设有自润滑涂层，当需要转动微调套环对微调套环与电芯之间的相对位置进行调整时，自润滑涂层可以有效降低二者之间的摩擦力，便于微调套环的转动当转动一定距离后，自润滑涂层被外部壳体5内壁的磨砂层破坏，使得在调整过后，微调套环在外部壳体5内仍然不易移动，且自润滑涂层厚度为0.05-0.1mm，过薄，极易被破坏，不能支撑微调套环对电芯位置调整时的转动，过厚，易导致在转动后，自润滑涂层还未被破坏，使得微调套环还可以转动，会导致电芯的稳定性降低。
可以通过在电芯和外部壳体5内壁之间设置微调套环，使其内部较大的内不均调整块7可以为电芯的凹陷部位提供较大的支撑作用，使该部分的电芯受力变密，内部空隙减小，同时较为饱满的部位对准较小的内不均调整块7或没有内不均调整块7的部位，使该部位相较于凹陷部位受到微调套环的支撑力较小，进而有效弥补饱满部位本身较为紧密，空隙小而导致在注液过程中，浸润的电解液较少，使得电芯整体浸润的电解液不均匀的情况，从而使得微调套环可以通过调整电芯自身的紧密度，而实现调整电芯整体浸润电解液的均匀性的效果，从而有效提高后期得到的锂电池的质量，有效延长锂电池的使用寿命。
以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种内微调圆柱形电芯装配工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1、首先将正极极耳(2)和负极极耳(4)分别焊接到不同的极片上，得到正极片和负极片，按正极片-隔膜-负极片-隔膜自上而下的顺序放好，经卷绕制成圆柱形电芯；
S2、电芯入壳，首先根据外部壳体(5)内的微调套环，确定外部壳体(5)的入壳方向和角度，然后按照该方向和角度将电芯装入外部壳体(5)内，之后再转动微调套环对电芯与微调套环之间的相对位置进行微调；
S3、电芯外壳滚槽，使外部壳体(5)实现凹陷，让电芯稳固于外壳内部；
S4、电芯注液，将电解液注入电芯内；
S5、将正极断电膜片(1)和负极断电膜片(3)分别放到正极极耳(2)上端以及负极极耳(4)下端；
S6、电芯焊盖帽，将正极极耳(2)以及负极极耳(4)分别与正负极盖帽焊接在一起；
S7、电芯封口，使用封口机通过正负极端盖对外部壳体(5)进行封口处理，完成电芯的装配。
2.根据权利要求1所述的一种内微调圆柱形电芯装配工艺，其特征在于：所述正极极耳(2)和负极极耳(4)均为全极耳设计，所述外部壳体(5)利用膜具弯曲压缩形成密封。
3.根据权利要求2所述的一种内微调圆柱形电芯装配工艺，其特征在于：所述S1进行卷绕制成电芯后，负极要完全落在正极上，且负极片下方的隔膜超出正极片至少2-3cm。
4.根据权利要求1所述的一种内微调圆柱形电芯装配工艺，其特征在于：所述微调套环包括内调整撑环(62)和多个外调整柱(61)，多个所述外调整柱(61)固定连接在内调整撑环(62)外端，所述内调整撑环(62)内壁固定连接有多个内不均调整块(7)。
5.根据权利要求4所述的一种内微调圆柱形电芯装配工艺，其特征在于：多个所述外调整柱(61)在内调整撑环(62)表面呈现不均匀分布，且多个外调整柱(61)的外边缘均位于同一同心圆的边线上。
6.根据权利要求5所述的一种内微调圆柱形电芯装配工艺，其特征在于：多个所述内不均调整块(7)大小不同，且内不均调整块(7)大小和厚度均与多个外调整柱(61)的密集程度呈正比，较大的所述内不均调整块(7)靠近较为密集的外调整柱(61)部位。
7.根据权利要求5所述的一种内微调圆柱形电芯装配工艺，其特征在于：所述外部壳体(5)内壁以及多个外调整柱(61)与外部壳体(5)接触的表面均进行磨砂处理。
8.根据权利要求7所述的一种内微调圆柱形电芯装配工艺，其特征在于：所述外调整柱(61)磨砂处理的外表面还涂设有自润滑涂层，且自润滑涂层厚度为0.05-0.1mm。
9.根据权利要求4所述的一种内微调圆柱形电芯装配工艺，其特征在于：所述内不均调整块(7)包括表面涂设有LINE-X涂层的密封囊，所述密封囊内部填充有高回弹海绵，且多个内不均调整块(7)的厚度均不超过3mm。
10.根据权利要求4所述的一种内微调圆柱形电芯装配工艺，其特征在于：所述S2的具体操作为：
S21、首先确定电芯表面肉眼可见的明显凹陷的部位，然后将该部位对准微调套环内最大的内不均调整块(7)的部位；
S22、然后将电芯放入到微调套环内，观察微调套环和电芯的相对位置，然后使电芯不动并转动微调套环，使得微调套环内壁与电芯外壁更加契合。
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