CN111129607A - 一种锂硫电池制袋叠片方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锂硫电池制袋叠片方法及装置,锂硫电池制袋叠片方法包括以下步骤:将锂带压接极耳后,上下面覆盖隔膜,并进行隔膜封焊制成包裹有锂带的袋体,将包裹有锂带的袋体进行叠片、裁切后得到折叠电芯。本发明还公开了一种锂硫电池制袋叠片装置,该装置包括极耳冷轧单元、隔膜焊接单元、折叠单元和裁切单元,能实现机器的快速制袋和快速叠片。本发明锂硫电池制袋叠片方法及装置适用于锂电池,尤其适用于锂硫电池。本发明锂硫电池制袋叠片方法省去了锂带模切极片工序,并且使锂片自动叠片成为了可能。
Description
技术领域
本发明涉及锂硫电池制备技术,尤其涉及一种锂硫电池制袋叠片方法及装置。
背景技术
随着现代社会的发展,锂电池的应用越来越广泛,其中,锂硫电池作为一种高能量密度电池,越来越受到人们的关注。锂硫电池是以硫元素为电池正极,金属锂为负极的一种锂电池。其比容量高达1675mAh/g,远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量(<150mAh/g)。并且作为电池正极材料的主要成分硫是一种对环境友好的元素,对环境基本没有污染。综上,锂硫电池是一种非常有前景的锂电池。
在锂硫电池的主要材料为:硫(正极材料)、锂(负极材料)、隔膜、铝塑膜、极耳、和电解液等。锂硫电池电芯制造工艺主要分为以下几步工序:模切正负极片、叠片(将正极材料、隔膜和负极材料叠到一起)、焊接(焊接集流体)、封装(铝塑膜封装电芯)、注液(注入电解液)、抽真空等。其中,在叠片过程中,一般是以正极片和负极片中间隔着隔膜的方式来进行叠片(“Z”字形叠片),制成软包电池,如图1所示。
目前锂硫电池叠片方法如下:叠片之前需要正负极极片进行模切,然后再进行手动叠片。在叠片过程中,一般是以正极片1和负极片3中间隔着隔膜2的方式来进行叠片(“Z”字形叠片),制成软包电池,如图1所示。目前叠片方法存在的问题有:金属锂无法进行自动化生产加工,而且越薄越难加工,需要人工模切,生产效率极低。当采用人工模切的负极片与自动叠片进行配套生产时,生产效率低、加工精度差、废品率高;当采用纯手工叠片时,工序复杂,生产效率低,无法实现工业化批量生产。
发明内容
本发明的目的在于,针对目前锂硫电池模切、叠片方法不同程度的存在效率低、废品率高和精度差的问题,提出一种锂硫电池制袋叠片方法,该方法省去了锂带模切极片工序,并且使锂片自动叠片成为了可能。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种锂硫电池制袋叠片方法,包括以下步骤:将锂带压接极耳后,上下面覆盖隔膜,并进行隔膜封焊制成包裹有锂带的袋体(隔膜-负极-隔膜),将包裹有锂带的袋体进行叠片、裁切后得到折叠电芯。
进一步地,所述锂带厚度为20-200微米,50-100微米。
进一步地,所述隔膜为PP-PE干法复合膜、PP基膜、陶瓷涂覆隔膜和湿法类隔膜中的一种或多种。
进一步地,所述极耳为铜箔。
进一步地,所述锂带通过极耳冷轧设备进行压接极耳,所述锂带通过极耳冷轧压接铜箔,所述铜箔的压接位置对应叠好后电芯的极耳焊接位置。
进一步地,将包裹有锂带的袋体进行叠片步骤如下:包裹有锂带的袋体依次穿设在张力控制器的锤头中和摆锤的锤头中,张力控制器的锤头通过摆动控制包裹有锂带的袋体的张力;摆锤的锤头摆动使包裹有锂带的袋体覆盖并紧贴在折叠电芯上表面,实现负极(包裹有锂带的袋体)给料;完成一层负极给料后,正极给料;正极给料后,待换向侧金属叉将正极压紧后摆锤的锤头换向摆动。摆锤的锤头在摆动下实现“Z”字型负极(包裹有锂带的袋体)给料及换向。
进一步地,裁切步骤如下:所述裁切步骤如下:根据折叠电芯的需要,控制摆锤的锤头摆动次数(次数为5-50次);叠片终止后,牵引夹片将包裹有锂带的袋体夹紧,切刀伸出、并将包裹有锂带的袋体从牵引夹片与折叠电芯之间切断,用胶带将折叠电芯贴合,(手动或自动装置)将折叠电芯移走,牵引夹片将包裹有锂带的袋体牵引至叠片起始位置开始进行下一次叠片。
本发明的另一个目的还公开了一种锂硫电池制袋叠片装置,包括锂带传送单元、极耳冷轧单元、隔膜焊接单元、折叠单元和裁切单元;所述锂带传送单元、极耳冷轧单元和隔膜焊接单元顺次设置,所述隔膜焊接单元下方设置折叠单元,所述折叠单元包括张力控制器、摆锤和金属叉,所述张力控制器包括绳索和锤头,所述张力控制器绳索的一端固定在隔膜焊接单元出口的下方,另一端与张力控制器锤头固定,所述张力控制器锤头上开设有用于穿设包裹有锂带的袋体的缝隙;所述摆锤包括绳索和锤头,所述摆锤绳索一端固定在张力控制器下方且不与张力控制器锤头相干涉,另一端与摆锤锤头固定,所述摆锤锤头上开置有用于穿设包裹有锂带的袋体的缝隙;所述金属叉为两个,分别设置在折叠电芯外侧,所述金属叉与金属叉驱动装置连接,所述金属叉驱动装置能分别驱动两个金属叉运行至折叠电芯两端的弯折处;;
所述裁切单元包括切刀、牵引夹片和胶带;所述牵引夹片设置在折叠电芯外侧,与牵引夹片驱动装置连接;所述切刀设置在折叠电芯外侧,与切刀驱动装置连接,所述胶带中部设置在折叠电芯底部,胶带两端自折叠电芯底部伸出,胶带两端贴合后能实现折叠电芯的固定。
进一步地,所述隔膜焊接单元为热熔封焊设备。本发明制袋是通过热熔的方式实现的,热熔封焊设备的封焊头有一排突起,封焊头通过热熔实现隔膜封焊。
进一步地,所述极耳冷轧单元为气缸,通过气缸进行的冷轧。
本发明锂硫电池叠片方法步骤科学、合理,适用于锂电池,尤其适用于锂硫电池,与现有技术相比较具有以下优点:
1)本发明将锂带上下面覆盖隔膜后进行隔膜封焊制成包裹有锂带的袋体(隔膜-负极-隔膜),省去了锂带(负极)模切极片工序,使锂片自动叠片成为了可能。
2)本发明公开了一种锂硫电池制袋叠片装置,该装置包括极耳冷轧单元、隔膜焊接单元、折叠单元和裁切单元,能实现机器的快速制袋和快速叠片。
3)自动化薄锂叠片极大的提高了叠片电芯的生产效率,节约了人工成本,降低了废品率;提高加工精度后,电芯能量密度及电芯安全性均有提高。
附图说明
图1为现有锂硫电池叠片结构示意图;
图2为本发明锂硫电池叠片装置结构示意图;
图3为本发明折叠单元和裁切单元的俯视图;
图4为本发明制备的折叠电芯结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明:
实施例1
本实施例公开了一种锂硫电池制袋叠片装置,如图2和图3所示,包括锂带传送单元、极耳冷轧单元、隔膜焊接单元、折叠单元和裁切单元;所述锂带传送单元、极耳冷轧单元和隔膜焊接单元顺次设置。所述隔膜焊接单元为热熔封焊设备6。本发明制袋是通过热熔的方式实现的,热熔封焊设备的封焊头有一排突起,封焊头通过热熔实现隔膜封焊。所述极耳冷轧单元为气缸13,所述极耳通过气缸13进行的冷轧。
所述隔膜焊接单元下方设置折叠单元,所述折叠单元包括张力控制器7、摆锤8和金属叉9,所述张力控制器7包括绳索和锤头,所述张力控制器7绳索的一端固定在隔膜焊接单元出口的下方,另一端与张力控制器7锤头固定,所述张力控制器7锤头上开设有用于穿设包裹有锂带的袋体的缝隙;所述摆锤8包括绳索和锤头,所述摆锤8绳索一端固定在张力控制器7下方(且不与张力控制器7锤头相干涉),另一端与摆锤8锤头固定,所述摆锤8锤头上开置有用于穿设包裹有锂带的袋体的缝隙;所述张力控制器7锤头上的缝隙与摆锤8锤头上开置的缝隙平行;所述摆锤8绳索的长度应满足:摆锤8摆动到放置折叠电芯的底座上方时,摆锤8下边缘与放置折叠电芯的底座刚好接触;所述金属叉为两个,分别设置在折叠电芯外侧,所述金属叉与金属叉驱动装置连接,所述金属叉9驱动装置能分别驱动两个金属叉9运行至折叠电芯两端的弯折处;
所述裁切单元包括切刀、牵引夹片和胶带;所述牵引夹片设置在折叠电芯外侧,与牵引夹片驱动装置连接,所述牵引夹片驱动装置能驱动牵引夹片运行至折叠电芯上方;所述切刀设置在折叠电芯外侧,与切刀驱动装置连接,切刀驱动装置能驱动切刀运行至牵引夹片与折叠电芯的中间,将包裹有锂带的袋体从牵引夹片11与折叠电芯之间裁切,所述胶带中部设置在折叠电芯底部,胶带两端自折叠电芯底部伸出,胶带两端贴合后能实现折叠电芯的固定。
采用上述锂硫电池制袋叠片装置叠片的方法,包括以下步骤:将锂带4压接极耳,所述锂带通过极耳冷轧设备进行压接铜箔极耳,所述铜箔的压接位置对应叠好后电芯的金属极耳焊接位置。压接极耳后的锂带,上下面覆盖隔膜,并进行隔膜封焊制成包裹有锂带的袋体(隔膜-负极-隔膜)。具体地将两卷隔膜5(上下各一卷)和压接极耳后的锂带通过隔膜焊接位置,过程中压接极耳后的锂带不动,两卷隔膜进行纠偏对齐,隔膜-负极-隔膜经过隔膜封焊平台进行隔膜封焊。
将包裹有锂带的袋体进行叠片、裁切后得到折叠电芯如图4所示,本实施例中极耳14为铜箔。所述锂带厚度为20-100微米。所述隔膜为PP-PE干法复合膜、PP基膜、陶瓷涂覆隔膜和湿法类隔膜中的一种或多种。
将包裹有锂带的袋体进行叠片步骤如下:包裹有锂带的袋体依次穿设在张力控制器7的锤头中和摆锤8的锤头中,张力控制器7的锤头通过摆动控制包裹有锂带的袋体的张力;摆锤8的锤头摆动使包裹有锂带的袋体覆盖并紧贴在折叠电芯上表面,实现负极(包裹有锂带的袋体)给料;完成一层负极给料后,正极给料;正极给料后,待换向侧金属叉9将正极压紧后摆锤8的锤头换向摆动。摆锤8的锤头在摆动下实现“Z”字型负极(包裹有锂带的袋体)给料及换向。
裁切步骤如下:所述裁切步骤如下:根据折叠电芯的需要,控制摆锤8的锤头摆动次数,优选次数为5-50次;叠片终止后,牵引夹片11将包裹有锂带的袋体夹紧,切刀10伸出、并将包裹有锂带的袋体从牵引夹片11与折叠电芯之间切断,用胶带12将折叠电芯贴合,采用手动或自动装置将折叠电芯移走,牵引夹片11将包裹有锂带的袋体牵引至叠片起始位置开始进行下一次叠片。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种锂硫电池制袋叠片方法,其特征在于,包括以下步骤:将锂带压接极耳后,上下面覆盖隔膜,并进行隔膜封焊制成包裹有锂带的袋体,将包裹有锂带的袋体进行叠片、裁切后得到折叠电芯。
2.根据权利要求1所述锂硫电池制袋叠片方法,其特征在于,所述锂带厚度为20-200微米。
3.根据权利要求1所述锂硫电池制袋叠片方法,其特征在于,所述隔膜为PP-PE干法复合膜、PP基膜、陶瓷涂覆隔膜和湿法类隔膜中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述锂硫电池制袋叠片方法,其特征在于,所述极耳为铜箔。
5.根据权利要求1所述锂硫电池制袋叠片方法,其特征在于,所述锂带通过极耳冷轧压接铜箔,所述铜箔的压接位置对应叠好后电芯的极耳焊接位置。
6.根据权利要求1所述锂硫电池制袋叠片方法,其特征在于,所述叠片步骤如下:包裹有锂带的袋体依次穿设在张力控制器的锤头中和摆锤的锤头中,张力控制器的锤头通过摆动控制包裹有锂带的袋体的张力;摆锤的锤头在摆动下实现“Z”字型负极给料及换向。
7.根据权利要求1所述锂硫电池制袋叠片方法,其特征在于,所述裁切步骤如下:根据折叠电芯的需要,控制摆锤的锤头摆动次数;叠片终止后,牵引夹片将包裹有锂带的袋体夹紧,切刀伸出、并将包裹有锂带的袋体从牵引夹片与折叠电芯之间切断,用胶带将折叠电芯贴合,将折叠电芯移走,牵引夹片将包裹有锂带的袋体牵引至叠片起始位置开始进行下一次叠片。
8.一种锂硫电池制袋叠片装置,其特征在于,包括锂带传送单元、极耳冷轧单元、隔膜焊接单元、折叠单元和裁切单元;所述锂带传送单元、极耳冷轧单元和隔膜焊接单元顺次设置;
所述隔膜焊接单元下方设置折叠单元,所述折叠单元包括张力控制器(7)、摆锤(8)和金属叉(9),所述张力控制器(7)包括绳索和锤头,所述张力控制器(7)绳索的一端固定在隔膜焊接单元出口的下方,另一端与张力控制器(7)锤头固定,所述张力控制器(7)锤头上开设有用于穿设包裹有锂带的袋体的缝隙;所述摆锤(8)包括绳索和锤头,所述摆锤(8)绳索一端固定在张力控制器(7)下方,且不与张力控制器(7)锤头相干涉,另一端与摆锤(8)锤头固定,所述摆锤(8)锤头上开置有用于穿设包裹有锂带的袋体的缝隙;所述金属叉为两个,分别设置在折叠电芯外侧,所述金属叉与金属叉驱动装置连接;
所述裁切单元包括切刀(10)、牵引夹片(11)和胶带(12);所述牵引夹片设置在折叠电芯外侧,与牵引夹片驱动装置连接;所述切刀设置在折叠电芯外侧,与切刀驱动装置连接,所述胶带中部设置在折叠电芯底部,胶带两端自折叠电芯底部伸出。
9.根据权利要求8所述锂硫电池制袋叠片装置,其特征在于,所述隔膜焊接单元为热熔封焊设备。
10.根据权利要求8所述锂硫电池制袋叠片装置,其特征在于,所述极耳冷轧单元为气缸。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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