CN111180785A - 柔性电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性电池的制造方法，对已涂布好的正极片、负极片的任意一面按预设位置划分为第一空箔区、涂布区以及第二空箔区；从正极片和负极片上划分出主干部区域以及从主干部区域延伸出的若干个分支部区域，对正极片和负极片中的任一的主干部区域，将绝缘薄膜通过绝缘胶带粘贴于正极片或负极片的一面；分别在正极片和负极片的第二空箔区的末端的正反面粘贴绝缘胶带；将正极片、负极片和隔膜卷绕成型，在主干部区域形成多个由分支部卷绕形成的刚性节以及连接任意两个相邻刚性节的柔性部；将每一柔性部的隔膜切出凹槽，使隔膜粘结成整体包覆刚性节的一侧从而得到柔性电池的电芯，再通过铝塑膜封装得到柔性电池。

Description

柔性电池的制造方法
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种柔性电池的制造方法。
背景技术
随着移动设备、可穿戴设备的快速发展，这些设备对其所使用的锂电池的柔性提出了更高的要求。
目前，常规软包电池无法实现柔性弯折，无论是叠片电池还是卷绕电池，尽管单层的极片和隔膜具有一定柔性，但是当层数较多时，其截面抗弯系数增大，电池接近于刚性，此外，由于铝塑膜的弹性模量较高、屈服延伸率小，因此几乎没有弹性，作为外层包覆材料时进一步限制了电池的柔性变形。
如图1，市面上已有的脊椎状电池的能量密度低,为了防止“梳齿状”极片和隔膜在卷绕过程中梳齿间的相对滑动，脊椎状电池引入了支撑膜与极片和隔膜共同卷绕。支撑膜的引入破坏了常规卷绕电池层与层之间的连续性，无法有效地利用极片的两面，只能采用单面涂布的极片，因此在电池厚度方向上的能量密度较低。同时，脊椎状电池难以实现大规模自动化生产，现有的脊椎状电池只提供了柔性电池的结构方案，而没有完整的、可行的配套生产方案，存在如下缺点：1.现有的卷绕技术中隔膜是连续送料，而脊椎状电池的隔膜需要顶端+分条的梳齿状结构，目前并没有技术方案可以生产具有复杂平面形状的隔膜卷；2.卷绕过程中需要对隔膜和极片进行纠偏，保证在卷绕过程中隔膜和极片能互相对齐，而现有的纠偏技术采用的是限位+纠偏辊轴向调整的方式纠偏，因此只能实现对单条隔膜/极片进行纠偏。脊椎状电池有多条隔膜/极片，无法同时纠偏，极片和隔膜间会产生偏差导致容量发挥不良或短路等问题；3.现有的卷绕技术只能实现正极片+隔膜+负极片+隔膜四者同时送料，而脊椎状电池在此基础上还有额外的支撑膜，无法使用已有的卷绕设备进行生产；4.脊椎状电池的极耳位于电池两侧，由于脊椎状电池的结构需求，极耳只能置于长度方向上的两端，封装时电极接线需引到同一侧的保护板上，增加了复杂度。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种柔性电池的制造方法，利用已有的常规软包电池产线的自动化设备生产柔性电池，同时提高柔性电池的能量密度。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供了一种柔性电池的制造方法，所述方法包括：
对已涂布好的正极片、负极片的任意一面按预设位置划分为第一空箔区、涂布区以及第二空箔区；其中，在所述正极片和所述负极片的所述第一空箔区的侧边缘分别设有一极耳，所述第一空箔区粘贴有绝缘胶带；
从所述正极片和所述负极片上划分出主干部区域和从所述主干部区域延伸出的多个分支部，对所述正极片和所述负极片中的任一的所述主干部区域，将绝缘薄膜通过绝缘胶带粘贴于所述正极片或所述负极片的一面；分别在所述正极片和所述负极片的所述第二空箔区的末端的正反面粘贴绝缘胶带，以使多个所述分支部固定连接；
使用半自动卷绕机或全自动卷绕机将所述正极片、所述负极片和隔膜卷绕成型，在所述主干部区域形成多个由所述分支部卷绕形成的刚性节以及连接任意两个相邻刚性节的柔性部；
卷绕时使用分条刀或激光切割的方式将送入卷芯的隔膜切成多条隔膜，所述多条隔膜的位置与所述刚性部对应，得到柔性电池电芯；
将所述电芯封装得到所述柔性电池。
其中，所述分支部连接所述主干部区域为圆角过渡。
其中，所述从所述正极片和所述负极片上划分出主干部区域和从所述主干部区域延伸出的多个分支部，包括：
使用模切、裁切或激光切割中任一方式从所述正极片和所述负极片上划分出主干部区域和从所述主干部区域延伸出的多个分支部。
其中，所述负极片的分支部的宽度比所述正极片的分支部宽，且所述隔膜的宽度比所述负极片的宽度宽。
其中，所述分别在所述正极片和所述负极片的所述第二空箔区的末端的正反面粘贴绝缘胶带，以使多个所述分支部固定连接，包括：
将所述正极片和所述负极片分别展平后，固定每一分支部的相对位置，将绝缘胶带粘贴于所述第二空箔区末端的一侧，翻转后再展平，将绝缘胶带粘贴于所述第二空箔区末端的另一侧；其中，所述正反面的绝缘胶带粘贴位置相同且具有相同尺寸。
本发明实施例提供的柔性电池的制造方法，对已涂布好的正极片、负极片的任意一面按预设位置划分为第一空箔区、涂布区以及第二空箔区；其中，在所述正极片和所述负极片的所述第一空箔区的侧边缘分别设有一极耳，所述第一空箔区粘贴有绝缘胶带；从所述正极片和所述负极片上划分出主干部区域和从所述主干部区域延伸出的多个分支部，对所述正极片和所述负极片的中任一的所述主干部区域，将绝缘薄膜通过绝缘胶带粘贴于所述正极片或所述负极片的一面；分别在所述正极片和所述负极片的所述第二空箔区的末端的正反面粘贴绝缘胶带，以使多个所述分支部固定连接；使用半自动卷绕机或全自动卷绕机将所述正极片、所述负极片和隔膜卷绕成型，在所述主干部区域形成多个由所述分支部卷绕形成的刚性节以及连接任意两个相邻刚性节的柔性部；卷绕时使用分条刀或激光切割的方式将送入卷芯的隔膜切成多条隔膜，所述多条隔膜的位置与所述刚性部对应，得到柔性电池电芯；将所述电芯封装得到所述柔性电池；由于卷绕时隔膜没有分支结构，并且不需要支撑膜，所以能够实现半自动卷绕或全自动卷绕，如此，便可以利用现有的常规软包电池产线的自动化设备生产柔性电池实现大规模生产，从而降低生产成本，改善产品一致性，同时得益于双面涂布极片的使用，该柔性电池的能量密度也得以提高。
附图说明：
图1为目前已有柔性电池的电芯的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的待卷绕的柔性电池的电芯的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的柔性部的截面结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的第一空箔区粘贴绝缘胶带后未经裁切的电极片的示意图；
图5为本发明一实施例提供的裁切后的电极片的示意图；
图6为本发明一实施例提供的裁切后在第一空箔区粘贴绝缘薄膜和在第二空箔区粘贴绝缘胶带的示意图；
图7为本发明一实施例提供的卷绕完成后的柔性电池的电芯的示意图；
图8为本发明一实施例提供的封装后柔性电池成品的示意图；
图9为本发明一实施例提供的目前已有的柔性电池的尺寸示意图；
图10为本发明一实施例提供的柔性电池的尺寸示意图。
图中，第一铜箔1，第一负极2，第一隔膜3，第一正极4，第一铝箔5，支撑膜6，绝缘胶带11，负极片12，铜箔13，绝缘薄膜14，隔膜15，正极片16，铝箔17，极耳18，极耳胶19，第一空箔区22，涂布区23，第二空箔区24，铝塑模110，刚性节31，柔性部32，侧封边33，顶封边34，主干部区域41，分支部42。
具体实施方式
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。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的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
参见图2至图8，为本发明实施例提供的一种柔性电池的制造方法，所述方法包括：
对已涂布好的正极片16、负极片12的任意一面按预设位置划分为第一空箔区22、涂布区23以及第二空箔区24；其中，在所述正极片16和所述负极片12的所述第一空箔区22的侧边缘分别有一极耳18，所述第一空箔区22粘贴有绝缘胶带11；
这里，选用的铝箔17或者铜箔13，在该铝箔17或者铜箔13上涂覆正极活性物质配置的浆料或者负极活性物质配置的浆料，具体地，正极活性物质配置的浆料由97％钴酸锂：1.5％PVDF：1.5％SP的配料方式通过捏合搅拌混合得到，控制出货浆料粘度规格在4000-13000mpas之内，将该浆料通过挤压涂布均匀涂覆在铝箔17集流体上并进行25℃-100℃的温度梯度干燥、辊压、裁切分条后得到正极极片；负极活性物质配置的浆料由96％石墨：1.5％CMC：1％SP：1.5％SBR的配料方式通过捏合搅拌混合得到浆料，控制出货浆料粘度规格在4000-13000mpas之内，将浆料通过挤压涂布均匀涂覆在铜箔13集流体上并进行25℃-100℃的温度梯度干燥、辊压、裁切分条后得到负极极片。
这里，请再次参阅图4，极耳18通过超声波焊接固定于第一空箔区22的侧边缘。
这里，使用对锂离子电池电解液稳定的单面绝缘胶带11，如以聚酯/聚丙烯/聚酰亚胺为基材，丙烯酸胶或硅胶为粘结剂作为终止胶带。
从所述正极片16和所述负极片12上划分出主干部区域41和从所述主干部区域41延伸出的多个分支部42，对所述正极片16和所述负极片12中的任一的所述主干部区域41，将绝缘薄膜14通过绝缘胶带11粘贴于所述正极片空箔区铝箔17或所述负极片空箔区铜箔13的一面；
这里，用绝缘胶带11将绝缘薄膜14其固定在极片的一面，起到强化节与节连接处正负极绝缘的作用。进一步地，绝缘薄膜14对电解液稳定，并且具有绝缘性。
作为一可选的实施方式，绝缘薄膜14的长度起止于电芯的两端，便于贴胶；宽度应与主干部区域41等同，以完全隔离连接处的正负极片12。
分别在所述正极片16和所述负极片12的所述第二空箔区24的末端的正反面粘贴绝缘胶带11，以使多个所述分支部42固定连接；
这里，在正极片16和负极片12尾端的第二空箔区24，将终止胶带贴在极片的正反面，这一步的目的是为了固定极片分支部42的相对位置，避免电极片有一端为自由端，在卷绕过程中无法纠偏从而引起偏移。而且相比于现有的预留空箔连接的方案不会有短路的风险。
使用半自动卷绕机或全自动卷绕机将所述正极片16、所述负极片12和隔膜15卷绕成型，在所述主干部区域41形成多个由所述分支部卷绕形成的刚性节31以及连接任意两个相邻刚性节31的柔性部32；
这里，相比现有技术，由于隔膜15的平面形状复杂，需要同时对多个分支进行纠偏，而现有半自动/全自动卷绕设备仅能实现对单条隔膜15的纠偏；此外现有的半自动/全自动卷绕设备仅支持负极、隔膜、正极、隔膜四者同时送料，而现有技术需要在此基础上再增加支撑膜6，现有技术并没有配套的设备方案，因此不能实现，本发明中，因为卷绕时隔膜15没有分支结构，并且不需要支撑膜6，所以能够实现半自动或全自动卷绕。
使用分条刀或激光切割的方式将单条完整隔膜在送卷时切割成多条隔膜15，并且将所述极片分支部间的绝缘胶带11切断，使卷绕后在所述柔性部32形成凹槽；将所述电芯封装得到所述柔性电池。
具体地，首先按照电芯的外形(主要为刚性节31尺寸，柔性部32尺寸，以及全电芯尺寸)将铝塑膜110冲壳成型，随后将电芯放入冲好的铝塑膜110中，进行侧封边33和顶封边34的封装。之后，将顶侧封后的电池放在烤箱中以80℃烘烤6h，然后常温静置2h后注入电解液。将注好电解液的电池常温真空静置2h后，进行一次封装，之后再将电池于常温搁置2h。搁置结束后，将电池上夹具并放于化成机中进行常温小倍率化成。化成后，将电池气袋切除进行二次封装，得到所述柔性电池。
这里，请再次参见图2，本申请上述实施方式中，因为卷绕时隔膜15没有分支结构，并且不需要支撑膜6，所以能够实现半自动卷绕或全自动卷绕，如此，利用已有的常规软包电池产线的自动化设备生产柔性电池，同时提高柔性电池的能量密度，便于实现大规模自动化生产。
在一实施方式中，所述分支部42连接所述主干部区域41为圆角过渡。
这里，极片形状为和分支部42构成的类似于“梳齿状”，所述分支部42连接所述主干部区域41之间开槽。
在一实施方式中，所述从所述正极片16和所述负极片12上划分出主干部区域41和从所述主干部区域41延伸出的多个分支部42，包括：
使用模切、裁剪或激光切割中任一方式从所述正极片16和所述负极片12上划分出主干部区域41和从所述主干部区域41延伸出的多个分支部42。
在一实施方式中，所述负极片12的分支部42的宽度比所述正极片16的分支部42宽。
这里，裁切时，负极片12分支部比正极片16分支部稍宽，且所述隔膜的宽度比所述负极片的宽度稍宽；具体地，所述负极片12的分支部42的宽度可以比所述正极片16的分支部42宽。以在卷绕时使正极片16在负极片12上的投影尽可能全部位于负极片12内，以保证从正极脱出的锂离子能够全部达到负极，裁切后的极片具有分支部42和主干部区域41的结构，但所述分支部42的末端仍互相独立。
在一实施方式中，所述分别在所述正极片16和所述负极片12的所述第二空箔区24的末端的正反面粘贴绝缘胶带11，以使多个所述分支部42固定连接，包括：
将所述正极片16和所述负极片12分别展平后，固定每一分支部42的相对位置，将绝缘胶带11粘贴于所述第二空箔区24末端的一侧，翻转后再展平，将绝缘胶带11粘贴于所述第二空箔区24末端的另一侧；其中，所述正反面的绝缘胶带11粘贴位置相同且具有相同尺寸。如此，以使连接各分支部42没有裸露的粘贴面，防止在卷绕过程中粘连。
下面，通过一具体实施方式对本发明所提供的的柔性电池的制造方法作进一步地说明。
参见图9，现有的脊椎状电池的0623型号的电芯尺寸为69mm*15.9mm*2.37mm，容量123.5mAh，其正极活性材料为3.78V钴酸锂，负极材料为石墨，涂布面密度1.78mAh/cm2，涂布面积69.30cm2，电池能量密度只有180Wh/L。
参见图10，以691624型号为例(以电芯长、宽、厚的前两位数字命名)，电芯总长69mm，宽15.9mm，厚2.37mm，采用与现有的脊椎状电池的0623型号相同的材料体系和涂布面密度，涂布面积为106.60cm2，是所述脊椎状电池的1.5倍，总容量190mAh，由此计算得到的能量密度约为276Wh/L。因此，现有的脊椎状电池的能量密度为本发明的65％。
现有的柔性电池技术所生产的柔性电池都具有能量密度低的缺点，无法满足可穿戴电子设备等应用柔性电池的场景的容量需求。本发明上述实施方式生产的柔性电池的能量密度显著高于已有的技术方案，甚至接近于常规锂离子电池的能量密度，作为柔性电子设备的储能器件具有广阔的应用前景，具体参见表1。
Figure BDA0002381871000000071
Figure BDA0002381871000000081
表1
这里，净体积表示电芯的排水体积，净能量密度表示电芯标称容量×标称电压÷净体积，能量密度表示电芯标称容量×标称电压÷外围体积。
综上所述，与现有技术相比，本发明实施例提供的柔性电池的制造方法所生产的柔性电池，利用已有的常规软包电池产线的自动化设备生产柔性电池，同时提高柔性电池的能量密度；具体地，
1)便于实现大规模自动化生产：
脊椎状电池的技术方案制备工艺复杂，如果要实现自动化生产，则需要开发专用的设备，而其中有些制备工艺对设备的需求甚至超过了现有技术的极限，这也是大多数其他现有的柔性电池方案的缺点之一。
本提案从电池的电极制备、卷绕成型到封装和后续工序都沿用了现有的常规卷绕式软包锂离子电池的生产工艺，可以借助常规自动化设备进行生产。本提案仅增加了极片预处理和隔膜的分切工序，其中极片预处理工序可以由生产叠片电池用的模切设备完成，隔膜的分切工序则可利用已有的隔膜15分切技术实现。
2)具有更高的能量密度：
脊椎状电池受限于包含支撑膜6的结构，使用单面涂布的电极，能量密度较低，而本发明生产的柔性电池的极片通过终止胶带固定，省去了支撑膜6，使用与常规电池相同的双面涂布，能量密度较高。
现有的柔性电池技术所生产的柔性电池都具有能量密度低的缺点，无法满足可穿戴电子设备等应用柔性电池的场景的容量需求。本发明生产的柔性电池的能量密度显著高于已有的技术方案，甚至接近于常规锂离子电池的能量密度，作为柔性电子设备的储能器件具有广阔的应用前景。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和范围之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种柔性电池的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
对已涂布好的正极片、负极片的任意一面按预设位置划分为第一空箔区、涂布区以及第二空箔区；其中，在所述正极片和所述负极片的所述第一空箔区的一侧边缘分别设有一极耳，所述第一空箔区粘贴有绝缘胶带；
从所述正极片和所述负极片上划分出主干部区域和从所述主干部区域延伸出的多个分支部，对所述正极片和所述负极片中的任一的所述主干部区域，将绝缘薄膜通过绝缘胶带粘贴于所述正极片或所述负极片的一面；
分别在所述正极片和所述负极片的所述第二空箔区的末端的正反面粘贴绝缘胶带，以使多个所述分支部固定连接；
使用半自动卷绕机或全自动卷绕机将所述正极片、所述负极片和隔膜卷绕成型，在所述主干部区域形成多个由所述分支部卷绕形成的刚性节以及连接任意两个相邻刚性节的柔性部；卷绕时使用分条刀或激光切割的方式将送入卷芯的隔膜切成多条隔膜，所述多条隔膜的位置与所述刚性部对应，得到柔性电池电芯；
将所述电芯封装得到所述柔性电池。
2.根据权利要求1所述的柔性电池的制造方法，其特征在于，所述分支部连接所述主干部区域为圆角过渡。
3.根据权利要求1所述的柔性电池的制造方法，其特征在于，所述从所述正极片和所述负极片上划分出主干部区域和从所述主干部区域延伸出的多个分支部，包括：
使用模切、裁切或激光切割中任一方式从所述正极片和所述负极片上划分出主干部区域和从所述主干部区域延伸出的多个分支部。
4.根据权利要求1所述的柔性电池的制造方法，其特征在于，所述负极片的分支部的宽度比所述正极片的分支部宽，且所述隔膜的宽度比所述负极片的宽度宽。
5.根据权利要求1所述的柔性电池的制造方法，其特征在于，所述分别在所述正极片和所述负极片的所述第二空箔区的末端的正反面粘贴绝缘胶带，以使多个所述分支部固定连接，包括：
将所述正极片和所述负极片分别展平后，固定每一分支部的相对位置，将绝缘胶带粘贴于所述第二空箔区末端的一侧，翻转后再展平，将绝缘胶带粘贴于所述第二空箔区末端的另一侧；其中，所述正反面的终止胶带粘贴位置相同且具有相同尺寸。
6.根据权利要求1所述的柔性电池的制造方法，其特征在于，所述卷绕时使用分条刀或激光切割的方式将送入卷芯的隔膜切成多条隔膜，包括：
使用分条刀或激光切割的方式将单条完整隔膜在送卷时切割成多条隔膜，并且将所述极片分支部间的绝缘胶带切断，使卷绕后在所述柔性部形成凹槽。
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