CN111477971A - 一种电芯整形方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种电芯整形方法，所述方法包括：提供电芯；在预热设备上对所述电芯进行预热；在热压设备上对预热后的所述电芯进行热压。本申请所述的一种电芯整形方法，在对电芯进行热压之前先将电芯预热至设定温度，一方面可以减少后续的热压时间，从而减少对热压设备的需求，并且降低热压时对电芯表面薄膜的损伤；另一方面，所述预热还可以减少电芯中的水分，保证电芯的安全性能。

Description

一种电芯整形方法
技术领域
本申请涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种电芯整形方法。
背景技术
近年来，随着世界石油资源的日益枯竭，新能源汽车代替传统汽车的发展趋势成为必然。动力锂电池作为新能源汽车的″心脏″，其性能及安全性更是尤为重要。
目前的电池制备工艺中，在将极片叠成电芯后，电芯间的缝隙使电芯呈现蓬松状态，不方便后续装配使用，所以需要引入电芯整形工艺。目前采用的工艺为热压整形方式。
然而，目前的热压整形方式仍然存在热压时间较长，需要占用较多热压设备的问题，因此，需要提供更有效、更可靠的技术方案。
发明内容
本申请提供一种电芯整形方法，可以缩短电芯整形时的热压时间。
本申请的一个方面提供一种电芯整形方法，包括：提供电芯；在预热设备上对所述电芯进行预热；在热压设备上对预热后的所述电芯进行热压。
在本申请的一些实施例中，对所述电芯进行预热的方法包括：将所述电芯设置于预热设备；将所述电芯加热至设定温度。
在本申请的一些实施例中，所述设定温度为60摄氏度至100摄氏度。
在本申请的一些实施例中，对所述电芯进行预热的过程中所述电芯的温度呈逐渐减缓的上升趋势。
在本申请的一些实施例中，对所述电芯进行预热的方法包括热辐射方式。
在本申请的一些实施例中，对所述电芯进行预热的方法包括热接触方式。
在本申请的一些实施例中，所述电芯整形方法还包括：将预热后的电芯转移至热压设备的过程中对所述预热后的电芯进行保温。
在本申请的一些实施例中，所述电芯整形方法还包括：对所述电芯进行预热时监控所述电芯的温度。
在本申请的一些实施例中，对预热后的所述电芯进行热压的方法包括：将所述预热后的电芯设置于热压设备；设置热压压力、热压温度和热压时间；执行热压动作。
在本申请的一些实施例中，对预热后的所述电芯进行热压的工艺参数包括：所述热压压力为5000N至100000N；所述热压温度为60摄氏度至120摄氏度；所述热压时间为2分钟至8分钟。
本申请所述的一种电芯整形方法，在对电芯进行热压之前先将电芯预热至设定温度，一方面可以减少后续的热压时间，从而减少对热压设备的需求，并且降低热压时对电芯表面薄膜的损伤；另一方面，所述预热还可以减少电芯中的水分，保证电芯的安全性能。
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，并不旨在限制本申请的范围，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为一种电芯整形方法的流程图；
图2为本申请实施例所述电芯整形方法的流程图；
图3为一些实施例中热辐射方式对电芯预热时电芯温度随时间的变化曲线；
图4为一些实施例中热接触方式对电芯预热时电芯温度随时间的变化曲线；
图5为本申请一些实施例所述电芯整形方法中热压方法示意图。
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，并且在不脱离本申请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，本申请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。
电芯的构成包括正极片、负极片和隔离薄膜。其中，所述正、负极片均为金属箔材上涂覆浆料，是实现电池的反复充放电、提供能量来源的组件；所述隔离薄膜为聚烯烃材料制备的微孔膜，绝缘但可通过离子，设置在正、负极片中间，从而将正、负极分隔开，防止短路。
电芯的成型结构包含但不限于以下两种：(i)卷绕成型，通过连续将正、负极片与隔离薄膜共同卷绕而成；(ii)叠片成型，通过隔离薄膜覆盖单片的正、负极片而成。
在电芯成型后，电芯间的缝隙使电芯呈现蓬松状态，不方便后续装配使用，所以需要引入电芯整形工艺。
图1为一种电芯整形方法的流程图。
参考图1，所述电芯整形方法包括：
步骤S110，提供电芯。提供叠好的电芯，所述电芯间的电芯使所述电芯呈现蓬松状态。
步骤S120，对所述电芯进行热压。通过压力板对蓬松的电芯施加数吨重的压力，压力板内设置温度控制系统，对电芯进行高温度(不超过100摄氏度，过高的温度可能损伤电芯)的加热，维持一定时间，消除电芯内部缝隙，使电芯形状满足后工序使用要求。
然而在这种电芯型方法中，(i)由于温度从电芯表面到电芯中间传输的过程需要耗费大量时间，导致热压时间较长，在进行批量生产时需要较多热压设备，增加了成本，如果热压时间不够，电芯内层未完全受热就解除热压的话，电芯形状会回弹，造成后序电芯的装配过程难以操作，产生不良品电池；(ii)隔离薄膜在持续高压、高温状态下，薄膜表面附带的粘结剂会与热压设备上的热压板发生粘黏，在解除热压过程中热压板可能破坏隔离薄膜，造成电芯报废，热压板无法继续自动工作；(iii)这种一边加热一边施加压力的方式会导致电芯内的水分被封闭在电芯内，提高电芯的安全风险。
鉴于上述问题，本申请提供一种电芯整形方法，在热压前先对电芯进行预热，将电芯加热到设定温度，可以减少热压时间，从而减少需要的热压设备，减少对电芯隔离薄膜的损伤，减少电芯内的水分。
图2为本申请实施例所述电芯整形方法的流程图。
参考图2所示，本申请的实施例所述的电芯整形方法包括：
步骤210，提供电芯；
步骤220，在预热设备上对所述电芯进行预热；
步骤230，在热压设备上对预热后的所述电芯进行热压。
所述步骤220可以将电芯提前预热到设定温度，减少后续步骤230时的热压时间。
参考图2，步骤210，提供电芯。所述电芯包括正极片、负极片和隔离薄膜。
在本申请的一些实施例中，所述电芯可以是卷绕式电芯。在本申请的另一些实施例中，所述电芯也可以是叠片式电芯。
本申请实施例仅以叠片式电芯为例来说明本申请提供的电芯整形方法。由于所述叠片式电芯内的正极片、负极片和隔离薄膜仅是简单堆叠在一起，因此所述电芯呈现蓬松状态，不方便后续装配使用，需要进一步对所述电芯进行整形。
继续参考图2，步骤220，在预热设备上对所述电芯进行预热。在锂离子电池中，锂会与水发生剧烈化学反应，所以需在锂电池制造过程中严格管控电池中水分的含量，并配置相应的水分去除装置。本申请提供的电池整形方法中可以通过所述预热在电芯呈现蓬松状态时就将水分充分烘出，有效保证了电池的安全性。
在本申请的一些实施例中，所述预热设备与热压设备不是一个设备，预热时不会占用热压设备。
在本申请的一些实施例中，对所述电芯进行预热的方法包括：将所述电芯设置于预热设备；将所述电芯加热至设定温度。这种方法中，不需要设置特定预热时间，只要监控所述电芯的温度达到了设定温度既可以停止预热，将电芯转移至热压设备。
在本申请的另一些实施例中，对所述电芯进行预热的方法包括：将所述电芯设置于预热设备；设置预热温度和与预热时间；根据所述预热温度和预热时间对所述电芯进行预热。这种方法中，预先计算将电芯加热到设定温度需要的的时间和温度，在预热时直接设置好预热时间和预热温度，不需要监控所述电芯的温度，预热时间结束时既可以停止预热，将电芯转移至热压设备。
在本申请的一些实施例中，所述设定温度为60摄氏度至100摄氏度，例如为60摄氏度、80摄氏度或100摄氏度等。电芯的所述设定温度不能太低，否则会影响热压效果，导致电芯形状回弹，造成后序电芯的装配过程难以操作，产生不良品电池；所述设定温度补鞥呢太高，否则过高的温度可能损伤电芯。
在本申请的一些实施例中，所述电芯整形方法还包括：对所述电芯进行预热时监控所述电芯的温度。所述预热的目的是将电芯的温度加热到设定温度以减少热压时间，因此电芯的温度参数十分重要，可以设置监控设备来时刻监控电芯的温度。
在本申请的一些实施例中，所述监控设备包括温度传感器等。
在本申请的一些实施例中，对所述电芯进行预热的过程中所述电芯的温度呈逐渐减缓的上升趋势。所述电芯外层加热的速度快，因此刚开始预热时电芯的温度上升较快，电芯的内层以及中心加热速度较慢，因此电芯温度的上升会逐渐变慢。电芯温度上升也不能太快，否则电芯温度的突变可能损伤电芯。
在本申请的一些实施例中，对所述电芯进行预热的方法包括热辐射方式，例如对电芯吹热风来加热电芯，或提供高温的发热源来对电芯辐射加热。郑重热辐射的加热方式的加热设备简单，成本较低，而且加热过程中不会直接接触电芯，不会对电芯有损伤。
在本申请的一些实施例中，采用热辐射方式对电芯进行预热时的预热时间为10分钟至30分钟。
在本申请的一些实施例中，对所述电芯进行预热的方法包括热接触方式，例如将电芯置于加热板上直接加热。这种热接触的加热方式需要的加热时间短，加热设备尺寸小。
在本申请的一些实施例中，采用热接触方式对电芯进行预热时的预热时间为4分钟至10分钟。
下面提供了表1和图3和图4来对上述两种加热方式进行更详细的说明，所述热辐射方式和所述热接触方式各有其优缺点，在实际工艺中，可以根据需要来选择具体地预热方式。表1为一些实施例中热辐射方式和热接触方式对电芯预热时电芯温度随时间的变化数据。图3为一些实施例中热辐射方式对电芯预热时电芯温度随时间的变化曲线。图4为一些实施例中热接触方式对电芯预热时电芯温度随时间的变化曲线。
表1
Figure BDA0002509780540000061
Figure BDA0002509780540000071
参考图3和图4以及表1，电芯初始温度(一般接近工厂的室内温度)为20摄氏度，设定温度为80摄氏度。采用热辐射方式加热所述电芯需要20分钟才能加热到80摄氏度，采用热接触方式只需要8分钟就能加热到80摄氏度。观察图3和图4中的温度变化曲线可以发现，电芯温度在加热初始的一段时间内上升较快，随后电芯温度上升速度逐渐降低。
继续参考图2，步骤S230，在热压设备上对预热后的所述电芯进行热压，消除电芯内部缝隙，使呈现蓬松状态的电芯结构被压得紧密，减小电芯的体积，使电芯形状满足后续工序使用要求。由于所述电芯已经预热到了设定温度，可以缩短热压时间，提高热压效率，进而减少对热压设备的需求，并且降低热压设备与电芯表面隔离薄膜的接触时间从而减少对电芯表面薄膜的损伤。
在本申请的一些实施例中，所述电芯整形方法还包括：将预热后的电芯转移至热压设备的过程中对所述预热后的电芯进行保温。所述预热的目的是提前提前将电芯的温度加热至设定温度，以减少热压时间，因此，为了避免在将电芯从预热设备转移至热压设备的过程中电芯的温度降低，可以对预热后的电芯进行保温以维持电芯的温度。
在本申请的一些实施例中，对电芯进行保温的方法包括：在将电芯从预热设备转移到热压设备的过程中，使用保温材料制作的设备来转移电芯。
在本申请的一些实施例中，对预热后的所述电芯进行热压的方法包括：将所述预热后的电芯设置于热压设备；设置热压压力、热压温度和热压时间；执行热压动作。
图5为本申请一些实施例所述电芯整形方法中热压方法示意图。
参考图5，在本申请的一些实施例中，以叠片式电芯为例，所述热压方法包括使用热压板310对电芯300沿着包括但不限于电芯300内极片堆叠的方向施加压力，同时，所述热压板310内设置有加热装置(图中未示出)对所述电芯300进行加热。
在本申请的一些实施例中，热压设备的压力来源包括电缸或气缸。在本申请的一些实施例中，所述热压板310的材料包括金属材料。
在本申请的一些实施例中，对预热后的所述电芯进行热压的工艺参数包括：所述热压压力为5000N至100000N；所述热压温度为60摄氏度至120摄氏度；所述热压时间为2分钟至8分钟。
表2为本申请一些实施例提供的电池整形方法中热压时间与常规电池整形方法中热压时间数据。
Figure BDA0002509780540000081
参考表1，其中实施例1、实施例3和实施例5采用的是图1所述的电池整形方法，实施例2、实施例4和实施例6为本申请一些实施例所述的电池整形方法。分别对比实施例1和实施例2，实施例3和实施例4，实施例5和实施例6，本申请所述的电池整形方法中，热压时间减少了，对热压设备的需求也减少了。
本申请所述的一种电芯整形方法，在对电芯进行热压之前先将电芯预热至设定温度，一方面可以减少后续的热压时间，从而减少对热压设备的需求，减低成本，并且降低了热压板和电芯的接触时间减少对电芯表面薄膜的损伤，提高产品良率；另一方面，所述预热还可以减少电芯中的水分，保证电芯的安全性能。
综上所述，在阅读本申请内容之后，本领域技术人员可以明白，前述申请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，改进和修改都在本申请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″或者″包括着″，在本申请文件中使用时，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，在没有脱离本申请的教导的情况下，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记符在整个说明书中表示相同的元件。
此外，本申请说明书通过参考理想化的示例性截面图和/或平面图和/或立体图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。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)

1.一种电芯整形方法，其特征在于，包括：
提供电芯；
在预热设备上对所述电芯进行预热；
在热压设备上对预热后的所述电芯进行热压。
2.如权利要求1所述的电芯整形方法，其特征在于，对所述电芯进行预热的方法包括：将所述电芯设置于预热设备；将所述电芯加热至设定温度。
3.如权利要求2所述的电芯整形方法，其特征在于，所述设定温度为60摄氏度至100摄氏度。
4.如权利要求1所述的电芯整形方法，其特征在于，对所述电芯进行预热的过程中所述电芯的温度呈逐渐减缓的上升趋势。
5.如权利要求1所述的电芯整形方法，其特征在于，对所述电芯进行预热的方法包括热辐射方式。
6.如权利要求1所述的电芯整形方法，其特征在于，对所述电芯进行预热的方法包括热接触方式。
7.如权利要求1所述的电芯整形方法，其特征在于，还包括：将预热后的电芯转移至热压设备的过程中对所述预热后的电芯进行保温。
8.如权利要求1所述的电芯整形方法，其特征在于，还包括：对所述电芯进行预热时监控所述电芯的温度。
9.如权利要求1所述的电芯整形方法，其特征在于，对预热后的所述电芯进行热压的方法包括：将所述预热后的电芯设置于热压设备；设置热压压力、热压温度和热压时间；执行热压动作。
10.如权利要求9所述的电芯整形方法，其特征在于，对预热后的所述电芯进行热压的工艺参数包括：所述热压压力为5000N至100000N；所述热压温度为60摄氏度至120摄氏度；所述热压时间为2分钟至8分钟。
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