CN112234262A - 电芯制作方法及锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本申请方案提供一种电芯制作方法及锂离子电池。所述电芯制作方法包括：对极片箔材采用偶数幅涂覆方式进行涂布作业，对称两幅涂层中间预留空白箔材以用作极耳引线成型；分别对正极卷和负极卷进行模切完成极片倒角和极耳成型作业，所述正极卷和负极卷分别由涂布后的极片箔材经辊压而成；将极耳成型后的正极卷和负极卷进行分切形成若干正极片和负极片，所述若干正极片和负极片交错放置在隔膜上，所述隔膜包括偶数条平行布置的隔膜带，所述涂层与隔膜带重合；将放置有正极片和负极片的隔膜带与保护膜重合，并进行热复合作业形成极片隔膜复合带；对平行的极片隔膜复合带进行卷绕作业，形成对称的极片隔膜卷绕电芯。

Description

电芯制作方法及锂离子电池

技术领域

本申请涉及锂离子电池制造工艺领域，特别涉及一种电芯制作方法及包括由所述电芯制作方法制作而成的卷绕电芯的锂离子电池。

背景技术

近年来，新能源汽车热度不断攀升，加之电动汽车要比燃油汽车更为环保，更为经济实惠，因而成为汽车发展的必经路径。而且，各国家制定了不同的燃油车逐步淘汰、汽车全面电动化的宏伟目标，且不断出台各种高额补贴的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，经过几年的发展，研究工作人员发现当下电动汽车发展仍然存在一些问题，而作为电动汽车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，最大可能地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(J/R)合成工序又是其中一个比较关键的工序，如何提高J/R的生产效率和质量是接下来在电芯生产工艺研发上重要思考点之一。

目前我国电池仍以方形铝壳电池为主，软包电池紧追其后，势头强劲。不管是方形铝壳电池还是软包电池，其内部极组采用叠片式工艺进行电芯制备的趋势和占比越发具有优势。现有技术中，电芯的制作工艺大致分为两种，卷绕式电芯和叠片式电芯。其中，卷绕式组装的核心部分是将正极片、负极片、隔膜通过缠绕在卷针上形成极组J/R，然后将卷针拔出后，对极组进行封装处理。这种方法的优点是锂离子电池一致性高、生产效率高；缺点是卷绕的层数和极片的大小受到一定的限制，且相同体积下极组J/R空间利用率也比普通叠片式要低，更严重的弊端是卷绕过程中极片表面活性物质易脱落和张力分布不均。由于以上种种原因，目前国内较多电池生产厂家开始投入叠片式电芯的生产和研发中来。叠片工艺相较于传统的卷绕工艺而言能提高电芯的空间利用率，间接地提高了电芯的能量密度，能降低电池内阻，降低电池的膨胀，对提高电池的性能有诸多优势。但是目前叠片还存在一些急需解决的问题，其中，如何将叠片的工作效率提高到同卷绕工艺一样或更高的水平以及如何提高叠片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。而且随着电动汽车动力电池不断的更新换代，更大容量型锂离子电池被热捧，对于大容量锂电池，常规的卷绕式和叠片式极组结构都不是最佳的选择。因此，如何设计出一种合理的极组装配工艺，来提高极组的加工精度、安全性和生产效率，并且能够实现电芯容量更大化是当下电芯的又一个重点努力方向。

发明内容

本申请要解决的技术问题是现有的卷绕式和叠片式极组各自存在弊端，需要设计出一种合理的极组装配工艺，来提高极组的加工精度、安全性和生产效率，并且能够实现电芯容量更大化。

为解决上述技术问题，本申请公开了一种电芯制作方法，包括：

对极片箔材采用偶数幅涂覆方式进行涂布作业，对称两幅涂层中间预留空白箔材以用作极耳引线成型；

分别对正极卷和负极卷进行模切完成极片倒角和极耳成型作业，所述正极卷和负极卷分别由涂布后的极片箔材经辊压而成；

将极耳成型后的正极卷和负极卷进行分切形成若干正极片和负极片，所述若干正极片和负极片交错放置在隔膜上，所述隔膜包括偶数条平行布置的隔膜带，所述涂层与隔膜带重合；

将放置有正极片和负极片的隔膜带与保护膜重合，并进行热复合作业形成极片隔膜复合带，所述极片隔膜复合带包括若干交错的正极片隔膜复合体和负极片隔膜复合体；

对平行的极片隔膜复合带进行卷绕作业，形成对称的极片隔膜卷绕电芯。

可选的，所述偶数幅为双幅。

可选的，所述对称两幅涂层中间预留的空白箔材的宽度大于两个极耳的高度。

可选的，所述极耳的高度范围为8mm≤H≤30mm，所述涂层的涂覆宽度范围为50mm≤W2≤550mm。

可选的，所述正极片隔膜复合体和负极片隔膜复合体之间的间隙根据正极片、负极片和隔膜的厚度以及卷绕层数而确定。

可选的，采用传送装置传送所述正极片、负极片、隔膜带和极片隔膜复合带。

可选的，所述电芯制作方法还包括：将所述对称的极片隔膜卷绕电芯组装成电芯极组。

可选的，所述电芯制作方法还包括：将所述对称的极片隔膜卷绕电芯上成型的极耳直接与连接片焊接。

为解决上述技术问题，本申请还公开了一种锂离子电池，包括由上述电芯制作方法制作而成的极片隔膜卷绕电芯。

与现有技术相比，本申请技术方案至少具有如下有益效果：

采用偶数幅涂覆、中间箔材留白为极耳预留位的方式进行涂布，卷绕采用平行隔膜设置，隔膜卷同时放卷进行卷绕作业，极大地提高了生产效率，且结构也不复杂。一次成型至少一对电芯的快速卷绕组装方式非常适用于大容量、大尺寸锂离子电池的批量生产。

极片成型后不经过转移或存储放置，直接被投入使用，作业效率高。隔膜上面放置的正、负极片采用双幅涂覆、中间箔材留白的设计，确保卷绕的精确性和可行性。

经过热复合作业后，正极片/隔膜和负极片/隔膜之间无间隙复合，降低了后工序排气难度，同时也能避免了内部极片错位，降低了离子传输路径等情况。

对称的卷绕电芯之间相互连接未被切断的极耳使得焊接方式灵活、焊接质量高。比如针对铝壳电池和软包电池可采用不同的焊接方式。

综上，本申请与传统的J/R装配方式相比，区别在于卷绕后的电芯不存在传统卷绕极组张力不均的情况，提前释放隔膜应力收缩，缩小离子在电芯极组内部的传输路径，提高电芯的综合电化学性能。

本申请与传统的J/R装配方式相比，另一区别在于一次成型至少一对卷绕电芯，期间电芯被操作次数变少受损概率变低，不仅提高了电芯组装过程中的一致性和方便性，而且提高了后期电池的电化学性能和安全性能。相比以往生产作业方式而言，提高了数倍的生产效率，有望实现企业利益最大化。

所述电芯制作方法简单高效，易于实施，尤其是对一些大容量的电芯更加适用，不会因为增大容量导致极片层数过多而导致后面极耳焊接困难的问题。极片从成型到卷绕未经过一次的极片转移作业操作，大大提高了作业效率；并且，极片隔膜间的热复合辅助设计，更加确保了叠片过程的精确性和一致性，不会出现极片滑动、错位等现象，再次确保了电池的电化学性能和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的双幅涂覆的极片箔材的表面示意图；

图2为本申请实施例的极卷模切的示意图；

图3为本申请实施例的电芯制作方法的主要工序作业流程及平行的极片隔膜复合带表面的示意图；

图4为本申请实施例的组装后的极组电芯及其截面结构的示意图。

以下对附图作补充说明：

10-空白箔材；20-涂层；30-边缘留白；

200-模切前的正/负极卷；201-模切后的正/负极卷；201a-正极卷；201b-负极卷；203-正极片；204-负极片；

400-平行双隔膜；401、402-隔膜卷；403、404-隔膜留白；

31、32、33-传送带；5-切刀；6热复合区；7-缓冲区；8-卷绕区。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”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申请和简化描述，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申请的限制。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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本申请通过对电芯生产前中段工序一整套的组合设计，采用了一种卷绕式锂离子电芯极组的制备方法，极大地提高了电池的生产效率，所生产的电池具备更佳的电化学性能表现和安全性。

本申请的电芯制作方法至少包括以下步骤：对极片箔材采用偶数幅涂覆方式进行涂布作业，对称两幅涂层中间预留空白箔材以用作极耳引线成型；分别对正极卷和负极卷进行模切完成极片倒角和极耳成型作业，所述正极卷和负极卷分别由涂布后的极片箔材经辊压而成；将极耳成型后的正极卷和负极卷进行分切形成若干正极片和负极片，所述若干正极片和负极片交错放置在隔膜上，所述隔膜包括偶数条平行布置的隔膜带，所述涂层与隔膜带重合；将放置有正极片和负极片的隔膜带与保护膜重合，并进行热复合作业形成极片隔膜复合带，所述极片隔膜复合带包括若干交错的正极片隔膜复合体和负极片隔膜复合体；对平行的极片隔膜复合带进行卷绕作业，形成对称的极片隔膜卷绕电芯。

以下结合附图和实施例对本申请的电芯制作方法进行详细说明。

请参考图1，对极片箔材采用偶数幅涂覆方式进行涂布作业，对称两幅涂层中间预留空白箔材以用作极耳引线成型。本实施例中，在涂布过程中涂覆采用双幅的活性涂层20，两涂层20的中间预留空白箔材10，中间预留的空白箔材10为后续模切工序中极耳成型的预留位，箔材两侧的边缘留白30为下脚料。其中，两活性涂层20之间预留的空白箔材10的宽度W1大于两个极耳的高度H，即W1＞2H。在具体实施时，正、负极片上极耳的高度范围H可以为8mm≤H≤30mm；双幅的活性涂层20的各单幅的涂覆宽度W2完全一致，且每一单幅的涂覆宽度W2大小应满足50mm≤W2≤550mm。涂层20的材料均为市面常用的活性材料。

需要说明的是，本实施例所述的偶数幅为双幅，在其它实施例中可以根据需要，适当增加涂覆的涂层幅数，两两成对且在中间预留空白箔材用作极耳成型，可以形成更多的卷绕电芯，提高生产效率。

请参考图2，分别对正极卷和负极卷进行模切完成极片倒角和极耳成型作业，所述正极卷和负极卷分别由涂布后的极片箔材经辊压而成。本实施例中，将连续的正/负电极卷200分别按照预先设定的参数进行模切收卷备用。具体地，分别对辊压后的正/负极卷200进行模切，未被模切的正/负极电极卷200进行放卷通过模切完成极片倒角和极耳的成型作业，然后将模切后的正极卷201a和模切后的负极卷201b进行收卷201待用。所述的模切时正、负极卷上的极耳和倒角的位置和尺寸是按照设定的位置和参数冲模切而成的，倒角类型和大小按需设计，所述模切模具主要以五金、激光模具为主。图2中，由于正极卷和负极卷的模切作业方式相同，因此，采用同一符号200、201分别标示模切前的正/负极卷及模切后的正/负极卷，201a、201b则分别标示模切后的正极卷和负极卷展开的表面结构，可以看到正极卷201a的两幅涂层之间形成有正极耳，负极卷201b的两幅涂层之间形成有负极耳，涂层之间的极耳是连续的。

请继续参考图3，将极耳成型后的正极卷201a和负极卷201b进行分切形成若干正极片203和负极片204，所述若干正极片203和负极片204交错放置在隔膜上，所述隔膜包括偶数条平行布置的隔膜带，所述涂层与隔膜带重合。其中，隔膜带的数量与极片箔材的涂层幅数相适应，本实施例为2条。

具体来说，将正极卷201a、负极卷201b、隔膜卷401、402和PET保护膜(图中未示出)等完成作业前上料，然后通过对应的各传送带的带动将极卷、隔膜和PET膜进行放卷前进；然后通过传送装置各对应的传送带31、32、33的带动将连续的正极卷201a、负极卷201b、隔膜卷401、402和PET保护膜进行放卷前进。

按事先设定好的分切指令，通过切刀5将正极卷201a、负极卷201b放卷输出的正极带、负极带交替分切成双对称型的正极片203、负极片204，且分切后的正极片203、负极片204被交错有序的直接放置在下面走带的隔膜上，所述隔膜包括平行且在同一平面的两条隔膜带，两条隔膜带分别是由隔膜卷401、402放卷输出的。

裁切之后的正极片203和负极片204被直接放到正下面走带的隔膜上，所述平行放卷的隔膜带是连续未被切断的。按照隔膜包负极、负极包正极的卷绕要求对正极片203与负极片204之间的间隙值、正极片与隔膜带之间的间隙值、负极片与隔膜带之间的间隙值进行设定，在具体实施时，所述的间隙值设计范围可以设定为小于4mm。

仍请参考图3，将放置有正极片和负极片的隔膜带与保护膜重合，并进行热复合作业形成极片隔膜复合带，所述极片隔膜复合带包括若干交错的正极片隔膜复合体和负极片隔膜复合体。本实施例中，所述正极片隔膜复合体和负极片隔膜复合体之间的间隙根据正极片、负极片和隔膜的厚度以及卷绕层数而确定。

具体地，将放置有正极片203和负极片204的隔膜带与PET保护膜重合之后，在传送装置(图中未标示)的输送下进入热复合区6进行极片隔膜热复合作业，输出极片隔膜复合带，所述PET保护膜覆盖放置有正极片和负极片的隔膜带，主要是起到表面保护的作用。

继续在传动装置的输送下，极片隔膜复合带传出热复合区6，同时PET保护膜进行收卷，平行的极片隔膜复合带继续前进进入检测机构被检测之后进入卷绕缓冲区7。所述相邻的两正极片隔膜复合体和负极片隔膜复合体之间存在一定间隙，例如，所述间隙可以小于4mm。且间隙值按卷绕方向逐渐增大，此间隙值可根据具体实施时正极片203、负极片204和隔膜带的厚度以及卷绕层数进行计算而合理设计。另外，在裁切极片放置于隔膜带上时还预留两个隔膜空白区，分别为隔膜留白403、404，其目地是为了能够满足卷绕隔膜包负极、负极包正极的要求。

继续请参考图3，对平行的极片隔膜复合带进行卷绕作业，形成对称的极片隔膜卷绕电芯。具体地，在传动装置的输送下，带有分切极片和热复合后的极片隔膜复合带进入卷绕区8，进行卷绕作业，形成如图3的卷绕区8中所示的两个对立的卷绕电芯，平行双隔膜400包负极片204(平行双隔膜400表面积大于负极片204)，负极片204包正极片203(负极片204表面积大于正极片203)，对立的卷绕电芯由中间连续的正、负极耳相连。或者，还可以将所述对称的极片隔膜卷绕电芯组装成电芯极组，即如图4所示，两个卷绕电芯直接合并组装成一个大J/R，平行双隔膜400包负极片204(平行双隔膜400表面积大于负极片204)，负极片204包正极片203(负极片204表面积大于正极片203)，卷绕过程中卷带的卷绕方向不变，负极片上的负极耳与正极片上的正极耳分别位于大J/R的同侧左右两个方向上，所述大J/R最终经过整型后，流入到下面的工序。

进一步，本实施例的电芯制作方法还可以包括：将所述对称的极片隔膜卷绕电芯上成型的极耳直接与连接片焊接。两个平行对称的卷绕电芯在转入到进行焊接作业时，焊接工序的作业方式可根据电池类型是方形铝壳还是软包的不同而采用不同的焊接方式。比如：方形铝壳中，卷绕之后的电芯可以不进行任何的处理直接将极耳与连接片进行焊接，然后连接片与顶盖焊接，再将两个电芯合并后入壳即可。软包电池中，同铝壳电池一样，先进行极耳预焊接，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，最后再进行两个电芯合并入壳。

基于上述的电芯制作方法，本申请实施例还提供一种锂离子电池，包括由上述电芯制作方法制作而成的极片隔膜卷绕电芯。所述卷绕电芯经过极耳焊接、入壳封装、注液、化成、分容等后段制备工序，最后下线筛选等完成整个锂离子电池的生产流程。

综上，本申请实施例具有以下优点：

较传统J/R装配工艺，本实施例一次成型两个对称的卷绕电芯，使得电池内部J/R组装效率得到两倍以上的提高，所制备的电芯和电池的良品率和一致性高，并且能更好的满足当下电池容量做大化的发展需求。

较传统J/R装配工艺，所述电芯很大地降低了偏卷、错位、张力不均及脱粉等不良情况；极耳虚焊、撕裂、J/R内部层间隙等现象得到有效控制。制备的电芯具备更低的电阻，离子传输距离较小，电池大电流充放电能力得到提高。因此，所制备的电池具有较好的安全性和实用性。

卷绕工艺中正、负极片未经过一次的转移过程，即裁切后直接放片卷绕，整个卷绕作业一次完成，极大地提高了产品的生产效率和一致性，后期产品性能得到保障。

本实施例的装配方式可适用性广，如可同时适用于方形铝壳电池和软包电池等主流电池类型的电芯组装需求。

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。

此外，本申请中的某些术语已被用于描述本公开的实施例。例如，“一个实施例”，“实施例”和/或“一些实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性可以包括在本公开的至少一个实施例中。因此，可以强调并且应当理解，在本说明书的各个部分中对“实施例”或“一个实施例”或“替代实施例”的两个或更多个引用不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征，结构或特性可以在本公开的一个或多个实施例中适当地组合。

应当理解，在本公开的实施例的前述描述中，为了帮助理解一个特征，出于简化本公开的目的，本申请有时将各种特征组合在单个实施例、附图或其描述中。或者，本申请又是将各种特征分散在多个本申请的实施例中。然而，这并不是说这些特征的组合是必须的，本领域技术人员在阅读本申请的时候完全有可能将其中一部分特征提取出来作为单独的实施例来理解。也就是说，本申请中的实施例也可以理解为多个次级实施例的整合。而每个次级实施例的内容在于少于单个前述公开实施例的所有特征的时候也是成立的。

在一些实施方案中，表达用于描述和要求保护本申请的某些实施方案的数量或性质的数字应理解为在某些情况下通过术语“约”，“近似”或“基本上”修饰。例如，除非另有说明，否则“约”，“近似”或“基本上”可表示其描述的值的±20％变化。因此，在一些实施方案中，书面描述和所附权利要求书中列出的数值参数是近似值，其可以根据特定实施方案试图获得的所需性质而变化。在一些实施方案中，数值参数应根据报告的有效数字的数量并通过应用普通的舍入技术来解释。尽管阐述本申请的一些实施方案列出了广泛范围的数值范围和参数是近似值，但具体实施例中都列出了尽可能精确的数值。

本文引用的每个专利，专利申请，专利申请的出版物和其他材料，例如文章，书籍，说明书，出版物，文件，物品等，可以通过引用结合于此。用于所有目的的全部内容，除了与其相关的任何起诉文件历史，可能与本文件不一致或相冲突的任何相同的，或者任何可能对权利要求的最宽范围具有限制性影响的任何相同的起诉文件历史。现在或以后与本文件相关联。举例来说，如果在与任何所包含的材料相关联的术语的描述、定义和/或使用与本文档相关的术语、描述、定义和/或之间存在任何不一致或冲突时，使用本文件中的术语为准。

最后，应理解，本文公开的申请的实施方案是对本申请的实施方案的原理的说明。其他修改后的实施例也在本申请的范围内。因此，本申请披露的实施例仅仅作为示例而非限制。本领域技术人员可以根据本申请中的实施例采取替代配置来实现本申请中的申请。因此，本申请的实施例不限于申请中被精确地描述过的哪些实施例。

Claims (9)

1.一种电芯制作方法，其特征在于，包括：

对极片箔材采用偶数幅涂覆方式进行涂布作业，对称两幅涂层中间预留空白箔材以用作极耳引线成型；

分别对正极卷和负极卷进行模切完成极片倒角和极耳成型作业，所述正极卷和负极卷分别由涂布后的极片箔材经辊压而成；

将极耳成型后的正极卷和负极卷进行分切形成若干正极片和负极片，所述若干正极片和负极片交错放置在隔膜上，所述隔膜包括偶数条平行布置的隔膜带，所述涂层与隔膜带重合；

将放置有正极片和负极片的隔膜带与保护膜重合，并进行热复合作业形成极片隔膜复合带，所述极片隔膜复合带包括若干交错的正极片隔膜复合体和负极片隔膜复合体；

对平行的极片隔膜复合带进行卷绕作业，形成对称的极片隔膜卷绕电芯。

2.根据权利要求1所述的电芯制作方法，其特征在于，所述偶数幅为双幅。

3.根据权利要求1所述的电芯制作方法，其特征在于，所述对称两幅涂层中间预留的空白箔材的宽度大于两个极耳的高度。

4.根据权利要求3所述的电芯制作方法，其特征在于，所述极耳的高度范围为8mm≤H≤30mm，所述涂层的涂覆宽度范围为50mm≤W2≤550mm。

5.根据权利要求1所述的电芯制作方法，其特征在于，所述正极片隔膜复合体和负极片隔膜复合体之间的间隙根据正极片、负极片和隔膜的厚度以及卷绕层数而确定。

6.根据权利要求1所述的电芯制作方法，其特征在于，采用传送装置传送所述正极片、负极片、隔膜带和极片隔膜复合带。

7.根据权利要求1所述的电芯制作方法，其特征在于，还包括：将所述对称的极片隔膜卷绕电芯组装成电芯极组。

8.根据权利要求1至7任一项所述的电芯制作方法，其特征在于，还包括：将所述对称的极片隔膜卷绕电芯上成型的极耳直接与连接片焊接。

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括由权利要求1至8任一项所述的电芯制作方法制作而成的极片隔膜卷绕电芯。

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