CN112510266A - 一种改善锂电池负极片褶皱的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善锂电池负极片褶皱的方法,该方法包括：S1：调整卷绕机的卷绕张力参数，且对电芯进行卷绕；S2：对卷绕完成的电芯进行热压：其中：卷绕张力参数包括正极片初始张力X₀、负极片初始张力Y₀、隔膜初始张力Z₀、正极变张力系数X_k、负极变张力系数Y_k及膈膜变张力系数Z_k，且X_k、Y_k及Z_k满足关系式：|Y_K|≥|X_K|＞4|Z_K|。该方法采用调整卷绕张力参数的方式，无需更改电池制程过程，无需改善设备及更换负极材料，就可以达到改善负极片褶皱的目的，较好地控制了整个电芯的厚度，并且控制了电池的制造成本。

Description

一种改善锂电池负极片褶皱的方法

技术领域

本发明涉及电池生产工艺技术领域，尤其涉及一种改善锂电池负极片褶皱的方法。

背景技术

在卷绕式锂电池的生产过程中，会遇到电池在化成后出现负极片褶皱的现象，且褶皱主要集中在电池的内圈。褶皱严重的甚至导致电池厚度超差或鼓胀，同时极片褶皱在一定程度上也会影响电池的性能。

目前改善负极片褶皱的方法主要有以下几种：①增大极片的膨胀空间：卷绕张力优化、使用圆形卷针、半自动卷绕插片；②减小膨胀：低膨胀负极、负压夹具化成；③减小过程变形：减小张力波动、采用热压工序减少极片后期反弹、减小烘烤时长(减小隔膜热收缩)、注液方式(三次注液减小冲击等)；④减少隔膜变形：卷针上贴铁氟龙胶布、机切刀改善内圈隔膜褶皱、应用涂胶隔膜。

但是，更改制程过程、改善设备、更换负极材料和使用涂胶隔膜的方式成本较高，提升了电池了生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提出一种改善锂电池负极片褶皱的方法，该方法能够较好地改善锂电池负极片出现褶皱的现象，并且该方法较为容易实现，无需更改电池制程过程，无需改善设备及更换负极材料。

为实现上述技术效果，本发明的技术方案如下：

本发明公开了一种改善锂电池负极片褶皱的方法,包括：S1：调整卷绕机的卷绕张力参数，且对电芯进行卷绕；S2：对卷绕完成的所述电芯进行热压：其中：所述卷绕张力参数包括正极片初始张力X₀、负极片初始张力Y₀、隔膜初始张力Z₀、正极变张力系数X_k、负极变张力系数Y_k及膈膜变张力系数Z_k，且X_k、Y_k及Z_k满足关系式：|Y_K|≥|X_K|＞4|Z_K|。

在一些可选的实施例中，-20≥Y_K≥-25，-20≥X_k≥-25，且X_k＝Y_k。

在一些可选的实施例中，-5≥Z_k≥-6。

在一些实施例中，X₀、Y₀及Z₀满足关系式：1.5X₀＞Y₀≥X₀，Z₀＜0.5X₀。

在一些可选的实施例中，1000g≤X₀≤1200g，1000g≤Y₀≤1200g，且X₀＝Y₀。

在一些可选的实施例中，350g≤Z₀≤500g。

在一些可选的实施例中，在步骤S1中，调整卷绕张力参数时需要保证卷绕后锂电池的卷芯无抽芯现象，且正极片及负极片无断裂现象。

在一些可选的实施例中，在步骤S2中，热压完成后所述电芯的宽度尺寸为H1，103.3mm≤H1≤103.9mm。

在一些可选的实施例中，在步骤S2中，热压完成后所述电芯的厚度尺寸为H2，14.3mm≤H2≤14.9mm。

本发明的改善锂电池负极片褶皱的方法的有益效果：由于采用调整卷绕张力参数的方式，并且将正极变张力系数X_k、负极变张力系数Y_k及膈膜变张力系数Z_k，控制在满足|Y_K|≥|X_K|＞4|Z_K|的关系范围内，无需更改电池制程过程，无需改善设备及更换负极材料，就可以达到改善负极片褶皱的目的，较好地控制了整个电芯的厚度，并且控制了电池的制造成本。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明实施例的改善锂电池负极片褶皱的方法的流程图。

图2是采用本发明实施例的改善锂电池负极片褶皱的方法进行电芯卷绕时，卷绕张力的变化示意图。

图3是采用本发明实施例的改善锂电池负极片褶皱的方法生产的电芯分容满充后负极片的界面状态图。

图4是采用现有技术生产的电芯分容满充后负极片的界面状态图。

图5是采用本发明实施例的改善锂电池负极片褶皱的方法生产的电芯分容满充后的整体状态图。

图6是采用现有技术生产的电芯分容满充后的整体状态图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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。

下面参考图1-图2描述本发明实施例的改善锂电池负极片褶皱的方法的具体流程。

本发明公开了一种改善锂电池负极片褶皱的方法,如图1所示，该方法包括：S1：调整卷绕机的卷绕张力参数，且对电芯进行卷绕；S2：对卷绕完成的电芯进行热压，其中：卷绕张力参数包括正极片初始张力X₀、负极片初始张力Y₀、隔膜初始张力Z₀、正极变张力系数X_k、负极变张力系数Y_k及膈膜变张力系数Z_k，且X_k、Y_k及Z_k满足关系式：|Y_K|≥|X_K|＞4|Z_K|。

可以理解的是，在实际卷绕过程中，正极变张力系数代表卷绕过程中，第n圈到第n+1圈的正极片的张力变化值，负极变张力系数代表卷绕过程中，第n圈到第n+1圈的负极片的张力变化值，隔膜变张力系数代表卷绕过程中，第n圈到第n+1圈的隔膜的张力变化值。正极变张力系数、负极变张力系数以及隔膜变张力系数决定了卷绕过程中，正极片、负极片及隔膜张力的变化，如果正极片、负极片及隔膜张力变化过大极易出现正极片、负极片或者隔膜断裂的现象，而如果正极片、负极片及隔膜张力变化过小则容易出现极片褶皱或者电芯抽芯的现象。在本发明中，正极变张力系数、负极变张力系数以及隔膜变张力系数满足关系式，|Y_K|≥|X_K|＞4|Z_K|，也就是说，在实际卷绕过程中，隔膜的张力相对这正极片和负极片的张力较小，电芯化成过程中，隔膜的厚度不会发生变化，因此隔膜的张力不需要过大来抵消化成过程中的尺寸变化，也就是说隔膜的张力相对较小能够避免隔膜褶皱的现象发生，而电芯化成过程中，伴随着锂离子嵌入负极片，负极片厚度会增加，负极片的张力相对较大能够抵消掉增加的那部分厚度，确保负极片的表面较为平整，从而将整个电芯的厚度控制在指定范围内。

本发明的改善锂电池负极片褶皱的方法，由于采用调整卷绕张力参数的方式，并且将正极变张力系数X_k、负极变张力系数Y_k及膈膜变张力系数Z_k，控制在满足|Y_K|≥|X_K|＞4|Z_K|的关系范围内，无需更改电池制程过程，无需改善设备及更换负极材料，就可以达到改善负极片褶皱的目的，较好地控制了整个电芯的厚度，并且控制了电池的制造成本。

在一些可选的实施例中，-20≥Y_K≥-25，-20≥X_k≥-25，且X_k＝Y_k。可以理解的是，在实际选择过程中，X_k和Y_k可以为-20、-21、-22、-23、-24、-25。具体来说，在实际卷绕过程中，电芯的尺寸不同就需要不同的正极变张力系数X_k和负极变张力系数Y_k，本实施例中给出的范围基本能够满足常规尺寸的电芯的需要。当然，正极变张力系数X_k和负极变张力系数Y_k的具体数值可以根据实际的卷绕工艺选择，并不限于本实施例的范围。而正极变张力系数X_k和负极变张力系数Y_k相等能够较好地保证正极片和负极片在卷绕过程中张力变化相同，从而提升了卷绕完成后正极片和负极片的尺寸一致性。

在一些可选的实施例中，-5≥Z_k≥-6。可以理解的是，在实际选择过程中，Z_k可以为-5或者-6，在实际卷绕过程中，电芯的尺寸不同就需要不同的膈膜变张力系数Z_k，本实施例中给出的范围基本能够满足常规尺寸的电芯的需要。当然，膈膜变张力系数Z_k的具体数值可以根据实际的卷绕工艺选择，并不限于本实施例的范围。

在一些实施例中，X₀、Y₀及Z₀满足关系式：1.5X₀＞Y₀≥X₀，Z₀＜0.5X₀。可以理解的是，在实际卷绕过程中，即便正极变张力系数X_k、负极变张力系数Y_k及膈膜变张力系数Z_k处于较为合理的范围，但是如果正极片初始张力X₀、负极片初始张力Y₀、隔膜初始张力Z₀的数值不合理，则还是有可能导致极片褶皱或者电芯抽芯的现象发生。在本实施例中，X₀、Y₀及Z₀满足关系式：1.5X₀＞Y₀≥X₀，Z₀＜0.5X₀，这样限定了正极变张力系数X_k、负极变张力系数Y_k及膈膜变张力系数Z_k之间的关系，进一步保证了在卷绕过程中，正极片和负极片以及隔膜处于较为合适张力状态，从而进一步改善了极片褶皱或者极片抽芯的现象。

在一些可选的实施例中，1000g≤X₀≤1200g，1000g≤Y₀≤1200g，且X₀＝Y₀。可以理解的是，在实际选择过程中，X₀和Y₀可以为1000g、1050g、1100g、1150g、1200g。具体来说，在实际卷绕过程中，电芯的尺寸不同就需要不同的正极初始张力X₀和负极初始张力Y₀，本实施例中给出的范围基本能够满足常规尺寸的电芯的需要。当然，正极初始张力X₀和负极初始张力Y₀的具体数值可以根据实际的卷绕工艺选择，并不限于本实施例的范围。而正极初始张力X₀和负极初始张力Y₀相等能够较好地保证正极片和负极片在卷绕过程中张力变化相同，从而提升了卷绕完成后正极片和负极片的尺寸一致性。

在一些可选的实施例中，350g≤Z₀≤500g。可以理解的是，在实际选择过程中，Z₀可以为350g、400g、450g、500g，在实际卷绕过程中，电芯的尺寸不同就需要不同的隔膜初始张力Z₀，本实施例中给出的范围基本能够满足常规尺寸的电芯的需要。当然，隔膜初始张力Z₀的具体数值可以根据实际的卷绕工艺选择，并不限于本实施例的范围。

这里需要说明的是，由于在卷绕机上增加张力的结构为张力滚筒，并且卷绕机上关于正极片初始张力X₀、负极片初始张力Y₀、隔膜初始张力Z₀的参数调节均以g为单位，因此，在本说明书中以g作为正极片初始张力X₀、负极片初始张力Y₀、隔膜初始张力Z₀张力的单位。

在一些可选的实施例中，在步骤S1中，调整卷绕张力参数时需要保证卷绕后锂电池的卷芯无抽芯现象，且正极片及负极片无断裂现象。由此，能够确保正极片初始张力X₀、负极片初始张力Y₀、隔膜初始张力Z₀的数值较为合理，确保了电芯的卷绕合格率。

在一些可选的实施例中，在步骤S2中，热压完成后电芯的宽度为H1，103.3mm≤H1≤103.9mm。可以理解的是，热压完成后电芯的宽度过大或者过小都会使得整个电芯的宽度尺寸过大从而判定电芯为不合格品。在本实施例中，将热压完成后电芯的宽度尺寸控制在103.3mm至103.9mm之间，能够较好地确保电芯的合格率。当然，在实际生产过程中，可以根据实际需要选择H1的范围。

在一些可选的实施例中，在步骤S2中，热压完成后电芯的厚度尺寸为H2，14.3mm≤H2≤14.9mm。可以理解的是，热压完成后，电芯的厚度尺寸过大或者过小都会影响后续工艺，因此电芯的厚度尺寸过大或者过小都会判定为不合格品。在本实施例中，将热压完成后电芯的厚度尺寸控制在14.3mm至14.9mm之间，能够较好地确保电芯的合格率。当然，在实际生产过程中，可以根据实际需要选择H2的范围。

实施例：

下面描述本发明一个具体实施例的改善锂电池负极片褶皱的方法，该方法的具体步骤如下：

第一步：调整卷绕机的卷绕张力参数，且对电芯进行卷绕，卷绕张力参数包括正极片初始张力X₀、负极片初始张力Y₀、隔膜初始张力Z₀、正极变张力系数X_k、负极变张力系数Y_k及膈膜变张力系数Z_k，其中，X₀＝Y₀＝1000g，Z₀＝350g，X_k＝Yk＝-21，Z_k＝-5，且正极片卷绕23圈，负极极片卷绕24圈，隔膜卷绕26圈；

第二步：对卷绕完成的电芯进行热压。

卷绕过程中卷绕张力变化如图2所示，且热压后的电芯宽度在103.4mm-103.6mm之间，热压后的电芯厚度在14.4mm-14.55mm之间，能够符合电芯的生产要求。

热压完成后可以检测电芯的厚度尺寸以及分容后电芯变形程度和满电态负极片的褶皱状态。对比图3和图4，图4是采用现有技术生产的电芯分容满充后负极片的界面状态图，图3采用本实施例的方法生产的电芯分容满充后负极片的界面状态图，可以明显看出，采用本实施例的方法后，负极片的褶皱状态得到了明显的改善。对比图5和图6，图6是采用现有技术的方法生产的电芯分容满充后的整体状态图，图5采用本实施例的方法生产的电芯分容满充后的整体状态图，可以明显看出，采用本实施例的方法后，电芯的整体厚度也有了明显的缩小。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种改善锂电池负极片褶皱的方法,其特征在于，包括：

S1：调整卷绕机的卷绕张力参数，且对电芯进行卷绕；

S2：对卷绕完成的所述电芯进行热压；其中：

所述卷绕张力参数包括正极片初始张力X₀、负极片初始张力Y₀、隔膜初始张力Z₀、正极变张力系数X_k、负极变张力系数Y_k及膈膜变张力系数Z_k，且X_k、Y_k及Z_k满足关系式：|Y_K|≥|X_K|＞4|Z_K|。

2.根据权利要求1所述的改善锂电池负极片褶皱的方法，其特征在于，-20≥Y_K≥-25，-20≥X_k≥-25，且X_k＝Y_k。

3.根据权利要求2所述的改善锂电池负极片褶皱的方法，其特征在于，-5≥Z_k≥-6。

4.根据权利要求1所述的改善锂电池负极片褶皱的方法，其特征在于，X₀、Y₀及Z₀满足关系式：1.5X₀＞Y₀≥X₀，Z₀＜0.5X₀。

5.根据权利要求4所述的改善锂电池负极片褶皱的方法，其特征在于，1000g≤X₀≤1200g，1000g≤Y₀≤1200g，且X₀＝Y₀。

6.根据权利要求5所述的改善锂电池负极片褶皱的方法，其特征在于，350g≤Z₀≤500g。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的改善锂电池负极片褶皱的方法，其特征在于，在步骤S1中，调整卷绕张力参数时需要保证卷绕后锂电池的卷芯无抽芯现象，且正极片及负极片无断裂现象。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的改善锂电池负极片褶皱的方法，其特征在于，在步骤S2中，热压完成后所述电芯的宽度尺寸为H1，103.3mm≤H1≤103.9mm。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的改善锂电池负极片褶皱的方法，其特征在于，在步骤S2中，热压完成后所述电芯的厚度尺寸为H2，14.3mm≤H2≤14.9mm。

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