CN113013475A - 叠片电芯生产工艺、叠片电芯生产系统和叠片电芯 - Google Patents

叠片电芯生产工艺、叠片电芯生产系统和叠片电芯 Download PDF

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CN113013475A CN202110212454.5A CN202110212454A CN113013475A CN 113013475 A CN113013475 A CN 113013475A CN 202110212454 A CN202110212454 A CN 202110212454A CN 113013475 A CN113013475 A CN 113013475A
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Abstract

本申请提供的一种叠片电芯生产工艺、叠片电芯生产系统和叠片电芯，涉及电池制造技术领域。该叠片电芯生产工艺中，通过分别在正极集流体上形成正极活性层，在负极集流体上形成负极活性层，在正极活性层和负极活性层中的至少一者上形成第一固态电解质层，且正极集流体和负极集流体两者中，至少一者远离第一固态电解质层的一侧形成有第二固态电解质层，以获得正极片和负极片；通过热压复合工艺将正极片和负极片压合成复合单元，再将复合单元切割为叠片单元，最后将叠片单元堆叠为叠片电芯。该工艺生产效率高，制造的叠片电芯安全性更好，并且有利于提高锂电池的生产效率和使用安全性。

Description

叠片电芯生产工艺、叠片电芯生产系统和叠片电芯
技术领域
本发明涉及电池制造技术领域，具体而言，涉及一种叠片电芯生产工艺、叠片电芯生产系统和叠片电芯。
背景技术
锂电池具有能量密度大、自放电小、无记忆效应、工作电压范围宽、寿命长、无环境污染等特点，是目前动力汽车替代化石能源的最佳选择，也是汽车行业发展及研究的热点和方向。但目前锂离子绝大部分都是液态锂电池，即电解质为液态，使电池的能量密度受到限制，同时存在较大的安全隐患，容易造成热失控，甚至爆炸。
而固态电池能很好的解决这些问题，如何在现在技术上实现固态电池的产业化，是本领域中必须要面对的问题，固态电池应建立在现有锂电池制造工艺的基础上，应在现有电池生产产线的基础上进行改进，以最小的成本实现产业化，以最快、最经济的方式实现规模化生产和应用，这才是固态电池发展的正确途径。因此，对固态锂电池的生产工艺进行研究是非常必要的。
发明内容
本发明的目的包括，提供了一种叠片电芯生产工艺、叠片电芯生产系统和叠片电芯，其能够实现固态电池的叠片电芯的生产，降低改进成本，有效提高生产效率，有利于提高电池的能量密度和使用安全性。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明提供一种叠片电芯生产工艺，包括：
分别提供正极集流体和负极集流体；
在所述正极集流体的至少一侧表面形成正极活性层；
在所述负极集流体的至少一侧表面形成负极活性层；
在所述正极活性层和所述负极活性层中的至少一者上形成第一固态电解质层，在所述正极集流体和所述负极集流体两者中，至少一者远离所述第一固态电解质层的一侧形成有第二固态电解质层，以获得正极片和负极片；
热压复合所述正极片和所述负极片，形成复合单元，其中，所述第一固态电解质层位于所述正极活性层和所述负极活性层之间；
切割所述复合单元，形成叠片单元；
堆叠并热压所述叠片单元，制得叠片电芯。
在可选的实施方式中，在所述正极集流体的至少一侧表面形成正极活性层的步骤包括：
在所述正极集流体的至少一侧表面涂布正极活性浆料，烘烤并辊压所述正极活性浆料，形成所述正极活性层；
在所述负极集流体的至少一侧表面形成负极活性层的步骤包括：
在所述负极集流体的至少一侧表面涂布负极活性浆料，烘烤并辊压所述负极活性浆料，形成所述负极活性层。
在可选的实施方式中，在所述正极活性层和所述负极活性层中的至少一者上形成第一固态电解质层的步骤包括：
在所述正极活性层和所述负极活性层中的至少一者上涂布电解质浆料；
烘烤并压实所述电解质浆料，形成固态电解质。
第二方面，本发明提供一种叠片电芯生产系统，包括第一放料装置、第二放料装置、第一正极活性涂布装置、第一负极活性涂布装置、电解质涂布装置、热压复合装置、切割装置和叠片装置；
所述第一放料装置与所述第一正极活性涂布装置依次设置，所述第二放料装置与所述第一负极活性涂布装置依次设置，所述第一正极活性涂布装置和所述第一负极活性涂布装置中的至少一个之后设有所述电解质涂布装置，所述电解质涂布装置之后依次设置所述热压复合装置、所述切割装置和所述叠片装置；
所述第一放料装置用于提供正极集流体，所述第一正极活性涂布装置用于在所述正极集流体上设置正极活性层，所述第二放料装置用于提供负极集流体，所述第一负极活性涂布装置用于在所述负极集流体上设置负极活性层，所述电解质涂布装置用于在所述正极活性层或所述负极活性层表面设置第一固态电解质层，还用于在所述正极集流体和所述负极集流体远离所述第一固态电解质层的一侧设置第二固态电解质层，以获得正极片和负极片；所述热压复合装置用于将所述正极片和所述负极片压合为复合单元，所述切割装置用于将所述复合单元切割为叠片单元，所述叠片装置用于将所述叠片单元堆叠为叠片电芯。
在可选的实施方式中，所述第一正极活性涂布装置包括依次设置的第一正极涂布单元、第一正极烘烤单元和第一正极辊压单元，所述第一正极涂布单元设于所述第一放料装置之后，所述第一正极涂布单元用于在所述正极集流体的表面涂布正极活性浆料，所述第一正极烘烤单元用于烘烤所述正极活性浆料，形成所述正极活性层；所述第一正极辊压单元用于压实所述正极活性层和所述正极集流体；
所述第一负极活性涂布装置包括依次设置的第一负极涂布单元、第一负极烘烤单元和第一负极辊压单元，所述第一负极涂布单元设于所述第二放料装置之后，所述第一正极烘烤单元和所述第一负极烘烤单元中的至少一个之后设置所述电解质涂布装置；所述第一负极涂布单元用于在所述负极集流体的表面涂布负极活性浆料，所述第一负极烘烤单元用于烘烤所述负极活性浆料，形成所述负极活性层，所述第一负极辊压单元用于压实所述负极活性层和所述负极集流体。
在可选的实施方式中，所述电解质涂布装置包括依次设置的电解质浆料涂布单元、电解质烘烤单元和电解质辊压单元，所述第一正极烘烤单元和所述第一负极烘烤单元中的至少一个之后设置所述电解质浆料涂布单元，所述电解质辊压单元设于所述热压复合装置之前；所述电解质浆料涂布单元用于在所述正极活性层、所述负极活性层、所述正极集流体或所述负极集流体上涂布电解质浆料，所述电解质烘烤单元用于烘烤所述电解质浆料，形成固态电解质层；所述电解质辊压单元用于压实所述固态电解质层。
在可选的实施方式中，所述电解质涂布装置包括第一电解质涂布装置、第二电解质涂布装置、第三电解质涂布装置和第四电解质涂布装置；
所述叠片电芯生产系统还包括第二正极活性涂布装置，所述第一正极活性涂布装置、所述第一电解质涂布装置、所述第二正极活性涂布装置和所述第二电解质涂布装置依次设置；所述第一正极活性涂布装置用于在所述正极集流体的内侧设置正极活性层，所述第一电解质涂布装置用于在内侧的正极活性层上设置固态电解质，所述第二正极活性涂布装置用于在所述正极集流体的外侧设置正极活性层，所述第二电解质涂布装置用于在外侧的正极活性层上设置固态电解质层；
和/或，所述叠片电芯生产系统还包括第二负极活性涂布装置，所述第一负极活性涂布装置、所述第三电解质涂布装置、所述第二负极活性涂布装置和所述第四电解质涂布装置依次设置；所述第二电解质涂布装置和所述第四电解质涂布装置均设于所述热压复合装置之前；所述第一负极活性涂布装置用于在所述负极集流体的内侧设置负极活性层，所述第三电解质涂布装置用于在内侧的负极活性层上设置固态电解质，所述第二负极活性涂布装置用于在所述负极集流体的外侧设置负极活性层，所述第四电解质涂布装置用于在外侧的负极活性层上设置固态电解质层。
在可选的实施方式中，所述热压复合装置包括热辊压单元，所述热辊压单元设于所述电解质涂布装置和所述切割装置之间，所述热辊压单元包括相对设置的第一辊轮和第二辊轮，所述第一辊轮和所述第二辊轮用于在所述正极片和所述负极片经过所述第一辊轮和所述第二辊轮之间的状态下，以压合所述正极片和所述负极片为复合单元。
在可选的实施方式中，所述热压复合装置还包括加热单元，所述加热单元设于所述电解质涂布装置和所述热辊压单元之间。
第三方面，本发明提供一种叠片电芯，采用如前述实施方式中任一项所述的叠片电芯生产工艺制成。
本发明实施例的有益效果包括，例如：
该叠片电芯生产工艺，在正极集流体上设置正极活性层，在负极集流体上设置负极活性层，在正极活性层和负极活性层的至少一者上设置固态电解质，再将具有正极活性层的正极集流体、具有负极活性层的负极集流体以及固态电解质压合成复合单元，将复合单元切割为叠片单元，最后将叠片单元堆叠为叠片电芯。该叠片电芯生产工艺简单，生产效率高，成本低，制成的叠片电芯采用固态电解质，有利于提高电池能量密度，提高电池的生产效率和使用安全性。
该叠片电芯生产系统包括第一放料装置、第二放料装置、第一正极活性涂布装置、第一负极活性涂布装置、电解质涂布装置、热压复合装置、切割装置和叠片装置，生产成本低，制成的叠片电芯采用固态电解质，有利于提高电池能量密度，提升电池的生产效率和使用安全性。
该叠片电芯用于制造锂电池，由于采用固态电解质，大大降低热失控风险，提高锂电池的安全性，同时固态电解质可简化封装、冷却系统，代替现有的隔膜，在有限空间进一步缩减电池重量，大幅提升理论能量密度，有效提升电池的生产效率，提高电池的安全性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的叠片电芯生产工艺的一种工艺步骤示意框图；
图2为本发明第一实施例提供的叠片电芯生产工艺中采用单面涂布活性层的一种正极片的剖面结构示意图；
图3为本发明第一实施例提供的叠片电芯生产工艺中采用双面涂布活性层的一种正极片的剖面结构示意图；
图4为本发明第一实施例提供的叠片电芯生产工艺中采用单面涂布活性层的一种复合单元的剖面结构示意图；
图5为本发明第二实施例提供的叠片电芯生产系统的第一种结构示意图；
图6为本发明第二实施例提供的叠片电芯生产系统中采用双面涂布活性层的一种复合单元的剖面结构示意图；
图7为本发明第二实施例提供的叠片电芯生产系统的第二种结构示意图。
图标：100-叠片电芯生产系统；101-正极集流体；102-正极活性层；103-第一固态电解质层；104-第二固态电解质层；201-负极集流体；202-负极活性层；11-第一放料装置；12-第一导向轮；51-第二放料装置；52-第二导向轮；13-第一正极活性涂布装置；131-第一正极涂布单元；133-第一正极烘烤单元；135-第一正极辊压单元；15-第三导向轮；53-第一负极活性涂布装置；531-第一负极涂布单元；533-第一负极烘烤单元；535-第一负极辊压单元；20-电解质涂布装置；211-电解质浆料涂布单元；213-电解质烘烤单元；215-电解质辊压单元；21-第一电解质涂布装置；22-第二电解质涂布装置；23-第三电解质涂布装置；24-第四电解质涂布装置；14-第二正极活性涂布装置；141-第二正极涂布单元；143-第二正极烘烤单元；145-第二正极辊压单元；54-第二负极活性涂布装置；541-第二负极涂布单元；543-第二负极烘烤单元；545-第二负极辊压单元；16-热压复合装置；161-热辊压单元；163-加热单元；164-第一辊轮；165-第二辊轮；17-切割装置；171-叠片堆；18-叠片装置；181-机械手；183-热压平台；185-热平压装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
为了实现固态电池的生产，提高锂电池的理论能量密度，有效提升电池的生产效率，提高电池的安全性能，本申请提出了一种叠片电芯生产工艺，通过新建或对现有锂电池生产线的改进，能够用固电态电解质涂布技术代替现在锂电池中的隔膜，降低生产成本，提高生产效率，同时提高锂电池使用的安全性。
第一实施例
请参考图1，本实施例提供一种叠片电芯生产工艺，主要包括以下步骤：
S1：分别提供正极集流体101和负极集流体201。可以理解，正极集流体101为制作正极片的基本原料，包括但不限于采用铝箔；负极集流体201为制作负极片的基本原料，包括但不限于采用铜箔。
S2：在正极集流体101的至少一侧表面形成正极活性层102。可选地，正极集流体101包括相对设置的两个表面，根据后期叠片工艺的划分，可以分为相对的内侧表面和外侧表面。其中，正极活性层102既可以设置在内侧表面，也可以设置在外侧表面，或者同时设置在内侧表面和外侧表面，这里不作具体限定。
进一步地，在正极集流体101的至少一侧表面形成正极活性层102的步骤包括：在正极集流体101的至少一侧表面涂布正极活性浆料，烘烤并辊压正极活性浆料，形成正极活性层102。本实施例中，先在正极集流体101的内侧表面涂布正极活性浆料，可选地，正极活性浆料中混合有电解质。对涂布有正极活性浆料的正极集流体101进行烘烤加热，使之固化形成正极活性层102。随后，再对烘烤后的正极集流体101和正极活性层102进行压实，以提高正极活性层102和正极集流体101之间的粘合力，使得结构更加可靠。
可选地，还可以继续在正极集流体101的外侧表面涂布正极活性浆料，经烘烤和辊压工艺后在外侧表面形成正极活性层102，具体的步骤与内侧表面形成的正极活性层102相似，这里不再详述。
S3：在负极集流体201的至少一侧表面形成负极活性层202。负极活性层202的设置方式与正极活性层102的设置方式基本一致。负极活性层202也可以设置在负极集流体201的内侧表面，也可以设置在外侧表面，或者同时设置在负极集流体201的内侧表面和外侧表面，这里不作具体限定。
可选地，在负极集流体201的至少一侧表面形成负极活性层202的步骤包括：
在负极集流体201的至少一侧表面涂布负极活性浆料，烘烤并辊压负极活性浆料，形成负极活性层202。本实施例中，先在负极集流体201的内侧表面涂布负极活性浆料，可选地，负极活性浆料中混合有电解质。对涂布有负极活性浆料的负极集流体201进行烘烤加热，使之固化形成负极活性层202。随后，再对烘烤后的负极集流体201和负极活性层202进行压实，以提高负极活性层202和负极集流体201之间的粘合力，使得结构更加可靠。可选地，还可以继续在负极集流体201的外侧表面涂布负极活性浆料，经烘烤和辊压工艺后在负极集流体201的外侧表面形成负极活性层202，具体的步骤与内侧表面形成的负极活性层202相似，这里不再详述。
S4：在正极活性层102和负极活性层202中的至少一者上形成第一固态电解质层103，在正极集流体101和负极集流体201两者中，至少一者远离第一固态电解质层103的一侧形成有第二固态电解质层104，以获得正极片和负极片。可选地，第一固态电解质层103的成型步骤主要包括：在正极活性层102和负极活性层202中的至少一者上涂布电解质浆料，烘烤并压实电解质浆料，形成第一固态电解质层103。可以理解，可以仅仅在正极活性层102上形成固态电解质层，也可以仅仅在负极活性层202上形成固态电解质层，或者，既在正极活性层102上形成固态电解质层，也在负极活性层202上形成固态电解质层。若以在正极活性层102上形成固态电解质层为例进行说明：
先在正极活性层102上涂布电解质浆料，对涂有电解质浆料的正极活性层102进行烘烤，使之固化形成固态电解质层；并对烘烤后的正极活性层102和固态电解质进行压实，进一步提高正极活性层102和固态电解质之间的结合力。随后在正极集流体101远离第一固态电解质层103的一侧设置第二固态电解质层104，第二固态电解质层104的成型工艺与第一固态电解质层103的成型工艺相似，包括涂布、烘烤和辊压等步骤，这里不再详述。容易理解，该状态下，正极集流体101、正极活性层102和固态电解质已经压合为一个整体，形成正极片的一种结构，如图2所示，从上往下依次为第二固态电解质层104、正极集流体101、正极活性层102和第一固态电解质层103。可选地，若在正极集流体101的两侧均设有正极活性层102，则可以分别在两侧的正极活性层102上形成固态电解质层，双面设置正极活性层102的正极片的一种结构，如图3所示，从上往下依次为第二固态电解质层104、正极活性层102、正极集流体101、正极活性层102和第一固态电解质层103。
可选地，若在负极活性层202上设置固态电解质层，可先在负极活性层202上涂布电解质浆料，对涂有电解质浆料的负极活性层202进行烘烤，使之固化形成固态电解质层；并对烘烤后的负极活性层202和固态电解质层进行压实，进一步提高正极活性层102和固态电解质之间的结合力，制得负极片。容易理解，负极片可以是单面设有负极活性层202和固态电解质层，也可以是双面设有负极活性层202和固态电解质层，负极片的结构与正极片的结构相似，这里不再赘述。
S5：热压复合正极片和负极片，形成复合单元，其中，固态电解质层位于正极活性层102和负极活性层202之间。需要说明的是，正极片和负极片中至少一者设置有固态电解质，即可热压合为复合单元。可选地，正极集流体101的内侧表面设有正极活性层102，正极活性层102上设有固态电解质层，负极集流体201的内侧表面设有负极活性层202，负极活性层202上设有固态电解质层；将正极片的内侧和负极片的内侧相对设置，经过热压复合工艺后，形成一种复合单元。该复合单元的剖面结构如图4所示，从上往下依次为第二固态电解质层104、正极集流体101、正极活性层102、第一固态电解质层103、负极活性层202、负极集流体201层和第二固态电解质层104。应当理解，经过热压复合后，正极片中的第一固态电解质层103和负极片中的第一固态电解质层103压合为一个整体，形成一层第一固态电解质层103。
S6：切割复合单元，形成叠片单元。可选地，通过激光切割机将复合单元切割为所需尺寸的叠片单元。
S7：堆叠并热压叠片单元，制得叠片电芯。可选地，切割后的叠片单元堆叠为叠片堆171，采用机械手181将叠片堆171拾取至热压平台183上；热压平台183上方设置热平压装置185，热平压装置185对叠片堆171进行热压，将叠片堆171热平压成叠片电芯，完成叠片电芯的制作。
根据本实施例提供的叠片电芯生产工艺，其具体的一种工艺步骤如下：
A1、在正极集流体101的内侧表面涂布正极活性浆料，经烘烤、辊压，在正极集流体101的内侧表面形成正极活性层102。可选地，正极活性浆料中可以混合有电解质。
A2、在内侧表面的正极活性层102上涂布电解质浆料，经烘烤、辊压，在内侧表面的正极活性层102上形成第一固态电解质层103。
A3、在正极集流体101的外侧表面涂布正极活性浆料，经烘烤、辊压，在正极集流体101的外侧表面形成正极活性层102。可选地，正极活性浆料中可以混合有电解质。
A4、在外侧表面的正极活性层102上涂布电解质浆料，经烘烤、辊压，在外侧表面的正极活性层102上形成第二固态电解质层104，制得正极片。
B1、在负极集流体201的内侧表面涂布负极活性浆料，经烘烤、辊压，在负极集流体201的内侧表面形成负极活性层202。可选地，负极活性浆料中可以混合有电解质。
B2、在内侧表面的负极活性层202上涂布电解质浆料，经烘烤、辊压，在内侧表面的负极活性层202上形成第一固态电解质层103。
B3、在负极集流体201的外侧表面涂布负极活性浆料，经烘烤、辊压，在负极集流体201的外侧表面形成负极活性层202。可选地，负极活性浆料中可以混合有电解质。
B4、在外侧表面的负极活性层202上涂布电解质浆料，经烘烤、辊压，在外侧表面的负极活性层202上形成第二固态电解质层104，制得负极片。
C、将制得的正极片和负极片热压合为复合单元。可选地，经过加热、压实等工序完成热压复合。
D、切割复合单元为叠片单元，叠片单元堆叠为叠片堆171，采用机械手181将叠片堆171转移至热压平台183上，通过热平压装置185将叠片堆171热平压为叠片电芯，完成叠片电芯的制作。
需要说明的是，上述步骤中，在A1至A4执行的过程中，B1至B4也可以同时执行，其中，A2和B2可以根据实际情况实施其中一个步骤，或者也可以两个步骤同时实施。若采用单面涂覆活性层，A1和B1可同时进行，上述的A3和B3可以省略，A4和B4可以根据实际情况实施其中一个步骤，或者也可以两个步骤同时实施，这里不作具体限定。
本实施例提供的叠片电芯生产工艺，不仅适用于锂电池领域，也可以应用在其他类型的固态电池上。通过将电解质浆料涂敷在锂离子电池的正极集流体101和/或负极集流体201上，经烘烤和辊压形成固态电解质层，再经过热复合工艺，将正极片和负极片复合在一起，成为复合单元；再切割复合单元为叠片单元，加工成叠片电芯。采用固态电解质涂布技术代替现有锂电池中的隔膜，可大大降低热失控风险，简化封装和冷却系统，在有限空间进一步缩减锂电池的重量，大幅提升理论能量密度，并且能够有效提升电池的生产效率，提高电池的安全性能。
第二实施例
请参照图5，本发明实施例提供一种叠片电芯生产系统100，包括第一放料装置11、第二放料装置51、第一正极活性涂布装置13、第一负极活性涂布装置53、电解质涂布装置20、热压复合装置16、切割装置17和叠片装置18。第一放料装置11与第一正极活性涂布装置13依次设置，第二放料装置51与第一负极活性涂布装置53依次设置，第一正极活性涂布装置13和第一负极活性涂布装置53中的至少一个之后设有电解质涂布装置20，电解质涂布装置20之后依次设置热压复合装置16、切割装置17和叠片装置18。其中，第一放料装置11用于提供正极集流体101，第一正极活性涂布装置13用于在正极集流体101上设置正极活性层102，第二放料装置51用于提供负极集流体201，第一负极活性涂布装置53用于在负极集流体201上设置负极活性层202，电解质涂布装置20用于在正极活性层102或负极活性层202表面设置第一固态电解质层103，还用于在所述正极集流体101和所述负极集流体201远离所述第一固态电解质层103的一侧设置第二固态电解质层104，以获得正极片和负极片；热压复合装置16用于将正极片和负极片压合为复合单元，切割装置17用于将复合单元切割为叠片单元，叠片装置18用于将叠片单元堆叠为叠片电芯。
可选地，第一正极活性涂布装置13包括依次设置的第一正极涂布单元131、第一正极烘烤单元133和第一正极辊压单元135，第一正极涂布单元131设于第一放料装置11之后，第一放料装置11采用放料卷，正极集流体101缠绕在放料卷上，通过放料卷放料实现正极集流体101的输送。第一放料装置11与第一正极涂布单元131之间还设有第一导向轮12，正极集流体101在第一导向轮12的作用下到达第一正极涂布单元131，第一正极涂布单元131用于在正极集流体101的表面涂布正极活性浆料，第一正极烘烤单元133可采用烤箱，用于烘烤正极活性浆料，形成正极活性层102。第一正极辊压单元135用于压实正极活性层102和正极集流体101，以提高正极活性层102和正极集流体101之间的结合力，结构更加可靠。
第一负极活性涂布装置53包括依次设置的第一负极涂布单元531、第一负极烘烤单元533和第一负极辊压单元535，第一负极涂布单元531设于第二放料装置51之后，第二放料装置51采用放料卷，实现对负极集流体201的输送。第一正极烘烤单元133和第一负极烘烤单元533中的至少一个之后设置电解质涂布装置20。可选地，第二放料装置51与第一负极涂布单元531之间设有第二导向轮52，负极集流体201在第二导向轮52的作用下到达第一负极涂布单元531，第一负极涂布单元531用于在负极集流体201的表面涂布负极活性浆料，第一负极烘烤单元533可采用烤箱，用于烘烤负极活性浆料，形成负极活性层202。第一负极辊压单元535用于压实负极活性层202和负极集流体201，以提高负极活性层202和负极集流体201之间的结合力，结构更加可靠。
电解质涂布装置20包括依次设置的电解质浆料涂布单元211、电解质烘烤单元213和电解质辊压单元215，第一正极烘烤单元133和第一负极烘烤单元533中的至少一个之后设置电解质浆料涂布单元211，电解质辊压单元215设于热压复合装置16之前；电解质浆料涂布单元211用于在正极活性层102或负极活性层202上涂布电解质浆料，电解质烘烤单元213可采用烤箱，用于烘烤电解质浆料，形成固态电解质。电解质辊压单元215用于压实电解质浆料，结构更加可靠。
本实施例中，如图5所示，电解质涂布装置20包括第一电解质涂布装置21、第二电解质涂布装置22、第三电解质涂布装置23和第四电解质涂布装置24。叠片电芯生产系统100还包括第二正极活性涂布装置14和/或第二负极活性涂布装置54，第一正极活性涂布装置13、第一电解质涂布装置21、第二正极活性涂布装置14和第二电解质涂布装置22依次设置；第一正极活性涂布装置13用于在正极集流体101的内侧设置正极活性层102，第一电解质涂布装置21用于在内侧的正极活性层102上设置第一固态电解质层103，第二正极活性涂布装置14用于在正极集流体101的外侧设置正极活性层102，第二正极活性涂布装置14包括依次设置的第二正极涂布单元141、第二正极烘烤单元143和第二正极辊压单元145，第二正极活性涂布装置14的结构和工作原理与第一正极活性涂布装置13的结构和工作原理相似，这里不再赘述。第二电解质涂布装置22用于在外侧的正极活性层102上设置第二固态电解质层104。第一负极活性涂布装置53、第三电解质涂布装置23、第二负极活性涂布装置54和第四电解质涂布装置24依次设置；第二电解质涂布装置22和第四电解质涂布装置24均设于热压复合装置16之前；第一负极活性涂布装置53用于在负极集流体201的内侧设置负极活性层202，第三电解质涂布装置23用于在内侧的负极活性层202上设置第一固态电解质层103，第二负极活性涂布装置54用于在负极集流体201的外侧设置负极活性层202，第四电解质涂布装置24用于在外侧的负极活性层202上设置第二固态电解质层104。其中，第二负极活性涂布装置54包括依次设置的第二负极涂布单元541、第二负极烘烤单元543和第二负极辊压单元545，第二负极活性涂布装置54的结构和工作原理与第一负极活性涂布装置53的结构和工作原理相似，这里不再赘述。
需要说明的是，正极集流体101和负极集流体201可以采用双面涂布活性层和固态电解质层，也可以采用单面涂布活性层和固态电解质层。若采用单面涂布，第二正极活性涂布装置14、第二负极活性涂布装置54可以省略，第二电解质涂布装置22和第四电解质涂布装置24可以根据实际情况选择其中一个设置或两者同时设置，并且第一电解质涂布装置21和第三电解质涂布装置23可以根据实际情况选择其中一个设置或两者同时设置。当然，第二正极活性涂布装置14和第二负极活性涂布装置54也可以根据实际情况选择其中一个设置，这里不作具体限定。
可选地，热压复合装置16包括热辊压单元161，热辊压单元161设于电解质涂布装置20和切割装置17之间，热辊压单元161包括相对设置的第一辊轮164和第二辊轮165，第一辊轮164和第二辊轮165用于在正极片和负极片经过第一辊轮164和第二辊轮165之间的状态下，以压合正极片和负极片为复合单元。进一步地，热压复合装置16还包括加热单元163，加热单元163设于电解质涂布装置20和热辊压单元161之间。可选地，加热单元163与电解质涂布装置20之间还设有第三导向轮15，正极片和负极片在第三导向轮15的作用下进入加热单元163，加热单元163对正极片和负极片进行加热，随后再进入第一辊轮164和第二辊轮165之间，在第一辊轮164和第二辊轮165的辊压作用下被压合为复合单元。
复合单元进入切割装置17，切割装置17可以采用但不限于激光切割机，切割装置17将复合单元切割为所需尺寸的叠片单元。
叠片装置18包括机械手181、热压平台183和热平压装置185，热平压装置185设于热压平台183的上方，机械手181设于热压平台183和切割装置17之间，叠片单元依次堆叠在一起形成叠片堆171，叠片堆171在机械手181的作用下，转移到热压平台183上，热平压装置185对叠片堆171进行热压，将叠片堆171热平压成叠片电芯。
根据本实施例提供的叠片电芯生产系统100，其工作过程如下：
若集流体采用双面涂布活性层：
A1、第一放料装置11放料，正极集流体101在第一导向轮12的作用下到达第一正极活性涂布单元，第一正极活性涂布单元在正极集流体101的内侧表面涂布正极活性浆料，经第一正极烘烤单元133加热固化、第一正极辊压单元135压实，在正极集流体101的内侧表面形成正极活性层102。可选地，正极活性浆料中可以混合有电解质。
A2、正极集流体101经第一正极辊压单元135后到达第一电解质涂布装置21，第一电解质涂布装置21的电解质浆料涂布单元211在内侧表面的正极活性层102上涂布电解质浆料，经第一电解质涂布装置21的电解质烘烤单元213烘烤、电解质辊压单元215辊压，在内侧表面的正极活性层102上形成第一固态电解质层103。
A3、正极集流体101经第一电解质涂布装置21后到达第二正极活性涂布单元，第二正极活性涂布单元在正极集流体101的外侧表面涂布正极活性浆料，经第二正极烘烤单元143加热固化、第二正极辊压单元145压实，在正极集流体101的外侧表面形成正极活性层102。可选地，正极活性浆料中可以混合有电解质。
A4、正极集流体101经第二正极辊压单元145后到达第二电解质涂布装置22，第二电解质涂布装置22的电解质浆料涂布单元211在外侧表面的正极活性层102上涂布电解质浆料，经第二电解质涂布装置22的电解质烘烤单元213烘烤、电解质辊压单元215辊压，在外侧表面的正极活性层102上形成第二固态电解质层104，制得正极片。
B1、第二放料装置51放料，负极集流体201在第二导向轮52的作用下到达第一负极活性涂布单元，第一负极活性涂布单元在负极集流体201的内侧表面涂布负极活性浆料，经第一负极烘烤单元533加热固化、第一负极辊压单元535压实，在负极集流体201的内侧表面形成负极活性层202。可选地，负极活性浆料中可以混合有电解质。
B2、负极集流体201经第一负极辊压单元535后到达第三电解质涂布装置23，第三电解质涂布装置23的电解质浆料涂布单元211在内侧表面的负极活性层202上涂布电解质浆料，经第三电解质涂布装置23的电解质烘烤单元213烘烤、电解质辊压单元215辊压，在内侧表面的负极活性层202上形成第一固态电解质层103。
B3、负极集流体201经第三电解质涂布装置23后到达第二负极活性涂布单元，第二负极活性涂布单元在负极集流体201的外侧表面涂布负极活性浆料，经第二负极烘烤单元543加热固化、第二负极辊压单元545压实，在负极集流体201的外侧表面形成负极活性层202。可选地，负极活性浆料中可以混合有电解质。
B4、负极集流体201经第二负极辊压单元545后到达第四电解质涂布装置24，第四电解质涂布装置24的电解质浆料涂布单元211在外侧表面的负极活性层202上涂布电解质浆料，经第四电解质涂布装置24的电解质烘烤单元213烘烤、电解质辊压单元215辊压，在外侧表面的负极活性层202上形成第二固态电解质层104，制得负极片。
C、将制得的正极片和负极片在第三导向轮15的输送下，进入加热单元163中进行加热，再通过热辊压单元161对正极片和负极片进行热压，使固态电解质层与活性层、活性层与集流体之间充分接触并压实，此时正极集流体101与负极集流体201之间有三层物质，分别为正极活性层102、固态电解质层和负极活性层202，固态电解质层位于正极活性层102和负极活性层202之间。
可选地，若正极集流体101采用单面涂布正极活性层102，负极集流体201采用单面涂布负极活性层202则此时通过热辊压单元161形成的复合单元的一种剖面结构如图4所示，依次为第二固态电解质层104、正极集流体101、正极活性层102、第一固态电解质层103、负极活性层202、负极集流体201和第二固态电解质层104。
若正极集流体101采用双面涂布正极活性层102，负极集流体201采用双面涂布负极活性层202，则此时通过热辊压单元161形成的复合单元的一种剖面结构如图6所示，依次为第二固态电解质层104、正极活性层102、正极集流体101、正极活性层102、第一固态电解质层103、负极活性层202、负极集流体201、负极活性层202和第二固态电解质层104。
之后经切割装置17切割成形叠片单元，叠片单元依次堆叠在一起形成叠片堆171，叠片堆171在机械手181的作用下，转移到热压平台183上，热平压装置185对叠片堆171进行热压，将叠片堆171热平压成叠片电芯。
需要说明的是，根据实际生产情况，若采用在集流体上单面涂覆活性层，则上述步骤A3、和B3对应的装置可以省略，包括但不限于第二正极活性涂布装置14和第二负极活性涂布装置54等可以省略。省略后的系统示意图如图7所示，其工作原理与上文相似，这里不再描述。通过图7所示的系统示意图，压合形成的复合单元的剖面结构如图4所示，从上往下依次为正极集流体101、正极活性层102、固态电解质层、负极活性层202和负极集流体201。
此外，第一电解质涂布装置21和第三电解质涂布装置23可以根据实际情况，仅设置其中一个，或两者均设置；类似地，第二电解质涂布装置22和第四电解质涂布装置24可以根据实际情况，仅设置其中一个，或两者均设置，这里不作具体限定。
本发明实施例还提供一种叠片电芯，采用上述的叠片电芯生产工艺制成。该叠片电芯中包括固态电解质层，通过固态电解质代替现有锂电池中的隔膜，可大大降低热失控风险，简化封装和冷却系统，在有限空间进一步缩减锂电池的重量，大幅提升理论能量密度，并且能够有效提升电池的生产效率，提高电池的安全性能。此外，该叠片电芯生产系统100可以新建或基于现有的生产线的基础进行改进，改进成本低，改动周期短，有利于在短期内实现本实施例提供的叠片电芯的大量生产，经济效益高。
本实施例中未提及的其它部分内容，与第一实施例中描述的内容相似，这里不再赘述。
综上所述，本发明实施例提供了一种叠片电芯生产工艺、叠片电芯生产系统100和叠片电芯，具有以下几个方面的有益效果：
本发明实施例提供了一种能够灵活高、适应性强、方便、高效的固态锂电池电芯生产工艺，通过将电解质浆料涂敷在正负极集流体201的活性层上，经烘烤、压实为固态电解质层，分别制得正负极片，再经过热复合工艺，将正极片和负极片复合在一起，制的叠片单元，最终加工成叠片电芯。采用固态电解质层代替现有锂电池中的隔膜结构，能够有效提升电池的生产效率，提高电池的安全性能。
该叠片电芯生产系统100组装方便，成本较低，或者也可以基于现有的生产线的基础进行改进，改进成本低，改动周期短，应用场景灵活，既能实现单面涂覆活性层和固态电解质层，又可以实现双面涂覆活性层和固态电解质层，并且有利于在短期内实现本实施例提供的叠片电芯的大量生产，经济效益高。
该叠片电芯中包括固态电解质层，通过固态电解质代替现有锂电池中的隔膜，可大大降低热失控风险，简化封装和冷却系统，在有限空间进一步缩减锂电池的重量，大幅提升理论能量密度，并且能够有效提升电池的生产效率，提高电池的安全性能。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种叠片电芯生产工艺，其特征在于，包括：
分别提供正极集流体和负极集流体；
在所述正极集流体的至少一侧表面形成正极活性层；
在所述负极集流体的至少一侧表面形成负极活性层；
在所述正极活性层和所述负极活性层中的至少一者上形成第一固态电解质层，在所述正极集流体和所述负极集流体两者中，至少一者远离所述第一固态电解质层的一侧形成有第二固态电解质层，以获得正极片和负极片；
热压复合所述正极片和所述负极片，形成复合单元，其中，所述第一固态电解质层位于所述正极活性层和所述负极活性层之间；
切割所述复合单元，形成叠片单元；
堆叠并热压所述叠片单元，制得叠片电芯。
2.根据权利要求1所述的叠片电芯生产工艺，其特征在于，在所述正极集流体的至少一侧表面形成正极活性层的步骤包括：
在所述正极集流体的至少一侧表面涂布正极活性浆料，烘烤并辊压所述正极活性浆料，形成所述正极活性层；
在所述负极集流体的至少一侧表面形成负极活性层的步骤包括：
在所述负极集流体的至少一侧表面涂布负极活性浆料，烘烤并辊压所述负极活性浆料，形成所述负极活性层。
3.根据权利要求1所述的叠片电芯生产工艺，其特征在于，在所述正极活性层和所述负极活性层中的至少一者上形成第一固态电解质层的步骤包括：
在所述正极活性层和所述负极活性层中的至少一者上涂布电解质浆料；
烘烤并压实所述电解质浆料，形成固态电解质。
4.一种叠片电芯生产系统，其特征在于，包括第一放料装置、第二放料装置、第一正极活性涂布装置、第一负极活性涂布装置、电解质涂布装置、热压复合装置、切割装置和叠片装置；
所述第一放料装置与所述第一正极活性涂布装置依次设置，所述第二放料装置与所述第一负极活性涂布装置依次设置，所述第一正极活性涂布装置和所述第一负极活性涂布装置中的至少一个之后设有所述电解质涂布装置，所述电解质涂布装置之后依次设置所述热压复合装置、所述切割装置和所述叠片装置；
所述第一放料装置用于提供正极集流体，所述第一正极活性涂布装置用于在所述正极集流体上设置正极活性层，所述第二放料装置用于提供负极集流体，所述第一负极活性涂布装置用于在所述负极集流体上设置负极活性层，所述电解质涂布装置用于在所述正极活性层或所述负极活性层表面设置第一固态电解质层，还用于在所述正极集流体和所述负极集流体远离所述第一固态电解质层的一侧设置第二固态电解质层，以获得正极片和负极片；所述热压复合装置用于将所述正极片和所述负极片压合为复合单元，所述切割装置用于将所述复合单元切割为叠片单元，所述叠片装置用于将所述叠片单元堆叠为叠片电芯。
5.根据权利要求4所述的叠片电芯生产系统，其特征在于，所述第一正极活性涂布装置包括依次设置的第一正极涂布单元、第一正极烘烤单元和第一正极辊压单元，所述第一正极涂布单元设于所述第一放料装置之后，所述第一正极涂布单元用于在所述正极集流体的表面涂布正极活性浆料，所述第一正极烘烤单元用于烘烤所述正极活性浆料，形成所述正极活性层；所述第一正极辊压单元用于压实所述正极活性层和所述正极集流体；
所述第一负极活性涂布装置包括依次设置的第一负极涂布单元、第一负极烘烤单元和第一负极辊压单元，所述第一负极涂布单元设于所述第二放料装置之后，所述第一正极烘烤单元和所述第一负极烘烤单元中的至少一个之后设置所述电解质涂布装置；所述第一负极涂布单元用于在所述负极集流体的表面涂布负极活性浆料，所述第一负极烘烤单元用于烘烤所述负极活性浆料，形成所述负极活性层；所述第一负极辊压单元用于压实所述负极活性层和所述负极集流体。
6.根据权利要求5所述的叠片电芯生产系统，其特征在于，所述电解质涂布装置包括依次设置的电解质浆料涂布单元、电解质烘烤单元和电解质辊压单元，所述第一正极烘烤单元和所述第一负极烘烤单元中的至少一个之后设置所述电解质浆料涂布单元，所述电解质辊压单元设于所述热压复合装置之前；所述电解质浆料涂布单元用于在所述正极活性层、所述负极活性层、所述正极集流体或所述负极集流体上涂布电解质浆料，所述电解质烘烤单元用于烘烤所述电解质浆料，形成固态电解质层；所述电解质辊压单元用于压实所述固态电解质层。
7.根据权利要求6所述的叠片电芯生产系统，其特征在于，所述电解质涂布装置包括第一电解质涂布装置、第二电解质涂布装置、第三电解质涂布装置和第四电解质涂布装置；
所述叠片电芯生产系统还包括第二正极活性涂布装置，所述第一正极活性涂布装置、所述第一电解质涂布装置、所述第二正极活性涂布装置和所述第二电解质涂布装置依次设置；所述第一正极活性涂布装置用于在所述正极集流体的内侧设置正极活性层，所述第一电解质涂布装置用于在内侧的正极活性层上设置固态电解质，所述第二正极活性涂布装置用于在所述正极集流体的外侧设置正极活性层，所述第二电解质涂布装置用于在外侧的正极活性层上设置固态电解质层；
和/或，所述叠片电芯生产系统还包括第二负极活性涂布装置，所述第一负极活性涂布装置、所述第三电解质涂布装置、所述第二负极活性涂布装置和所述第四电解质涂布装置依次设置；所述第二电解质涂布装置和所述第四电解质涂布装置均设于所述热压复合装置之前；所述第一负极活性涂布装置用于在所述负极集流体的内侧设置负极活性层，所述第三电解质涂布装置用于在内侧的负极活性层上设置固态电解质，所述第二负极活性涂布装置用于在所述负极集流体的外侧设置负极活性层，所述第四电解质涂布装置用于在外侧的负极活性层上设置固态电解质层。
8.根据权利要求4所述的叠片电芯生产系统，其特征在于，所述热压复合装置包括热辊压单元，所述热辊压单元设于所述电解质涂布装置和所述切割装置之间，所述热辊压单元包括相对设置的第一辊轮和第二辊轮，所述第一辊轮和所述第二辊轮用于在所述正极片和所述负极片经过所述第一辊轮和所述第二辊轮之间的状态下，以压合所述正极片和所述负极片为复合单元。
9.根据权利要求8所述的叠片电芯生产系统，其特征在于，所述热压复合装置还包括加热单元，所述加热单元设于所述电解质涂布装置和所述热辊压单元之间。
10.一种叠片电芯，其特征在于，采用如权利要求1至3中任一项所述的叠片电芯生产工艺制成。
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