CN113097570A

CN113097570A - 卷绕电芯及用于其的极耳错位测量方法

Info

Publication number: CN113097570A
Application number: CN202110327039.4A
Authority: CN
Inventors: 陈婷; 曾杰; 乔晓峰; 谢再斌
Original assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Current assignee: Ningde Amperex Technology Ltd
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2021-07-09
Anticipated expiration: 2041-03-26
Also published as: CN113097570B

Abstract

一种卷绕电芯，包括第一极片、隔膜和第二极片。第一极片、隔膜和第二极片依次层叠卷绕形成卷绕电芯。第一极片包括极片本体、第一极耳和多个第二极耳。第一极耳和多个第二极耳电连接于极片本体且沿第一极片的卷绕方向依次设置。第一极耳和第二极耳相互堆叠形成极耳组。第一极耳包括本体部及台阶部，在卷绕方向上，台阶部自本体部的两侧分别向外凸出。本申请还提供一种用于所述卷绕电芯的极耳错位测量方法。本申请可判断极耳错位方向和错位量。

Description

卷绕电芯及用于其的极耳错位测量方法

技术领域

本申请涉及储能技术领域，尤其涉及一种卷绕电芯及用于所述卷绕电芯的极耳错位测量方法。

背景技术

随着消费电子类的产品如笔记本电脑、手机、掌上游戏机、平板电脑、移动电源和无人机等的普及，人们对电池的要求越来越严格。目前，电池结构主要分为卷绕式与叠片式。常见的卷绕式结构电池需要通过卷针将正极极片、负极极片和两层隔膜叠加为四层结构并进行卷绕。为降低电池阻抗，提升电池性能，正极极片或负极极片可采用多极耳设计。

卷绕完成后，正极极片或负极极片的各极耳之间可能会存在错位。当同极性极耳的错位超出要求范围时，会造成后续极耳焊接、入壳工序困难，严重时会直接造成电池的报废。因此，需要对极耳错位进行测量。然而，现有技术中极耳错位通常依赖于人工测量，因此可能会导致误判。

发明内容

为解决现有技术的不足之处，有必要提供一种卷绕电芯。

另外，还有必要提供一种用于上述卷绕电芯的极耳错位测量方法。

本申请提供一种卷绕电芯，包括第一极片、隔膜和第二极片。第一极片、隔膜和第二极片依次层叠卷绕形成卷绕电芯。第一极片包括极片本体、第一极耳和多个第二极耳。第一极耳和多个第二极耳电连接于极片本体且沿第一极片的卷绕方向依次设置。第一极耳和第二极耳相互堆叠形成极耳组。第一极耳包括本体部及台阶部，在卷绕方向上，台阶部自本体部的两侧分别向外凸出。本申请设置第一极耳包括本体部及位于本体部相对两侧的台阶部，卷绕完成后极耳存在错位时，可通过识别被第二极耳遮挡的台阶部的位置判断极耳的错位方向，上述错位方向可反馈至制程前端，使得前端可根据错位方向相应作出调整，改善极耳错位情况，减小电池报废的风险。

在一些可能的实现方式中，本体部包括远离极片本体的第一顶边和连接于第一顶边的第一侧边。台阶部包括远离极片本体的第二顶边和连接于第二顶边的第二侧边。第二顶边沿卷绕方向的长度为A。第二极耳包括远离极片本体的第三顶边和连接于第三顶边的第三侧边。第一极耳的第二侧边与位于极耳组最外侧的第二极耳的第三侧边之间的距离为B。卷绕电芯的极耳错位量为C。A、B和C满足：C＝A-B。因此，本申请还可通过长度A与距离B的差值计算得到极耳错位量，使得前端可结合极耳错位量以及错位方向相应作出更精确的调整。

在一些可能的实现方式中，A和C还满足：C<A≤C+1mm，从而减小距离B无法被识别出来的风险。

在一些可能的实现方式中，卷绕电芯的厚度为T，第二顶边高出隔膜的高度为h。h和T满足：1mm≤h≤0.5T mm。其中，当高度h过小时，可能会导致长度A的识别精度下降；当高度h过大时，折极耳后台阶部会超出卷绕电芯的头部表面，提高卷绕电芯的外壳被台阶部刺穿和短路的风险。

在一些可能的实现方式中，本体部和第二极耳为梯形。

本申请还提供一种用于以上卷绕电芯的极耳错位测量方法，方法包括：识别被第二极耳遮挡的台阶部的位置，判断极耳的错位方向；测量长度A；测量距离B；计算极耳错位量C，A、B和C满足：C＝A-B。本申请可通过识别被第二极耳遮挡的台阶部的位置判断极耳的错位方向，还可通过长度A与距离B的差值计算得到极耳错位量，上述极耳错位量以及错位方向可反馈至制程前端，使得前端可根据极耳错位量以及错位方向作出相应调整，从而改善极耳错位情况，减小电池报废的风险。

在一些可能的实现方式中，本体部和第二极耳为梯形。

在一些可能的实现方式中，距离B通过CCD相机测量，减少人工测量的误判情况。

附图说明

图1为本申请一实施方式提供的卷绕电芯的俯视图。

图2为图1所示的卷绕电芯的第一极片展开时的示意图。

图3为图1所示的卷绕电芯的主视图。

主要元件符号说明

第一极片 10

第一极耳 11

第二极耳 12

极片本体 13

第二极片 20

隔膜 30

卷绕电芯 100

头部 101

尾部 102

侧部 103

本体部 110

台阶部 111

第三顶边 131

第三侧边 132

第一交点 1320

极耳组 G

第一顶边 1101

第一侧边 1102

第二顶边 1111

第二侧边 1112

第二交点 1113

集流体 1301

活性物质层 1302

卷绕中心轴 a

卷绕方向 b

长度 A

距离 B

极耳错位量 C

错位方向 D

高度 h

厚度 T

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1，本申请一实施方式提供一种卷绕电芯100，包括外壳(图未示)和收容于外壳内的第一极片10、隔膜30和第二极片20。第一极片10、隔膜30和第二极片20依次层叠卷绕形成卷绕电芯100。隔膜30用于防止第一极片10和第二极片20直接接触，从而防止卷绕电芯100短路。其中，外壳可以是采用封装膜封装得到的包装袋，即卷绕电芯100可以为软包电芯。在其它实施例中，卷绕电芯100还可以为钢壳电芯或铝壳电芯等，本申请并不作限制。

请一并参照图2，第一极片10包括极片本体13、第一极耳11和多个第二极耳12。第一极耳11和多个第二极耳12电连接于极片本体13，且沿第一极片10的卷绕方向b依次设置。在一些实施例中，极片本体13包括集流体1301和设于集流体1301表面的活性物质层1302。第一极耳11电连接于集流体1301。在一些实施例中，第一极耳11可焊接于集流体1301。

请一并参照图3，卷绕电芯100包括头部101、尾部102和连接于头部101和尾部102之间的侧部103。第一极耳11和第二极耳12均位于头部101。

卷绕后，第一极耳11和第二极耳12相互堆叠形成极耳组G。后续极耳组G可通过转接焊电连接于外部极耳(图未示)，从而将卷绕电芯100的极性通过外部极耳引出。其中，第一极耳11位于极耳组G靠近卷绕中心轴a的最内侧，其中一第二极耳12位于极耳组G远离卷绕中心轴a的最外侧。如图1所示，在一实施例中，第一极耳11位于卷绕电芯100卷绕的最内圈。

如图2所示，第一极耳11包括本体部110及台阶部111。在卷绕方向b上，台阶部111自本体部110的两侧分别向外凸出。即，台阶部111的数量为两个，分别位于本体部110的两侧，本体部110位于两个台阶部111之间。

当卷绕电芯100的极耳存在错位时，其中一台阶部111被第二极耳12遮挡。通过判断被第二极耳12遮挡的台阶部111的位置，可判断极耳的错位方向D。例如，当图3中所示右侧的台阶部111被第二极耳12遮挡时，表明极耳沿卷绕电芯100的卷绕方向b发生错位；当图3中所示左侧的台阶部111被第二极耳12遮挡时，表明极耳沿卷绕电芯100的卷绕方向b的反方向发生错位。

若第一极片只含有多个第二极耳，若需要卷绕完成后测量极耳错位，通常依赖于人工测量，因此可能会导致误判。即便通过影像传感技术(如电荷耦合器件，即CCD相机)识别极耳组G的总宽度，计算上述总宽度与单个第二极耳12的宽度之差得到极耳错位量，然而仍无法判断极耳的错位方向。因此，还需人工用肉眼判断极耳错位方向，制程前端才能结合极耳错位量和错位方向作出调整。

本申请设置第一极耳11包括本体部110及位于本体部110相对两侧的台阶部111，卷绕完成后极耳存在错位时，可通过识别被第二极耳12遮挡的台阶部111的位置判断极耳的错位方向D。上述错位方向D可反馈至制程前端，使得前端可根据错位方向D相应作出调整(如改变卷针的直径)。例如，当极耳沿卷绕电芯100的卷绕方向b发生错位时，可相应减小卷针的直径；当极耳沿卷绕电芯100的卷绕方向b的反方向发生错位时，可相应增大卷针的直径。因此，可改善极耳错位情况，减小电池报废的风险。

在一些实施例中，本体部110包括远离极片本体13的第一顶边1101和连接于第一顶边1101两侧的第一侧边1102。台阶部111包括远离极片本体13的第二顶边1111和连接于第二顶边1111一侧的第二侧边1112。沿卷绕中心轴a方向，第二顶边1111位于第一顶边1101和极片本体13之间。即，沿卷绕中心轴a方向，本体部110高于台阶部111。

第二极耳12包括远离极片本体13的第三顶边131和连接于第三顶边131的第三侧边132。

如图3所示，在一些实施例中，第二顶边1111沿卷绕方向b的长度为A。第一极耳11的第二侧边1112与位于极耳组G最外侧的一第二极耳12的第三侧边132之间的距离为B。具体地，第三侧边132在第一极耳11上的平面投影与第二顶边1111存在第一交点1320。第二顶边1111与第二侧边1112存在第二交点1113。距离B为沿卷绕方向b上，第一交点1320与第二交点1113之间的距离。当卷绕电芯100的极耳不存在错位时，每一台阶部111的第二顶边1111未被第二极耳12遮挡，此时A＝B。当卷绕电芯100存在极耳错位量C时，其中一台阶部111的第二顶边1111被第二极耳12遮挡，此时C＝A-B。因此，通过测量长度A和距离B，再计算长度A与距离B的差值，便可得出极耳错位量C。

本申请在卷绕完成后极耳存在错位时，不仅可通过识别被第二极耳12遮挡的台阶部111的位置进一步判断极耳的错位方向D，还可通过长度A与距离B的差值计算得到极耳错位量C。上述极耳错位量C以及错位方向D可反馈至制程前端，使得前端可结合极耳错位量C以及错位方向D相应作出更精确的调整，从而改善极耳错位情况。

其中，设置第二顶边1111沿卷绕方向b的长度A大于极耳错位量C。例如，当极耳错位量C≤4mm时，那么长度A大于4mm。当A小于极耳错位量C时，台阶部111的整个第二顶边1111和整个第二侧边1112均被第二极耳12遮挡，导致第二侧边1112与位于极耳组G最外侧的一第二极耳12的第三侧边132之间的距离B无法被识别出来，从而导致无法得到极耳错位量C。在一些实施例中，A和C满足：C<A≤C+1mm，从而减小距离B无法被识别出来的风险。

请一并参照图1和图3，在一些实施例中，卷绕电芯100的厚度为T，第二顶边1111高出隔膜30的高度为h。h和T满足：1mm≤h≤0.5T mm。其中，当高度h过小时，第二顶边1111与隔膜30顶边的距离较近，可能会导致第一顶边1111沿卷绕方向b的长度A的识别精度下降。当卷绕完成后，还需经过折极耳工艺，包括沿卷绕电芯100的厚度方向将第一极耳11和第二极耳12弯折至卷绕电芯100的头部101表面，然后再向下弯折至卷绕电芯100的侧部103表面。当高度h过大时，折极耳后台阶部111会超出卷绕电芯100的头部101表面，提高外壳被台阶部111刺穿和短路的风险。

在一些实施例中，本体部110和第二极耳12为梯形。本体部110的面积可等于第二极耳12的面积。在另一实施例中，本体部110和第二极耳12并不限于梯形，还可以是矩形、正方形等其它形状。

其中，本申请的卷绕电芯100可以是所有种类的原电池、二次电池、燃料电池、太阳能电池和电容器(例如超级电容器)中。特别地，所述二次电池可以为锂二次电池，包括锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池和锂离子聚合物二次电池。

本申请还提供一种用于以上卷绕电芯100的极耳错位测量方法，包括如下步骤：

步骤S1，识别被第二极耳12遮挡的台阶部111的位置，判断极耳的错位方向D。

步骤S2，测量长度A。

步骤S3，测量距离B。

在一些实施例中，距离B可通过CCD相机识别，减少人工测量的误判情况。具体地，距离B为沿卷绕方向b上，第二顶边1111与第二侧边1112的交点与第三侧边132之间的距离。

步骤S4，计算极耳错位量C，A、B和C满足：C＝A-B。

本申请可通过识别被第二极耳12遮挡的台阶部111的位置判断极耳的错位方向D，还可通过长度A与距离B的差值计算得到极耳错位量C。上述极耳错位量C以及错位方向D可反馈至制程前端，使得前端可根据极耳错位量C以及错位方向D作出相应调整，从而改善极耳错位情况，减小电池报废的风险。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和实质。

Claims

1.一种卷绕电芯，包括第一极片、隔膜和第二极片，所述第一极片、所述隔膜和所述第二极片依次层叠卷绕形成所述卷绕电芯，其特征在于，

所述第一极片包括极片本体、第一极耳和多个第二极耳，所述第一极耳和多个所述第二极耳电连接于所述极片本体且沿所述第一极片的卷绕方向依次设置，所述第一极耳和所述第二极耳相互堆叠形成极耳组；

所述第一极耳包括本体部及台阶部，在所述卷绕方向上，所述台阶部自所述本体部的两侧分别向外凸出。

2.如权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，所述本体部包括远离所述极片本体的第一顶边和连接于所述第一顶边的第一侧边，所述台阶部包括远离所述极片本体的第二顶边和连接于所述第二顶边的第二侧边，所述第二顶边沿所述卷绕方向的长度为A；

所述第二极耳包括远离所述极片本体的第三顶边和连接于所述第三顶边的第三侧边，所述第一极耳的所述第二侧边与位于所述极耳组最外侧的所述第二极耳的所述第三侧边之间的距离为B，所述卷绕电芯的极耳错位量为C，A、B和C满足：C＝A-B。

3.如权利要求2所述的卷绕电芯，其特征在于，A和C还满足：C<A≤C+1mm。

4.如权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，所述卷绕电芯的厚度为T，所述第二顶边高出所述隔膜的高度为h，h和T满足：1mm≤h≤0.5T mm。

5.如权利要求1所述的卷绕电芯，其特征在于，所述本体部和所述第二极耳为梯形。

6.一种用于如权利要求2所述的卷绕电芯的极耳错位测量方法，所述方法包括：

识别被所述第二极耳遮挡的所述台阶部的位置，判断极耳错位方向；

测量所述长度A；

测量所述距离B；

计算极耳错位量C，A、B和C满足：C＝A-B。

7.如权利要求6所述的极耳错位测量方法，其特征在于，所述卷绕电芯的厚度为T，所述第二顶边高出所述隔膜的高度为h，h和T满足：1mm≤h≤0.5T mm。

8.如权利要求6所述的极耳错位测量方法，其特征在于，A和C还满足：C<A≤C+1mm。

9.如权利要求6所述的极耳错位测量方法，其特征在于，所述本体部和所述第二极耳为梯形。

10.如权利要求7所述的极耳错位测量方法，其特征在于，所述距离B通过CCD相机测量。