CN113258121A - 一种卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法，属于动力电池技术领域。所述卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法，裸电芯包括阴极片、阳极片以及设置在阴极片和阳极片之间的隔膜，包括：热压过程中，用于卷绕裸电芯的卷针设置于裸电芯内；对裸电芯建立简化模型，包括假定：热压前的裸电芯和热压后的裸电芯的周长相等，热压前的裸电芯和热压后的裸电芯的横截面均呈跑道形；确定A、B、C、t1、t2、t3、L、α、β和γ的数值；计算热压后的裸电芯的宽度：W＝L+1/2(π×T1‑π×T2)+T2。本发明的卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法，提高了热压后的裸电芯的宽度计算精度，进而提高了电池的能量密度和电池的使用安全性。

Description

一种卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，尤其涉及一种卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法。

背景技术

目前方形电池多采用卷绕型裸电芯，其多采用厚度可压缩的隔膜和极片，卷绕前，进行极片的压平以提升极片在寿命周期内的平整性以及提升电芯的使用寿命；卷绕后，阴极片和阳极片会有转角曲率效应，为了减小不良效应以及便于后期装入电池壳体，裸电芯需要做进一步热压整形。热压过程中，隔膜和极片的厚度受到压缩，裸电芯在热压完成后会在宽度方向有一定的增量；具体地，其在宽度方向的增量与隔膜和极片的层数、厚度以及可压缩系数均有关。

现有技术中，热压前的裸电芯的宽度可以通过计算得到，而热压后的裸电芯的宽度需要设计人员根据经验估计，没有理论计算依据，估计值准确性难以把控，如果估计值偏大，则会导致电池壳体内部空间浪费，降低了电池的能量密度；如果估计值偏小，则会导致裸电芯与电池壳体内部结构产生干涉，降低了电池的使用安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法，提高热压后的裸电芯的宽度计算精度，进而提高电池的能量密度和电池的使用安全性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法，裸电芯包括阴极片、阳极片以及设置在所述阴极片和所述阳极片之间的隔膜，包括：

热压过程中，用于卷绕所述裸电芯的卷针设置于所述裸电芯内；

对热压前的裸电芯和热压后的裸电芯分别建立简化模型，包括假定：热压前的所述裸电芯和热压后的所述裸电芯的周长相等，热压前的所述裸电芯和热压后的所述裸电芯的横截面均呈跑道形；

确定A、B、C、t1、t2、t3、L、α、β和γ的数值；

计算热压后的所述裸电芯的宽度：W＝L+1/2(π×T1-π×T2)+T2；其中，A、B和C分别为所述阴极片、所述阳极片和所述隔膜的层数；

t1、t2和t3分别为所述阴极片、所述阳极片和所述隔膜的初始厚度；

L为卷针的宽度；

α、β和γ分别为所述阴极片、所述阳极片和所述隔膜的可压缩系数；

T1为热压前的所述裸电芯的厚度，T1＝A×t1+B×t2+C×t3；

T2为热压后的所述裸电芯的厚度，T2＝A×t1×(1-α)+B×t2×(1-β)+C×t3×(1-γ)。

可选地，所述阴极片包括阴极片本体和设置在所述阴极片本体上的第一涂胶层，所述第一涂胶层为可压缩层；和/或

所述阳极片包括阳极片本体和设置在所述阳极片本体上的第二涂胶层，所述第二涂胶层为可压缩层；和/或

所述隔膜包括隔膜本体和设置在所述隔膜本体上的第三涂胶层，所述第三涂胶层为可压缩层。

可选地，当同时设置有所述第一涂胶层、所述第二涂胶层和所述第三涂胶层时，所述第二涂胶层的厚度≤所述第一涂胶层的厚度≤所述第三涂胶层的厚度。

可选地，当同时设置有第一涂胶层、第二涂胶层和第三涂胶层时，所述第一涂胶层、所述第二涂胶层和所述第三涂胶层的涂胶材料均相同。

可选地，所述阴极片包括阴极片本体，所述阴极片本体上设置有花纹，所述花纹为可压缩层；和/或

所述阳极片包括阳极片本体，所述阳极片本体上设置有花纹，所述花纹为可压缩层。

可选地，β≤α≤γ。

可选地，0≤α≤50％，和/或0≤β≤50％，和/或0≤γ≤50％。

可选地，2％≤α≤5％，和/或2≤β≤5％，和/或15≤γ≤25％。

可选地，C＝2A+D，B＝A+2，其中，0≤A≤500，4≤D。

可选地，热压时，用于热压所述裸电芯的两块热板平行相对设置于所述裸电芯的两侧。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法，简化模型接近实际模型，计算结果准确性高，提高了热压后的裸电芯的宽度计算精度，为电池壳体内部空间设置做指导，能够充分利用电池壳体的空间，进而提高了电池的能量密度，且能够防止热压后的裸电芯与电池壳体的内部结构产生干涉，提高了电池的使用安全性；计算过程中，将宽度增量与隔膜和极片的层数、厚度与可压缩系数关联起来，充分考虑各个指标对宽度增量的影响，提高计算精确性，降低了设计风险；上述计算公式简单，相关参数便于确认，从而便于计算。

附图说明

图1是本发明的具体实施方式提供的热压前的裸电芯的结构示意图；

图2是本发明的具体实施方式提供的热压后的裸电芯的结构示意图；

图3是本发明的具体实施方式提供的裸电芯卷绕时的结构示意图；

图4是本发明的具体实施方式提供的裸电芯卷绕后的结构示意图。

图中：

100、卷针；1、热压前的裸电芯；2、热压后的裸电芯；3、阴极片；4、阳极片；5、隔膜。

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，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

裸电芯包括阴极片3、阳极片4以及设置在阴极片3和阳极片4之间的隔膜5，卷绕后，阴极片3和阳极片4会有转角曲率效应，为了减小不良效应以及便于后期装入电池壳体，裸电芯需要做进一步热压整形。然而，热压时会导致裸电芯的宽度发生变化，目前其宽度值多采用估算法，然而估算值的准确性低。

本实施例提供了一种卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：

S1：热压过程中，用于卷绕裸电芯的卷针100设置于裸电芯内；

S2：对热压前的裸电芯1和热压后的裸电芯2分别建立简化模型，包括假定：热压前的裸电芯1和热压后的裸电芯2的周长相等，热压前的裸电芯1和热压后的裸电芯2的横截面均呈跑道形；

S3：确定A、B、C、t1、t2、t3、L、α、β和γ的数值；

S4：计算热压后的裸电芯2的宽度：W＝L+1/2(π×T1-π×T2)+T2；其中，A、B和C分别为阴极片3、阳极片4和隔膜5的层数；

t1、t2和t3分别为阴极片3、阳极片4和隔膜5的初始厚度；

L为卷针100的宽度；

α、β和γ分别为阴极片3、阳极片4和隔膜5的可压缩系数；

T1为热压前的裸电芯1的厚度，T1＝A×t1+B×t2+C×t3；

T2为热压后的裸电芯2的厚度，T2＝A×t1×(1-α)+B×t2×(1-β)+C×t3×(1-γ)。

热压过程中卷针100设置于裸电芯内，以便于对裸电芯进行定型，简化裸电芯模型；假定热压前的裸电芯1和热压后的裸电芯2的周长相等，即阴极片3、阳极片4和隔膜5本身结构不会因为热压而延伸使尺寸保持不变，以简化裸电芯模型；假定热压前的裸电芯1和热压后的裸电芯2的横截面均呈跑道形使形状保持不变，以简化模型；由于热压过程中，不会因为热压而导致阴极片3、阳极片4和隔膜5本身结构延伸，以防止厚度过薄而影响结构稳定性，因而该简化结果对宽度值影响较小；热压过程中，对裸电芯的厚度方向进行热压，热压后的裸电芯2的形状仍然是跑道形，因而改简化结果对宽度值影响较小。

上述简化模型接近实际模型，计算结果准确性高，提高了热压后的裸电芯2的宽度计算精度，为电池壳体内部空间设置做指导，能够充分利用电池壳体的空间，进而提高了电池的能量密度，且能够防止热压后的裸电芯2与电池壳体的内部结构产生干涉，提高了电池的使用安全性；计算过程中，将宽度增量与隔膜5和极片的层数、厚度与可压缩系数关联起来，其中，可压缩系数＝＝1-压缩后的厚度/压缩前的厚度×100％，充分考虑各个指标对宽度增量的影响，提高计算精确性，降低了设计风险；上述计算公式简单，相关参数便于确认，从而便于计算。具体地，t1、t2、t3、L、T1和T2的尺寸单位均为mm。

可选地，热压时，用于热压裸电芯的两块热板平行相对设置于裸电芯的两侧，提高压缩可靠性，保证压缩后的裸电芯的形状不变仍为跑道形，提高模型的准确性，进而提高了计算的准确性。

可选地，阴极片3包括阴极片本体和设置在阴极片本体上的第一涂胶层，阴极片本体不被压缩，以防止阴极片本体延展而产生不良效果，第一涂胶层为可压缩层，当阴极片3只通过第一涂胶层产生可压缩层时，第一涂胶层的可压缩系数为α，具体地α的取值可参照第一涂胶层的涂胶量和热压时的压力等进行取值；同理，可选地，阳极片4包括阳极片本体和设置在阳极片本体上的第二涂胶层，阳极片本体不被压缩，以防止阳极片本体延展而产生不良效果，第二涂胶层为可压缩层，当阳极片4只通过第二涂胶层产生可压缩层时，第二涂胶层的可压缩系数为β，具体地β的取值可参照第一涂胶层的涂胶量和热压时的压力等进行取值；同理，可选地，隔膜5包括隔膜本体和设置在隔膜本体上的第三涂胶层，隔膜本体不被压缩，以防止隔膜本体延展而产生不良效果，第三涂胶层为可压缩层，当隔膜5只通过第三涂胶层产生可压缩层时，隔膜5的可压缩系数为γ，具体地γ的取值可参照第一涂胶层的涂胶量和热压时的压力等进行取值；具体地，阴极片3、阳极片4和隔膜5均为连续生产，每一层阴极片本体、每一层阳极片本体和每一层隔膜5上都要涂胶。

可选地，阴极片本体上设置有花纹，花纹为可压缩层；具体地，花纹为打在阴极片本体上凹凸不平的结构，从而降低阴极片3的厚度，使花纹作为可压缩层；当阴极片3只通过花纹产生可压缩层时，花纹产生的可压缩系数为α，其中α的取值可根据花纹的结构进行确定；同理，可选地，阳极片本体上设置有花纹，花纹为可压缩层；具体地，花纹为打在阳极片本体上凹凸不平的结构，从而降低阳极片4的厚度，使花纹作为可压缩层；当阳极片4只通过花纹产生可压缩层时，花纹产生的可压缩系数为β，其中β的取值可根据花纹的结构进行确定。

具体地，还可以通过其他形式产生可压缩层，不进行限定。具体地，阴极片3上可同时设置花纹和第一涂胶层以及其他结构，同时构成可压缩层，使可压缩系数为α；同理，阳极片4上可同时设置花纹和第二涂胶层以及其他结构，隔膜5上可同时设置第三涂胶层以及其他结构，不进行限定。

阴极片3、阳极片4和隔膜5三者的压缩量之间没有明确的相互关系，热压时，压力对隔膜5影响较小，可提供较大的压缩量，阴极片3相较于阳极片4不容易掉粉，可以适当提供可压缩系数，阳极片4更容易掉粉，一般不做涂胶或其他处理，减少其提供的压缩量，可选地，β≤α≤γ，即压缩量主要通过隔膜5提供，以减小热压对阴极片3和阳极片4的影响，提高裸电芯的使用寿命。当同时设置有第一涂胶层、第二涂胶层和第三涂胶层时，可选地，第二涂胶层的厚度≤第一涂胶层的厚度≤第三涂胶层的厚度，当受到同样的热压压力时，增加隔膜5可压缩系数的占比；具体地，第一涂胶层、第二涂胶层和第三涂胶层三者中，可以只设置其中的一个、两个或者三个，不进行限定。当同时设置有第一涂胶层、第二涂胶层和第三涂胶层时，本实施例中，第一涂胶层、第二涂胶层和第三涂胶层的涂胶材料均相同，提供相同的可压缩系数，便于计算，其他实施例中，也可以采用不同的涂胶材料，根据实际生产情况进行设置，不进行限定。

热压的压缩量根据压力不同而不同，同时设有一个最大的可压缩系数，以避免过度压缩而影响使用效果；可选地，0≤α≤50％，避免压缩量过大使阴极片3发生弯折甚至断裂，影响使用效果；优选地，2％≤α≤5％；同理，可选地，0≤β≤50％，优选地，2≤β≤5％；同理，可选地，0≤γ≤50％，优选地，15≤γ≤25％。

具体地，t1的取值可根据阴极片3的结构如阴极片本体、第一涂胶层、花纹以及其他结构的厚度进行确定，具体地可以在压缩前对阴极片3进行测量得到；同理，t2的取值可根据阳极片4的结构如阳极片本体、第二涂胶层、花纹以及其他结构的厚度进行确定，具体地可以在压缩前对阳极片4进行测量得到；同理，t3的取值可根据隔膜5的结构如隔膜本体、第三涂胶层以及其他结构的厚度进行确定，具体地可以在压缩前对隔膜5进行测量得到。

具体地，卷针100的宽度可根据测量得到，方便确认。

阴极片3、阳极片4和隔膜5的层数可根据实际情况进行设置，本实施例中，如图3和图4所示，具体地，B＝A+2，使阴极和阳极充分反应增加能量密度，具体地，C＝2A+D，增加隔膜5设置层数，降低阴极片3和阳极片4在端面的析锂的风险，提高结构安全性以及延长使用寿命；其中，0≤A≤500，4≤D。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法，裸电芯包括阴极片(3)、阳极片(4)以及设置在所述阴极片(3)和所述阳极片(4)之间的隔膜(5)，其特征在于，包括：

热压过程中，用于卷绕所述裸电芯的卷针(100)设置于所述裸电芯内；

对热压前的所述裸电芯和热压后的所述裸电芯分别建立简化模型，包括假定：热压前的所述裸电芯和热压后的所述裸电芯的周长相等，热压前的所述裸电芯和热压后的所述裸电芯的横截面均呈跑道形；

确定A、B、C、t1、t2、t3、L、α、β和γ的数值；

计算热压后的所述裸电芯的宽度：W＝L+1/2(π×T1-π×T2)+T2；其中，

A、B和C分别为所述阴极片(3)、所述阳极片(4)和所述隔膜(5)的层数；

t1、t2和t3分别为所述阴极片(3)、所述阳极片(4)和所述隔膜(5)的初始厚度；

L为卷针(100)的宽度；

α、β和γ分别为所述阴极片(3)、所述阳极片(4)和所述隔膜(5)的可压缩系数；

T1为热压前的所述裸电芯的厚度，T1＝A×t1+B×t2+C×t3；

T2为热压后的所述裸电芯的厚度，T2＝A×t1×(1-α)+B×t2×(1-β)+C×t3×(1-γ)。

2.根据权利要求1所述的卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法，其特征在于，

所述阴极片(3)包括阴极片本体和设置在所述阴极片本体上的第一涂胶层，所述第一涂胶层为可压缩层；和/或

所述阳极片(4)包括阳极片本体和设置在所述阳极片本体上的第二涂胶层，所述第二涂胶层为可压缩层；和/或

所述隔膜(5)包括隔膜本体和设置在所述隔膜本体上的第三涂胶层，所述第三涂胶层为可压缩层。

3.根据权利要求2所述的卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法，其特征在于，当同时设置有所述第一涂胶层、所述第二涂胶层和所述第三涂胶层时，所述第二涂胶层的厚度≤所述第一涂胶层的厚度≤所述第三涂胶层的厚度。

4.根据权利要求2所述的卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法，其特征在于，当同时设置有第一涂胶层、第二涂胶层和第三涂胶层时，所述第一涂胶层、所述第二涂胶层和所述第三涂胶层的涂胶材料均相同。

5.根据权利要求1所述的卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法，其特征在于，

所述阴极片(3)包括阴极片本体，所述阴极片本体上设置有花纹，所述花纹为可压缩层；和/或

所述阳极片(4)包括阳极片本体，所述阳极片本体上设置有花纹，所述花纹为可压缩层。

6.根据权利要求1-5任一项所述的卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法，其特征在于，β≤α≤γ。

7.根据权利要求1-5任一项所述的卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法，其特征在于，0≤α≤50％，和/或0≤β≤50％，和/或0≤γ≤50％。

8.根据权利要求7所述的卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法，其特征在于，2％≤α≤5％，和/或2≤β≤5％，和/或15≤γ≤25％。

9.根据权利要求1-5任一项所述的卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法，其特征在于，C＝2A+D，B＝A+2，其中，0≤A≤500，4≤D。

10.根据权利要求1-5任一项所述的卷绕型裸电芯热压后宽度的计算方法，其特征在于，热压时，用于热压所述裸电芯的两块热板平行相对设置于所述裸电芯的两侧。

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