CN113488746A - 一种多极耳电芯的制作工艺及多极耳电芯 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂电池技术领域，公开了一种多极耳电芯的制作工艺及多极耳电芯。制作工艺包括以下步骤：将设置在极片组两端的正极全极耳和负极全极耳进行激光模切，以形成正极多极耳和负极多极耳，激光模切的切割线为一组相互平行的倾斜直线，极耳单体的形状为平行四边形；将激光模切后的极片组卷绕形成电芯；将正极多极耳和负极多极耳揉平。本发明将正极全极耳及负极全极耳模切成多个平行四边形的极耳单体，不仅能够在揉平过程中杜绝极片外翻，在与电池外壳组装时，不易刮伤电池外壳的内壁；且能够减少金属屑的产生，避免金属屑残留在电池内部造成电池短路或接触不良；以及减小揉平后的极片间隙，从而增加与汇流盘焊接的稳定性，不容易导致焊穿。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种多极耳电芯的制作工艺及多极耳电芯。
背景技术
锂电池具有重量轻、储能大、功率大、放电性能稳定和使用寿命长等优点，在电动自行车、新能源汽车领域得到了广泛的应用。电芯是电池内部最重要的组件，电芯的质量直接影响电池的性能。目前锂电池分为圆柱型、方形和软包，制作方法主要有叠片式和卷绕式。其中，大圆柱电芯在市场上的发展较为迅速，其正负极采用全极耳极片，卷绕后进行机械揉平，再与汇流盘焊接，最后，组装制成电池。随着锂电池行业的快速发展，传统18650/21700电芯已经不能满足能量密度的要求。多极耳电芯技术的开发在很大程度上提高了锂电池的能量密度。多极耳电芯在进行极片的涂布时，会在集流体边缘预留空箔区，经过辊压和分切后，将集流体边缘的空箔区切割处理成多个极耳，再进行卷绕。
卷绕后的电芯通常端部不平整且有较多毛刺，外侧容易出现翻边，相对于电芯的中轴存在一定程度的外偏。因此，为了避免电芯入壳时，对电池外壳的内侧壁造成刮伤，需要对电芯端部进行揉平处理，同时，进行揉平处理后的电芯，能够确保与集流盘焊接时的焊接质量。
目前，采用全极耳电芯直接揉平或将全极耳切割成多个矩形极耳单体再进行揉平的方式，往往造成揉平速度过快时，极片外翻；速度过慢时，生产效率低；另外，揉平时产生金属屑较多，导致金属屑残留在电池内部造成短路；揉平后间隙过大，导致与汇流盘的焊接稳定性差。因此，亟需提出一种电芯制作工艺来解决上述问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种多极耳电芯的制作工艺，能够在揉平过程中杜绝极片外翻，并减少金属屑的产生；减小揉平后的极片间隙，从而增加与汇流盘焊接的稳定性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种多极耳电芯的制作工艺，包括以下步骤：
S1、将设置在包含多个正极极片和负极极片的极片组两端的所述正极全极耳和所述负极全极耳进行激光模切，以形成分别具有多个极耳单体的正极多极耳和负极多极耳，所述激光模切的切割线为一组相互平行的倾斜直线，每一所述倾斜直线与所述极片组的第一中轴线a的夹角均为β，所述极耳单体的形状为平行四边形；
S2、将激光模切后的所述极片组卷绕成型，以形成电芯；
S3、沿所述电芯的轴线方向将所述正极多极耳和所述负极多极耳揉平。
作为优选地，所述倾斜直线与所述极片组的第一中轴线a的夹角β为30°-45°。
作为优选地，两个相邻所述极耳单体之间的间隔在垂直于所述切割线的方向上的宽度b为0.10mm-0.20mm。
作为优选地，单个所述极耳单体在平行于第一中轴线a上的宽度c为5.0mm-10.0mm。
作为优选地，所述正极多极耳和所述负极多极耳的揉平方式为机械揉平。
作为优选地，所述正极多极耳和所述负极多极耳在机械揉平时，揉平转子与所述极耳单体的接触处的旋转切线方向为第一方向，所述极耳单体斜边的固定端到自由端的倾斜方向为第二方向，所述第一方向和所述第二方向的夹角为锐角。
作为优选地，所述正极多极耳和所述负极多极耳的揉平方式为超声揉平。
作为优选地，所述正极多极耳和所述负极多极耳的揉平方式为机械揉平与超声揉平相结合。
作为优选地，所述超声揉平的揉平焊齿的截面形状为半圆形。
本发明的另一个目的在于提供一种多极耳电芯，该多极耳电芯在与电池外壳组装时，不易刮伤电池外壳的内壁，并且能够与汇流盘稳定焊接。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种多极耳电芯，采用上述的多极耳电芯的制作工艺制作。
有益效果：
本发明将正极全极耳及负极全极耳模切成多个平行四边形的极耳单体，不仅能够在揉平过程中杜绝极片外翻，在与电池外壳组装时，不易刮伤电池外壳的内壁；且能够减少金属屑的产生，避免金属屑残留在电池内部造成电池短路或接触不良；以及减小揉平后的极片间隙，从而增加与汇流盘焊接的稳定性，不容易导致焊穿。
附图说明
图1是本发明提供的多极耳电芯的制作工艺的流程图；
图2是本发明提供的未模切的极片组示意图；
图3是本发明提供的模切后的极片组示意图；
图4是图3的局部放大图；
图5是本发明提供的卷绕后的电芯示意图；
图6是本发明提供的机械揉平的方向示意图；
图7是本发明提供的机械揉平头转子转动方向示意图；
图8是本发明提供的揉平后的电芯示意图。
图中：1、正极全极耳；2、负极全极耳；3、正负极材料区；11、正极多极耳；21、负极多极耳。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
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。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
本发明公开了一种多极耳电芯的制作工艺。图2为尚未进行激光模切的极片组的示意图，其中，极片组包括正极极片、负极极片和隔膜，隔膜设置在每两个相邻的正极极片和负极极片之间。极片中间区域为涂布浆料后的正负极材料区3，正负极材料区3上下两侧边缘为预留的未涂浆料区域，形成正极全极耳1和负极全极耳2。
图1为本发明提供的多极耳电芯的制作工艺流程图。具体地，多极耳电芯的制作工艺包括如下步骤：首先，采用激光模切机将设置在包含多个正极极片和负极极片的极片组两端的正极全极耳1和负极全极耳2进行激光模切，模切后上下区域形成了分别具有多个极耳单体的正极多极耳11和负极多极耳21，激光模切的切割线为一组相互平行的倾斜直线，每一条倾斜直线与极片的第一中轴线a之间的夹角均为β；可以理解的是，除位于正极多极耳11和负极多极耳21两端的个别极耳单体外，中段大部分极耳单体的形状均为相同的平行四边形，模切后的极片组具体如图3所示。然后，将激光模切后的极片卷绕成型，以形成电芯100，电芯100如图5所示。最后，如图6所示，沿电芯100的轴线方向将正极多极耳11和负极多极耳21揉平。
相较于全极耳，多极耳在卷绕揉平之后，极片间不易产生间隙，在与汇流盘焊接时，焊接制程稳定，从而能够降低焊穿概率。另外，平行四边形的极耳单体相较于矩形极耳单体在进行揉平时，金属间约束力更小，能够有效杜绝极耳边缘外翻，减少金属屑的产生，从而避免了外翻的极耳边缘刮伤电池外壳内壁，同时避免了金属屑残留在电池内部造成电池短路，导致电池的生产合格率下降。
在本实施例中，所用激光模切机的激光功率为100W，切割速度为20m/s，模切走带速度为20m/min。在其他实施例中，相关参数可以根据实际情况进行调整。
如图4所示，为进一步杜绝极耳边缘外翻，以及减少金属屑的产生，激光模切的切割线的方向与极片组的第一中轴线的夹角β可以设置为30°-45°，例如，β可以为30°、34°、42°、45°等；两个相邻的极耳单体之间具有一定间隔，能够有效减小金属间的约束力，相邻极耳单体之间的间隔在垂直于切割线的方向上的宽度b为0.10mm-0.20mm，例如b可以为0.10mm、0.15mm、0.20mm等；单个极耳单体在平行于第一中轴线a上的宽度c为5.0mm-10.0mm，例如c可以为5.0mm、7.0mm、8.0mm、10.0mm等。若宽度c过小，模切的次数增加，会延长生产周期；若宽度c过大，难以保证减小金属件约束力的效果。可以理解，在其他实施方式中，夹角β、宽度b和宽度c可以是其他的合适大小，每个极耳单体的宽度c可以是相等的，也可以是不等的。
极片组的卷绕采用全自动卷绕机，卷绕速度约为300mm/s。全自动卷绕机采用交流伺服电机驱动，生产效率高，容易保养，能够实现放卷、纠偏、输出电芯100的自动化，操作方便。如图5所示，卷绕后的极耳在端面呈螺旋状分布，且所有极耳单体的自由端位于同一平面上。沿中轴线方向对电芯100的极耳进行揉平至标准尺寸。
可选地，正极多极耳11和负极多极耳21的揉平方式可以采用机械揉平头进行揉平，机械揉平头包括旋转盘和多个揉平转子，多个揉平转子安装在旋转盘的一侧的端面上，旋转盘旋转时，带动揉平转子旋转并挤压电芯100的正极多极耳11上端面和负极多极耳21的下端面，从而将正极多极耳11和负极多极耳21的端面揉平，挤压的方向如图6所示。在本实施例中，机械揉平的揉平转子的转速约为3000r/min，揉平过程大约5秒。机械揉平后的电芯，端面平整，翻边与毛刺现象减少，便于后续与汇流盘进行焊接。
进一步地，如图7所示，揉平转子与极耳单体接触处的旋转切线方向为第一方向d，极耳单体斜边的固定端到自由端的倾斜方向为第二方向e，第一方向d和第二方向e的夹角为锐角。当第一方向d和第二方向e的夹角为锐角时，揉平转子在转动过程中，揉平转子的旋转切线方向基本顺着极耳单体斜边端的倾斜方向。以图7的情形为例，极耳单体斜边的固定端到自由端向右倾斜，揉平转子的旋转切线方向也是向右的，揉平过程中不会对极耳单体的边缘产生向左的切向力，所以能够进一步减少极片的边缘出现翻边现象，避免了极耳翻边刮伤电池外壳的内壁，同时，减少金属屑的产生，避免了金属屑残留在电池内部造成电池短路。
可选地，揉平方式也可以是超声揉平，超声揉平是采用超声波揉平头利用超声振动的方式对电芯100的极耳端面进行揉平处理，揉平效率高。在本实施例中，超声功率约200W，揉平过程大约0.5s，相对于机械揉平，超声揉平可以将生产效率提高10倍。
进一步地，还可以采用机械揉平与超声揉平相结合的方式对电芯100进行揉平。先将正极多极耳11进行超声揉平，使正极多极耳11揉平至固定深度，再对经超声揉平的正极多极耳11进行机械揉平，负极多极耳21采用同样的方式进行揉平，揉平深度根据所要求的工艺标准进行设置。单独采用超声揉平，容易造成极耳端面不平整的现象，而单独采用机械揉平，生产效率低，采用先进行超声揉平，再进行机械揉平的组合揉平方式，弥补了只进行超声揉平所导致的端面不平整的现象，降低了因端面不平整造成的焊接时的虚焊或焊穿现象，提升与汇流盘焊接时的焊接质量，在保证极耳端面平整的同时，一定程度上提高生产效率。本实施例中的机械揉平头和超声揉平头均为现有产品，进给行程均通过伺服电机进行控制。
揉平后的电芯如图8所示。可选地，在本实施例中，采用焊齿截面形状为半圆形的超声揉平头，可以进一步减少金属屑的产生。在其他实施例中，还可以采用焊齿截面形状为锯齿形的超声揉平头。
本发明还提出一种多极耳电芯，由上述的多极耳电芯的制作工艺制成。
该多极耳电芯在与电池外壳组装时，不易刮伤电池外壳的内壁；金属屑不易残留在电池内部造成电池短路或接触不良，提高了电池的合格率；由于极片间隙较小，在与汇流盘焊接时，焊接制程稳定，不容易导致虚焊或焊穿，提高了焊接质量。
显然，本发明的上述实施方式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，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。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)
1.一种多极耳电芯的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将设置在包含多个正极极片和负极极片的极片组两端的正极全极耳(1)和负极全极耳(2)进行激光模切，以形成分别具有多个极耳单体的正极多极耳(11)和负极多极耳(21)，所述激光模切的切割线为一组相互平行的倾斜直线，每一所述倾斜直线与所述极片组的第一中轴线a的夹角均为β，所述极耳单体的形状为平行四边形；
S2、将激光模切后的所述极片组卷绕成型，以形成电芯(100)；
S3、沿所述电芯(100)的轴线方向将所述正极多极耳(11)和所述负极多极耳(21)揉平。
2.根据权利要求1所述的多极耳电芯的制作工艺，其特征在于，所述倾斜直线与所述极片组的第一中轴线a的夹角β为30°-45°。
3.根据权利要求1所述的多极耳电芯的制作工艺，其特征在于，两个相邻所述极耳单体之间的间隔在垂直于所述切割线的方向上的宽度b为0.10mm-0.20mm。
4.根据权利要求1所述的多极耳电芯的制作工艺，其特征在于，单个所述极耳单体在平行于第一中轴线a上的宽度c为5.0mm-10.0mm。
5.根据权利要求1所述的多极耳电芯的制作工艺，其特征在于，所述正极多极耳(11)和所述负极多极耳(21)的揉平方式为机械揉平。
6.根据权利要求5所述的多极耳电芯的制作工艺，其特征在于，揉平转子与所述极耳单体的接触处的旋转切线方向为第一方向，所述极耳单体斜边的固定端到自由端的倾斜方向为第二方向，所述第一方向和所述第二方向的夹角为锐角。
7.根据权利要求1所述的多极耳电芯的制作工艺，其特征在于，所述正极多极耳(11)和所述负极多极耳(21)的揉平方式为超声揉平。
8.根据权利要求1所述的多极耳电芯的制作工艺，其特征在于，所述正极多极耳(11)和所述负极多极耳(21)的揉平方式为机械揉平与超声揉平相结合。
9.根据权利要求7或8所述的多极耳电芯的制作工艺，其特征在于，所述超声揉平的揉平焊齿的截面形状为半圆形。
10.一种多极耳电芯，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的多极耳电芯的制作工艺制作。
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