CN113904001A - 一种锂离子电池卷芯加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池卷芯加工方法，包括以下步骤：碾压：负极片涂布后用热压辊进行碾压，得到碾压负极片；模切：在碾压负极片的空箔区模切出多个极耳，得到多极耳负极片；烘烤：将所述多极耳负极片进行烘烤，得到烘烤负极片；卷绕：卷绕机设置为张力线性衰减，将所述烘烤负极片、正极片以及隔膜上机卷绕，即得卷芯。对负极片进行模切处理后再进行烘烤，能消除极耳根部模切时产生的应力，减少该区域形变，负极片厚度反弹得以控制在4‑6％以内；变张力卷绕，能够避免卷芯外松内紧，消除S芯、凹凸芯等异常状态。

Description

一种锂离子电池卷芯加工方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体是一种锂离子电池卷芯加工方法。
背景技术
锂离子电池因其能量密度高，循环寿命长无记忆效应以及绿色环保的优点，已取代铅酸电池广泛应用在新能源汽车领域。制备锂离子电池需经过多道工序，主要包括极片碾压、极片模切、组装、烘烤、注液等工序。其中，极片碾压后达到一定的压实密度，对减少极片厚度、减少界面阻抗和增加极片粘附力具有重要作用，同时对锂离子电池能量密度提升非常重要。目前，负极片一般进行一次碾压，碾压后的负极片在烘烤后注液前容易反弹导致壳内卷芯扭曲变形，增加卷芯厚度及铝壳变形度；后期在充电后变形度增加直接导致卷芯增厚，影响后续pack端使用。基于上述不足，需要找出一种能在卷芯烘烤前使负极片内应力释放促使厚度稳定的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种锂离子电池卷芯加工方法，以解决上述背景技术中提出的卷芯注液后烘烤易发生扭曲变形的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种锂离子电池卷芯加工方法，包括以下步骤：
(1)碾压：负极片涂布后用热压辊进行碾压，得到碾压负极片；
(2)模切：在碾压负极片的空箔区模切出多个极耳，得到多极耳负极片；
(3)烘烤：将所述多极耳负极片进行烘烤，得到烘烤负极片；
(4)卷绕：卷绕机设置为张力线性衰减，将所述烘烤负极片、隔膜以及正极片上机卷绕，即得卷芯。
作为本发明进一步的方案：步骤(1)中，所述热压辊的碾压温度为60-90℃，走带速度为30-60m/min。
作为本发明进一步的方案：步骤(3)中，所述烘烤时间为12-24h，烘烤温度为50-70℃，真空度为50-300Pa。
作为本发明进一步的方案：步骤(4)中，所述张力调整具体为：控制施加在正极片、隔膜、烘烤负极片上的张力独立进行多次衰减；正极片张力衰减为2～6g/5圈；负极片的张力衰减为2～6g/5圈；隔膜的张力衰减为2～6g/5圈。
作为本发明进一步的方案：卷绕过程中，施加在正极片上的初始张力不大于600g；施加在烘烤负极片上的初始张力不大于600g；施加在隔膜上的初始张力不大于250g。
作为本发明进一步的方案：步骤(1)中，所述热压辊的碾压压力为30-60T。
作为本发明进一步的方案：步骤(3)中，所述烘烤真空度为50-300Pa。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明首先通过高速热压，碾压负极片至目标厚度，可以使负极片快速达到设定压实密度。热压辊高温碾压时，负极片呈熔融状态，增加负极片中活性物质与流体之间的粘合力，负极片中水分得以部分去除，可减少负极片碾压产生的内应力释放的不良影响。
2、模切后的负极片的极耳根部区域易产生较大的内应力，该内应力在紧接着的负极片烘烤过程中得以释放，烘烤还进一步去除了负极片中的水分，使负极片在高温环境下充分反弹，起到定型作用，避免在后续卷芯烘烤阶段发生二次反弹，将卷芯烘烤阶段的负极片反弹率控制在4-6％以内。
3、本发明进行变张力卷绕，能够避免卷芯外松内紧，消除S芯、凹凸芯等异常状态，卷芯烘烤后实测卷芯中负极基本无反弹，卷芯无变形。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
在以下实施例中，一种锂离子电池卷芯加工方法，包括以下步骤：
(1)碾压：负极片涂布后用热压辊进行碾压，得到碾压负极片；高速碾压负极片至目标厚度，可以使负极片快速达到设定压实密度，负极片在高温情况下呈熔融状态，增加负极片中活性物质与流体之间的粘合力，负极片中水分得以部分去除，可减少负极片碾压产生的内应力释放的不良影响。
(2)模切：在碾压负极片的空箔区模切出多个极耳，得到多极耳负极片，其极耳根部区域易产生内应力。
(3)烘烤：将所述多极耳负极片进行烘烤，得到烘烤负极片；烘烤使负极片软化，可释放负极片的极耳根部区域的内应力。
(4)卷绕：卷绕机设置为张力线性衰减，将所述烘烤负极片、隔膜以及正极片上机卷绕，即得卷芯。张力衰减变化，能够避免卷芯外松内紧，消除S芯、凹凸芯等异常状态。
需要说明的是，在步骤(4)之后还有卷芯烘烤步骤，负极片及极耳根部的内应力在步骤(3)烘烤后被消除，使卷芯烘烤变形的情况大幅降低。
实施例1：
S1：将热压辊加热至70℃，压力设定为40T，然后将涂布后的负极片以30m/min的速度通过热压辊进行碾压，碾压至具有目标厚度的碾压负极片；
S2：将所述碾压负极片负极片进行模切处理，在碾压负极片的空箔区模切出多个极耳，得到多极耳负极片；
S3：将多极耳负极片在50℃下烘烤12h，真空度设定为50Pa，得到烘烤负极片；
S4：将烘烤负极片与隔膜以及正极片上机卷绕，设定卷绕机初始张力值：正极片600g，负极片600g，隔膜250g；张力递减系数：正极片、负极片均为2g/5圈，隔膜为2g/5圈，即得卷芯1。
测量本实施例中负极片碾压厚度，负极片烘烤后的厚度及卷芯烘烤后负极片厚度，结果参见表1。
实施例2：
S1：将热压辊加热至60℃，压力设定为50T，然后将涂布后的负极片以60m/min的速度通过热压辊进行碾压，碾压至具有目标厚度的碾压负极片；
S2：将所述碾压负极片进行模切处理，在碾压负极片的空箔区模切出多个极耳，得到多极耳负极片；
S3：将多极耳负极片在70℃下烘烤24h，真空度设定为100Pa，得到烘烤负极片；
S4：将烘烤负极片与隔膜以及正极片上机卷绕，设定卷绕机初始张力值：正极片500g，负极片500g，隔膜200g；张力递减系数：正极片、负极片均为4g/5圈，隔膜为4g/5圈，即得卷芯2。
测量本实施例中负极片碾压厚度，负极片烘烤后的厚度及卷芯烘烤后负极片厚度，结果参见表1。
实施例3：
S1：将热压辊加热至90℃，压力设定为30T，然后将涂布后的负极片以50m/min的速度通过热压辊进行碾压，碾压至具有目标厚度的碾压负极片；
S2：将所述碾压负极片进行模切处理，在碾压负极片的空箔区模切出多个极耳，得到多极耳负极片；
S3：将多极耳负极片在60℃下烘烤18h，得到烘烤负极片；
S4：将烘烤负极片与隔膜以及正极片上机卷绕，设定卷绕机初始张力值：正极片300g，负极片300g，隔膜100g；张力递减系数：正极片、负极片均为6g/5圈，隔膜为3g/5圈，即得卷芯3。
测量本实施例中负极片碾压厚度，负极片烘烤后的厚度及卷芯烘烤后负极片厚度，结果参见表1。
实施例4：
S1：将热压辊加热至85℃，压力设定为35T，然后将涂布后的负极片以60m/min的速度通过热压辊进行碾压，碾压至具有目标厚度的碾压负极片；
S2：将所述碾压负极片进行模切处理，在碾压负极片的空箔区模切出多个极耳，得到多极耳负极片；
S3：将多极耳负极片在60℃下烘烤16h，得到烘烤负极片；
S4：将烘烤负极片与隔膜以及正极片上机卷绕，设定卷绕机初始张力值：正极片500g，负极片500g，隔膜200g；张力递减系数：正极片、负极片均为6g/5圈，隔膜为3g/5圈，即得卷芯4。
测量本实施例中负极片碾压厚度，负极片烘烤后的厚度及卷芯烘烤后负极片厚度，结果参见表1。
对比例1
S1：将热压辊加热至60℃，压力设定为50T，然后将涂布后的负极片以60m/min的速度通过热压辊进行碾压，碾压至具有目标厚度的碾压负极片；
S2：将所述碾压负极片进行模切处理，在碾压负极片的空箔区模切出多个极耳，得到多极耳负极片；
S3：将多极耳负极片负极片在70℃下烘烤24h，得到烘烤负极片；
S4：将烘烤负极片与隔膜以及正极片上机卷绕，设定卷绕机恒定张力值：正极片500g，负极片500g，隔膜200g，即得对比卷芯1。
测量本实施例中负极片碾压厚度，负极片烘烤后的厚度及卷芯烘烤后负极片厚度，结果参见表1。
对比例2：
S1：将热压辊加热至60℃，压力设定为50T，然后将涂布后的负极片以60m/min的速度通过热压辊进行碾压，碾压至具有目标厚度的碾压负极片；
S2：将碾压负极片在70℃下烘烤24h，得到烘烤负极片；
S3：将所述烘烤负极片进行模切处理，在烘烤负极片的空箔区模切出多个极耳，得到多极耳负极片；
S4：将烘烤负极片与隔膜以及正极片上机卷绕，设定卷绕机初始张力值：正极片500g，负极片500g，隔膜200g；张力递减系数：正极片、负极片均为4g/5圈，隔膜为4g/5圈，即得对比卷芯2。
测量本实施例中负极片碾压厚度，负极片烘烤后的厚度及卷芯烘烤后负极片厚度，结果参见表1。
将实施例制得的卷芯1-4和对比例1-2制得的卷芯烘烤，目测并记录卷芯卷绕后以及烘烤后的平整度，以1-10级评估其平整度优劣，级数越高表示卷芯平整度越好；1级代表有极其不平整，有S芯或凹凸芯，10级代表卷芯层层紧密，外表十分光滑平整，结果计入表1。
表1
Figure BDA0003282789540000061
Figure BDA0003282789540000071
注：实施例1-4及对比例1-2中负极片厚度反弹率的计算公式为：负极片烘烤后反弹率E1＝|T1-T0|/T0*100％；卷芯烘烤后负极片反弹率E2＝|T2-T0|/T0*100％。
从表1可以看出采用该方法：
实施例2中电芯烘烤后负极片厚度T2无增加，卷芯平整度在烘烤中无下降。其它三组实施例中平整度2不同程度下降(与平整度1相比)，分析原因为烘烤负极片厚度T1未能充分反弹导致在电芯烘烤后二次反弹，造成电芯烘烤后卷芯扭曲。
对比例1虽然烘烤负极片厚度T1达到最大值，但由于未采用变张力卷绕方案导致电芯卷芯扭曲。
对比例2中卷芯烘烤后负极片厚度T2比烘烤前厚度T1大，说明卷芯烘烤已变厚；由于步骤S2、S3顺序调换，极耳箔材交界处造成打皱也会对卷芯平整度2造成下降。
综上所述采用合理工艺方案(例如实施例2)可最大限度减少卷芯在烘烤中的扭曲变形。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种锂离子电池卷芯加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)碾压：负极片涂布后用热压辊进行碾压，得到碾压负极片；
(2)模切：在碾压负极片的空箔区模切出多个极耳，得到多极耳负极片；
(3)烘烤：将所述多极耳负极片进行烘烤，得到烘烤负极片；
(4)卷绕：卷绕机设置为张力线性衰减，将所述烘烤负极片、隔膜以及正极片上机卷绕，即得卷芯。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤(1)中，所述热压辊的碾压温度为60-90℃，走带速度为30-60m/min。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤(3)中，所述烘烤时间为12-24h，烘烤温度为50-70℃，真空度为50-300Pa。
4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤(4)中，所述张力调整具体为：控制施加在正极片、隔膜、烘烤负极片上的张力独立进行多次衰减；正极片张力衰减为2～6g/5圈；负极片的张力衰减为2～6g/5圈；隔膜的张力衰减为2～6g/5圈。
5.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，卷绕过程中，施加在正极片上的初始张力不大于600g；施加在烘烤负极片上的初始张力不大于600g；施加在隔膜上的初始张力不大于250g。
6.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤(1)中，所述热压辊的碾压压力为30-60T。
7.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，步骤(3)中，所述烘烤真空度为50-300Pa。
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