CN114050326B - 一种圆柱锂离子电池电芯极耳加工方法 - Google Patents

一种圆柱锂离子电池电芯极耳加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电池加工技术领域，且公开了一种圆柱锂离子电池电芯极耳加工方法，包括全极耳圆柱卷芯，且全极耳圆柱卷芯内部包含有正极极耳与负极极耳、正极片、负极片、隔膜及收尾终止胶，正极极耳与负极极耳是由正负极集流体均伸出隔膜一定长度所组成，该圆柱锂离子电池电芯极耳加工方法具体操作步骤如下：S1、将正极极耳与负极极耳放置在折叠机构中进行折叠并定型。本专利在卷绕机极片过辊机构中增加极耳折弯机构，将单层极耳折叠成双层，可以起到增厚、加固和支撑的作用，极耳折叠成双层后厚度增加，可防止焊穿或焊不上；利用极片自身极耳折叠来增加极耳强度和厚度，能节约成本、简化制造过程，避免引入金属粉尘等。

Description

一种圆柱锂离子电池电芯极耳加工方法
技术领域
本发明属于电池加工技术领域，具体是一种圆柱锂离子电池电芯极耳加工方法。
背景技术
全极耳圆柱电芯与传统单个极耳的圆柱电芯比，具有一系列优势：可以实现15min内充电至80%电量；功率高因此PACK数量少，结构简单使得整车成本且降低；大电流充放电发热量仅为传统圆柱电池的20%，电池寿命增加。
全极耳除了显著优势外，极耳的整合收集是一个难点，不解决无法实现连续批量化生产。揉平和Tesla的切叠极耳法的电芯两端端面极耳接触密实，电芯处于近似封闭状态，存在注液浸润困难问题；采用多极耳可实现类似方形电芯极耳整合的方式，能解决注液渗透问题，但在圆柱电芯上，在电芯周长方向角度变化大，极耳对齐度无法做到。
若极耳不进行整合收集，在压紧集流盘进行激光点焊时，因极耳箔材厚度薄，起不到支撑作用，压力过大可能对电极材料涂层造成破坏，压力较小时，极耳间无法紧密接触，容易焊穿或焊不上。因此急需一种方法实现全极耳圆柱极耳收集的同时，极耳端面疏松多孔，给电解液渗透进入电芯提供通道，以便实现注液批量化生产。
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，本发明提供了一种圆柱锂离子电池电芯极耳加工方法，本专利在卷绕机极片过辊机构中增加极耳折叠机构，将单层极耳折叠成双层，卷绕后无需揉平直接压紧集流盘进行激光焊接，折叠后极耳厚度增加，可以起到加固和支撑的作用，厚度增加也能防止焊穿或焊不上，在未激光焊接位置，极耳间接触疏松，留有大量间隙和通道，有利于注液时电解液快速渗透进入电芯内部，大大缩短注液时间，解决注液批量化困难问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种圆柱锂离子电池电芯极耳加工方法，包括全极耳圆柱卷芯，且全极耳圆柱卷芯内部包含有正极极耳与负极极耳、正极片、负极片、隔膜及收尾终止胶，正极极耳与负极极耳是由正负极集流体均伸出隔膜一定长度所组成，该圆柱锂离子电池电芯极耳加工方法具体操作步骤如下：
S1、将正极极耳与负极极耳放置在折叠机构中进行折叠并定型；
S2、极耳折叠后的正/负极片输送至卷绕工位，由正/负极片、隔膜共同卷绕成折叠全极耳圆柱电芯；
S3、卷绕后的电芯进行集流盘焊接，电芯竖直放置，将集流盘压紧在极耳端面上进行激光焊接。
S4、激光焊接集流盘后的电芯进行后续铝壳与盖板的密封激光焊接、或钢壳封口等制作，经电芯烘烤后进行注液，因极耳间存在大量孔隙和通道，电解液能快速渗透进入电芯内部。
作为本发明的一种优选技术方案，S1步骤中折叠机构是由放卷轴、第一过辊、大直径过辊、第一浮辊、极耳整形辊、第二过辊与第二浮辊组成，大直径过辊对极片起支撑与转移作用，直径较大可增加与极片的接触面积，有利于折叠后的极耳定型；第一浮辊不接触极片表面，起限定极耳折叠宽度和辅助定型的作用，且第一浮辊与极耳整形辊同轴转动且方向相同，极耳整形辊与大直径过辊同向转动，使极耳在向前输送过程中产生折叠并在大直径过辊上定型，上述结构中的辊均采用伺服电机控制转动；
将正/负极片缠绕收卷为正/负极卷，随后将其放置在放卷轴的中部，随后人工将卷片与极耳穿过第一过辊下方，随后再将二者引导穿过第一浮辊、极耳整形辊（第一浮辊、极耳整形辊处于同一高度）与大直径过辊的中间，此时极片与极耳被折叠，折叠后的二者穿过第二浮辊与第二过辊的间隙。
作为本发明的一种优选技术方案，经过S1步骤折叠处理后的极耳边缘距离极片电极材料涂层≥1.0mm，卷绕后正极极耳高度1.5～2.5mm，负极极耳高度2～3mm。
作为本发明的一种优选技术方案，正/负极片由集流体、附着在集流体两侧表面的电极材料组成，电极材料被涂覆在集流体表面烘干后经过一次或多次轧制压实，或预制的薄膜电极材料被压到集流体表面，形成接触紧密、粘结牢固的极片；正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔；电极材料由活性物质、导电剂、粘结剂组成，正极所用活性物质为三元材料、磷酸铁锂、锰酸锂等锂离子电池常用正极材料；负极所用活性物质为石墨、碳微球等锂离子电池常用负极材料；极耳上紧挨电极材料层涂覆有绝缘层。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本专利在卷绕机极片过辊机构中增加极耳折叠机构，将单层极耳折叠成双层，可以起到增厚、加固和支撑的作用，卷绕后无需揉平直接压紧集流盘进行激光焊接，极耳折叠后厚度增加，可防止焊穿或焊不上；在未激光点焊位置，极耳间接触疏松，留有大量间隙和通道，有利于烘烤时电芯内部水分蒸发逸出，也有利于注液时电解液快速渗透进入电芯内部，大大缩短注液时间，解决注液批量化困难问题；利用极片自身极耳折叠来增加极耳强度和厚度，能节约成本、简化制造过程，避免引入金属粉尘等。
附图说明
图1为本发明电极材料卷绕过程示意图；
图2为本发明折叠极耳后正极片示意图；
图3为本发明折叠极耳后负极片示意图；
图4为本发明极耳折叠机构示意图；
图5为本发明全极耳卷芯示意图；
图6为本发明激光点焊及封装后电芯剖面示意图。
图中：1、电芯本体；2、正极极耳；3、负极极耳；4、隔膜；5、负极片电极材料涂层区域；6、正极片电极材料涂层区域；7、集流体；8、正/负极卷；9、放卷轴；10、第一过辊；11、极耳整形辊；12、大直径过辊；13、第一浮辊；14、第二过辊；15、第二浮辊；16、卷绕卷芯。
具体实施方式
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，本领域普通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。
本申请提出了一种圆柱锂离子电池电芯极耳加工方法，具体实施例内容如下：
1）全极耳圆柱卷芯由正极片、负极片、隔膜4及收尾终止胶组成，正负极集流体7均伸出隔膜4一定长度，称为正极极耳2和负极极耳3，如图1所示；
2）在卷绕机极片过辊机构中增加极耳折叠机构，将正/负极片极耳由单层折叠成双层；折叠后的极耳边缘距离极片电极材料涂层L1、L2≥1.0mm，如图2、3所示；
3）折叠机构由大直径过辊12、第一浮辊13和极耳整形辊11组成，大直径过辊12起支撑和转移极片的作用，直径较大可增加与极片的接触面积，有利于折叠后的极耳定型；第一浮辊13不接触极片表面，起限定极耳折叠宽度和辅助定型的作用，与极耳整形辊11同轴转动；极耳整形辊11与大直径过辊12同向转动，使极耳在向前输送过程中产生折叠并在大直径过辊12上定型，辊端面棱角打磨光滑，表面镀特氟龙，不会对极耳造成划痕；如图4所示；
4）正/负极片由集流体7、附着在集流体两侧表面的电极材料组成，电极材料被涂覆在集流体7表面烘干后经过一次或多次轧制压实，或预制的薄膜电极材料被压到集流体7表面，形成接触紧密、粘结牢固的极片；正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔；电极材料由活性物质、导电剂、粘结剂组成，正极所用活性物质为三元材料、磷酸铁锂、锰酸锂等锂离子电池常用正极材料；负极所用活性物质为石墨、碳微球等锂离子电池常用负极材料；可在极耳上紧挨电极材料层涂覆一层绝缘层，可提高电芯安全性能，本专利不再做具体说明。
5）极耳折叠后的正/负极片输送至卷绕工位，由正/负极片、隔膜4共同卷绕成折叠全极耳圆柱电芯；卷绕后正极极耳2高度L3为1.5～2.5mm，负极极耳3高度L4为2～3mm；如图5所示；
6）卷绕后的电芯进行集流盘焊接，电芯竖直放置，将集流盘压紧在极耳端面上进行激光焊接；
7）激光焊接集流盘后的钢壳电芯进行入壳、点底焊、盖帽焊接等完成封装；铝壳电芯进行盒盖、壳盖激光密封焊完成封装；封装后电芯经电芯烘烤后进行注液，因极耳间存在大量孔隙和通道，电解液能快速渗透进入电芯内部。如图6所示，以钢壳电芯剖面图作为示例；
该折叠极耳增加极耳厚度、强度的方式，极耳厚度增加能承受较大压力，集流盘可以压紧极耳端，且极耳厚度增加，均能有效避免焊穿或焊不上；有利于注液时电解液快速渗透进入电芯内部，大大缩短注液时间，解决注液批量化困难问题；利用极片自身极耳折叠来增加极耳强度和厚度，能节约成本、简化制造过程，避免引入金属粉尘等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种圆柱锂离子电池电芯极耳加工方法，包括全极耳圆柱卷芯，且全极耳圆柱卷芯内部包含有正极极耳与负极极耳、正极片、负极片、隔膜及收尾终止胶，正极极耳与负极极耳是由正负极集流体均伸出隔膜一定长度所组成，其特征在于：该圆柱锂离子电池电芯极耳加工方法具体操作步骤如下：
S1、将正极极耳与负极极耳放置在折叠机构中进行折叠并定型；
S2、极耳折叠后的正/负极片输送至卷绕工位，由正/负极片、隔膜共同卷绕成折叠全极耳圆柱电芯；
S3、卷绕后的电芯进行集流盘焊接，电芯竖直放置，将集流盘压紧在极耳端面上进行激光焊接；
S4、激光焊接集流盘后的电芯进行后续铝壳与盖板的密封激光焊接或钢壳封口制作，经电芯烘烤后进行注液，因极耳间存在大量孔隙和通道，电解液能快速渗透进入电芯内部；
S1步骤中折叠机构是由放卷轴、第一过辊、大直径过辊、第一浮辊、极耳整形辊、第二过辊与第二浮辊组成，大直径过辊对极片起支撑与转移作用，第一浮辊不接触极片表面，且第一浮辊与极耳整形辊同轴转动且方向相同，极耳整形辊与大直径过辊同向转动。
2.根据权利要求1的一种圆柱锂离子电池电芯极耳加工方法，其特征在于：经过S1步骤折叠处理后的极耳边缘距离极片电极材料涂层≥1.0mm，卷绕后正极极耳高度1.5～2.5mm，负极极耳高度2～3mm。
3.根据权利要求1的一种圆柱锂离子电池电芯极耳加工方法，其特征在于：正/负极片由集流体、附着在集流体两侧表面的电极材料组成，电极材料被涂覆在集流体表面烘干后经过一次或多次轧制压实，或预制的薄膜电极材料被压到集流体表面，形成接触紧密、粘结牢固的极片；正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔；电极材料由活性物质、导电剂、粘结剂组成，正极所用活性物质为三元材料、磷酸铁锂或锰酸锂；负极所用活性物质为石墨或碳微球；极耳上紧挨电极材料层涂覆有绝缘层。
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