CN114242952A - 一种锂离子电池电极极片成型方法及成型装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池电极极片成型方法。所述锂离子电池电极极片成型方法，包括如下步骤：S1、采用两个关于电极极片对称的模轧压框对涂布区的待切区域进行模轧，所述模轧压框的形状与单个电极极片的待切区域形状适配，使得模轧后的电极极片最小厚度为d±1μm，d为集流体的厚度；S2、对极耳轮廓以及模轧后的待切区域进行激光模切，完成电极极片成型。本发明提供的锂离子电池电极极片成型方法，能够大幅降低高温对活性物的性能影响，减少焊渣和掉粉，避免产生毛刺，从而提高了锂电池的安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池电极极片成型方法。
背景技术
近年来，随着便携电子设备的广泛普及以及新能源汽车等移动交通工具的迅猛发展，锂离子电池的安全受到越来越多的重视。造成安全隐患的因素有很多，其中在电极极片模切时引入的毛刺、异物等会造成内短路风险，进一步引发热失控、起火爆炸等安全事故，危及人身财产安全。电极极片模切时是否产生毛刺、异物，主要跟模切方法有关。
电极极片包括集流体，集流体分为涂布区和外露区，外露区设有极耳，涂布区是在集流体的两面涂覆活性物形成。模切时，需要沿着涂布区的待切区域和极耳的轮廓进行切割，最后形成多块极片。现有电极极片模切主要采用五金模切和激光模切两种方式。五金模切是采用五金刀具对电极极片进行切割，电极极片切面中集流体部分受模切刀具锋利度等的影响，会产生毛刺和金属异物；电极极片切面中活性物部分表面粗糙，不平整，易造成活性物掉粉。激光模切是采用激光直接对电极极片进行切割，激光模切能够避免毛刺和掉粉，但是激光模切涂敷的活性物时，产生的局部高温会对活性物的性能造成影响，且活性物厚度较厚，激光模切所需功率较大，对活性物的结构破坏更大，容易产生焊渣。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中电极极片模切存在毛边、掉粉、熔渣的缺陷，从而提供一种锂离子电池电极极片成型方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种锂离子电池电极极片成型方法，包括如下步骤：
S1、采用两个关于电极极片对称的模轧压框对涂布区的待切区域进行模轧，所述模轧压框的形状与单个电极极片的待切区域形状适配，使得模轧后的电极极片最小厚度为d±1μm，d为集流体的厚度；
S2、对极耳轮廓以及模轧后的待切区域进行激光模切，完成电极极片成型。
可选的，在步骤S1中，所述模轧压框适于接触电极极片的端部在对应待切区域宽度方向上的截面轮廓为椭圆弧，所述椭圆弧关于竖直面对称且其弧长小于对应椭圆周长的1/2，所述椭圆弧的高度大于所述椭圆弧宽度的1/2。
可选的，在步骤S1中，所述模轧压框适于接触电极极片的端部在对应待切区域宽度方向上的截面轮廓为半圆弧，所述半圆弧关于竖直面对称。
可选的，在步骤1中，所述模轧压框适于接触电极极片的端部在对应待切区域宽度方向上的截面轮廓为折线，所述折线形成等腰梯形的短边和两条腰，所述短边与电极极片平行，所述等腰梯形的高长于或等于所述短边。
可选的，在步骤S2中，所述激光模切采用的功率小于3KW。
本发明还提供一种锂离子电池电极极片成型装置，包括：
输送机构，适于输送电极极片，所述输送机构设有适于支撑电极极片且沿XY平面布置的输送面；
模轧机，位于所述输送机构一侧，其包括两个关于所述输送面对称的模轧压框，两个模轧压框可沿Z向移动；
激光切割机，位于所述输送机构一侧且位于所述模轧机在输送机构输送方向上的下游，其包括朝向所述输送面的激光头，所述激光头可沿X、Y、Z三向移动，所述激光切割机与所述模轧机同步动作。
可选的，所述模轧压框适于接触电极极片的端部在对应待切区域宽度方向上的截面轮廓为椭圆弧，所述椭圆弧关于竖直面对称且其弧长小于对应椭圆周长的1/2，所述椭圆弧的高度大于所述椭圆弧宽度的1/2。
可选的，所述模轧压框适于接触电极极片的端部在对应待切区域宽度方向上的截面轮廓为半圆弧，所述半圆弧关于竖直面对称。
可选的，所述模轧压框适于接触电极极片的端部在对应待切区域宽度方向上的截面轮廓为折线，所述折线形成等腰梯形的短边和两条腰，所述短边与电极极片平行，所述等腰梯形的高长于或等于所述短边。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的锂离子电池电极极片成型方法，将传统五金模切技术与激光模切技术进行融合，通过先进行模轧再进行激光模切的两步法完成了极片的切割。模轧会大幅削薄甚至去除待切区域涂覆在集流体上的活性物，这样在激光膜切时，大幅降低了高温对活性物的性能影响，另外，因为待切区域涂覆在集流体上的活性物的削薄，激光模切采用较小功率即可，能够减少焊渣的出现。
2.本发明提供的锂离子电池电极极片成型方法，模轧后的整个模切过程，包括涂布区的待切区域以及极耳的轮廓，皆采用激光对集流体进行模切，流体切割面较为光滑，不会产生毛刺，也避免了常规五金模切所产生的金属粉末。
3.本发明提供的锂离子电池电极极片成型方法，模轧时会将待切区域的活性物压实，最大程度的减少了敷料脱粉的现象。
4.本发明提供的锂离子电池电极极片成型方法，模轧压框适于接触电极极片的端部在对应待切区域宽度方向上的截面轮廓设为椭圆弧或圆弧或折线，切割时对切割中心的四周均匀施加力，为激光模切制造切痕，减少激光模切的厚度，压实待切区域的活性物，能够较好的实现只轧不切的功能，满足工艺需要。
5.本发明提供的锂离子电池电极极片成型装置，模轧和激光模切在同一台设备上进行，避免了极片的二次安装，提高了加工效率，保证了加工精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例待切区域分布示意图；
图2为本发明实施例模轧后端面结构示意图；
图3为本发明实施例刀锋为长球面的模轧压框结构示意图；
图4为本发明实施例刀锋为球面的模轧压框结构示意图；
图5为本发明实施例刀锋为组合面的模轧压框结构示意图；
图6为本发明实施例成型装置的结构示意图。
附图标记说明：
1、集流体；2、涂布区；21、待切区域；3、极耳；4、输送机构；5、模轧机；51、模轧压框；6、激光切割机；61、激光头。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
首先介绍下电极极片的主要结构：
参照图1，电极极片包括集流体1，集流体1分为涂布区2和外露区，外露区设有极耳3，涂布区2是在集流体1的两面涂覆活性物形成。切割时需沿着虚线进行切割。
参照图1和图2，本发明实施例提供一种锂离子电池电极极片成型方法，包括如下步骤：
S1、采用两个关于电极极片对称的模轧压框51对涂布区2的待切区域21进行模轧，模轧压框51的形状与单个电极极片的待切区域21形状适配，使得模轧后的电极极片最小厚度为d±1μm，d为集流体1的厚度。具体的，如图1所示，单个电极极片的待切区域21的形状为直角状，则也将模轧压框51设为直角状。
S2、对极耳3轮廓以及模轧后的待切区域21进行激光模切，完成电极极片成型。
本方案是将现有技术中的五金模切改进后与激光模切进行了组合。现有五金模切是采用刀具直接将电极极片切断，本发明将五金模切的刀具进行了改进，使得对电极极片进行轧制而不是切割。本方案首先通过模轧使得涂布区2待切区域21的活性物变薄，这样激光模切时，高温对活性物性能造成的影响大幅降低，并且激光切割所需功率也较低，能够避免焊渣的产生。另外，模轧能够将涂布区2待切区域21的活性物压实，减少掉粉的产生。
这里提供三种优选的模轧压框51：
第一种，参照图3，模轧压框51适于接触电极极片的端部在对应待切区域21宽度方向上的截面轮廓为椭圆弧，所述椭圆弧关于竖直面对称且其弧长小于对应椭圆周长的1/2，所述椭圆弧的高度大于所述椭圆弧宽度的1/2。如图1中所示，每个电极极片的待切区域21皆包括一条纵区和一条横区，纵区的宽度方向即为图示的左右方向，横区的宽度方向即为图示的上下方向。椭圆弧的宽度即两端点之间的距离，如图3所示，椭圆弧的高度为a，椭圆弧宽度为b，则a＞b/2。
第二种，参照图4，模轧压框51适于接触电极极片的端部在对应待切区域21宽度方向上的截面轮廓为半圆弧，半圆弧关于竖直面对称。半圆弧的高度为a，半圆弧的宽度为b，则a＝b/2。
第三种，参照图5，模轧压框51适于接触电极极片的端部在对应待切区域21宽度方向上的截面轮廓为折线，折线形成等腰梯形的短边和两条腰，所述短边与电极极片平行，所述等腰梯形的高长于或等于所述短边。如图5所示，等腰梯形的高为a，短边长为b，则a≧b。
上述三种优选的模轧压框51，具有一个共性，即横向尺寸小于或等于纵向尺寸，例如第一种结构中，a＞b/2；第二种结构中，a＝b/2；第三种结构中，a＞b。这样设置的目的在于提高模轧效率。
具体的，上述中的a值根据电极极片单面涂覆的活性物厚度决定，需使得该高度大于该厚度。
优选的，在步骤S2中，激光模切采用的功率小于3KW，避免焊渣产生。
参照图6，本发明实施例提供一种锂离子电池电极极片成型装置，包括输送机构4、模轧机5和激光切割机6。
输送机构4，适于输送电极极片，输送机构4设有适于支撑电极极片且沿XY平面布置的输送面。具体的，可采用输送带、输送辊等常用输送结构。
模轧机5，位于输送机构4一侧，其包括两个关于输送面对称的模轧压框51，两个模轧压框51可沿X向移动。模轧机5采用现有五金模切时所用设备即可，只是需将其模切刀具更换为本方案中的模轧压框51。
激光切割机6，位于输送机构4一侧且位于模轧机5在输送机构4输送方向上的下游，其包括朝向输送面的激光头61，激光头61可沿X、Y、Z三向移动，激光切割机6与模轧机5同步动作。激光切割机6采用现有激光切割机6即可。
本方案将模轧机5和激光切割机6装配在同一输送机构4的一侧，当将电极极片安装在输送机构4上后，可依次完成模轧和激光模切两道加工，不需电极极片的二次安装，避免因二次安装因此的精度降低，同时也提高了加工效率，另外，本方案中模轧机5和激光切割机6同步作业，即同时开启工作且同时结束工作，这样可保证生产节拍，持续不间断的对电极极片进行成型加工。
参照图3-图5，本装置主要用于前述的成型方法，同样，也提供了三种优选的模轧压框51结构：第一种，模轧压框51适于接触电极极片的端部在对应待切区域21宽度方向上的截面轮廓为椭圆弧，所述椭圆弧关于竖直面对称且其弧长小于对应椭圆周长的1/2，所述椭圆弧的高度大于所述椭圆弧宽度的1/2；第二种，模轧压框51适于接触电极极片的端部在对应待切区域21宽度方向上的截面轮廓为半圆弧，半圆弧关于竖直面对称；第三种模轧压框51适于接触电极极片的端部在对应待切区域21宽度方向上的截面轮廓为折线，折线形成等腰梯形的短边和两条腰，所述短边与电极极片平行，所述等腰梯形的高长于或等于所述短边。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种锂离子电池电极极片成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、采用两个关于电极极片对称的模轧压框(51)对涂布区(2)的待切区域(21)进行模轧，所述模轧压框(51)的形状与单个电极极片的待切区域(21)形状适配，使得模轧后的电极极片最小厚度为d±1μm，d为集流体(1)的厚度；
S2、对极耳(3)轮廓以及模轧后的待切区域(21)进行激光模切，完成电极极片成型。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电极极片成型方法，其特征在于，在步骤S1中，所述模轧压框(51)适于接触电极极片的端部在对应待切区域(21)宽度方向上的截面轮廓为椭圆弧，所述椭圆弧关于竖直面对称且其弧长小于对应椭圆周长的1/2，所述椭圆弧的高度大于所述椭圆弧宽度的1/2。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池电极极片成型方法，其特征在于，在步骤S1中，所述模轧压框(51)适于接触电极极片的端部在对应待切区域(21)宽度方向上的截面轮廓为半圆弧，所述半圆弧关于竖直面对称。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池电极极片成型方法，其特征在于，在步骤1中，所述模轧压框(51)适于接触电极极片的端部在对应待切区域(21)宽度方向上的截面轮廓为折线，所述折线形成等腰梯形的短边和两条腰，所述短边与电极极片平行，所述等腰梯形的高长于或等于所述短边。
5.根据权利要求1-4任一项所述的锂离子电池电极极片成型方法，其特征在于，在步骤S2中，所述激光模切采用的功率小于3KW。
6.一种锂离子电池电极极片成型装置，其特征在于，包括：
输送机构(4)，适于输送电极极片，所述输送机构(4)设有适于支撑电极极片且沿XY平面布置的输送面；
模轧机(5)，位于所述输送机构(4)一侧，其包括两个关于所述输送面对称的模轧压框(51)，两个模轧压框(51)可沿Z向移动；
激光切割机(6)，位于所述输送机构(4)一侧且位于所述模轧机(5)在输送机构(4)输送方向上的下游，其包括朝向所述输送面的激光头(61)，所述激光头(61)可沿X、Y、Z三向移动，所述激光切割机(6)与所述模轧机(5)同步动作。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池电极极片成型装置，其特征在于，所述模轧压框(51)适于接触电极极片的端部在对应待切区域(21)宽度方向上的截面轮廓为椭圆弧，所述椭圆弧关于竖直面对称且其弧长小于对应椭圆周长的1/2，所述椭圆弧的高度大于所述椭圆弧宽度的1/2。
8.根据权利要求6所述的锂离子电池电极极片成型装置，其特征在于，所述模轧压框(51)适于接触电极极片的端部在对应待切区域(21)宽度方向上的截面轮廓为半圆弧，所述半圆弧关于竖直面对称。
9.根据权利要求6所述的锂离子电池电极极片成型装置，其特征在于，所述模轧压框(51)适于接触电极极片的端部在对应待切区域(21)宽度方向上的截面轮廓为折线，所述折线形成等腰梯形的短边和两条腰，所述短边与电极极片平行，所述等腰梯形的高长于或等于所述短边。
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