CN114388743A - 一种圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法，包括步骤：第一步，获得正极初始极片卷料和负极初始极片卷料；第二步，获得在正极极片电极浆料涂覆区的下方具有多个正极极耳的正极改善后极片卷料；同时，获得在负极极片电极浆料涂覆区的上方具有多个负极极耳的负极改善后极片卷料；第三步，将正极改善后极片卷料和负极改善后极片卷料与上隔膜和下隔膜一起卷绕，在卷绕后，通过揉平的方式对正极极耳和负极极耳垂直弯折，获得成品的圆柱型锂离子电池极组。本发明公开的圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法，能够有效杜绝极耳在切割后形成的底部折角在极耳的先卷绕、后揉平的过程中，出现极耳翻折进电芯内部问题，降低电池极组的短路率。

Description

一种圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法

技术领域

本发明涉及圆柱型锂离子电池生产技术领域，特别是涉及一种圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有能量密度高、循环性能好、绿色无污染等优点，已被广泛应用于数码产品、电动汽车及储能领域。

在电池内部，极耳起到传导电流作用。在一般的小电池中，电芯一端会分别引出一层正极极耳和一层负极极耳作为导流用，称为单极耳，但是，该种极耳的电芯，无法满足对电池高倍率充放电的要求。

目前，动力电池为了满足高倍率充放电要求，采用的是多极耳或者全极耳结构。电池的极片在涂布时，会将其顶部区域预留一部分作为极耳而裸露其外(即极耳部分不涂布活性物质)，然后根据具体的极耳尺寸要求，通过激光将极耳模切成需要的形状大小，以满足快速充放电的使用需求。

需要说明的是，对于全极耳结构的动力电池，其通过正负极集流体与盖板或壳体直接连接，能够成倍增大电流传导面积、缩短电流传导距离，从而大幅降低电池内阻，减少发热量延长电池寿命，并提高充放电峰值功率；全极耳结构的结构要求为：不进行切极耳，卷绕后直接将留白区域进行揉平，揉成一层金属层。

对于多极耳结构的动力电池，其通过将极片留白区域切割为多个极耳形状，并与盖板或壳体直接连接，从而达到成倍增大电流传导面积，从而大幅降低电池内阻，减少发热量延长电池寿命，并提高充放电峰值功率；多极耳结构的结构要求为：对极片留白区域进行切极耳，卷绕后直接将极耳区域进行揉平，揉成一层金属层。

但是，对于多极耳结构的动力电池，在卷绕时，因为极耳在切割后底部(即极耳与极片主体的连接处)存在折角，因此，在多层极耳的卷绕、揉平过程中(即先卷绕完成后，再通过揉平的方式进行垂直翻折进，方向向内，垂直翻折是揉平的目的)，极耳上的折角非常容易出现直接折弯(如翻折)到电芯内部的问题，从而在后续电池测试使用中，造成电池自放电、物理扎穿隔膜、甚至起火爆炸的安全风险。

如图1a、图1b所示，对于一种现有的多极耳圆柱型电池，多个正极极耳106在先卷绕、再进行揉平弯折后，最外层的极耳底部出现了折角10。同样，现有的多极耳圆柱型电池上的多个负极极耳，在先卷绕、再进行揉平弯折后，最外层的极耳底部也会出现相同的折角。

因此，目前迫切需要开发出一种技术，能够有效杜绝极耳在切割后形成的底部折角在极耳的卷绕揉平过程中，出现翻折进电芯内部的问题(例如扎穿隔膜)。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法。

为此，本发明提供了一种圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法，包括以下步骤：

第一步，将正极浆料涂覆于横向分布的正极极片金属箔材上，获得正极初始极片卷料，以及将负极浆料涂覆于横向分布的负极极片金属箔材上，获得负极初始极片卷料；

正极初始极片卷料，包括正极极片电极浆料涂覆区和正极极片留白区，正极极片电极浆料涂覆区的下方具有一条横向分布的正极极片留白区；

负极初始极片卷料，包括负极极片电极浆料涂覆区和负极极片留白区，负极极片电极浆料涂覆区的上方具有一条横向分布的负极极片留白区；

第二步，对正极初始极片卷料中的正极极片留白区上靠近正极极片电极浆料涂覆区的一侧，通过激光打出多个等间距分布的正极开孔，并对正极极片留白区沿着多条等间距分布的正极纵向切割轨迹进行切割操作，从而获得在正极极片电极浆料涂覆区的下方具有多个正极极耳的正极改善后极片卷料；

同时，对负极初始极片卷料中的负极极片留白区上靠近负极极片电极浆料涂覆区的一侧，通过激光打出多个等间距分布的负极开孔，并对负极极片留白区沿着多条等间距分布的负极纵向切割轨迹进行切割操作，从而获得在负极极片电极浆料涂覆区的上方具有多个负极极耳的负极改善后极片卷料；

多个正极极耳间隔分布，多个负极极耳间隔分布；

每条正极纵向切割轨迹的后端，分别与一个正极开孔的下侧边缘相对应衔接，并且该正极纵向切割轨迹与该正极开孔的中心点，位于同一纵向直线上；

每条负极纵向切割轨迹的前端，分别与一个负极开孔的上侧边缘相对应衔接，并且该负极纵向切割轨迹与该负极开孔的中心点，位于同一纵向直线上；

第三步，将正极改善后极片卷料和负极改善后极片卷料与上隔膜和下隔膜一起卷绕，在卷绕后，通过揉平的方式对正极改善后极片卷料上的正极极耳和负极改善后极片卷料上的负极极耳垂直弯折，最终获得成品的圆柱型锂离子电池极组；

其中，上隔膜位于正极改善后极片卷料和负极改善后极片卷料之间的位置，下隔膜位于负极改善后极片卷料的后侧。

优选地，在第二步中，使用预先设定参数的激光切割设备，可以对第一步获得的正极初始极片卷料一侧的正极极片留白区和负极初始极片卷料一侧的负极极片留白区进行打孔与切割操作，切割出正极极耳和负极极耳，得到正极改善后极片卷料和负极改善后极片卷料。

优选地，在第二步中，正极开孔和负极开孔，分别与正极极片电极浆料涂覆区和负极极片电极浆料涂覆区的边缘相切或者间距预设的距离。

优选地，在第二步中，正极开孔和负极开孔的形状，均为半圆型、半椭圆形、三角形或方形。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法，其设计科学，能够有效杜绝极耳在切割后形成的底部折角在极耳的先卷绕、后揉平的过程中，出现极耳翻折进电芯内部的问题(例如扎穿隔膜而造成短路问题)，降低电池极组的短路率，具有重大的实践意义。

附图说明

图1a为一种现有的多极耳圆柱型电池极组，其具有的多个极耳在揉平卷绕后的俯视图；

图1b为一种现有的多极耳圆柱型电池极组，其具有的多个极耳在揉平卷绕后，最外层的极耳底部部分的局部放大俯视图；

图2为本发明提供的一种圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法的流程图；

图3a为本发明提供的一种圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法中，一种正极初始极片卷料(即正极电池极片)的俯视图；

图3b为本发明提供的一种圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法中，一种负极初始极片卷料(即负极电池极片)的俯视图；

图4a为本发明提供的一种圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法中，一种正极改善后极片卷料(即电池极片)的俯视图；

图4b为本发明提供的一种圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法中，一种负极改善后极片卷料(即电池极片)的俯视图；

图5a为基于本发明提供的一种圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法，所制备的多极耳圆柱型电池极组上具有的多个正极极耳在先卷绕、再揉平弯折后的俯视图；负极极耳在揉平卷绕后的俯视图与图5a相同；

图5b为基于本发明提供的一种圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法，所制备的多极耳圆柱型电池极组上具有的多个正极极耳在先卷绕、再揉平弯折后，最外层的极耳底部部分的局部放大俯视图；负极极耳在揉平卷绕后，最外层的极耳底部部分的局部放大俯视图与图5b相同；

图6为基于本发明提供的一种圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法，所要制备的圆柱型锂离子电池极组，处于卷绕过程中的卷绕结构示意图；

图7为基于本发明提供的一种圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法，对卷绕后的圆柱型锂离子电池极组的正极极耳和负极极耳，正在进行揉平操作时的状态示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图2至图7，本发明提供了一种圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法，包括以下步骤：

第一步，参见图3a、图3b，将正极浆料涂覆于横向分布的正极极片金属箔材(如铝箔)上，获得正极初始极片卷料101，以及将负极浆料涂覆于横向分布的负极极片金属箔材(如铜箔)上，获得负极初始极片卷料301；

正极初始极片卷料101，包括正极极片电极浆料涂覆区102和正极极片留白区103，正极极片电极浆料涂覆区102的下方具有一条横向分布的正极极片留白区103；

负极初始极片卷料301，包括负极极片电极浆料涂覆区302和负极极片留白区303，负极极片电极浆料涂覆区302的上方具有一条横向分布的负极极片留白区303；

在第一步中，具体实现上，正极极片电极浆料涂覆区102和负极极片电极浆料涂覆区302的纵向宽度可以为50mm，正极极片留白区103和负极极片留白区303均是10mm纵向宽度。图3a、图3b所示的正极初始极片卷料101和负极初始极片卷料301(即电池正极片和电池负极片)，是按照常规生产流程，将电池极片加工到切极耳前的工序而获得。

第二步，参见图4a，对正极初始极片卷料101中的正极极片留白区103上靠近正极极片电极浆料涂覆区102的一侧，通过激光打出多个等间距分布的正极开孔104，并对正极极片留白区103沿着多条等间距分布的正极纵向切割轨迹105进行切割操作，从而获得在正极极片电极浆料涂覆区102的下方具有多个正极极耳106的正极改善后极片卷料107；

同时，参见图4b，对负极初始极片卷料301中的负极极片留白区303上靠近负极极片电极浆料涂覆区302的一侧，通过激光打出多个等间距分布的负极开孔304，并对负极极片留白区303沿着多条等间距分布的负极纵向切割轨迹305进行切割操作，从而获得在负极极片电极浆料涂覆区302的上方具有多个负极极耳306的负极改善后极片卷料307；

多个正极极耳106间隔分布，多个负极极耳306间隔分布；

每条正极纵向切割轨迹105的后端，分别与一个正极开孔104的下侧边缘相对应衔接，并且该正极纵向切割轨迹5与该正极开孔4的中心点，位于同一纵向直线上；

每条负极纵向切割轨迹305的前端，分别与一个负极开孔304的上侧边缘相对应衔接，并且该负极纵向切割轨迹5与该负极开孔4的中心点，位于同一纵向直线上；

在第二步中，具体实现上，使用预先设定参数的激光切割设备，可以对第一步获得的正极初始极片卷料101一侧的正极极片留白区103和负极初始极片卷料301一侧的负极极片留白区303进行打孔与切割操作，切割出正极极耳106和负极极耳306，得到正极改善后极片卷料107和负极改善后极片卷料307，以及废料。

在第二步中，具体实现上，废料需进行回收；所述回收在激光切割设备切割出极耳的同时进行，或在完成极耳的切割操作后进行。

在第二步中，具体实现上，参见图4a、图4b，使用激光对正极初始极片卷料101下侧的正极极片留白区103和负极初始极片卷料301上侧的负极极片留白区303进行切割，每隔4mm分切一次，不分切到极片留白区的根部，在两极耳中间间隙的底部切割一个0.75mm直径的半圆形的开孔(即正极开孔104和负极开孔304)；

正极开孔104和负极开孔304，分别与正极极片电极浆料涂覆区102和负极极片电极浆料涂覆区302的边缘相切或者间距预设的距离。

第三步，参见图5a至图7，将正极改善后极片卷料107和负极改善后极片卷料307与上隔膜200和下隔膜400一起卷绕，在卷绕后，通过揉平的方式对正极改善后极片卷料107上的正极极耳106和负极改善后极片卷料307上的负极极耳306垂直弯折(例如垂直向内弯折，即朝向圆柱型锂离子电池的中心轴线方向)，最终获得成品的圆柱型锂离子电池极组500；

其中，上隔膜200位于正极改善后极片卷料107和负极改善后极片卷料307之间的位置，下隔膜400位于负极改善后极片卷料307的后侧。

参见图7所示，在进行揉平操作时，所示A区域是正极极耳106的揉平区域，所示B区域是负极极耳306的揉平区域。

需要说明的是，正极极耳106和负极极耳306在圆柱型锂离子电池极组500上的设置方向相反，分别位于圆柱型锂离子电池极组500的下端和上端。

在第三步中，需要说明的是，对于本发明，在完成卷绕操作后，最外层极片直径40mm，极耳高5mm，本发明使用的极耳结构，在执行极耳先卷绕、再揉平弯折的工艺后，最外层极耳底部弯折情况如图5a、图5b所示，从图中可以看出，折角已不存在，已不存在与图1b相似的折角，基于本发明的技术方案，已解决极耳底部折角内折进极组问题(具体是扎穿相邻的隔膜而导致短路的问题)。

需要说明的是，对于正极的改善后极片卷料上的正极耳和负极的改善后极片卷料上的负极耳，具体弯折的方向为垂直向内弯折，目的是相互重叠到一定厚度，满足与后序集流盘的激光焊接需求(集流盘，具体采用0.3mm厚度的铝片和0.2mm厚度的铜片，分别与作为重叠层的正极耳和负极耳进行激光焊接)，其中，同极性的极耳堆叠不会造成短路接触，极组两侧分别为正极与负极，分布位置为在卷绕后的圆柱形极组的圆形端面的周长上，极耳均匀分布。

在第二步中，具体实现上，正极极片留白区103上的正极开孔104，与正极极片电极浆料涂覆区102的下侧边缘相切，或者间距预设的距离；

负极极片留白区303上的负极开孔304，与负极极片电极浆料涂覆区302的上侧边缘相切，或者间距预设的距离。

在第二步中，具体实现上，正极开孔104和负极开孔304的形状，均可以为半圆型、半椭圆形、三角形或方形等其他形状；

在第二步中，具体实现上，在对正极极片留白区103和负极极片留白区303，沿着正极纵向切割轨迹105和负极纵向切割轨迹305进行切割操作时，具体可以进行激光直切或者斜切，此为现有常规的切割手段。

在第三步中，具体实现上，在通过切割开孔和极耳，而获得正极改善后极片卷料107和负极改善后极片卷料307后，采用的是在卷绕后，再对极耳进行揉平而实现垂直弯折的工艺。

需要说明的是，对极耳通过揉平实现垂直弯折的工艺，为现有技术成熟的工艺。该工艺，通过现有的极耳揉平设备，可以对极耳通过揉平实现垂直弯折槽，可以将位于电池极组两端的多个极耳，分别通过揉平动作垂直弯折并贴向电池极组两端的端面(能让弯折后的极耳与端面基本平行)。

需要说明的是，极耳卷绕是随着极耳所在的极片一起进行的卷绕，不是单独进行的。具体卷绕方式是现有常规的方式，与圆型电池卷绕方式一致，使用卷绕机进行卷绕，在卷绕后极耳竖直向外(即沿着圆柱形电池极组的轴向向外)。

需要说明的是，对于本发明，采用激光对极片留白区域底部进行打孔，再进行激光切条并收卷，在卷绕、揉平工序先后完成后，能够保证极耳底部无折角，不会内折进极组内部，避免造成极耳扎穿极组。

基于以上技术方案可知，对于本发明，操作方便、可靠、稳定，电池极片的切极耳效率正常，本发明能有效避免在极耳卷绕、揉平工序后，出现极耳底部折角内折进极组内部而扎穿隔膜并导致短路的问题，降低极组的短路率。

对于本发明，在圆柱型电池上设计了一种新型极片切极耳的形式，以及一种新型的多极耳卷绕、揉平工艺，这样可有效提升极耳揉平后的效果，并且在极耳揉平后，能杜绝出现因为极耳底部折角翻折进极组内部而扎穿隔膜。所造成短路的问题，也可以保证在后序焊接集流盘的过程中，电池极组中极耳结构保持稳定，使电池良品率提高。

与现有技术相比较，本发明提供的圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法，具有如下有益效果：

1、要求的硬件条件简单，适用各种圆柱型锂离子电池的多极耳揉平工艺；

2、可根据不同的电池，设定可调节的极耳尺寸，以保证极组良品率；

3、本发明的方法，可适用于多种型号电池；

4、本发明的方法工艺科学，重复性好，工业生产前景广阔。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法，其设计科学，能够有效杜绝极耳在切割后形成的底部折角在极耳的先卷绕、后揉平的过程中，出现极耳翻折进电芯内部的问题(例如扎穿隔膜而造成短路问题)，降低电池极组的短路率，具有重大的实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将正极浆料涂覆于横向分布的正极极片金属箔材上，获得正极初始极片卷料(101)，以及将负极浆料涂覆于横向分布的负极极片金属箔材上，获得负极初始极片卷料(301)；

正极初始极片卷料(101)，包括正极极片电极浆料涂覆区(102)和正极极片留白区(103)，正极极片电极浆料涂覆区(102)的下方具有一条横向分布的正极极片留白区(103)；

负极初始极片卷料(301)，包括负极极片电极浆料涂覆区(302)和负极极片留白区(303)，负极极片电极浆料涂覆区(302)的上方具有一条横向分布的负极极片留白区(303)；

第二步，对正极初始极片卷料(101)中的正极极片留白区(103)上靠近正极极片电极浆料涂覆区(102)的一侧，通过激光打出多个等间距分布的正极开孔(104)，并对正极极片留白区(103)沿着多条等间距分布的正极纵向切割轨迹(105)进行切割操作，从而获得在正极极片电极浆料涂覆区(102)的下方具有多个正极极耳(106)的正极改善后极片卷料(107)；

同时，对负极初始极片卷料(301)中的负极极片留白区(303)上靠近负极极片电极浆料涂覆区(302)的一侧，通过激光打出多个等间距分布的负极开孔(304)，并对负极极片留白区(303)沿着多条等间距分布的负极纵向切割轨迹(305)进行切割操作，从而获得在负极极片电极浆料涂覆区(302)的上方具有多个负极极耳(306)的负极改善后极片卷料(307)；

多个正极极耳(106)间隔分布，多个负极极耳(306)间隔分布；

每条正极纵向切割轨迹(105)的后端，分别与一个正极开孔(104)的下侧边缘相对应衔接，并且该正极纵向切割轨迹(5)与该正极开孔(4)的中心点，位于同一纵向直线上；

每条负极纵向切割轨迹(305)的前端，分别与一个负极开孔(304)的上侧边缘相对应衔接，并且该负极纵向切割轨迹(5)与该负极开孔(4)的中心点，位于同一纵向直线上；

第三步，将正极改善后极片卷料(107)和负极改善后极片卷料(307)与上隔膜(200)和下隔膜(400)一起卷绕，在卷绕后，通过揉平的方式对正极改善后极片卷料(107)上的正极极耳(106)和负极改善后极片卷料(307)上的负极极耳(306)垂直弯折，最终获得成品的圆柱型锂离子电池极组(500)；

其中，上隔膜(200)位于正极改善后极片卷料(107)和负极改善后极片卷料(307)之间的位置，下隔膜(400)位于负极改善后极片卷料(307)的后侧。

2.如权利要求1所述的圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法，其特征在于，在第二步中，使用预先设定参数的激光切割设备，可以对第一步获得的正极初始极片卷料(101)一侧的正极极片留白区(103)和负极初始极片卷料(301)一侧的负极极片留白区(303)进行打孔与切割操作，切割出正极极耳(106)和负极极耳(306)，得到正极改善后极片卷料(107)和负极改善后极片卷料(307)。

3.如权利要求1所述的圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法，其特征在于，在第二步中，正极开孔(104)和负极开孔(304)，分别与正极极片电极浆料涂覆区(102)和负极极片电极浆料涂覆区(302)的边缘相切或者间距预设的距离。

4.如权利要求1至3中任一项所述的圆柱型锂离子电池极组的优化制备方法，其特征在于，在第二步中，正极开孔(104)和负极开孔(304)的形状，均为半圆型、半椭圆形、三角形或方形。

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