CN115548460A - 叠片电芯结构制造方法及叠片电芯结构 - Google Patents

叠片电芯结构制造方法及叠片电芯结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种叠片电芯结构制造方法及叠片电芯结构。该方法包括：陶瓷材料浆料和正极活性材料浆料涂覆在铝箔上，形成正极涂布极片；将负极活性材料浆料涂覆在铜箔上，形成负极涂布极片；对正极涂布极片和负极涂布极片进行辊压，获取正极辊压极片和负极辊压极片；对正极辊压极片和负极辊压极片进行对中切割，获取正极分切极片和负极分切极片；对正极分切极片和负极分切极片进行极耳切割，获取正极带极耳极片和负极带极耳极片；将正极带极耳极片和负极带极耳极片对称放置在隔膜两侧，卷绕形成卷绕电芯结构；对卷绕电芯结构进行切割，形成叠片电芯结构。该方法可有效提高叠片电芯结构的生产效率，降低其极片对齐度控制难度，提高电池安全性。

Description

叠片电芯结构制造方法及叠片电芯结构
技术领域
本发明涉及锂电池制造技术领域，尤其涉及一种叠片电芯结构制造方法及叠片电芯结构。
背景技术
锂电池具有能量密度大、自放电小、工作温度范围宽和使用寿命长等特点，随着电动汽车的发展，锂电池广泛应用与动力电池领域。目前锂电池制造工艺主要分为卷绕工艺和叠片工艺。其中，卷绕工艺主要是将长条状正极材料层和负极材料层分别位于隔膜两侧并叠在一起，使用椭圆形方式进行卷绕，形成卷绕电芯结构，但卷绕电芯结构的内层空间利用率不高，极片卷绕弯曲不利于锂离子快速通道，对于膨胀率大的材料在卷绕内圈弯折处容易发生断裂，影响电池容量一致性。叠片工艺是将片状正极材料层和负极材料层层叠组成叠片电芯结构，正极材料层和负极材料层之间采用隔膜分隔。叠片电芯结构克服了卷绕电芯结构的缺点，提升空间利用率，电池倍率性能得到很大改善。但传统叠片工艺存在对齐度低以及叠片效率低等难题，随着电池尺寸增加，片状极片尺寸随之增大，叠片过程中极片对齐难度增大，叠片效率进一步下降，使得大尺寸电池叠片工艺电池良率与效率下降，传统叠片工艺在大尺寸电池的应用实用性低。
发明内容
本发明提供一种叠片电芯结构制造方法及叠片电芯结构，以解决叠片工艺中的对齐度低及叠片效率低的问题。
本发明提供一种叠片电芯结构制造方法，包括：
将陶瓷材料浆料和正极活性材料浆料涂覆在铝箔上，形成正极涂布极片，所述正极涂布极片沿长度方向上对称设有两个第一陶瓷层，两个所述第一陶瓷层之间设有多个第二陶瓷层，相邻两个所述第二陶瓷层之间间隔形成有正极材料层和第一空箔区域，所有所述正极材料层的长度被配置为相同，所有所述第一空箔区域的长度被配置为逐渐增大；
将负极活性材料浆料涂覆在铜箔上，形成负极涂布极片，所述负极涂布极片沿长度方向上间隔设置有负极材料层和第二空箔区域，所有所述负极材料层的长度被配置为相同，所有所述第二空箔区域的长度被配置为逐渐增大；
对所述正极涂布极片进行辊压，获取正极辊压极片；对所述负极涂布极片进行辊压，获取负极辊压极片；
对所述正极辊压极片进行对中切割，获取正极分切极片；对所述负极辊压极片进行对中切割，获取负极分切极片；
对所述正极分切极片进行极耳切割，获取正极带极耳极片，所述正极带极耳极片包括间距逐渐增大的多个正极极耳；对所述负极分切极片进行极耳切割，获取负极带极耳极片，所述负极带极耳极片包括间距逐渐增大的多个负极极耳；
将所述正极带极耳极片和所述负极带极耳极片对称放置在隔膜两侧，卷绕形成卷绕电芯结构；
对所述卷绕电芯结构中的第一空箔区域与第二空箔区域进行切割，形成叠片电芯结构。
优选地，所述将陶瓷材料浆料和正极活性材料浆料涂覆在铝箔上，形成正极涂布极片，包括：
优选地，采用双腔挤压涂布装置，将下腔体内的所述正极活性材料浆料涂覆在铝箔的正极材料区域上，形成正极材料层；将上腔体内的所述陶瓷材料浆料间隔涂覆在铝箔上，形成多个第二陶瓷层，相邻两个所述第二陶瓷层之间间隔形成有所述正极材料区域和第一空箔区域；
采用并排设置的两个喷涂嘴，将所述陶瓷材料浆料沿长度方向涂覆在所述铝箔上，形成对称设置的两个第一陶瓷层。
优选地，所述将负极活性材料浆料涂覆在铜箔上，形成负极涂布极片，包括：
采用单腔挤压涂布装置，将所述负极活性材料浆料，沿铜箔长度方向间隔涂覆在所述铜箔上，形成多个负极材料层，相邻两个所述负极材料层之间形成第二空箔区域。
优选地，所述负极材料层的长度比所述正极材料层的长度大5-10mm，所述负极材料层的宽度比所述正极材料层的宽度大5-10mm。
优选地，所述对所述正极辊压极片进行对中切割，获取正极分切极片；对所述负极辊压极片进行对中切割，获取负极分切极片，包括：
对所述正极辊压极片进行对中切割，使垂直于所述正极辊压极片的毛刺长度小于所述正极辊压极片的厚度的1/2，获取正极分切极片；
对所述负极辊压极片进行对中切割，使垂直于所述负极辊压极片的毛刺长度小于所述负极辊压极片的厚度的1/2，获取负极分切极片。
优选地，所述对所述正极分切极片进行极耳切割，获取正极带极耳极片，所述正极带极耳极片包括间距逐渐增大的多个正极极耳；对所述负极分切极片进行极耳切割，获取负极带极耳极片，所述负极带极耳极片包括间距逐渐增大的多个负极极耳，包括：
对所述正极分切极片的边缘铝箔区域进行非等间距切割，获取正极带极耳极片，所述正极带极耳极片包括间距逐渐增大的多个正极极耳，每一所述正极极耳对应一所述正极材料层；
对所述负极分切极片的边缘铜箔区域进行非等间距切割，获取负极带极耳极片，所述负极带极耳极片包括间距逐渐增大的多个负极极耳，每一所述负极极耳对应一所述负极材料层。
优选地，所述对所述卷绕电芯结构中的第一空箔区域与第二空箔区域进行切割，形成叠片电芯结构，包括：
对所述卷绕电芯结构进行热压，对热压后的卷绕电芯结构中的第一空箔区域与第二空箔区域进行切割，形成叠片电芯结构。
优选地，所述正极材料层和所述铝箔的厚度之和为d1，所述负极材料层和所述铜箔的厚度之和为d2，所述隔膜的厚度为d3，所述正极材料层的长度为D1，所述第二陶瓷层的长度为D2，所述负极材料层的长度为D3，则
第n个第一空箔区域的长度XPn＝1/2*pi*[(n+1)*d1+n*d2+d3]；
第n个第二空箔区域的长度XNn＝1/2*pi*[n*d1+(n+1)*d2+2n*d3]；
相邻两个所述正极极耳形成的第n个正极切割间距YPn＝XPn+D1+2*D2；
相邻两个所述负极极耳形成的第n个负极切割间距YNn＝XNn+D3。
本发明提供一种叠片电芯结构，包括平行相对设置的2K个隔膜、K个正极极片和K+1个负极极片；每一所述隔膜两侧分别设有一个正极极片和一个负极极片，2K个所述隔膜外侧各设有一个所述负极极片；
所述正极极片包括铝箔、沿长度方向涂覆在所述铝箔上的第一陶瓷层和沿宽度方向涂覆在所述铝箔上的两个第二陶瓷层，所述第一陶瓷层和两个所述第二陶瓷层之间涂覆有正极材料层，所述铝箔上形成正极极耳；
所述负极极片包括铜箔和涂覆在所述铜箔上的负极材料层，所述铜箔上形成负极极耳。
优选地，所述负极材料层的长度比所述正极材料层的长度大5-10mm，所述负极材料层的宽度比所述正极材料层的宽度大5-10mm。
本发明实施例提供叠片电芯结构制造方法及叠片电芯结构，正极涂布极片包括设置在两个第一陶瓷层和相邻两个第二陶瓷层之间的正极材料层和第一空箔区域，可使得正极材料层边缘被陶瓷层包围，可避免正极极片和负极极片边缘接触短路，提高电池安全性；所有正极材料层的长度被配置为相同，以保障叠片电芯结构中的正极极片长度相同；所有第一空箔区域的长度被配置为逐渐增大，可保障后续卷绕形成卷绕电芯结构中，各层正极材料层和第一空箔区域的正极交界线对齐，以方便切割，有助于提高叠片电芯结构的生产效率。负极涂布极片中间隔设置长度逐渐增大的多个负极材料层，可保障后续卷绕形成卷绕电芯结构中，各层负极材料层和第二空箔区域的负极交界线对齐，以方便切割，有助于提高叠片电芯结构的生产效率。对正极涂布极片和负极涂布极片进行辊压，以保障正极辊压极片和负极辊压极片中活性材料的压实密度，有助于增大电池放电容量、减小内阻、减小极化损失、延长电池的循环寿命且提高电池的利用率。对正极辊压极片和负极辊压极片进行对中切割，以形成两个正极分切极片和两个负极分切极片，可提高正极分切极片和负极分切极片的获取效率。对正极分切极片和负极分切极片进行极耳切割，以使正极带极耳极片中形成间距逐渐增大的多个正极极耳，负极带极耳极片中形成间距逐渐增大的多个负极极耳，从而保障多个正极极耳和多个负极极耳的对齐度，以方便后续工序进行超声焊接，提高电池生产效率。先将正极带极耳极片和负极带极耳极片对称放置在隔膜两侧，卷绕形成卷绕电芯结构，再对卷绕电芯结构中的第一空箔区域与第二空箔区域进行切割，形成叠片电芯结构，只需控制卷绕电芯结构中的材料层与空箔区域的交界线对齐，控制难度降低，更适用于大尺寸电芯生产，且生产效率大幅提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例中叠片电芯结构制造方法的一流程图；
图2是本发明一实施例中正极涂布极片制造的一示意图；
图3是本发明一实施例中负极涂布极片制造的一示意图；
图4是本发明一实施例中分切极片和带极耳极片的一示意图；
图5是本发明一实施例中卷绕电芯结构的一示意图；
图6是本发明一实施例中叠片电芯结构的一示意图。
图中：10、正极涂布极片；11、铝箔；12、第一陶瓷层；13、第二陶瓷层；14、正极材料层；15、第一空箔区域；16、边缘铝箔区域；17、正极极耳；20、负极涂布极片；21、铜箔；22、负极材料层；23、第二空箔区域；24、边缘铜箔区域；25、负极极耳；31、正极分切极片；32、负极分切极片；41、正极带极耳极片；42、负极带极耳极片；50、卷绕电芯结构；60、叠片电芯结构；61、隔膜；62、正极极片；63、负极极片；70、喷涂嘴；80、双腔挤压涂布装置；81、上腔体；82、下腔体；90、单腔挤压涂布装置。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供一种叠片电芯结构制造方法，如图1所示，叠片电芯结构制造方法包括如下步骤：
S10:将陶瓷材料浆料和正极活性材料浆料涂覆在铝箔上，形成正极涂布极片，正极涂布极片沿长度方向上对称设有两个第一陶瓷层，两个第一陶瓷层之间设有多个第二陶瓷层，相邻两个第二陶瓷层之间间隔形成有正极材料层和第一空箔区域，所有正极材料层的长度被配置为相同，所有第一空箔区域的长度被配置为逐渐增大；
S20:将负极活性材料浆料涂覆在铜箔上，形成负极涂布极片，负极涂布极片沿长度方向上间隔设置有负极材料层和第二空箔区域，所有负极材料层的长度被配置为相同，所有第二空箔区域的长度被配置为逐渐增大；
S30:对正极涂布极片进行辊压，获取正极辊压极片；对负极涂布极片进行辊压，获取负极辊压极片；
S40:对正极辊压极片进行对中切割，获取正极分切极片；对负极辊压极片进行对中切割，获取负极分切极片；
S50:对正极分切极片进行极耳切割，获取正极带极耳极片，正极带极耳极片包括间距逐渐增大的多个正极极耳；对负极分切极片进行极耳切割，获取负极带极耳极片，负极带极耳极片包括间距逐渐增大的多个负极极耳；
S60:将正极带极耳极片和负极带极耳极片对称放置在隔膜两侧，卷绕形成卷绕电芯结构；
S70:对卷绕电芯结构的第一空箔区域与第二空箔区域进行切割，形成叠片电芯结构。
其中，陶瓷材料浆料是指采用陶瓷材料制作的浆料。正极活性材料浆料是指采用正极活性材料制作的浆料。第一陶瓷层12是指将陶瓷材料浆料沿铝箔11长度方向涂覆在铝箔11上形成的涂层。第二陶瓷层13是指将陶瓷材料浆料沿铝箔11宽度方向涂覆在铝箔11上形成的涂层。正极材料层14是指将正极活性材料浆料涂覆在铝箔11上形成的涂层，具体为将正极活性材料浆料涂覆在两个第一陶瓷层12和两个第二陶瓷层13所围成的正极材料区域的铝箔11上形成的涂层。第一空箔区域15是指两个第一陶瓷层12和两个第二陶瓷层13所围成的没有涂覆正极活性材料浆料的铝箔11所在的区域。
作为一示例，如图2所示，步骤S10中，在正极涂布极片10制造过程中，需将陶瓷材料浆料和正极活性材料浆料，依据预先设计的涂覆工艺参数涂覆在铝箔11上，形成正极涂布极片10。该正极涂布极片10可理解为将陶瓷材料浆料和正极活性材料浆料涂覆在铝箔11上形成的极片。本示例中，在正极涂布极片10制造过程中，可将正极活性材料浆料涂覆在正极材料区域的铝箔11上，形成正极材料层14。接着，可将陶瓷材料浆料涂覆在形成有正极材料层14的铝箔11上，形成多个第二陶瓷层13，多个第二陶瓷层13可将铝箔11上的中间铝箔区域间隔划分为涂覆有正极材料层14的正极材料区域和没有涂覆有正极材料层14的第一空箔区域15。最后，将陶瓷材料浆料沿铝箔11长度方向对称涂覆在铝箔11上，可形成沿长度方向对称设置的两个第一陶瓷层12。重复上述操作，直至铝箔11涂布结束，形成正极涂布极片10。本示例中，正极材料层14、第一陶瓷层12和第二陶瓷层13的先后顺序可以不作限定，可先涂覆正极材料层14，再涂覆第二陶瓷层13和第一陶瓷层12，也可以采用其他涂覆顺序。
本示例中，将正极活性材料浆料涂覆铝箔11上，形成正极材料层14，在铝箔11的正极材料层14所在的正极材料区域以外的区域，涂覆陶瓷材料浆料形成第一陶瓷层12和第二陶瓷层13，使得正极材料层14边缘被陶瓷层包围，可避免后续卷绕和叠片过程中，正极极片62和负极极片63边缘接触短路，有助于保障电池安全性。本示例中，将陶瓷材料浆料涂覆在铝箔11上，形成多个第二陶瓷层13，多个第二陶瓷层13可将铝箔11上的中间铝箔区域间隔划分为涂覆有正极材料层14的正极材料区域和没有涂覆有正极材料层14的第一空箔区域15。所有正极材料层14的长度被配置为相同，可保障最终形成的叠片电芯结构60中的正极极片62长度相同。第一空箔区域15的长度被配置为逐渐增大，可保障后续卷绕形成卷绕电芯结构50中，各层正极材料层14和第一空箔区域15的正极交界线对齐，以方便切割，有助于提高叠片电芯结构60的生产效率。
其中，负极活性材料浆料是指采用负极活性材料制作的浆料。负极材料层22是指将负极活性材料浆料涂覆在铜箔21上形成的涂层。第二空箔区域23是指相邻两个负极材料层22之间的铜箔21所在的区域。
作为一示例，如图3所示，步骤S20中，在负极涂布极片20制造过程中，需将负极活性材料浆料，依据预先设计的涂覆工艺参数涂覆在铜箔21上，形成负极涂布极片20。该负极涂布极片20可理解为将负极活性材料浆料涂覆在铜箔21上形成的极片。本示例中，可将负极活性材料浆料沿铜箔21长度方向间隔涂覆在铜箔21上，以在铜箔21上间隔形成多个负极材料层22，相邻两个负极材料层22之间形成第二空箔区域23。可理解地，将负极活性材料浆料沿铜箔21长度方向间隔涂覆在铜箔21上，不仅可使相邻两个负极材料层22之间形成第二空箔区域23，还可使所有负极材料层22的两个外侧分别两个边缘铜箔区域24，以便后续对边缘铜箔区域24进行切割，形成负极极耳25。
本示例中，将负极活性材料浆料间隔涂覆在铜箔21上，形成负极材料层22，所有所有负极材料层22的长度被配置为相同，可保障最终形成的叠片电芯结构60的负极极片63长度相同。相邻两个负极材料层22之间形成第二空箔区域23，所有第二空箔区域23的长度被配置为逐渐增大，可保障后续卷绕形成卷绕电芯结构50中，各层负极材料层22和第二空箔区域23的负极交界线对齐，以方便切割，有助于提高叠片电芯结构60的生产效率。
作为一示例，步骤S30中，可采用对辊机对正极涂布极片10进行辊压，以增加正极活性材料的压实密度，获取正极辊压极片，有助于增大电池放电容量、减小内阻、减小极化损失、延长电池的循环寿命且提高电池的利用率。
相应地，可采用对辊机对负极涂布极片20进行辊压，以增加负极活性材料的压实密度，获取负极辊压极片，有助于增大电池放电容量、减小内阻、减小极化损失、延长电池的循环寿命且提高电池的利用率。
作为一示例，如图4所示，步骤S40中，可采用分切工具对正极辊压极片进行对中切割，即沿正极辊压极片的长度方向对称轴对中切割，以将一个正极辊压极片切割成两个正极分切极片31，以保障正极分切极片31的获取效率。
相应地，可采用分切工具对负极辊压极片进行对中切割，即沿负极辊压极片的长度方向对称轴对中切割，以将一个负极辊压极片切割成两个负极分切极片32，以保障负极分切极片32的获取效率。
本示例中，可采用五金刀具作为分切工具，对正极辊压极片和负极辊压极片进行切割。
作为一示例，如图4所示，步骤S50中，可采用但不限于激光切割工艺，对正极分切极片31进行极耳切割，即对正极分切极片31的边缘铝箔区域16进行非等间距切割，形成正极带极耳极片41，正极带极耳极片41包括间距逐渐增大的多个正极极耳17。可理解地，多个正极极耳17之间的间距逐渐增大，可保障后续卷绕形成卷绕电芯结构50中，多个正极极耳17的对齐度，以方便后续工序中对极耳进行超声焊接的操作，从而提高电池生产效率。
相应地，步骤S50中，可采用但不限于激光切割工艺，对负极分切极片32进行极耳切割，即对负极分切极片32的边缘铜箔区域24进行非等间距切割，形成负极带极耳极片42，负极带极耳极片42包括间距逐渐增大的多个负极极耳25。可理解地，多个负极极耳25之间的间距逐渐增大，可保障后续卷绕形成卷绕电芯结构50中，多个负极极耳25的对齐度，以方便后续工序中对极耳进行超声焊接的操作，从而提高电池生产效率。
作为一示例，如图5所示，步骤S60中，将正极带极耳极片41和负极带极耳极片42对称放置在隔膜61两侧，卷绕形成卷绕电芯结构50。本示例中，所形成的卷绕电芯结构50的中部为活性材料区域，即正极材料层14和负极材料层22所在的区域；卷绕电芯结构50的两侧为空箔区域，即为第一空箔区域15和第二空箔区域23所在的区域。该卷绕电芯结构50中，正极材料层14、负极材料层22和隔膜61边缘对齐，负极材料层22的投影完全覆盖正极材料层14的投影，而且各层正极材料层14和第一空箔区域15的正极交界线对齐，各层负极材料层22和第二空箔区域23的负极交界线也对齐，所有正极交界线和负极交界线处于同一平面或者接近同一平面上，以方便对卷绕电芯结构50进行切割，有助于提高叠片电芯结构60的生产效率。
作为一示例，如图6所示，步骤S70中，可采用超声波切割工艺，对卷绕电芯结构50进行切割，具体沿所有正极交界线和所有负极交界线所形成的平面进行切割，以切除所有第一空箔区域15和第二空箔区域23，形成叠片电芯结构60。可理解地，采用先卷绕形成卷绕电芯结构50，后切割空箔区域形成的叠片电芯结构60的生产工艺，只需控制卷绕电芯结构50中的材料层与空箔区域的交界线对齐，相比于传统Z字叠片电芯结构60生产过程中需控制面对齐的方式，其控制难度降低，更适用于大尺寸电芯生产，且生产效率大幅提高。
本实施例所提供的叠片电芯结构制造方法中，正极涂布极片10包括设置在两个第一陶瓷层12和相邻两个第二陶瓷层13之间的正极材料层14和第一空箔区域15，可使得正极材料层14边缘被陶瓷层包围，可避免正极极片62和负极极片63边缘接触短路，提高电池安全性；所有正极材料层14的长度被配置为相同，以保障叠片电芯结构60中的正极极片62长度相同；所有第一空箔区域15的长度被配置为逐渐增大，可保障后续卷绕形成卷绕电芯结构50中，各层正极材料层14和第一空箔区域15的正极交界线对齐，以方便切割，有助于提高叠片电芯结构60的生产效率。负极涂布极片20中间隔设置长度逐渐增大的多个负极材料层22，可保障后续卷绕形成卷绕电芯结构50中，各层负极材料层22和第二空箔区域23的负极交界线对齐，以方便切割，有助于提高叠片电芯结构60的生产效率。对正极涂布极片10和负极涂布极片20进行辊压，以保障正极辊压极片和负极辊压极片中活性材料的压实密度，有助于增大电池放电容量、减小内阻、减小极化损失、延长电池的循环寿命且提高电池的利用率。对正极辊压极片和负极辊压极片进行对中切割，以形成两个正极分切极片31和两个负极分切极片32，可提高正极分切极片31和负极分切极片32的获取效率。对正极分切极片31和负极分切极片32进行极耳切割，以使正极带极耳极片41中形成间距逐渐增大的多个正极极耳17，负极带极耳极片42中形成间距逐渐增大的多个负极极耳25，从而保障多个正极极耳17和多个负极极耳25的对齐度，以方便后续工序进行超声焊接，提高电池生产效率。先将正极带极耳极片41和负极带极耳极片42对称放置在隔膜61两侧，卷绕形成卷绕电芯结构50，再对卷绕电芯结构50进行切割，形成叠片电芯结构60，只需控制卷绕电芯结构50中的材料层与空箔区域的交界线对齐，控制难度降低，更适用于大尺寸电芯生产，且生产效率大幅提高。
在一实施例中，步骤S10，即将陶瓷材料浆料和正极活性材料浆料涂覆在铝箔上，形成正极涂布极片，包括：
S11：采用双腔挤压涂布装置80，将下腔体82内的正极活性材料浆料涂覆在铝箔11的正极材料区域上，形成正极材料层14；将上腔体81内的陶瓷材料浆料间隔涂覆铝箔11上，形成多个第二陶瓷层13，相邻两个第二陶瓷层13之间间隔形成有正极材料区域和第一空箔区域15。
S12：采用并排设置的两个喷涂嘴70，将陶瓷材料浆料沿长度方向涂覆在铝箔11上，形成对称设置的两个第一陶瓷层12；
其中，双腔挤压涂布装置80是指有两个容置浆料的腔体的挤压涂布装置。
作为一示例，如图2所示，步骤S11中，采用双腔挤压涂布装置80对铝箔11进行涂布，可在双腔挤压涂布装置80的上腔体81内装配陶瓷材料浆料，下腔体82内装配正极活性材料浆料。在涂覆有对称设置的两个第一陶瓷层12的铝箔11传输到双腔挤压涂布装置80的挤压涂布口对应的位置时，双腔挤压涂布装置80进行如下挤压涂布操作：将下腔体82内的正极活性材料浆料涂覆在正极材料区域上，形成正极材料层14，并将上腔体81内的陶瓷材料浆料间隔涂覆在两个第一陶瓷层12之间的铝箔11上，形成多个第二陶瓷层13，相邻两个第二陶瓷层13之间间隔形成有正极材料区域和第一空箔区域15。
本示例中，将上腔体81内的陶瓷材料浆料间隔涂覆在两个第一陶瓷层12之间的铝箔11上，形成多个第二陶瓷层13过程，需依据所有正极材料层14的长度和所有第一空箔区域15的长度，控制相邻两个第二陶瓷层13之间的间隔。例如，若相邻两个第二陶瓷层13所形成的区域为正极材料区域，则其间隔与正极材料层14的长度相匹配，从而保障最终形成的叠片电芯结构60中的正极极片62长度相同；若相邻两个第二陶瓷层13所形成的区域为第一空箔区域15，则其间隔与第一空箔区域15相匹配，即其间隔逐渐增大，可保障后续卷绕形成卷绕电芯结构50中，各层正极材料层14和第一空箔区域15的正极交界线对齐，以方便切割，有助于提高叠片电芯结构60的生产效率。
作为一示例，如图2所示，步骤S12中，采用并排设置的两个喷涂嘴70，将陶瓷材料浆料沿长度方向涂覆在铝箔11上，具体可采用固定设置的两个并排的喷涂嘴70，给喷涂嘴70下方沿长度方向传输经过的铝箔11涂覆陶瓷材料浆料，以形成对称设置的两个第一陶瓷层12。本示例中，在采用并排设置的两个喷涂嘴70给铝箔11涂覆陶瓷材料浆料，形成对称设置的两个第一陶瓷层12，使得两个第一陶瓷层12，将铝箔11划分为位于两个第一陶瓷层12之间的中间铝箔区域和位于两个第一陶瓷层12之外的两个边缘铝箔区域16。由于两个第一陶瓷层12沿铝箔11的长度方向对称设置，使得两个边缘铝箔区域16也对称设置。
在一实施例中，第一陶瓷层12的宽度为3-6mm，第二陶瓷层13的长度为3-6mm；正极材料层14的宽度为200-500mm，正极材料层14的长度为600-1000mm。
本示例中，第一陶瓷层12的宽度为3-6mm，第二陶瓷层13的长度为3-6mm，可满足对正极材料层14进行保护，避免后续卷绕和叠片过程中，正极极片62和负极极片63边缘接触短路，有助于保障电池安全性，既可避免宽度或长度过小，而存在的边缘接触短路风险，又可避免宽度或长度过大，而导致成本较高的问题。
本示例中，正极材料层14的宽度为200-500mm，正极材料层14的长度为600-1000mm，以满足常规正极极片62的设计尺寸需求。
在一实施例中，步骤S20，将负极活性材料浆料涂覆在铜箔21上，形成负极涂布极片20，包括：
采用单腔挤压涂布装置90，将负极活性材料浆料，沿铜箔21长度方向间隔涂覆在铜箔21上，形成多个负极材料层22，相邻两个负极材料层22之间形成第二空箔区域23。
其中，单腔挤压涂布装置90是指有一个容置浆料的腔体的挤压涂布装置。
作为一示例，如图3所示，在采用单腔挤压涂布装置90对铜箔21进行涂布时，可在单腔挤压涂布装置90的腔体内装配负极活性材料浆料，在铜箔21传输至单腔挤压涂布装置90的挤压涂布口对应的位置时，单腔挤压涂布装置90可进行挤压涂布操作，将腔体内的负极活性材料间隔涂覆在铜箔21上，形成多个负极材料层22，而相邻两个负极材料层22之间形成有第二空箔区域23。
本示例中，在将腔体内的负极活性材料浆料间隔涂覆在铜箔21上，形成多个负极材料层22的过程中，需依据所有负极材料层22的长度和所有第二空箔区域23的长度，控制每一负极材料层22的长度且相邻两个负极材料层22之间的间隔。例如，需控制所有负极材料层22的长度相同，且需使相邻两个负极材料层22之间的间隔逐渐增大，以保障所有第二空箔区域23的长度逐渐增大，可保障后续卷绕形成卷绕电芯结构50中，各层负极材料层22和第二空箔区域23的负极交界线对齐，以方便切割，有助于提高叠片电芯结构60的生产效率。
在一实施例中，负极材料层22的宽度为200-500mm，负极材料层22的长度为600-1000mm。
本示例中，负极材料层22的宽度为200-500mm，负极材料层22的长度为600-1000mm，以满足常规负极极片63的设计尺寸需求。
在一实施例中，负极材料层22的长度比正极材料层14的长度大5-10mm，负极材料层22的宽度比正极材料层14的宽度大5-10mm。
本示例中，负极材料层22的长度比正极材料层14的长度大5-10mm，负极材料层22的宽度比正极材料层14的宽度大5-10mm的设计，可确保最终形成的叠片电芯结构60中，满足负极材料层22投影完全覆盖正极材料层14投影的设计原则，确保所有从正极脱出的锂离子嵌入负极，进而保障叠片电芯结构60的安全。
可理解地，若负极材料层22的长度和正极材料层14的长度之间的长度差值小于5mm，或者，负极材料层22的宽度和正极材料层14的宽度之间的宽度差值小于5mm，容易存在负极材料层22未完全覆盖正极材料层14，使得离子从铜箔21表面析出，形成锂枝晶，使得叠片电芯结构60内短路并造成安全风险。
可理解地，若负极材料层22的长度和正极材料层14的长度之间的长度差值大于10mm，或者，负极材料层22的宽度和正极材料层14的宽度之间的宽度差值大于10mm，使得负极材料层22中负极活性材料的利用率低，不利于成本控制。
在一实施例中，步骤S40，即对正极辊压极片进行对中切割，获取正极分切极片31；对负极辊压极片进行对中切割，获取负极分切极片32，包括：
S41：对正极辊压极片进行对中切割，使垂直于正极辊压极片的毛刺长度小于正极辊压极片的厚度的1/2，获取正极分切极片31；
S42：对负极辊压极片进行对中切割，使垂直于负极辊压极片的毛刺长度小于负极辊压极片的厚度的1/2，获取负极分切极片32。
作为一示例，步骤S41中，在采用五金切割工具作为分切工具，对正极辊压极片进行对中切割时，可调整上下切刀的侧向力、刀具倒角、重叠量和咬入角等实际控制参数，使得这些实际控制参数随材料变化而变化，以使垂直于正极辊压极片的毛刺长度小于正极辊压极片的厚度的1/2，获取正极分切极片31。可理解地，在对正极辊压极片进行对中切割过程中，使垂直于正极辊压极片的毛刺长度小于正极辊压极片的厚度的1/2，可确保毛刺不可以到达极片表面，从而刺穿与正极辊压极片直接接触的隔膜61，使得隔膜61两侧的正极材料层14和负极材料层22对极，形成内短路，增加电池自放电，严重时将导致电池内部局部高温，引发电池热失控。
相应地，步骤S42中，在采用五金切割工作作为分切工具，对负极辊压极片进行对中切割时，可调整上下切刀的侧向力、刀具倒角、重叠量和咬入角等实际控制参数，使得这些实际控制参数随材料变化而变化，以使垂直于负极辊压极片的毛刺长度小于负极辊压极片的厚度的1/2，获取负极分切极片32。可理解地，在对负极辊压极片进行对中切割过程中，使垂直于负极辊压极片的毛刺长度小于负极辊压极片的厚度的1/2，可确保毛刺不可以到达极片表面，从而刺穿与负极辊压极片直接接触的隔膜61，使得隔膜61两侧的负极材料层22和负极材料层22对极，形成内短路，增加电池自放电，严重时将导致电池内部局部高温，引发电池热失控。
在一实施例中，步骤S50，即对正极分切极片31进行极耳切割，获取正极带极耳极片41，正极带极耳极片41包括间距逐渐增大的多个正极极耳17；对负极分切极片32进行极耳切割，获取负极带极耳极片42，负极带极耳极片42包括间距逐渐增大的多个负极极耳25，包括：
S51：对正极分切极片31的边缘铝箔区域16进行非等间距切割，获取正极带极耳极片41，正极带极耳极片41包括间距逐渐增大的多个正极极耳17，每一正极极耳17对应一正极材料层14；
S52：对负极分切极片32的边缘铜箔区域24进行非等间距切割，获取负极带极耳极片42，负极带极耳极片42包括间距逐渐增大的多个负极极耳25，每一负极极耳25对应一负极材料层22。
作为一示例，步骤S51中，可采用激光切割工艺，对正极分切极片31的边缘铝箔区域16进行非等间距切割，即对正极分切极片31位于第一陶瓷层12的外侧(即没有正极材料层14的一侧)的边缘铝箔区域16进行非等间距切割，形成间距逐渐增大的多个正极极耳17，一方面使其与长度被配置为逐渐增大的多个第一空箔区域15相匹配，可保障后续卷绕形成卷绕电芯结构50中，多个正极极耳17的对齐度，以方便后续工序中对极耳进行超声焊接的操作，从而提高电池生产效率，另一方面也可确保每一正极极耳17对应一正极材料层14，从而保障后续形成的叠片电芯结构60中的每一正极材料层14均对应一正极极耳17，以保障叠片电芯结构60的性能。
作为一示例，步骤S52中，可采用激光切割工艺，对负极分切极片32的边缘铜箔区域24进行非等间距切割，即对负极分切极片32中除了负极材料层22和第二空箔区域23之外的边缘铜箔区域24进行非等间距切割，形成间距逐渐增大的多个负极极耳25，一方面使其与长度被配置为逐渐增大的多个第二空箔区域23相匹配，可保障后续卷绕形成卷绕电芯结构50中，多个负极极耳25的对齐度，以方便后续工序中对极耳进行超声焊接的操作，从而提高电池生产效率，另一方面也可确保每一负极极耳25对应一负极材料层22，从而保障后续形成的叠片电芯结构60中的每一负极材料层22均对应一负极极耳25，以保障叠片电芯结构60的性能。
在一实施例中，步骤S70，即对卷绕电芯结构50进行切割，形成叠片电芯结构60，包括：
对卷绕电芯结构50进行热压，对热压后的卷绕电芯结构50进行切割，形成叠片电芯结构60。
作为一示例，可采用热压工艺对卷绕电芯结构50进行热压，获取热压后的卷绕电芯结构50。例如，可采用两块相互平行的加热板，对卷绕电芯结构50沿厚度方向施加压力并保持一定时长，使得隔膜61上涂覆的粘结剂熔化，粘连对应的正极极片62和负极极片63，使得热压后的卷绕电芯结构50更稳定。然后，再对热压后的卷绕电芯结构50进行切割，形成叠片电芯结构60。
本示例中，在对卷绕电芯结构50进行切割之前进行热压工艺处理，相比于在对卷绕电芯结构50进行切割之后进行热压工艺处理，在切割之前对卷绕电芯结构50进行热压，可保留铜箔21的导热路径，利用铜箔21导热快和热阻小的特点，有助于缩短叠片电芯结构60热压过程中的导热路径和热阻，提高热压效率。
在一实施例中，所述正极材料层和所述铝箔的厚度之和为d1，所述负极材料层和所述铜箔的厚度之和为d2，所述隔膜的厚度为d3，所述正极材料层的长度为D1，所述第二陶瓷层的长度为D2，所述负极材料层的长度为D3，则
第n个第一空箔区域的长度XPn＝1/2*pi*[(n+1)*d1+n*d2+d3]；
第n个第二空箔区域的长度XNn＝1/2*pi*[n*d1+(n+1)*d2+2n*d3]；
相邻两个所述正极极耳形成的第n个正极切割间距YPn＝XPn+D1+2*D2；
相邻两个所述负极极耳形成的第n个负极切割间距YNn＝XNn+D3。
作为一示例，在正极材料层14和铝箔11的厚度之和为d1，负极材料层22和铜箔21的厚度之和为d2，隔膜61的厚度为d3时，将第n个第一空箔区域15的长度XPn配置为XPn＝1/2*pi*[(n+1)*d1+n*d2+d3]，将第n个第二空箔区域23的长度XNn配置为XNn＝1/2*pi*[n*d1+(n+1)*d2+2n*d3]，可保障设置在隔膜61两侧的正极带极耳极片41和负极带极耳极片42卷绕形成的卷绕电芯结构50中，各正极材料层14和第一空箔区域15的正极交界线对齐，各负极材料层22和第二空箔区域23的负极交界线对齐，且所有正极交界线和所有负极交界线对齐，以方便对卷绕形成的卷绕电芯结构50进行切割，提高叠片电芯结构60的生产效率。
作为一示例，在正极材料层14和铝箔11的厚度之和为d1，负极材料层22和铜箔21的厚度之和为d2，隔膜61的厚度为d3，正极材料层14的长度为D1，第二陶瓷层13的长度为D2，负极材料层22的长度为D3时，将相邻两个正极极耳17形成的第n个正极切割间距YPn配置为YPn＝XPn+D1+2*D2，相邻两个负极极耳25形成的第n个负极切割间距YNn配置为YNn＝XNn+D3，有助于保障卷绕形成的卷绕电芯结构50中所有正极极耳17的对齐度和所有负极极耳25的对齐度，以便于进行后续超声焊接操作。
本发明还提供一种叠片电芯结构60，叠片电芯结构60包括平行相对设置的2K个隔膜61、K个正极极片62和K+1个负极极片63；每一隔膜61两侧分别设有一个正极极片62和一个负极极片63，2K个隔膜61外侧各设有一个负极极片63；
正极极片62包括铝箔11、沿长度方向涂覆在铝箔11上的第一陶瓷层12和沿宽度方向涂覆在铝箔11上的两个第二陶瓷层13，第一陶瓷层12和两个第二陶瓷层13之间涂覆有正极材料层14，铝箔11上形成正极极耳17；
负极极片63包括铜箔21和涂覆在铜箔21上的负极材料层22，铜箔21上形成负极极耳25。
作为一示例，叠片电芯结构60包括平行相对设置的2K个隔膜61、K个正极极片62和K+1个负极极片63。本示例中，平行相对设置的2K个隔膜61划分形成2K+1个极片容置空间，用于容置K个正极极片62和K+1个负极极片63，使得K个正极极片62和K+1个负极极片63间隔设置在2K+1个极片容置空间内，形成每一隔膜61两侧分别设有一个正极极片62和一个负极极片63，2K个隔膜61外侧各设有一个负极极片63的叠片电芯结构60。
本示例中，每个正极极片62包括铝箔11、沿长度方向涂覆在铝箔11上的第一陶瓷层12和沿宽度方向涂覆在铝箔11上的两个第二陶瓷层13，第一陶瓷层12和两个第二陶瓷层13之间涂覆有正极材料层14，以使正极材料层14设置在一个第一陶瓷层12和两个第二陶瓷层13所形成的Π形正极材料区域内，使得正极材料层14边缘被陶瓷层包围，避免正极极片62和负极极片63边缘接触短路，有助于保障电池安全性。可理解地，每一正极极片62上形成有一正极极耳17。
在一实施例中，K个正极极耳17的对齐度小于3mm，以方便后续工序中对极耳进行超声焊接的操作，从而提高电池生产效率。
本示例中，每个负极极片63包括铜箔21和涂覆在铜箔21上的负极材料层22，铜箔21上形成负极极耳25。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种叠片电芯结构制造方法，其特征在于，包括：
将陶瓷材料浆料和正极活性材料浆料涂覆在铝箔上，形成正极涂布极片，所述正极涂布极片沿长度方向上对称设有两个第一陶瓷层，两个所述第一陶瓷层之间设有多个第二陶瓷层，相邻两个所述第二陶瓷层之间间隔形成有正极材料层和第一空箔区域，所有所述正极材料层的长度被配置为相同，所有所述第一空箔区域的长度被配置为逐渐增大；
将负极活性材料浆料涂覆在铜箔上，形成负极涂布极片，所述负极涂布极片沿长度方向上间隔设置有负极材料层和第二空箔区域，所有所述负极材料层的长度被配置为相同，所有所述第二空箔区域的长度被配置为逐渐增大；
对所述正极涂布极片进行辊压，获取正极辊压极片；对所述负极涂布极片进行辊压，获取负极辊压极片；
对所述正极辊压极片进行对中切割，获取正极分切极片；对所述负极辊压极片进行对中切割，获取负极分切极片；
对所述正极分切极片进行极耳切割，获取正极带极耳极片，所述正极带极耳极片包括间距逐渐增大的多个正极极耳；对所述负极分切极片进行极耳切割，获取负极带极耳极片，所述负极带极耳极片包括间距逐渐增大的多个负极极耳；
将所述正极带极耳极片和所述负极带极耳极片对称放置在隔膜两侧，卷绕形成卷绕电芯结构；
对所述卷绕电芯结构中的第一空箔区域与第二空箔区域进行切割，形成叠片电芯结构。
2.如权利要求1所述的叠片电芯结构制造方法，其特征在于，所述将陶瓷材料浆料和正极活性材料浆料涂覆在铝箔上，形成正极涂布极片，包括：
采用双腔挤压涂布装置，将下腔体内的所述正极活性材料浆料涂覆在铝箔的正极材料区域上，形成正极材料层；将上腔体内的所述陶瓷材料浆料间隔涂覆在铝箔上，形成多个第二陶瓷层，相邻两个所述第二陶瓷层之间间隔形成有所述正极材料区域和第一空箔区域；
采用并排设置的两个喷涂嘴，将所述陶瓷材料浆料沿长度方向涂覆在所述铝箔上，形成对称设置的两个第一陶瓷层。
3.如权利要求1所述的叠片电芯结构制造方法，其特征在于，所述将负极活性材料浆料涂覆在铜箔上，形成负极涂布极片，包括：
采用单腔挤压涂布装置，将所述负极活性材料浆料，沿铜箔长度方向间隔涂覆在所述铜箔上，形成多个负极材料层，相邻两个所述负极材料层之间形成第二空箔区域。
4.如权利要求1所述的叠片电芯结构制造方法，其特征在于，所述负极材料层的长度比所述正极材料层的长度大5-10mm，所述负极材料层的宽度比所述正极材料层的宽度大5-10mm。
5.如权利要求1所述的叠片电芯结构制造方法，其特征在于，所述对所述正极辊压极片进行对中切割，获取正极分切极片；对所述负极辊压极片进行对中切割，获取负极分切极片，包括：
对所述正极辊压极片进行对中切割，使垂直于所述正极辊压极片的毛刺长度小于所述正极辊压极片的厚度的1/2，获取正极分切极片；
对所述负极辊压极片进行对中切割，使垂直于所述负极辊压极片的毛刺长度小于所述负极辊压极片的厚度的1/2，获取负极分切极片。
6.如权利要求1所述的叠片电芯结构制造方法，其特征在于，所述对所述正极分切极片进行极耳切割，获取正极带极耳极片，所述正极带极耳极片包括间距逐渐增大的多个正极极耳；对所述负极分切极片进行极耳切割，获取负极带极耳极片，所述负极带极耳极片包括间距逐渐增大的多个负极极耳，包括：
对所述正极分切极片的边缘铝箔区域进行非等间距切割，获取正极带极耳极片，所述正极带极耳极片包括间距逐渐增大的多个正极极耳，每一所述正极极耳对应一所述正极材料层；
对所述负极分切极片的边缘铜箔区域进行非等间距切割，获取负极带极耳极片，所述负极带极耳极片包括间距逐渐增大的多个负极极耳，每一所述负极极耳对应一所述负极材料层。
7.如权利要求1所述的叠片电芯结构制造方法，其特征在于，所述对所述卷绕电芯结构中的第一空箔区域与第二空箔区域进行切割，形成叠片电芯结构，包括：
对所述卷绕电芯结构进行热压，对热压后的卷绕电芯结构中的第一空箔区域与第二空箔区域进行切割，形成叠片电芯结构。
8.如权利要求1所述的叠片电芯结构制造方法，其特征在于，所述正极材料层和所述铝箔的厚度之和为d1，所述负极材料层和所述铜箔的厚度之和为d2，所述隔膜的厚度为d3，所述正极材料层的长度为D1，所述第二陶瓷层的长度为D2，所述负极材料层的长度为D3，则
第n个第一空箔区域的长度XPn＝1/2*pi*[(n+1)*d1+n*d2+d3]；
第n个第二空箔区域的长度XNn＝1/2*pi*[n*d1+(n+1)*d2+2n*d3]；
相邻两个所述正极极耳形成的第n个正极切割间距YPn＝XPn+D1+2*D2；
相邻两个所述负极极耳形成的第n个负极切割间距YNn＝XNn+D3。
9.一种叠片电芯结构，其特征在于，包括平行相对设置的2K个隔膜、K个正极极片和K+1个负极极片；每一所述隔膜两侧分别设有一个正极极片和一个负极极片，2K个所述隔膜外侧各设有一个所述负极极片；
所述正极极片包括铝箔、沿长度方向涂覆在所述铝箔上的第一陶瓷层和沿宽度方向涂覆在所述铝箔上的两个第二陶瓷层，所述第一陶瓷层和两个所述第二陶瓷层之间涂覆有正极材料层，所述铝箔上形成正极极耳；
所述负极极片包括铜箔和涂覆在所述铜箔上的负极材料层，所述铜箔上形成负极极耳。
10.如权利要求9所述的叠片电芯结构，其特征在于，所述负极材料层的长度比所述正极材料层的长度大5-10mm，所述负极材料层的宽度比所述正极材料层的宽度大5-10mm。
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