CN1731619A - 一种折叠式卷绕以及制造该折叠式卷绕的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种折叠式卷绕，其包括负极片、正极片、焊接在正负极片上的正负极耳导电柱、置于正负极片之间隔膜、置于上述正负极片以及隔膜间的电解液，包覆好的正负极片及隔膜一起设置“S”字形层叠式；因上述各自正负极片折叠采用“S”字形折叠以后，使得上述折叠式卷绕内部储藏电流容量发挥充分稳定、导致循环性能好、耐高温之效果；另外，由于采用上述折叠式方法以后，使得正极层与正极层、负极层与负极层之间是连续的，并且，使得加工流程制作方便、操作简单，以便于实现连续性、自动化的生产。

Description

一种折叠式卷绕以及制造该折叠式卷绕的方法
技术领域
本发明涉及一种折叠式卷绕以及制造该卷绕的方法，尤其指一种应用于电池领域中折叠式卷绕以及制造该折叠式卷绕的具体方法。
背景技术
近年来，二次锂电池飞速发展，聚合物、软包装电池的市场份额不断的扩大，其进入的市场领域也越来越多，其中手机、DVD、笔记本电脑等。请参考图1、2所示，一种卷针式卷绕，其包括正极片1、负极片2、置于正负极片上正负导电极柱3、置于正负极片之间隔膜4以及包裹在上述卷绕外部软包装5；如采用传统的卷针卷绕方式，其电芯拐角6面积过大，容量发挥不稳定，且经过多次循环后，电芯拐角6处容易坏死，失去作用，导致循环性能差；另外，由于电芯里层极片层与层之间的膨胀为累计式膨胀，且电芯拐角处膨胀方向不一致，所以很容易导致电池鼓胀或变形，不耐高温，尤其是软包装5聚合物电池，其次，因传统卷针卷绕的电芯配上方形的外壳包装，其空隙率太大或不紧凑，容易残余有气体，导致电池鼓状、变形或其他性能下降。因此，传统的卷针卷绕方式不能满足上述市场领域要求，而容易导致对电池的容量稳定性不稳定，循环性能差，耐高温性能差。
另一方面，如果采用传统的矩形正极片、电解液、负极片交替层叠，经热压等方式形成层叠式电芯，也可有效利用空间，由正负极片折叠而成的正负极层，但其正极层与正极层、负极层与负极层之间是不连续的，所以制作工艺繁琐，不利于批量生产，现还只局限于实验生产。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明的主要目的是提供一种可以提高容量稳定性，循环性能，耐高温的折叠式卷绕。
本发明的次要目的是提供一种易于实现连续性、自动化的生产的折叠式卷绕。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种折叠式卷绕，其包括负极片、正极片、焊接在负正极片上的负正极耳导电柱、置于正负极片之间隔膜、置于上述正负极片以及隔膜外部电解液间的电解液，包覆好的正负极片及隔膜一起设置“S”字形层叠式。
在上述结构中，所述正极片是由含有锂化合物活性物质、导电剂、粘接剂以及溶剂混合配置成浆料，再将上述浆料涂覆在集流体铝箔上并加热构成；所述负极片是由含有石墨碳质材料、导电剂、粘接剂以及溶剂混合配置成浆料，再将上述浆料涂覆在集流体铜箔上并加热构成；所述隔膜是一种能让上述电解液中电离子自由渗透的塑胶材料加工的绝缘隔膜，所述隔膜有预留长度，待电芯折叠完后，预留隔膜在最外层包裹住电芯。
在上述结构中，所述导电剂为乙炔黑导电材料；所述导电剂为乙炔黑导电材料；所述粘接剂为聚偏氟乙烯或羧甲基纤维素钠(CMC)或丁苯胶乳(SBR)或羧甲基纤维素钠(CMC)与丁苯胶乳(SBR)的混合物；所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)或水。
在上述结构中，所述“S”字形层叠式可以为“Z”字形层叠式或“之”字形层叠式或“W”字形层叠式或“U”字形层叠式。
一种制造上述折叠式卷绕方法，其包括如下步骤：
首先，制作正极片：将由含有锂化合物活性物质、导电剂、粘接剂以及溶剂混合配置成浆料，再将上述浆料涂覆在集流体铝箔上，并加热去除铝箔上多余的溶剂，再用辊压机压成一定厚度，裁成所需尺寸的长条形极片，将正极耳导电柱固定连接长条形极片上，即构成正极片；
接着，制作负极片：由含有石墨碳质材料、导电剂、粘接剂以及溶剂混合配置成浆料，再将上述浆料涂覆在集流体铜箔上，并加热去除铜箔上多余的溶剂；先裁剪成所需长度负极片，再按照铜箔在里层而活性物质在外层方式对负极片对折，再用辊压机压成一定厚度，并裁成与正极片匹配的长条形极片，将负极耳导电柱固定连接长条形极片上，即构成负极片；
接着，将上述隔膜裁成与正负极片匹配的长条形薄膜片，即构成隔膜；
接着，将上述一隔膜置于上述一负极片上面，再将上述正极片置于上述一隔膜上面，再将另一隔膜置于上述正极片上面，再将另一负极片置于另一隔膜上面，即达到负极层、隔膜层、正极层交替而成层叠式卷组；
接着，将上述层叠式卷组按照折叠方式进行来回折叠而折成半成品折叠式卷绕；
接着，将上述半成品折叠式卷绕置于铝膜已冲壳成型腔内，并进行入壳动作、封焊动作、注电解液、小电流化成活化，分容检测电池质量好坏，即构成电池板。
在上述结构中，所述固定连接方式可以为：激光焊接、超声波焊接、铆接、热阻焊接。
在上述结构中，所述折叠方式可以为：采用插片方式、来回折叠方式、滑动拉升方式、齿轮对辊方式、间歇涂布空缺式。
在上述结构中，所述负极耳导电柱铆焊优选在极片中间；所述涂覆好的负极片优选为对折后背靠背辊压。
在上述结构中，所述采用插片方式包括移动平台、置于移动平台上层叠式卷组、置于移动平台上部上插片刀、置于移动平台下部下插片刀，其动作主要由带有间隔距离的上下插片刀沿着移动平台上层叠式卷组边缘上下移动进行折叠。
在上述结构中，所述来回折叠方式是先预设规定距离宽度的层叠式卷组采用“之”字形方式进行折叠。
在上述结构中，所述滑动拉升方式包括工作台、拉升刀，主要由滑动轮带动拉升刀前进、后退动作来回折叠上述层叠式卷组。
在上述结构中，所述齿轮对辊方式是利用主动齿轮上滚齿与从动齿轮上滚齿相互齿合而辊压上述层叠式卷组，上述滚齿上齿顶与齿根之间距离等于层叠式卷组所需要折叠宽度。
在上述结构中，所述间歇涂布空缺式是在上述层叠式卷组上涂覆一层条纹，然后沿着层叠式卷组条纹位置出进行折叠，述所述条纹与条纹之间距离为层叠式卷组所需要折叠宽度。
因上述各自正负极片折叠采用“S”字形折叠，使得电芯拐角面积很小，对各自正负极片之间电流阻碍影响很小，甚至可以忽略不记，导致上述折叠式卷绕内部储藏电流容量发挥充分稳定；同时，也使得各自电芯拐角处不容易损坏，导致循环性能好；另外，因电芯里层极片采用层叠式，使得拐角处膨胀系数和方向一致，导致整个折叠式卷绕能够耐高温。
由于采用上述折叠式方法以后，使得正极层与正极层、负极层与负极层之间是连续的，并且，使得加工流程制作方便、操作简单，以便于实现连续性、自动化的生产。
附图说明
图1为现有技术中一种折叠式卷绕图；
图2为现有技术中卷针卷绕方式的截面示意图；
图3为本发明中折叠式卷绕截面示意图；
图4为本发明另一种折叠式卷绕截面示意图；
图5为本发明的插片方式示意图；
图6为本发明的来回折叠方式流程示意图；
图7为本发明的滑动拉升方式结构示意图；
具体实施方式
请参考图3、4所示，一种折叠式卷绕，其包括负极片7、正极片8、焊接在负正极片上的负正极耳导电柱、置于正负极片之间隔膜9、置于上述正负极片以及隔膜外部电解液；所述正极片7是由83wt％的锂钴氧化物活性物质(LiCoO2)、8wt％的乙炔黑导电材料、4wt％的聚偏氟乙烯粘合剂(PVDF)、5wt％的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂配置而成浆料，再将上述浆料涂覆在集流体铝箔双面上并加热构成。所述负极片8是由90wt％的天然石墨碳质材料、5wt％的聚偏氟乙烯粘合剂(PVDF)、5wt％的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂配置而成浆料，再将上述浆料涂覆在集流体铜箔一面上并加热构成。所述隔膜9是一种能让上述电解液中电离子自由渗透的塑胶材料加工的绝缘隔膜，所述隔膜9有预留长度，待电芯折叠完后，预留隔膜在最外层包裹住电芯；将上述包覆好的正负极片7、8及隔膜9一起并按照“S”字形层叠式进行折叠。所述“S”字形层叠式可以为“Z”字形层叠式或“之”字形层叠式或“W”字形层叠式或“U”字形层叠式。
由于上述各自正负极片折7、8叠采用“S”字形折叠以后，使得折叠后的正负极片每一层宽度保持一致，且每一层正负极片与每一层正负极片之间的产生拐角10范围缩小，使得电芯拐角10面积很小，对各自正负极片之间电流阻碍影响很小，甚至可以忽略不记，导致上述折叠式卷绕内部储藏电流容量发挥充分稳定。又因膨状率减少，且处于拐角10处活性物质减少，也使得各自电芯拐角10处不容易损坏，导致循环性能好。另外，因电芯里层极片采用层叠式，使得拐角10处膨胀系数和方向一致，导致整个折叠式卷绕能够耐高温。
为了制作上述折叠式卷绕，而采用如下工艺流程：
首先，制作正极片7：将83wt％的锂钴氧化物活性物质(LiCoO2)、8wt％的乙炔黑导电材料、4wt％的聚偏氟乙烯粘合剂(PVDF)、5wt％的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂混合在一指定容器内，并搅拌一起充分溶解而成浆料，再将上述浆料涂覆在集流体铝箔双面上，加热去除铝箔上多余的溶剂，再用辊压机压成一定厚度，裁成所需尺寸的长条形极片，将正极耳导电柱固定连接长条形极片上；即构成正极片。
接着，制作负极片8：将90wt％的天然石墨碳质材料、5wt％的聚偏氟乙烯粘合剂(PVDF)、5wt％的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂混合在一指定容器内，并搅拌一起充分溶解而成浆料，再将上述浆料涂覆在集流体铜箔上的一面上，加热去除铜箔上多余的溶剂；先裁剪成所需长度负极片8，再按照铜箔在里层而活性物质在外层方式对负极片8对折，再用辊压机压成一定厚度，并裁成与正极片7匹配的长条形极片，将负极耳导电柱固定连接长条形极片上，即构成负极片；所述负极耳导电柱铆焊优选在极片中间；所述涂覆好的负极片优选为对折后背靠背辊压。
接着，将上述隔膜9裁成与正负极片匹配的长条形薄膜片，即构成隔膜。
接着，将一隔膜9置于上述一负极片8上面，再将上述正极片7置于上述一隔膜9上面，再将另一隔膜9置于上述正极片7上面，再将另一负极片8置于上述另一隔膜9上面，即达到负极层、隔膜层、正极层交替而成层叠式卷组；
接着，将上述层叠式卷组按照折叠方式进行来回折叠而折成半成品折叠式卷绕。
接着，将上述半成品折叠式卷绕置于铝膜成型腔内，并进行冲壳动作，入壳动作、封焊动作、汪电解液、化成活化小电流，分容检测电池质量好坏，最后加工成成品折叠式卷绕，即构成电池板。
由于采用上述折叠式方法以后，使得正极层与正极层、负极层与负极层之间是连续的，并且，使得加工制作流程方便、操作简单；另外，因负极采用了单层涂覆，增加了单个电池的铜箔用量，使得铜箔恰好可以填补电芯拐角10的空间，使得电池变得更为紧凑，减少气体的含量，导致电池不容易变形，并且上述卷绕整体是连续的；以便于实现连续性、自动化的生产。
本发明上述固定连接方式可以采用为：激光焊接、超声波焊接、铆接、热阻焊接。
本发明上述折叠方式可以采用为：采用插片方式、来回折叠方式、滑动拉升方式、齿轮对辊方式、间歇涂布空缺式。
请参考图5所示，所述采用插片方式包括移动平台11、置于移动平台11上层叠式卷组12、置于移动平台11上部上插片刀13、置于移动平台11下部下插片刀14，其动作主要由带有间隔距离的上下插片刀13、14沿着移动平台11上层叠式卷组12边缘上下移动进行折叠。
请参考图6所示，所述来回折叠方式是先预设规定距离宽度的层叠式卷组15采用“之”字形方式进行折叠。
请参考图7所示，所述滑动拉升方式包括工作台16、拉升刀17，主要由滑动轮带动拉升刀17前进、后退动作来回折叠上述层叠式卷组。
所述齿轮对辊方式是利用主动齿轮滚齿与从动齿轮上滚齿相互齿合而辊压上述层叠式卷组，上述滚齿上齿顶与齿根之间距离等于层叠式卷组所需要折叠宽度。
所述间歇涂布空缺式是在上述层叠式卷组上涂覆一层条纹，然后沿着层叠式卷组条纹位置出进行折叠，述所述条纹与条纹之间距离为层叠式卷组所需要折叠宽度。
总上所述，本发明中所涉及到导电剂可以为乙炔黑导电材料代替；所述粘接剂可以为聚偏氟乙烯或羧甲基纤维素钠(CMC)或丁苯胶乳(SBR)或羧甲基纤维素钠(CMC)与丁苯胶乳(SBR)的混合物代替；所述溶剂可以为N-甲基吡咯烷酮(NMP)或水代替，上述技术特征简单替换，在所属技术领域中对于一般技术人员来说是显而易见不需要进行创造性劳动。

Claims (10)

1、一种折叠式卷绕，其包括负极片、正极片、焊接在正负极片上的正负极耳导电柱、置于正负极片之间隔膜、置于上述正负极片以及隔膜间的电解液，其特征在于：包覆好的正负极片及隔膜一起设置“S”字形层叠式。
2、如权利要求1所述一种折叠式卷绕，其特征在于：所述正极片是由含有锂化合物活性物质、导电剂、粘接剂以及溶剂混合配置成浆料，再将上述浆料涂覆在集流体铝箔上并加热构成；所述负极片是由含有石墨碳质材料、导电剂、粘接剂以及溶剂混合配置成浆料，再将上述浆料涂覆在集流体铜箔上并加热构成；所述隔膜是一种能让上述电解液中电离子自由渗透的塑胶材料加工的绝缘隔膜。
3、如权利要求2所述一种折叠式卷绕，其特征在于：所述导电剂为乙炔黑导电材料；所述粘接剂为聚偏氟乙烯或羧甲基纤维素钠(CMC)或丁苯胶乳(SBR)或羧甲基纤维素钠(CMC)与丁苯胶乳(SBR)的混合物；所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)或水。
4、如权利要求1所述一种折叠式卷绕，其特征在于：所述“S”字形层叠式可以为“Z”字形层叠式或“之”字形层叠式或“W”字形层叠式或“U”字形层叠式。
5一种制造如权利要求1所述折叠式卷绕方法，其包括如下步骤：首先，制作正极片：将由含有锂化合物活性物质、导电剂、粘接剂以及溶剂混合配置成浆料，再将上述浆料涂覆在集流体铝箔上，并加热去除铝箔上多余的溶剂，再用辊压机压成一定厚度，裁成所需尺寸的长条形极片，将正极耳导电柱固定连接长条形极片上，即构成正极片；接着，制作负极片：由含有石墨碳质材料、导电剂、粘接剂以及溶剂混合配置成浆料，再将上述浆料涂覆在集流体铜箔上，并加热去除铜箔上多余的溶剂；先裁剪成所需长度负极片，再按照铜箔在里层而活性物质在外层方式对负极片对折，再用辊压机压成一定厚度，并裁成与正极片匹配的长条形极片，将负极耳导电柱固定连接长条形极片上，即构成负极片；
接着，将上述隔膜裁成与正负极片匹配的长条形薄膜片，即构成隔膜；
接着，将上述一隔膜置于上述一负极片上面，再将上述正极片置于上述一隔膜上面，再将另一隔膜置于上述正极片上面，再将另一负极片置于另一隔膜上面，即达到负极层、隔膜层、正极层交替而成层叠式卷组；
接着，将上述层叠式卷组按照折叠方式进行来回折叠而折成半成品折叠式卷绕；
接着，将上述半成品折叠式卷绕置于铝膜已冲壳成型腔内，并进行入壳动作、封焊动作、注电解液、小电流化成活化，分容检测电池质量好坏，即构成电池板。
6、如权利要求5所述一种制造折叠式卷绕方法，其特征在于：所述固定连接方式可以为：激光焊接、超声波焊接、铆接、热阻焊。
7、如权利要求5所述一种制造折叠式卷绕方法，其特征在于：所述折叠方式可以为：采用插片方式、来回折叠方式、滑动拉升方式、齿轮对辊方式、间歇涂布空缺式。
8、如权利要求5所述一种制造折叠式卷绕方法，其特征在于：所述隔膜有预留长度，待电芯折叠完后，预留隔膜在最外层包裹住电芯；所述负极耳导电柱铆焊优选在极片中间；所述涂覆好的负极片优选为对折后背靠背辊压。
9、如权利要求5或7所述一种制造折叠式卷绕方法，其特征在于：所述采用插片方式包括移动平台、置于移动平台上层叠式卷组、置于移动平台上部上插片刀、置于移动平台下部下插片刀，其动作主要由带有间隔距离的上下插片刀沿着移动平台上层叠式卷组边缘上下移动进行折叠；所述来回折叠方式是先预设规定距离宽度的层叠式卷组采用“之”字形方式进行折叠；所述滑动拉升方式包括工作台、拉升刀，主要由滑动轮带动拉升刀前进、后退动作来回折叠上述层叠式卷组；所述齿轮对辊方式是利用主动齿轮上滚齿与从动齿轮上滚齿相互齿合而辊压上述层叠式卷组，上述滚齿上齿顶与齿根之间距离等于层叠式卷组所需要折叠宽度。
10、如权利要求5或7所述一种制造折叠式卷绕方法，其特征在于：所述间歇涂布空缺式是在上述层叠式卷组上涂覆一层条纹，然后沿着层叠式卷组条纹位置出进行折叠，述所述条纹与条纹之间距离为层叠式卷组所需要折叠宽度。
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