CN211980800U - 电芯制作系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电芯制作系统，包括：喷胶装置，用于对隔膜上下表面喷涂胶水，其中，所述隔膜自起始位置依次有n个叠片区域，所述叠片区域的隔膜上下表面涂有胶水以用于粘接极片，n为正整数；叠片装置，设置于叠片区域，用于将极片粘接至所述隔膜。所述系统使喷胶和叠片容易实现。

Description

电芯制作系统

技术领域

本申请涉及锂离子电池制造领域，特别涉及一种锂离子电池的电芯制作方法和系统。

背景技术

现有的锂电池制芯方式主要有卷绕和叠片，两种方式各有优势，但目前两种方式也各自存在一些问题。

如卷绕电芯优势是效率高，制造成本低，整体极片对齐度好，工艺设备成熟。但劣势也很明显，如后期充放电卷芯有变形的风险，相对叠片，产品性能差：内阻大，倍率小，放电平台低，寿命低，能量密度低，适应厚度窄，形状单一，适应领域窄等。

而叠片电芯具有壳内空间利用率高，极片间接触好，不易变形，电性能相对卷绕明显(如上所述)。但存在生产效率低，运转过程有错位风险，产线相对卷绕控制复杂，投入高等。现在虽有多工位叠片，如四工位叠片，叠片速度可达到0.85s/片，但还是达不到卷绕效率(现有效率还要提高一倍)。通过调整速度目前还行不通，因为太快，联动装置达不到，且叠片精度也达不到。

实用新型内容

本申请要解决的技术问题是现有采用卷绕方式制作的电池电芯容易变形且电芯性能差，采用叠片方式制作的电池电芯生产效率低且极片易错位。

为解决上述技术问题，本申请公开了一种电芯制作系统，包括：喷胶装置，用于对隔膜上下表面喷涂胶水，其中，所述隔膜自起始位置依次有n个叠片区域，所述叠片区域的隔膜上下表面涂有胶水以用于粘接极片，n为正整数；叠片装置，设置于叠片区域，用于将极片粘接至所述隔膜。

可选的，所述喷胶装置包括储胶罐和安装于储胶罐上的喷胶嘴。

可选的，所述叠片装置包括：极片料盒、极片定位机构和送片机构，所述极片定位机构用于对极片料盒送出的极片进行定位并转移至送片机构，所述送片机构用于吸附所述极片并将所述极片粘接至所述叠片区域的隔膜表面。

可选的，所述电芯制作系统还包括：设置于所述叠片区域两侧的隔膜上下面的隔膜固定压辊。

可选的，所述n个叠片区域的叠片装置同时进行叠片；喷胶装置在隔膜放卷时依次在叠片区域的隔膜上下表面喷涂胶水，在隔膜卷绕时在叠片区域之间的隔膜上下表面喷涂胶水。

与现有技术相比，本申请技术方案至少具有如下有益效果：

先通过双面涂胶隔膜粘接极片完成叠片，再通过卷绕隔膜粘接叠片，并且为完成卷绕而在隔膜的叠片区域之间设置适当的间隔，由此将叠片和卷绕结合完成卷叠电芯的制作。既解决了卷绕电池电芯内阻大，内应力大，空间利用不够，电池倍率小，放电平台低，寿命低，能量密度低，适应厚度窄，形状单一，适应领域窄等问题；也解决了普通叠片电芯生产效率低和易错位等问题，实现与卷绕同效率，降低制造成本。

卷叠电芯具有结构/安全优势：多层包裹，整体紧固，各层受隔膜约束，无法移动，所以不易错位，安全性有保障。

采用乙腈和聚氧化乙烯配制的胶水不会对电池性能有影响，通常具有较宽的电化学窗口、高阳极稳定性、低黏度和高沸点等优良特性，对固体电解质界面膜的成膜效果有益，也能提高电池安全性。

喷胶装置包括储胶罐和喷胶嘴；叠片装置包括送料、极片定位和叠片，并且在叠片的同时将极片与隔膜粘接在一起。喷胶装置和叠片装置都很容易实现。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的电芯制作方法的叠片和卷绕过程示意图；

图2为图1所示叠片区域A1至A3的叠片和卷绕过程的放大示意图；

图3为图1所示叠片区域A4至A7的叠片和卷绕过程的放大示意图；

图4为本申请实施例的喷胶装置的结构示意图；

图5为本申请实施例的叠片装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本申请的制作电池电芯在工艺流程和设备两方面进行改良，主要通过卷叠方式实现效率和结构优势，不仅充分发挥叠片电池极片并联及其他优势，也解决生产效率低和易错位风险。其中，效率优势：将每层叠好的极片，通过卷绕方式制成电芯，即卷绕的效率来完成叠片电芯结构。结构优势：多层包裹，整体紧固，各层受隔膜约束，无法移动，所以不易错位，安全性有保障。

请结合参考图1至图3，本申请实施例的电芯制作方法，包括：

提供隔膜G0，自所述隔膜G0起始位置依次有n个叠片区域A1、A2、A3、 A4、A5、A6、A7、......、A38、A39、A40、A41(n根据实际电芯需要的正极片、负极片数量确定，本实施例中，n＝41)，所述叠片区域A1、A2、A3、A4、 A5、A6、A7、......、A38、A39、A40、A41的隔膜G0上下表面涂有胶水以用于粘接极片；其中，第奇数个叠片区域A1、A3、A5、A7、......、A39与其后一个叠片区域A2、A4、A6、......、A38、A40之间的隔膜的长度D1、D3、D5、 D7、......、D39等于两个叠片区域的长度和用于卷绕的隔膜的长度之和，第偶数个叠片区域A2、A4、A6、......、A38、A40与其后一个叠片区域A3、A5、A7、......、A39、A41之间的隔膜的长度D2、D4、D6、......、D40(图中未标示)等于用于卷绕的隔膜的长度；

将n对第一极片P1和第二极片P2分别粘接在所述n个叠片区域A1、A2、 A3、A4、A5、A6、A7、......、A38、A39、A40、A41的隔膜G0上下表面，形成n个叠片单元C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、......、C38、C39、C40、 C41；其中，第奇数个叠片单元C1、C3、C5、C7、......、C39、C41自上而下依次为第一极片P1、隔膜G0和第二极片P2，第偶数个叠片单元C2、C4、C6、......、C38、C40自上而下依次为第二极片P2、隔膜G0和第一极片P1；

在所述叠片区域A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、......、A38、A39、A40、 A41之间的隔膜G0上下表面喷涂胶水，自第一个叠片单元C1向第n个叠片单元C41卷绕所述隔膜G0，以使各叠片单元C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、......、 C38、C39、C40、C41粘接在所述隔膜G0表面形成卷叠电芯。需要说明的是，所述用于卷绕的隔膜的长度与卷绕所需包覆的极片的厚度和数量以及隔膜的厚度和层数相适应，也就是说，各个第奇数个叠片区域与其后一个叠片区域之间的隔膜的长度D1、D3、D5、D7、......、D39是不相等的，同样地，各个第偶数个叠片区域与其后一个叠片区域之间的隔膜的长度D2、D4、D6、......、D40 也是不相等的，此将在后面进行详细说明。另外，由于叠片区域的隔膜用于粘接极片，因此所述叠片区域的长度需要与极片的宽度相适应(如相等或略大于) 以使极片能够完整粘接于叠片区域的隔膜表面。

第一极片P1和第二极片P2、隔膜G0的卷绕方向根据实际电芯的极片堆叠结构而确定。本实施例中，所述第一极片P1为正极片，所述第二极片P2为负极片，所述负极片的宽度大于所述正极片的宽度；所述卷绕的方向为顺时针方向，即如图中的宽箭头所示。

为实现上述电芯制作方法，本实施例的电芯制作系统包括：喷胶装置S1(请参考图1和图4)，用于对隔膜G0上下表面喷涂胶水；叠片装置S2(请参考图 5)，设置于叠片区域，用于将极片P1、P2粘接至所述隔膜G0。

具体实施时，喷胶装置S1先在隔膜G0上下表面喷涂胶水，叠片装置S2 将极片P1、P2分别粘接在隔膜G0。第一个叠片区域A1的叠片单元C1为上正下负极片；隔两个叠片位(不叠极片)，即间隔D1长度的隔膜G0，第二个叠片区域A2的叠片单元C2为上负下正极片，紧邻的叠片位，即间隔D2长度的隔膜G0，第三个叠片区域A3的叠片单元C3为上正下负极片；再隔两个叠片位(不叠极片)，即间隔D3长度的隔膜G0，第四个叠片区域A4的叠片单元C4为上负下正极片，紧邻的叠片位，即间隔D4长度的隔膜G0，第五个叠片区域A5 的叠片单元C5为上正下负极片；以此类推，直至达到需要的层数，如本实施例中，第四十个叠片区域A40的叠片单元C40为上负下正极片，紧邻的叠片位，即间隔D40长度的隔膜G0，第四十一个叠片区域A41的叠片单元C41为上正下负极片。各叠片位可以同时开始叠片，即所有叠片一次完成，因此，可以在n 个叠片区域分别设置叠片装置S2，每个叠片区域的叠片装置S2同时进行叠片。

叠片后，从叠片单元C1向叠片单元C41开始顺时针卷绕，卷绕过程中，喷胶装置S1在叠片区域之间的隔膜G0上下表面喷涂胶水，图1仅示出了每次卷绕时叠片的极片数量和隔膜层数，每卷绕半圈，叠片单元和隔膜卷绕后的具体结构可以参考图2和图3的局部放大示例，直到把所有叠好的叠片单元都卷好并粘接于隔膜G0，最后用一圈隔膜G0包住，切断隔膜，制作成卷叠电芯，电芯贴胶后再通过夹具转入下一工序。本实施例中，所述卷绕采用平式卷针，采用平式卷针卷绕，相对椭圆和圆形卷针，更容易操作。

如前所述，各个第奇数个叠片区域与其后一个叠片区域之间的隔膜G0的长度D1、D3、D5、D7、......、D39是不相等的，同样地，各个第偶数个叠片区域与其后一个叠片区域之间的隔膜G0的长度D2、D4、D6、......、D40是不相等的。具体地，叠片区域之间的隔膜实际上就是隔膜不粘极片部分，各个隔膜不粘极片部分的长度计算大致举例如下，结合图2和图3，以第一极片P1为正极片，第二极片P2为负极片，所述负极片的宽度大于所述正极片的宽度，所述卷绕的方向为顺时针方向为例：

D1＝D1a+D1b，其中，

D1a＝x1+负极片宽度+y1+隔膜包覆余量＝负极片厚度+负极片宽度+(负极片厚度+正极片厚度+隔膜厚度)+隔膜包覆余量；

D1b＝负极片宽度+z1+隔膜包覆余量＝负极片宽度+(负极片厚度+正极片厚度*2+隔膜厚度*2)+隔膜包覆余量；

D2＝x2+隔膜包覆余量＝(负极片厚度*2+正极片厚度*2+隔膜厚度*3)+隔膜包覆余量；

D4＝x4+隔膜包覆余量＝(负极片厚度*4+正极片厚度*4+隔膜厚度*7)+隔膜包覆余量；

D5＝D5a+D5b，其中，

D5a＝x5+负极片宽度+y5+隔膜包覆余量＝(负极片厚度*5+正极片厚度*4+ 隔膜厚度*8)+负极片宽度+(负极片厚度*5+正极片厚度*5+隔膜厚度*9)+隔膜包覆余量；

D5b＝负极片宽度+z5+隔膜包覆余量＝负极片宽度+(负极片厚度*5+正极片厚度*6+隔膜厚度*10)+隔膜包覆余量；

D6＝x6+隔膜包覆余量＝(负极片厚度*6+正极片厚度*6+隔膜厚度*11)+隔膜包覆余量；

依此类推。

上述各式中，″隔膜包覆余量″可以各不相等的，其可以理解为在卷绕时为包覆当前所有极片和隔膜所留出的余量。

由上述各式可以理解，第奇数个叠片区域与其后一个叠片区域之间的隔膜的长度等于两个叠片区域的长度和用于卷绕的隔膜的长度之和，第偶数个叠片区域与其后一个叠片区域之间的隔膜的长度等于用于卷绕的隔膜的长度；其中，所述叠片区域的长度与极片的宽度相适应以使极片能够完整粘接于叠片区域的隔膜表面，在本实施例中所述叠片区域的长度等于负极片的宽度；所述用于卷绕的隔膜的长度与卷绕所需包覆的极片的厚度和数量以及隔膜的厚度和层数相适应，从图中可以看到，每次卷绕半圈时，所包覆的极片数量和隔膜层数是不同的。

进一步，本实施例使用一种新的胶水，所述胶水的成分包括乙腈和聚氧化乙烯(PEO)，外观澄清、无杂质。基于粘接效果和不影响电芯特性等方面考虑，所述胶水的质量配比为：PEO/(乙腈+PEO)＝6％～15％，所述胶水的粘度为 100mPa.s(毫帕.秒)～150mPa.s。因为粘度过低，隔膜粘结效果差，粘度过高，流动性差，喷胶口易形成胶粒。腈类是一种适应高电压的有机溶剂，通常具有较宽的电化学窗口、高阳极稳定性、低黏度和高沸点等优良特性，对固体电解质界面膜(SEI)成膜效果有益，也能提高电池安全性。所述胶水会溶于电解液，所以不会影响电池内阻和界面接触。也不会堵塞离子通道。

请参考图4，本实施例的电芯制作系统中，所述喷胶装置S1包括储胶罐S11 和安装于储胶罐S11上的喷胶嘴S12。储胶罐S11用于储存胶水，胶水通过喷胶嘴S12涂布至隔膜G0表面，在隔膜G0的上下表面分别设置有喷胶嘴S12。

喷胶装置S1在隔膜放卷时依次在叠片区域的隔膜G0上下表面喷涂胶水，在隔膜G0卷绕时在叠片区域之间的隔膜G0上下表面喷涂胶水。具体地，喷胶装置S1可以设置在隔膜卷放出隔膜G0的位置，开始拉隔膜G0时即在隔膜放卷时，所有喷嘴S12在横向上按一定的间距同时喷胶，也就是在叠片区域的隔膜G0上下表面喷胶，叠片区域的间隔区域先不喷胶，隔膜G0拉到位后停止喷胶。待隔膜G0开始卷绕时，可以在叠片区域之间设置喷胶装置S1，以对隔膜 G0上下表面喷胶，即隔膜G0有纵向运动时，就在叠片区域的间隔区域开始喷胶，隔膜G0停止运动，喷胶停止。喷胶需要保持均匀、连续无间断、贴合良好，喷胶量以粘住极片，在卷绕运动过程或隔膜抖动时，极片不会脱落和移位为准。

请继续参考图5，本实施例的电芯制作系统中，所述叠片装置S2包括：极片料盒S21、S22，极片定位机构S31、S32，以及送片机构S41、S42。为清楚显示叠片装置S5的结构，图5仅示出设置在叠片区域A4和A5的叠片装置S2，实际实施时，可以在每个叠片区域设置叠片装置S2，n个叠片区域的叠片装置 S2可以同时进行叠片，即将第一极片P1和第二极片P2分别叠片并粘接至隔膜 G0上下表面。进一步，在每个叠片区域两侧的隔膜G0上面和下面都可以设置隔膜固定压辊S5，以保证隔膜G0的平整和位置固定。

所述极片定位机构S31、S32用于对极片料盒S21、S22送出的极片进行定位并转移至送片机构S41、S42，所述送片机构S41、S42用于吸附所述极片并将所述极片粘接至所述叠片区域的隔膜G0表面。喷完胶后，隔膜G0上下的极片料盒S21、S22同时送极片，极片定位机构S31、S32先将极片定位好，然后转移到送片机构S41、S42的吸板上，上下送片机构S41、S42吸住极片，送到隔膜G0对应位置后上下移动送极片粘住隔膜G0并施压，保证粘接牢固，之后破真空，送片机构S41、S42归位吸住下一张极片。

具体来说，根据不同的位置：在第偶数个叠片区域，例如图5中的A4区域，隔膜G0上面的叠片装置S2包括第二极片料盒S22、第二极片定位机构S32和上送片机构S41，第二极片定位机构S32对第二极片料盒S22送出的第二极片 P2进行定位并转移至上送片机构S41，上送片机构S41吸附第二极片P2，再将第二极片P2粘接至隔膜G0上表面并压紧；隔膜G0下面的叠片装置S2包括第一极片料盒S21、第一极片定位机构S31和下送片机构S42，第一极片定位机构 S31对第一极片料盒S21送出的第一极片P1进行定位并转移至下送片机构S42，下送片机构S42吸附第一极片P1，再将第一极片P1粘接至隔膜G0下表面并压紧。在第奇数个叠片区域，例如图5中的A5区域，隔膜G0上面的叠片装置S2 包括第一极片料盒S21、第一极片定位机构S31和上送片机构S41，第一极片定位机构S31对第一极片料盒S21送出的第一极片P1进行定位并转移至上送片机构S41，上送片机构S41吸附第一极片P1，再将第一极片P1粘接至隔膜G0上表面并压紧；隔膜G0下面的叠片装置S2包括第二极片料盒S22、第二极片定位机构S32和下送片机构S42，第二极片定位机构S32对第二极片料盒S22送出的第二极片P2进行定位并转移至下送片机构S42，下送片机构S42吸附第二极片P2，再将第二极片P2粘接至隔膜G0下表面并压紧。

综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本公开提出，并且在本公开的示例性实施例的精神和范围内。

此外，本申请中的某些术语已被用于描述本公开的实施例。例如，“一个实施例”，“实施例”和/或“一些实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性可以包括在本公开的至少一个实施例中。因此，可以强调并且应当理解，在本说明书的各个部分中对“实施例”或“一个实施例”或“替代实施例”的两个或更多个引用不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征，结构或特性可以在本公开的一个或多个实施例中适当地组合。

应当理解，在本公开的实施例的前述描述中，为了帮助理解一个特征，出于简化本公开的目的，本申请有时将各种特征组合在单个实施例、附图或其描述中。或者，本申请又是将各种特征分散在多个本申请的实施例中。然而，这并不是说这些特征的组合是必须的，本领域技术人员在阅读本申请的时候完全有可能将其中一部分特征提取出来作为单独的实施例来理解。也就是说，本申请中的实施例也可以理解为多个次级实施例的整合。而每个次级实施例的内容在于少于单个前述公开实施例的所有特征的时候也是成立的。

在一些实施方案中，表达用于描述和要求保护本申请的某些实施方案的数量或性质的数字应理解为在某些情况下通过术语“约”，“近似”或“基本上”修饰。例如，除非另有说明，否则“约”，“近似”或“基本上”可表示其描述的值的±20％变化。因此，在一些实施方案中，书面描述和所附权利要求书中列出的数值参数是近似值，其可以根据特定实施方案试图获得的所需性质而变化。在一些实施方案中，数值参数应根据报告的有效数字的数量并通过应用普通的舍入技术来解释。尽管阐述本申请的一些实施方案列出了广泛范围的数值范围和参数是近似值，但具体实施例中都列出了尽可能精确的数值。

本文引用的每个专利，专利申请，专利申请的出版物和其他材料，例如文章，书籍，说明书，出版物，文件，物品等，可以通过引用结合于此。用于所有目的的全部内容，除了与其相关的任何起诉文件历史，可能与本文件不一致或相冲突的任何相同的，或者任何可能对权利要求的最宽范围具有限制性影响的任何相同的起诉文件历史。现在或以后与本文件相关联。举例来说，如果在与任何所包含的材料相关联的术语的描述、定义和/或使用与本文档相关的术语、描述、定义和/或之间存在任何不一致或冲突时，使用本文件中的术语为准。

最后，应理解，本文公开的申请的实施方案是对本申请的实施方案的原理的说明。其他修改后的实施例也在本申请的范围内。因此，本申请披露的实施例仅仅作为示例而非限制。本领域技术人员可以根据本申请中的实施例采取替代配置来实现本申请中的申请。因此，本申请的实施例不限于申请中被精确地描述过的哪些实施例。

Claims (5)

1.一种电芯制作系统，其特征在于，包括：

喷胶装置，用于对隔膜上下表面喷涂胶水，其中，所述隔膜自起始位置依次有n个叠片区域，所述叠片区域的隔膜上下表面涂有胶水以用于粘接极片，n为正整数；

叠片装置，设置于叠片区域，用于将极片粘接至所述隔膜。

2.根据权利要求1所述的电芯制作系统，其特征在于，所述喷胶装置包括储胶罐和安装于储胶罐上的喷胶嘴。

3.根据权利要求1所述的电芯制作系统，其特征在于，所述叠片装置包括：极片料盒、极片定位机构和送片机构，所述极片定位机构用于对极片料盒送出的极片进行定位并转移至送片机构，所述送片机构用于吸附所述极片并将所述极片粘接至所述叠片区域的隔膜表面。

4.根据权利要求1所述的电芯制作系统，其特征在于，还包括：设置于所述叠片区域两侧的隔膜上下面的隔膜固定压辊。

5.根据权利要求1所述的电芯制作系统，其特征在于，所述n个叠片区域的叠片装置同时进行叠片；喷胶装置在隔膜放卷时依次在叠片区域的隔膜上下表面喷涂胶水，在隔膜卷绕时在叠片区域之间的隔膜上下表面喷涂胶水。

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