鋰離子電池卷繞電芯的制備方法
【專利摘要】鋰離子電池卷繞電芯的制備方法，在涂布機構的擋塊安裝件上設置一個或以上均勻間隔布置的中間擋塊，在集流體上涂布正極漿料，制備正極集流體；在集流體上涂布負極漿料，制備負極集流體；將正極集流體和負極集流體上的敷料區(qū)域和空白間隙一起裁切，得到正極極片和負極極片，極片的一側均留有未敷料的空白區(qū)；將正極極片和負極極片及隔膜疊放在一起，正極極片的空白區(qū)和負極極片的空白區(qū)分別位于兩側，敷料區(qū)域位于中間，進行卷繞，得到無極耳卷芯；在無極耳卷芯的兩側設置正、負極耳，點焊后入殼制成電芯。本發(fā)明卷繞時將極片上的空白區(qū)放置于兩側，利用極片一側的空白集流體進行卷繞后形成類似于疊片式電芯一樣的多極耳結構，可以減低電芯內阻。
【專利說明】鋰離子電池卷繞電芯的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池【技術領域】，尤其涉及一種鋰離子電池卷繞電芯的制備方法。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池是目前商業(yè)化的具有最高比功率和能量密度的電池，已經廣泛地運用于筆記本電腦、手機、通訊基站和汽車電源等現(xiàn)代工具中。電芯是鋰離子電池最重要的部件，為了提高電芯電性能和安全性能，同時節(jié)約生產成本及提高生產效率，優(yōu)化與開發(fā)新的電芯設計十分重要。
[0003]鋰離子電池的電芯主要分為疊片電芯與卷繞電芯兩種。疊片式電芯的倍率性能優(yōu)越，但需要經過涂布、裁切、疊片等多道工序才能制備完成，生產工藝復雜耗時，導致這類電芯的生產效率不高；卷繞式電芯雖然生產速度快，但由于電芯內阻偏大，因此在超高倍率方面的動力領域的應用受到一定程度的限制。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種卷繞電芯的制備方法，通過該方法制備的鋰離子電池電芯同時具有卷繞式的生產效率，同時也能讓電芯具有高倍率性能。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下的技術解決方案:
[0006]一種鋰離子電池卷繞電芯的制備方法，用于涂布漿料的涂布機的涂布機構包括:涂布輥、連接架、設置于所述連接架上的底板和側擋板，所述底板和側擋板形成料槽，所述涂布輥位于所述料槽底部；設置于所述連接架上的擋塊安裝件，所述擋塊安裝件上間隔設置有中間擋塊，所述中間擋塊包括連接部和接觸部，所述接觸部的底部與所述涂布輥的表面相接觸，且所述接觸部具有從所述底部延伸的與集流體表面相接觸的接觸面；
[0007]制備方法的步驟如下:
[0008]步驟一、在所述擋塊安裝件上設置一個或以上均勻間隔布置的中間擋塊，在集流體上涂布正極漿料，制備正極集流體；
[0009]步驟二、在集流體上涂布負極漿料，制備負極集流體；
[0010]步驟三、將步驟一獲得的正極集流體和步驟二獲得的負極集流體進行烘干與輥壓后，將集流體上的敷料區(qū)域和空白間隙一起裁切下來，得到條形的正極極片和負極極片，所述極片的一側均留有未敷料的空白區(qū)；
[0011]步驟四、將步驟三得到的極片烘烤后，將正極極片和負極極片及隔膜疊放在一起，正極極片的空白區(qū)和負極極片的空白區(qū)分別位于兩側，敷料區(qū)域位于中間，正極極片與負極極片之間設置隔膜，將極片進行卷繞，所述正極極片的敷料區(qū)域位于負極極片的敷料區(qū)域內，隔膜寬度大于負極極片的敷料區(qū)域的寬度，小于整個卷芯的軸向長度；
[0012]步驟五、卷繞后得到無極耳卷芯；
[0013]步驟六、在無極耳卷芯的兩側分別設置正、負極耳，點焊后入殼制成電芯。
[0014]本發(fā)明具體的技術方案為:所述中間擋塊的連接部為金屬連接部。
[0015]本發(fā)明具體的技術方案為:所述中間擋塊的接觸部為橡膠接觸部或塑料接觸部。
[0016]本發(fā)明具體的技術方案為:所述中間擋塊的連接部上設置有螺紋孔，所述中間擋塊通過螺紋連接件固定于所述連桿上。
[0017]本發(fā)明具體的技術方案為:所述負極集流體上的敷料區(qū)域的寬度大于所述正極集流體上的敷料區(qū)域的寬度。
[0018]本發(fā)明具體的技術方案為:所述正、負極耳的最大寬度不大于卷芯寬度。
[0019]由以上技術方案可知，本發(fā)明通過設置有中間擋塊的涂布機構在集流體上涂布漿料，可在一張大片(一個涂布周期)中同時獲得多個條形的敷料區(qū)域，敷料區(qū)域間由未敷料的空白區(qū)所隔開，集流體上涂覆面的個數根據中間檔板的個數進行調節(jié)，然后按照設計工藝將大片進行分切可同時獲得多張小極片，敷料區(qū)域和空白區(qū)一起裁切下來得到的極片無需預先點焊極耳，將正、負極片上的空白區(qū)置于兩側進行卷繞，最后在卷芯兩側連接正負極耳，制得電芯。本發(fā)明方法制得的電芯具有類似疊片電芯的結構，減小了電芯的內阻，提高了生產效率，同時具有高倍率性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖做簡單介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1為本發(fā)明實施例所用的涂布機涂布機構的結構示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實施例所用的涂布機構的分解結構示意圖；
[0023]圖3至圖9分別為本發(fā)明卷繞電芯制備工藝中各步驟的示意圖。
【具體實施方式】
[0024]如圖1和圖2所示，本發(fā)明制備電芯時所采用的鋰離子電池涂布機的間隔涂布機構包括涂布輥1、底板2、側擋板3、連接架4及中間擋塊5。底板2和側擋板3通過連接架4相連，底板2和設置于其兩側的側擋板3 —起圍成涂布機的料槽(未標號)，料槽底部開口，涂布輥I位于料槽的底部。本發(fā)明的涂布輥、底板及側擋板的結構及連接關系為現(xiàn)有技術的常規(guī)設計，所以不再進一步的詳細說明和/或不以一種詳細的方式描述。
[0025]在連接架4上設置有連桿6，連桿為本實施例的用于安裝中間擋塊的擋塊安裝件，連桿6平行于涂布輥1，連桿6上間隔設置有中間擋塊5，中間擋塊5包括連接部5-1和與連接部5-1相連的接觸部5-2，連接部5-1套在連桿6上，接觸部5-2的底部與涂布輥I表面相接觸，且接觸部5-2具有從底部延伸的與集流體100涂布面相接觸的接觸面S。作為本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例，連接部5-1為金屬材質，金屬連接部具有更好的強度，以便于在連接部5-1上加工螺紋孔，然后通過螺釘將連接部5-1定位于連桿6上。接觸部5-2為橡膠或塑料材質，采用柔軟材質的接觸部可以避免磨損或刮傷涂布輥，延長涂布輥的使用壽命。
[0026]在向集流體上涂布正極漿料或負極漿料時，本發(fā)明通過在涂布機構上設置間隔布置的中間擋塊5，使料槽中的部分漿料被中間擋塊5阻擋，不能由涂布輥I轉印到集流體100上，從而使集流體100上與中間擋塊5位置對應的地方形成空白間隙a，該空白間隙a平行于集流體在涂布過程中的移動方向，涂布完成后，集流體100上形成多個平行于集流體移動方向的條形的敷料區(qū)域b，敷料區(qū)域b之間由空白間隙a隔開。將集流體上的敷料區(qū)域與空白間隙一起裁切下來，得到一側具有空白間隙的正極極片和負極極片，然后采用常規(guī)卷繞工藝制作電芯。
[0027]下面結合圖3至圖9，對本發(fā)明鋰離子電池的電芯的制備方法進行詳細說明。
[0028]實施例1
[0029]步驟一、如圖3所示，采用磷酸鐵鋰(LiFePO4)作為正極漿料，連桿上設置兩個中間擋塊5，該兩個中間擋塊5之間的間隔即為60mm，中間擋塊與連接架內邊緣(料槽內側邊緣)之間的間隔也為60mm，中間擋塊5的厚度為12mm(即集流體上空白間隙a的寬度為12mm)，通過輥式涂布機在空白的集流體100上涂布正極漿料(包括單雙面涂布)，制備正極集流體，如圖4所示，制得的正極集流體上具有平行于集流體移動方向的條形的敷料區(qū)域b，敷料區(qū)域b由空白間隙a隔開，敷料區(qū)域b的大小相同，寬度均為60_，敷料區(qū)域b之間的間隔(空白間隙a)為12mm ；
[0030]步驟二、采用石墨作為負極漿料，連桿上設置兩個中間擋塊，該兩個中間擋塊之間的間隔即為62mm，中間擋塊與連接架內邊緣之間的間隔也為62mm，中間擋塊5的厚度為1mm,通過棍式涂布機在空白的集流體上涂布負極衆(zhòng)料，制備負極集流體，制得的負極集流體上具有平行于集流體移動方向的條形的敷料區(qū)域；
[0031]步驟三、將涂布了正極漿料和負極漿料的集流體進行烘干與輥壓后，采用分切刀進行裁切，將敷料區(qū)域和空白間隙一起裁切下來，得到條形的正極極片和負極極片，如圖5和圖6所示，極片的一側均留有未敷料的空白區(qū)，本實施例的空白間隙的寬度為1mm;
[0032]步驟四、裁切得到的極片烘烤后，將正極極片A和負極極片B疊放在一起，如圖7所示，正極極片A的空白間隙和負極極片B的空白間隙分別位于兩側，敷料區(qū)域位于中間，正極極片A與負極極片B之間有隔膜，隔膜的寬度為64mm，負極極片上的敷料寬度大于正極極片上的敷料寬度，正極極片的敷料區(qū)域位于負極極片的敷料區(qū)域內，隔膜(未圖示)位于卷芯中部，隔膜寬度大于負極極片的敷料寬度，但小于整個卷芯的軸向長度，沿圖示方向卷繞極片；
[0033]步驟五、如圖8所示，卷繞后得到無極耳卷芯，卷芯寬度為50mm ；
[0034]步驟六、如圖9所示，在得到的無極耳卷芯的兩側分別使用30mm寬度的極耳(正、負極耳的最大寬度不大于卷芯寬度)，點焊后入殼，后續(xù)按照常規(guī)制作工藝制作成電芯。
[0035]實施例2
[0036]步驟一、采用磷酸鐵鋰(LiFePO4)作為正極漿料，連桿上設置3個中間擋塊，相鄰兩個中間擋塊之間的間隔即為60mm,中間擋塊的厚度為8mm,通過棍式涂布機在空白的集流體上涂布正極漿料，制備正極集流體；
[0037]步驟二、采用石墨作為負極漿料，連桿上設置3個中間擋塊，該兩個中間擋塊之間的間隔即為62mm,中間擋塊5的厚度為8mm,通過棍式涂布機在空白的集流體上涂布負極衆(zhòng)料，制備負極集流體；
[0038]步驟三、將涂布了正極漿料和負極漿料的集流體進行烘干與輥壓后，采用分切刀進行裁切，得到條形的正極極片和負極極片，正負極極片前端刮粉位均為0mm(正反面刮粉位按照常規(guī)卷繞式電芯設計)，極片的一側均留有空白間隙，本實施例的空白間隙的寬度為6mm ；
[0039]步驟四、裁切后的極片烘烤后，將正極極片和負極極片疊放在一起，正極極片的空白間隙和負極極片的空白間隙分別位于兩側，敷料區(qū)域位于中間，正極極片與負極極片之間有隔膜，隔膜的寬度為64_，正極敷料區(qū)域位于負極敷料區(qū)域內，負極敷料區(qū)域位于隔膜區(qū)域內，隔膜位于卷芯中部，隔膜寬度大于負極極片的敷料寬度，但小于整個卷芯的軸向長度，卷繞極片；
[0040]步驟五、卷繞后得到無極耳卷芯，卷芯寬度為50mm ；
[0041]步驟六、在得到的無極耳卷芯的兩側分別使用1mm寬度的極耳，點焊后入殼，后續(xù)按照常規(guī)制作工藝制作成電芯。
[0042]實施例3
[0043]步驟一、采用鈷酸鋰(LiCoO2)作為正極漿料，連桿上設置5個中間擋塊，相鄰兩個中間擋塊之間的間隔即為60mm,中間擋塊的厚度為12mm,通過棍式涂布機在空白的集流體上涂布正極漿料，制備正極集流體；
[0044]步驟二、采用石墨(Graphite)作為負極漿料，連桿上設置5個中間擋塊，該兩個中間擋塊之間的間隔即為62mm,中間擋塊5的厚度為12mm,通過棍式涂布機在空白的集流體上涂布負極漿料，制備負極集流體；
[0045]步驟三、將涂布了正極漿料和負極漿料的集流體進行烘干與輥壓后，采用分切刀進行裁切，得到條形的正極極片和負極極片，正負極極片前端刮粉位均為0mm，極片的一側均留有空白間隙，本實施例的空白間隙的寬度為1mm ；
[0046]步驟四、裁切后的極片烘烤后，將正極極片和負極極片疊放在一起，正極極片的空白間隙和負極極片的空白間隙分別位于兩側，敷料區(qū)域位于中間，正極極片與負極極片之間有隔膜，隔膜的寬度為64_，正極敷料區(qū)域位于負極敷料區(qū)域內，負極敷料區(qū)域位于隔膜區(qū)域內，隔膜位于卷芯中部，隔膜寬度大于負極極片的敷料寬度，但小于整個卷芯的軸向長度，卷繞極片；
[0047]步驟五、卷繞后得到無極耳卷芯，卷芯寬度為50mm ；
[0048]步驟六、在得到的無極耳卷芯的兩側分別使用30mm寬度的極耳，點焊后入殼，后續(xù)按照常規(guī)制作工藝制作成電芯。
[0049]實施例4
[0050]步驟一、采用鈷酸鋰(LiCoO2)作為正極漿料，連桿上設置4個中間擋塊，相鄰兩個中間擋塊之間的間隔即為60mm,中間擋塊的厚度為8mm,通過棍式涂布機在空白的集流體上涂布正極漿料，制備正極集流體；
[0051]步驟二、采用錫碳(Sn/C)作為負極漿料，連桿上設置4個中間擋塊，該兩個中間擋塊之間的間隔即為62mm,中間擋塊5的厚度為8mm,通過棍式涂布機在空白的集流體上涂布負極漿料，制備負極集流體；
[0052]步驟三、將涂布了正極漿料和負極漿料的集流體進行烘干與輥壓后，采用分切刀進行裁切，得到條形的正極極片和負極極片，正負極極片前端刮粉位均為0mm，極片的一側均留有空白間隙，本實施例的空白間隙的寬度為6mm ；
[0053]步驟四、裁切后的極片烘烤后，將正極極片和負極極片疊放在一起，正極極片的空白間隙和負極極片的空白間隙分別位于兩側，敷料區(qū)域位于中間，正極極片與負極極片之間有隔膜，隔膜的寬度為64_，正極敷料區(qū)域位于負極敷料區(qū)域內，負極敷料區(qū)域位于隔膜區(qū)域內，隔膜位于卷芯中部，隔膜寬度大于負極極片的敷料寬度，但小于整個卷芯的軸向長度，卷繞極片；
[0054]步驟五、卷繞后得到無極耳卷芯，卷芯寬度為50mm ；
[0055]步驟六、在得到的無極耳卷芯的兩側分別使用30mm寬度的極耳，點焊后入殼，后續(xù)按照常規(guī)制作工藝制作成電芯。
[0056]本發(fā)明利用與涂布輥表面相接觸的中間擋塊阻擋料槽中的漿料轉印到集流體上，從而在集流體上形成平行于集流體移動方向的空白間隙，涂布完成后集流體上形成多個間隔排列的敷料區(qū)域，采用切刀將敷料區(qū)域和空白間隙一起裁切，得到一側為未敷料的空白區(qū)的正極極片和負極極片，卷繞時將極片上的空白區(qū)放置于兩側，敷料區(qū)域位于中間，利用極片一側多出的空白集流體進行卷繞后，形成類似于疊片式電芯一樣的多極耳結構，可以大幅度減低電芯內阻，最后再焊接上極耳封裝入殼，由于制作時仍然采用卷繞工藝進行制作，所以生產速度與常規(guī)的卷繞式電芯并無太大差別，效率高于疊片電芯的生產工藝。
[0057]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬范圍。
【權利要求】
1.一種鋰離子電池卷繞電芯的制備方法，其特征在于:用于涂布漿料的涂布機的涂布機構包括:涂布輥、連接架、設置于所述連接架上的底板和側擋板，所述底板和側擋板形成料槽，所述涂布輥位于所述料槽底部；設置于所述連接架上的擋塊安裝件，所述擋塊安裝件上間隔設置有中間擋塊，所述中間擋塊包括連接部和接觸部，所述接觸部的底部與所述涂布輥的表面相接觸，且所述接觸部具有從所述底部延伸的與集流體表面相接觸的接觸面； 制備方法的步驟如下: 步驟一、在所述擋塊安裝件上設置一個或以上均勻間隔布置的中間擋塊，在集流體上涂布正極漿料，制備正極集流體； 步驟二、在集流體上涂布負極衆(zhòng)料，制備負極集流體； 步驟三、將步驟一獲得的正極集流體和步驟二獲得的負極集流體進行烘干與輥壓后，將集流體上的敷料區(qū)域和空白間隙一起裁切下來，得到條形的正極極片和負極極片，所述極片的一側均留有未敷料的空白區(qū)； 步驟四、將步驟三得到的極片烘烤后，將正極極片和負極極片及隔膜疊放在一起，正極極片的空白區(qū)和負極極片的空白區(qū)分別位于兩側，敷料區(qū)域位于中間，正極極片與負極極片之間設置隔膜，將極片進行卷繞，所述正極極片的敷料區(qū)域位于負極極片的敷料區(qū)域內，隔膜寬度大于負極極片的敷料區(qū)域的寬度，小于整個卷芯的軸向長度； 步驟五、卷繞后得到無極耳卷芯； 步驟六、在無極耳卷芯的兩側分別設置正、負極耳，點焊后入殼制成電芯。
2.如權利要求1所述的鋰離子電池卷繞電芯的制備方法，其特征在于:所述中間擋塊的連接部為金屬連接部。
3.如權利要求1或2所述的鋰離子電池卷繞電芯的制備方法，其特征在于:所述中間擋塊的接觸部為橡膠接觸部或塑料接觸部。
4.如權利要求1或2所述的鋰離子電池卷繞電芯的制備方法，其特征在于:所述中間擋塊的連接部上設置有螺紋孔，所述中間擋塊通過螺紋連接件固定于所述連桿上。
5.如權利要求1所述的鋰離子電池卷繞電芯的制備方法，其特征在于:所述負極集流體上的敷料區(qū)域的寬度大于所述正極集流體上的敷料區(qū)域的寬度。
6.如權利要求1所述的鋰離子電池卷繞電芯的制備方法，其特征在于:所述正、負極耳的最大寬度不大于卷芯寬度。
【文檔編號】H01M10/0587GK104362385SQ201410539630
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權日:2014年10月13日
【發(fā)明者】李本臻, 張帆, 許漢良 申請人:珠海市鵬輝電池有限公司