一种采用双芯包叠片和一体铆接制作二次电池的方法与流程

本发明涉及一种采用双芯包叠片和一体铆接制作二次电池的方法。

背景技术：

目前市场上主流的二次电池，按芯包最终形态和制成方式，可以大致分为：方形叠片芯包、方形卷绕芯包和圆柱卷绕芯包。相同容量的电池，一般圆柱卷绕芯包制成效率最高，其次是方形卷绕，方形叠片芯包效率最低。但相对其他制成形式，方形叠片芯包又具有明显的性能优势：多极片并联使其内阻较低，极片平整使正、负极发挥一致性好，空间利用率高使其体积能量密度较高、散热较好等。因其众多优势，尤其在动力电池和储能电池领域，方形叠片电池具有无可替代的地位。另一方面，一般方形叠片电池的极片与极注连接方式，大多采用转接片过渡的方式：转接片的一端与极片的极耳超声波焊接连接，另一端与极柱通过激光焊接或铆接成为一体；或者，极耳铆接在转接片上，转接片与极柱铆接在盖板上。这种过渡方式一是工序繁琐，二是两次接触可能导致内阻增大。

技术实现要素：

本发明提供了一种采用双芯包叠片和一体铆接制作二次电池的方法，它提高芯包叠片效率，而且制作简单且低内阻。

本发明采用了以下技术方案：一种采用双芯包叠片和一体铆接制作二次电池的方法，它包括以下步骤：步骤一，将负极浆料涂覆于对应的负极金属箔材的两面经烘干、辊压、冲切或模切形成负极片，负极片的中部为负极耳空箔区，在负极耳空箔区的两侧为负极片敷料区，负极耳空箔区上设有负极耳通孔，将正极浆料涂覆于对应的正极金属箔材的两面经烘干、辊压、冲切或模切形成正极片，正极片的中部为正极耳空箔区，在正极耳空箔区的两侧为正极片敷料区，正极耳空箔区上设有正极耳通孔；

步骤二，对正极片和负极片进行叠片后制得双芯包，具体方式如下：将两卷相同宽幅的隔膜并列放置，并使两卷隔膜起始端对齐，同步叠片，先将负极片置于隔膜之上，并使两负极片敷料区分别位于两隔膜中心位置，再将两卷隔膜同步从一边向另一边覆盖于两负极片敷料区之上；然后将正极片置于隔膜之上，并使两正极片敷料区分别位于两隔膜中心位置，再将两卷隔膜同步从一边向另一边覆盖于两正极片敷料区之上，如此循环，按照负极片、隔膜、正极片、隔膜的顺序进行叠片制得双芯包，此叠片过程中两卷隔膜同步走带且侧面呈字形；所有负极耳通孔与所有正极耳通孔分别处于同心位置，最终以负极片在上、再隔膜外包结束，双芯包进行叠片的过程完成；

步骤三，对叠片后双芯包进行一体铆接方式，具体方式如下：先分别对双芯包的正极耳空箔区、负极耳空箔区进行超声波焊接，分别在正极耳通孔两侧形成焊印ⅰ以及和负极耳通孔两侧形成焊印ⅱ，电芯的正极柱上部的铆钉部分ⅰ从下向上依次穿过氟橡胶密封圈ⅰ、反向平放的盖板、与正极柱相对应的下绝缘垫片ⅰ、双芯包上的正极耳空箔区上的正极耳通孔和正极耳铆接垫片并固定相对位置后置于铆接机上，通过铆接机将正极柱上部的铆钉部分ⅰ与双芯包从上向下铆接压实后牢固成为一体，电芯的负极柱上部的铆钉部分ⅱ从下向上依次穿过氟橡胶密封圈ⅱ、反向平放的盖板、与负极柱相对应的下绝缘垫片ⅱ、双芯包上的负极耳空箔区上的负极耳通孔和负极耳铆接垫片并固定相对位置后置于铆接机上，通过铆接机将负极柱上部的铆钉部分ⅱ与双芯包从上向下铆接压实后牢固成为一体；

步骤四，分别以正极耳铆接垫片与正极耳空箔区两边接触线以及负极耳铆接垫片与负极耳空箔区两边接触线为轴，分别弯折正极耳空箔区和负极耳空箔区将两芯包向盖板下端合拢，将两单侧支架分别从两侧面置于顶盖与双芯包的隔膜之间，以保护正极耳空箔区和负极耳空箔区和双芯包，然后在双芯包外包裹芯包保护膜，再整体放入铝壳体内，经激光焊接成为二次电池，最后再对二次电池按工艺要求进行注液、化成、打钢珠或封钉。

所述的步骤二中隔膜幅宽大于单侧负极片敷料区的和正极片敷料区的高度，所述的隔膜分别应用于正极耳空箔区两边的正极片敷料区以及负极耳空箔区两边的负极片敷料区上，隔膜作为正极片和负极片之间的电子绝缘层和离子通道,所述的正极耳空箔区是正极片经冲切或模切，去除掉一部分空白箔材后形成的；负极耳空箔区是负极片经冲切或模切，去除掉一部分空白箔材后形成的，正极片与负极片叠合后二者的对称中心线重合，正极片视为正极耳空箔区与负极片的负极耳空箔区相互交错且不重合，正极耳空箔区上设有的正极耳通孔用于后续铆接，正极耳通孔是在极卷或极片冲切或模切过程形成或者是在双芯包成形、极耳超声波焊接后冲切而成，负极耳空箔区上设有的负极耳通孔用于后续铆接，负极耳通孔是在极卷或极片冲切或模切过程形成或者是在双芯包成形、极耳超声波焊接后冲切而成。

所述的负极金属箔材为铜材料，负极片设置为哑铃形的单片极片，中间的负极耳空箔区为铃竿，两边的负极片敷料区为铃锤；所述的正极金属箔材为铝合金材料，正极片设置为哑铃形的单片极片，中间的正极耳空箔区为铃竿，两边的正极片敷料区为铃锤。

所述的双芯包是在正极耳空箔区两侧的正极片敷料区以及负极耳空箔区两侧的负极片敷料区，同时进行负极片、隔膜、正极片和隔膜的循环叠加，最终形成正极耳空箔区和负极耳空箔区分别相连的两个芯包。

所述的双芯包叠片方式如下：间隙涂布或连续涂布的正极卷依次经过烘干、辊压、分条模切或冲切等工序最终形成哑铃形的正极片，间隙涂布或连续涂布的负极卷依次经过烘干、辊压、分条模切或冲切等工序最终形成哑铃形负极片，两卷隔膜空间上位于与哑铃形的正极片的铃竿和哑铃形的负极片的铃竿的平行位置，在两卷隔膜相应位置上面放置负极片，两卷隔膜经空间走位在负极片上覆盖一层，然后在相应位置上放置正极片，隔膜再在其上覆盖一层，如此循环放置，最后以负极片截止，两隔膜分别在叠片形成的芯包外包裹半圈或一圈使其成为一个整体。

所述的正极柱为铝合金正极柱，正极柱包括上部的铆钉部分ⅰ和下部凸台ⅰ，其中上部的铆钉部分ⅰ为圆柱体形状，负极柱为铜极柱，负极柱包括上部的铆钉部分ⅱ和下部凸台ⅱ，其中上部的铆钉部分ⅱ为圆柱体形状。所述的盖板的表面两侧分别设有正极柱通孔和负极柱通孔，所述的氟橡胶密封圈ⅰ和氟橡胶密封圈ⅱ的材质为含氟橡胶，氟橡胶密封圈ⅰ的位置在正极柱的下部凸台ⅰ与盖板之间及盖板上的正极柱通孔内，氟橡胶密封圈ⅱ的位置在负极柱的下部凸台ⅱ与盖板之间及盖板上的负极柱通孔内，氟橡胶密封圈ⅰ和氟橡胶密封圈ⅱ的作用是保障盖板与极柱绝缘以及保障极柱周围密封，防止电解液泄漏。

所述的下绝缘垫片ⅰ和下绝缘垫片ⅱ都为是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯或丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物。

所述的正极耳铆接垫片的材质为铝合金材料，负极耳铆接垫片的材质为铜材料，正极耳铆接垫片和负极耳铆接垫片厚度为1~3mm，装配后正极柱上部的铆钉部分ⅰ凸出于正极耳铆接垫片，负极柱上部的铆钉部分ⅱ都凸出于负极耳铆接垫片。所述的二次电池为锂电池、锂离子电池、镁离子电池、铝离子电池、钠离子电池、锂硫电池、类固态电池或全固态电池。

本发明具有以下有益效果：本发明采用双芯包叠片方式，提高了生产效率；采用一体铆接方式，避免通过转接片连接极柱与极耳，简化了制成工艺、降低了电池内阻；本发明在生产过程中装配简单、稳定性佳，具有良好的生产效益。

附图说明

图1为本发明采用的负极片示意图。

图2为本发明双芯包在叠片过程中的初始状态示意图。

图3为本发明双芯包在叠片过程示意图。

图4为本发明的双芯包极耳超声波焊接示意图。

图5为本发明采用的正极柱示意图。

图6为本发明双芯包与盖板一体的铆接示意图。

图7为本发明双芯包与盖板一体铆接后的爆炸图。

图8为本发明电芯示意图。

图9为本发明侧支架示意图。

图10为本发明电芯与侧支架装配示意图；

图11为本发明制作的电池整体示意图。

具体实施方式

在图11中，本发明提供了一种采用双芯包叠片和一体铆接制作二次电池的方法，它包括以下步骤：

步骤一，在图1、图2和图3中，将负极浆料涂覆于对应的负极金属箔材的两面经烘干、辊压、冲切或模切形成负极片1，负极片1的中部为负极耳空箔区2，在负极耳空箔区2的两侧为负极片敷料区3，负极耳空箔区2上设有负极耳通孔4，将正极浆料涂覆于对应的正极金属箔材的两面经烘干、辊压、冲切或模切形成正极片30，正极片30的中部为正极耳空箔区5，在正极耳空箔区5的两侧为正极片敷料区6，正极耳空箔区6上设有正极耳通孔7，负极金属箔材为铜材料，负极片1设置为哑铃形的单片极片，中间的负极耳空箔区2为铃竿，两边的负极片敷料区3为铃锤；所述的正极金属箔材为铝合金材料，正极片30设置为哑铃形的单片极片，中间的正极耳空箔区5为铃竿，两边的正极片敷料区6为铃锤；

步骤二，对正极片30和负极片1进行叠片后制得双芯包，具体方式如下：将两卷相同宽幅的隔膜8并列放置，并使两卷隔膜8起始端对齐，同步叠片，先将负极片1置于隔膜8之上，并使两负极片敷料区3分别位于两隔膜8中心位置，再将两卷隔膜8同步从一边向另一边覆盖于两负极片敷料区3之上；然后将正极片30置于隔膜8之上，并使两正极片敷料区6分别位于两隔膜8中心位置，再将两卷隔膜8同步从一边向另一边覆盖于两正极片敷料区6之上，如此循环，按照负极片1、隔膜8、正极片30、隔膜8的顺序进行叠片制得双芯包9，此叠片过程中两卷隔膜8同步走带且侧面呈字形；所有负极耳通孔4与所有正极耳通孔7分别处于同心位置，最终以负极片1在上、再隔膜外包结束，双芯包9进行叠片的过程完成，所述的双芯包9是在正极耳空箔区5两侧的正极片敷料区6以及负极耳空箔区2两侧的负极片敷料区3，同时进行负极片1、隔膜8、正极片30和隔膜8的循环叠加，最终形成正极耳空箔区5和负极耳空箔区2分别相连的两个芯包；

步骤三，在图4、图5、图6、图7和图8中，对叠片后双芯包9进行一体铆接方式，具体方式如下：先分别对双芯包9的正极耳空箔区5、负极耳空箔区2进行超声波焊接，分别在正极耳通孔7两侧形成焊印ⅰ10以及和负极耳通孔4两侧形成焊印ⅱ11，电芯29的正极柱12上部的铆钉部分ⅰ13从下向上依次穿过氟橡胶密封圈ⅰ14、反向平放的盖板15、与正极柱12相对应的下绝缘垫片ⅰ16、双芯包9上的正极耳空箔区5上的正极耳通孔7和正极耳铆接垫片17并固定相对位置后置于铆接机上，通过铆接机将正极柱12上部的铆钉部分ⅰ13与双芯包9从上向下铆接压实后牢固成为一体，电芯29的负极柱18上部的铆钉部分ⅱ19从下向上依次穿过氟橡胶密封圈ⅱ20、反向平放的盖板15、与负极柱18相对应的下绝缘垫片ⅱ21、双芯包9上的负极耳空箔区2上的负极耳通孔4和负极耳铆接垫片22并固定相对位置后置于铆接机上，通过铆接机将负极柱18上部的铆钉部分ⅱ19与双芯包9从上向下铆接压实后牢固成为一体，所述的正极柱12为铝合金正极柱，正极柱12包括上部的铆钉部分ⅰ13和下部凸台ⅰ25，其中上部的铆钉部分ⅰ13为圆柱体形状，负极柱18为铜极柱，负极柱18包括上部的铆钉部分ⅱ19和下部凸台ⅱ26，其中上部的铆钉部分ⅱ19为圆柱体形状，所述的下绝缘垫片ⅰ16和下绝缘垫片ⅱ21都为是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯或丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物，正极耳铆接垫片17的材质为铝合金材料，负极耳铆接垫片22的材质为铜材料，正极耳铆接垫片17和负极耳铆接垫片22厚度为1~3mm，装配后正极柱12上部的铆钉部分ⅰ13凸出于正极耳铆接垫片17，负极柱18上部的铆钉部分ⅱ19都凸出于负极耳铆接垫片22；

步骤四，在图9和图10中，分别以正极耳铆接垫片17与正极耳空箔区5两边接触线以及负极耳铆接垫片22与负极耳空箔区2两边接触线为轴，分别弯折正极耳空箔区5和负极耳空箔区2将两芯包向盖板下端合拢，将两单侧支架23分别从两侧面置于顶盖与双芯包9的隔膜8之间，以保护正极耳空箔区5和负极耳空箔区2和双芯包9，然后在双芯包9外包裹芯包保护膜，再整体放入铝壳体内，经激光焊接成为二次电池24，最后再对二次电池按工艺要求进行注液、化成、打钢珠或封钉。

本实施例中步骤二中隔膜8幅宽大于单侧负极片敷料区3的和正极片敷料区6的高度，所述的隔膜8分别应用于正极耳空箔区5两边的正极片敷料区6以及负极耳空箔区2两边的负极片敷料区3上，隔膜8作为正极片30和负极片1之间的电子绝缘层和离子通道,所述的正极耳空箔区6是正极片30经冲切或模切，去除掉一部分空白箔材后形成的；负极耳空箔区2是负极片1经冲切或模切，去除掉一部分空白箔材后形成的，正极片30与负极片1叠合后二者的对称中心线重合，正极片30视为正极耳空箔区6与负极片1的负极耳空箔区2相互交错且不重合，正极耳空箔区6上设有的正极耳通孔7用于后续铆接，正极耳通孔7是在极卷或极片冲切或模切过程形成或者是在双芯包9成形、极耳超声波焊接后冲切而成，负极耳空箔区2上设有的负极耳通孔4用于后续铆接，负极耳通孔4是在极卷或极片冲切或模切过程形成或者是在双芯包9成形、极耳超声波焊接后冲切而成。本实施例采用的双芯包叠片方式如下：间隙涂布或连续涂布的正极卷依次经过烘干、辊压、分条模切或冲切等工序最终形成哑铃形的正极片30，间隙涂布或连续涂布的负极卷依次经过烘干、辊压、分条模切或冲切等工序最终形成哑铃形负极片1，两卷隔膜8空间上位于与哑铃形的正极片30的铃竿和哑铃形的负极片1的铃竿的平行位置，在两卷隔膜8相应位置上面放置负极片1，两卷隔膜8经空间走位在负极片1上覆盖一层，然后在相应位置上放置正极片30，隔膜8再在其上覆盖一层，如此循环放置，最后以负极片1截止，两隔膜8分别在叠片形成的芯包外包裹半圈或一圈使其成为一个整体，本实施例所述的盖板15的表面两侧分别设有正极柱通孔27和负极柱通孔28，盖板15上还设有两个定位凹槽、一个注液孔和一个防爆阀，两个定位凹槽向下为凸台，所述的氟橡胶密封圈ⅰ14和氟橡胶密封圈ⅱ20的材质为含氟橡胶，氟橡胶密封圈ⅰ14的位置在正极柱12的下部凸台ⅰ25与盖板15之间及盖板15上的正极柱通孔27内，氟橡胶密封圈ⅱ20的位置在负极柱18的下部凸台ⅱ26与盖板15之间及盖板15上的负极柱通孔28内，氟橡胶密封圈ⅰ14和氟橡胶密封圈ⅱ20的作用是保障盖板15与极柱绝缘以及保障极柱周围密封，防止电解液泄漏。

在图11中，本发明的制作的二次电池24为锂电池、锂离子电池、镁离子电池、铝离子电池、钠离子电池、锂硫电池、类固态电池或全固态电池。