一种电池电芯及其制备方法、系统和二次电池与流程

1.本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电池电芯及其制备方法、系统和二次电池。


背景技术：

2.锂二次电池主要分为方形铝壳、方形软包和圆柱电池，其中方形软包与方形铝壳电池因其可以整齐堆叠，为高能量密度电池包与ctp(cell to pack，高集成动力电池开发平台)等技术实现提供了可能。方形电池目前共有叠片与卷绕两种工艺路线，方形卷绕因边角空间利用不足导致能量密度无法实现实质性提升，现有叠片电池又存在叠片时隔膜容易产生褶皱，叠片时牙爪抽芯容易造成隔膜划伤，电池受到外界震动或挤压时容易扭曲，产生热量或者着火等问题。
3.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

4.本发明的一个方面涉及一种电池电芯，包括自由隔膜与复合结构；所述复合结构由正极料带和负极料带组成，所述正极料带和所述负极料带交替层叠设置，所述正极料带由正极隔膜以及设置于所述正极隔膜一个侧面的正极片组成；所述负极料带由负极隔膜以及设置于所述负极隔膜一个侧面的负极片组成；
5.所述复合结构中，所述负极料带的所述负极隔膜与相邻的所述正极料带的所述正极片相连接，所述正极料带的所述正极隔膜与相邻的所述负极料带的所述负极片相连接；
6.所述复合结构的一个端面为负极片端面或正极片端面，另一个端面为所述负极隔膜或所述正极隔膜；
7.所述自由隔膜至少将所述正极片端面或者所述负极片端面覆盖。
8.本发明通过上述叠片方式得到的电池电芯可避免隔膜褶皱问题，结构更加稳定，不易升温起火。
9.根据本发明的另一个方面，本发明还涉及所述的电池电芯的制备方法，包括以下步骤：
10.将至少一个正极复合料带和至少一个负极复合料带交替进行层叠，得到复合料带；所述正极复合料带由正极隔膜以及沿所述正极隔膜长度方向间隔设置的正极片组成，任意相邻的两个正极片之间形成第一空白区域；所述负极复合料带由负极隔膜以及沿所述负极隔膜长度方向间隔设置的负极片组成，任意相邻的两个负极片形成第二空白区域；所述复合料带中，任意所述正极隔膜两面的正极片和负极片相对应，任意所述负极隔膜两面的正极片和负极片相对应；在所述复合料带的空白区域进行裁切，得到复合料带单元，将所述复合料带单元进行层叠。
11.本发明的方法，简单易行，高效，得到的电池电芯具有更加优异的稳定性。
12.根据本发明的另一个方面，本发明还涉及实施如上所述的电池电芯的制备方法所
采用的系统，包括复合料带裁切装置、至少一个整合装置、至少一个正极复合料带制备装置和至少一个负极复合料带制备装置；所述正极复合料带制备装置和所述负极复合料带制备装置自上而下交替设置；
13.所述正极复合料带制备装置包括正极片供料装置、正极隔膜供料装置、正极片裁切装置和正极片热压装置；所述正极片供料装置位于所述正极隔膜供料装置之上；所述正极片裁切装置位于所述正极片供料装置和所述正极片热压装置之间；
14.所述负极复合料带制备装置包括负极片供料装置、负极隔膜供料装置、负极片裁切装置和负极片热压装置；所述负极片供料装置位于所述负极隔膜供料装置之上；所述负极片裁切装置位于所述负极片供料装置和所述负极片热压装置之间；
15.所述整合装置用于将所述正极复合料带制备装置制备得到的正极复合料带与所述负极复合料带制备装置制备得到的负极复合料带进行复合；
16.所述复合料带裁切装置用于将经过所述整合装置整合后的复合料带进行裁切。
17.本发明中制备电池电芯的系统可实现高速化生产电芯。
18.根据本发明的另一个方面，本发明还涉及一种二次电池，包括如上所述的电池电芯。
19.本发明中的二次电池具有更加优异的稳定性。
20.为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
21.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
22.(1)本发明得到的电池电芯可避免隔膜褶皱问题，受到外力冲击或剧烈震动时电芯稳定性更好，且不易升温起火。
23.(2)本发明的方法简单易行，高效；通过该方法得到的电池电芯具有更加优异的稳定性。
24.(3)本发明中制备电池电芯的系统可实现高速化生产电芯。
25.(4)本发明中的二次电池具有更加优异的稳定性。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
27.图1为本发明实施例1得到的不尾卷电芯的结构示意图；
28.图2为本发明实施例2得到的尾卷电芯的结构示意图；
29.图3为本发明实施例1中电芯制备系统的示意图；
30.图4为实施例1中电芯的制备工艺流程图；
31.图5为实施例3中电芯制备系统的示意图；
32.图6为实施例3中电芯的制备工艺流程图。
33.附图标记：
[0034]1‑
自由隔膜、2
‑
负极片、3
‑
负极隔膜、4
‑
正极片、5
‑
正极隔膜、6
‑
推料装置、7
‑
第一整合装置、8
‑
复合料带裁切装置、9
‑
第一负极复合料带制备装置、9
‑1‑
第一负极片供料装
置、9
‑2‑
第一负极隔膜供料装置、9
‑3‑
第一负极片裁切装置、9
‑4‑
第一负极片热压装置、10
‑
第一正极复合料带制备装置、10
‑1‑
第一正极片供料装置、10
‑2‑
第一正极隔膜供料装置、10
‑3‑
第一正极片裁切装置、10
‑4‑
第一正极片热压装置、11
‑
第二整合装置、12
‑
第二正极复合料带制备装置、12
‑1‑
第二正极片供料装置、12
‑2‑
第二正极隔膜供料装置、12
‑3‑
第二正极片裁切装置、12
‑4‑
第二正极片热压装置、13
‑
第二负极复合料带制备装置、13
‑1‑
第二负极片供料装置、13
‑2‑
第二极隔膜供料装置、12
‑3‑
第二负极片裁切装置、13
‑4‑
第二负极片热压装置。
具体实施方式
[0035]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0036]
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。
[0037]
根据本发明的一个方面，本发明涉及一种电芯，包括自由隔膜与复合结构；所述复合结构由正极料带和负极料带组成，所述正极料带和所述负极料带交替层叠设置，所述正极料带由正极隔膜以及设置于所述正极隔膜一个侧面的正极片组成；所述负极料带由负极隔膜以及设置于所述负极隔膜一个侧面的负极片组成；
[0038]
所述复合结构中，所述负极料带的所述负极隔膜与相邻的所述正极料带的所述正极片相连接，所述正极料带的所述正极隔膜与相邻的所述负极料带的所述负极片相连接；
[0039]
所述复合结构的一个端面为负极片端面或正极片端面，另一个端面为所述负极隔膜或所述正极隔膜；
[0040]
所述自由隔膜至少将所述正极片端面或者所述负极片端面覆盖。
[0041]
本发明上述结构的电池电芯可完全避免隔膜褶皱问题，结构更加稳定，受到外力冲击或剧烈震动时电芯稳定性更好，且不易升温起火。
[0042]
本发明的正极料带中的正极片和正极隔膜之间是经过热复合连接；负极料带中的负极片和负极隔膜之间是经过热复合连接。
[0043]
优选地，所述复合结构的一个端面为负极片端面，所述负极片端面相对的端面为正极隔膜端面。
[0044]
在一种实施方式中，复合结构的一个端面为负极片面，其相对的端面为正极隔膜端面。
[0045]
优选地，所述自由隔膜、所述正极隔膜和所述负极隔膜形状相同且面积相等。
[0046]
通过将自由隔膜片覆于正极片端面或者负极片端面上，形成不尾卷电芯。
[0047]
优选地，所述自由隔膜按照顺时针或者逆时针方向缠绕包覆于所述复合结构上，所述缠绕的圈数为0.5～3圈。
[0048]
在一种实施方式中，将采用由隔膜缠绕电芯，缠绕的圈数为0.5～3圈，还可以选择1圈、1.5圈、2圈或2.5圈，形成尾卷电芯。
[0049]
优选地，所述负极片的至少一面设置有负极材料层。
[0050]
优选地，所述负极片的两个表面设置有负极材料层。
[0051]
优选地，所述正极片的至少一面设置有正极材料层。
[0052]
优选地，所述正极片的两个表面设置有正极材料层。
[0053]
根据本发明的另一个方面，本发明还涉及如上所述的电芯的制备方法，包括以下步骤：
[0054]
将至少一个正极复合料带和至少一个负极复合料带交替进行层叠，得到复合料带；所述正极复合料带由正极隔膜以及沿所述正极隔膜长度方向间隔设置的正极片组成，任意相邻的两个正极片之间形成第一空白区域；所述负极复合料带由负极隔膜以及沿所述负极隔膜长度方向间隔设置的负极片组成，任意相邻的两个负极片形成第二空白区域；所述复合料带中，任意所述正极隔膜两面的正极片和负极片相对应，任意所述负极隔膜两面的正极片和负极片相对应；在所述复合料带的空白区域进行裁切，得到复合料带单元，将所述复合料带单元进行层叠。
[0055]
本发明中电芯的制备方法更加高效，得到的电芯可完全避免隔膜褶皱问题，且电芯结构更稳定。
[0056]
优选地，所述正极复合料带由所述正极隔膜和所述正极片经过热复合得到。
[0057]
优选地，所述负极复合料带由所述负极隔膜和所述负极片经过热复合得到。
[0058]
根据本发明的另一个方面，本发明还涉及实施如上所述的电芯的制备方法所采用的系统，包括复合料带裁切装置、至少一个整合装置、至少一个正极复合料带制备装置和至少一个负极复合料带制备装置；所述正极复合料带制备装置和所述负极复合料带制备装置自上而下交替设置；
[0059]
所述正极复合料带制备装置包括正极片供料装置、正极隔膜供料装置、正极片裁切装置和正极片热压装置；所述正极片供料装置位于所述正极隔膜供料装置之上；所述正极片裁切装置位于所述正极片供料装置和所述正极片热压装置之间；
[0060]
所述负极复合料带制备装置包括负极片供料装置、负极隔膜供料装置、负极片裁切装置和负极片热压装置；所述负极片供料装置位于所述负极隔膜供料装置之上；所述负极片裁切装置位于所述负极片供料装置和所述负极片热压装置之间；
[0061]
所述整合装置用于将所述正极复合料带制备装置制备得到的正极复合料带与所述负极复合料带制备装置制备得到的负极复合料带进行复合；
[0062]
所述复合料带裁切装置用于将经过所述整合装置整合后的复合料带进行裁切。
[0063]
本发明的复合料带裁切装置用以对复合料带进行裁切。本发明的整合装置用以对得到的正极片料带和负极片料带进行热复合整合。本发明的正极片供料装置用以提供正极片卷材。正极隔膜供料装置用以提供正极隔膜。正极片裁切装置用以对正极片卷材进行裁切，形成大小相同的多个正极片单片，并贴附到正极隔膜上。正极片热压装置用以对正极隔膜裁切后的正极片单片与正极隔膜进行热复合，得到正极片料带。负极片供料装置用以提
供负极片卷材。负极隔膜供料装置用以提供负极隔膜。负极片裁切装置用以对负极片卷材进行裁切，形成大小相同的多个负极片单片，并贴附到负极隔膜上。负极片热压装置用以对裁剪好的负极片单片与负极隔膜进行热复合，得到负极片料带。
[0064]
优选地，所述的系统还包括推料装置。
[0065]
本发明设置有推料装置，辅助裁切过程的料片下落进行层叠，形成复合结构。
[0066]
根据本发明的另一个方面，本发明还涉及一种二次电池，包括如上所述的电芯。
[0067]
本发明的电池电芯用以制备二次电池，可提高二次电池的稳定性。
[0068]
下面将结合具体的实施例对本发明作进一步的解释说明。
[0069]
实施例1
[0070]
一种电芯，包括自由隔膜1与复合结构；所述复合结构由正极料带和负极料带组成，所述正极料带和所述负极料带呈交替叠加，所述正极料带由正极隔膜5以及设置于所述正极隔膜5一个侧面的正极片4组成；所述负极料带由负极隔膜3以及设置于所述负极隔膜3一个侧面的负极片2组成；所述复合结构中，任一正极隔膜5的一面与正极片4相连，且另一面与负极片2相连，任一负极隔膜3的一面与正极片4相连，且另一面与负极片2相连；所述复合结构的一个端面为负极片端面，另一个端面为正极片隔膜；所述自由隔膜1与正极片隔膜形状、面积相同，完全覆盖于负极片端面上；
[0071]
本实施得到不尾卷电芯，如图1所示；
[0072]
制备上述电芯所采用的系统，如图3所示，包括复合料带裁切装置8和第一整合装置7、推料装置6、第一正极复合料带制备装置10和第一负极复合料带制备装置9；所述第一正极复合料带制备装置10包括第一正极片供料装置10
‑
1、第一正极隔膜供料装置10
‑
2、第一正极片裁切装置10
‑
3和第一正极片热压装置10
‑
4；所述第一负极复合料带制备装置9包括第一负极片供料装置9
‑
1、第一负极隔膜供料装置9
‑
2、第一负极片裁切装置9
‑
3和第一负极片热压装置9
‑
4；
[0073]
上述电芯的制备方法，包括以下步骤：
[0074]
第一正极隔膜供料装置10
‑
2提供正极隔膜卷材；第一正极片供料装置10
‑
1提供正极片卷材，正极片卷材在走带的过程中，通过第一正极片裁切装置10
‑
3进行裁切，得到相同的正极片单料片，并贴附于正极隔膜上，在第一正极片热压装置10
‑
4的作用下与正极隔膜进行热复合，热复合后，正极片在正极隔膜上沿正极隔膜走带的方向上间隔设置，任意相邻的两个正极片之间形成第一空白区域，得到正极片复合料带；与此同时，第一负极片供料装置9
‑
1提供负极片卷材，负极片卷材在走带的过程中，通过第一负极片裁切装置9
‑
3进行裁切，得到相同的负极片单料片，并贴附于负极隔膜上，在第一负极片热压装置9
‑
4的作用下与负极隔膜进行热复合，热复合后，负极片在负极隔膜上沿负极隔膜走带的方向上间隔设置，任意相邻的两个负极片之间形成第二空白区域，得到负极片复合料带；所述正极片复合料带和负极片复合料带通过第一整合装置7进行热压复合，所述负极复合料带在正极片复合料带之上，得到正负极片复合料带，正负极片复合料带中，任意所述正极隔膜两面的正极片和负极片相对应，任意所述负极隔膜两面的正极片和负极片相对应；在所述复合料带的空白区域通过复合料带裁切装置8进行裁切，得到大小相同的多个复合料带单元，再将所述复合料带单元进行层叠；裁切过程采用推料装置6辅助对复合料带单元进行打料，复合料带单元下落后堆叠成复合结构，再覆盖上自由隔膜1得到不尾卷电芯。
[0075]
电芯制备工艺流程图如图4所示。
[0076]
实施例2
[0077]
一种电芯，包括自由隔膜1与复合结构组成；所述复合结构由正极料带和负极料带组成，所述正极料带和所述负极料带呈交替叠加，所述正极料带由正极隔膜5以及设置于所述正极隔膜5一个侧面的正极片4组成；所述负极料带由负极隔膜3以及设置于所述负极隔膜3一个侧面的负极片2组成；所述复合结构中，任一正极隔膜5的一面与正极片4相连，且另一面与负极片2相连，任一负极隔膜3的一面与正极片4相连，且另一面与负极片2相连；所述复合结构的一个端面为负极片端面，另一个端面为正极片隔膜；所述自由隔膜1按照顺时针或者逆时针方向缠绕包覆于所述复合结构上，且缠绕后的自由隔膜1完全覆盖负极片端面；所述缠绕的圈数为1.5圈；
[0078]
本实施例得到尾卷电芯，结构示意图如图2所示；
[0079]
上述电芯的制备系统同实施例1；
[0080]
上述电芯的制备方法，除自由隔膜1按照顺时针或者逆时针方向缠绕包覆于所述复合结构上，且缠绕后的自由隔膜1完全覆盖负极片端面，缠绕的圈数为1.5圈；其他方法同实施例1。
[0081]
实施例3
[0082]
一种电芯，包括自由隔膜1与复合结构；所述复合结构由正极料带和负极料带组成，所述正极料带和所述负极料带呈交替叠加，所述正极料带由正极隔膜5以及设置于所述正极隔膜5一个侧面的正极片4组成；所述负极料带由负极隔膜3以及设置于所述负极隔膜3一个侧面的负极片2组成；所述复合结构中，任一正极隔膜5的一面与正极片4相连，且另一面与负极片2相连，任一负极隔膜3的一面与正极片4相连，且另一面与负极片2相连；所述复合结构的一个端面为负极片端面，另一个端面为正极片隔膜；所述自由隔膜1与正极片隔膜形状、面积相同，完全覆盖于负极片端面上；
[0083]
本实施得到不尾卷电芯，结构示意图如图1所示；
[0084]
制备上述电芯所采用的系统，如图5所示，包括复合料带裁切装置8、第一整合装置7、第二整合装置、推料装置6、第一正极复合料带制备装置10、第一负极复合料带制备装置9、第二正极复合料带制备装置12和第二负极复合料带制备装置；
[0085]
所述第一正极复合料带制备装置10包括第一正极片供料装置10
‑
1、第一正极隔膜供料装置10
‑
2、第一正极片裁切装置10
‑
3和第一正极片热压装置10
‑
4；所述第一负极复合料带制备装置9包括第一负极片供料装置9
‑
1、第一负极隔膜供料装置9
‑
2、第一负极片裁切装置9
‑
3和第一负极片热压装置9
‑
4；所述第二正极复合料带制备装置12包括第二正极片供料装置12
‑
1、第二正极隔膜供料装置12
‑
2、第二正极片裁切装置12
‑
3和第二正极片热压装置12
‑
4；所述第二负极复合料带制备装置13包括第二负极片供料装置13
‑
1、第二负极隔膜供料装置13
‑
2、第二负极片裁切装置13
‑
3和第二负极片热压装置13
‑
4；
[0086]
上述电芯的制备方法，包括以下步骤：
[0087]
第一正极隔膜供料装置10
‑
2提供正极隔膜卷材；第一正极片供料装置10
‑
1提供正极片卷材，正极片卷材在走带的过程中，通过第一正极片裁切装置10
‑
3进行裁切，得到相同的正极片单料片，并贴附于第一正极隔膜上，在第一正极片热压装置10
‑
4的作用下与第一正极隔膜进行热复合，热复合后，正极片在第一正极隔膜上沿第一正极隔膜走带的方向上
间隔设置，任意相邻的两个正极片之间形成第一空白区域，得到第一正极片复合料带；与此同时，第一负极片供料装置9
‑
1提供负极片卷材，负极片卷材在走带的过程中，通过第一负极片裁切装置9
‑
3进行裁切，得到相同的负极片单料片，并贴附于第一负极隔膜上，在第一负极片热压装置9
‑
4的作用下与负极隔膜3进行热复合，热复合后，负极片在第一负极隔膜上沿第一负极隔膜走带的方向上间隔设置，任意相邻的两个负极片之间形成第二空白区域，得到第一负极片复合料带；所述第一正极片复合料带和第一负极片复合料带通过第一整合装置7进行热压复合，所述第一负极复合料带在第一正极片复合料带之上，得到第一正负极片复合料带，在第一正负极片复合料带中，任意所述正极隔膜两面的正极片和负极片相对应，任意所述负极隔膜两面的正极片和负极片相对应；
[0088]
与此同时，第二正极片供料装置12
‑
1提供正极片卷材，正极片卷材在走带的过程中，通过第二正极片裁切装置12
‑
3进行裁切，得到相同的正极片单料片，并贴附在第二正极隔膜上，在第二正极片热压装置12
‑
4的作用下与第二正极隔膜进行热复合，热复合后，正极片在第二正极隔膜上沿第二正极隔膜走带的方向上间隔设置，任意相邻的两个正极片之间形成第三空白区域，得到第二正极片复合料带；与此同时，第二负极片供料装置13
‑
1提供负极片卷材，负极片卷材在走带的过程中，通过第二负极片裁切装置12
‑
3进行裁切，得到相同的负极片单料片，并贴附于第二隔膜上，在第二负极片热压装置13
‑
4的作用下与第二负极隔膜进行热复合，热复合后，负极片在第二负极隔膜上沿第二负极隔膜走带的方向上间隔设置，任意相邻的两个负极片之间形成第四空白区域，得到第二极片复合料带；
[0089]
通过第二整合装置11将至上而下放置的第二正极片复合料带、第一正负极片复合料带和第二极片复合料带进行热复合；得到第二正负极片复合料带，所述第二正负极片复合料带中，任意正极隔膜两面的正极片和负极片相对应，任意负极隔膜两面的正极片和负极片相对应；通过复合料带裁切装置8将第二正负极片复合料带沿空白区域(包括第一空白区域、第二空白区域、第三空白区域和第四空白区域)进行裁切，复合料带裁切过程采用推料装置6辅助进行打料，得到大小相同的若干个复合料带单元，复合料带单元依次进行层叠，得到复合结构，再覆盖上自由隔膜1得到不尾卷电芯。
[0090]
上述电芯的制备工艺流程图如图6所示。
[0091]
实施例4
[0092]
一种电芯，包括自由隔膜1与复合结构组成；所述复合结构由正极料带和负极料带组成，所述正极料带和所述负极料带呈交替叠加，所述正极料带由正极隔膜5以及设置于所述正极隔膜5一个侧面的正极片4组成；所述负极料带由负极隔膜3以及设置于所述负极隔膜3一个侧面的负极片2组成；所述复合结构中，任一正极隔膜5的一面与正极片4相连，且另一面与负极片2相连，任一负极隔膜3的一面与正极片4相连，且另一面与负极片2相连；所述复合结构的一个端面为负极片端面，另一个端面为正极片隔膜；所述自由隔膜1按照顺时针或者逆时针方向缠绕包覆于所述复合结构上，且缠绕后的自由隔膜1完全覆盖负极片端面；所述缠绕的圈数为1.5圈；
[0093]
本实施例得到尾卷电芯，结构示意图如图2所示；
[0094]
上述电芯的制备系统同实施例3；
[0095]
上述电芯的制备方法，除自由隔膜1按照顺时针或者逆时针方向缠绕包覆于所述复合结构上，缠绕的圈数为1.5圈；其他方法同实施例3。
[0096]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但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，或者对其中部分或者全部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范围。