一种卷绕式锂离子电池极耳及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种卷绕式锂离子电池极耳及其制造方法，包含两层隔膜和正极、负极极片绕卷芯卷绕至少两圈，每一圈分别从正极、负极极片引出极耳，每一圈极耳位于相近位置经刀模冲压成型，通过计算机辅助设计程序计算极耳宽度及间距，以控制同组中极耳宽度不相等而相邻极耳间距相等，降低了设计开发时间，并且能更加精确控制尺寸；每组极耳可以用同一种刀模冲压成型，大幅度降低了设备成本和设备复杂度，具有很强的兼容功能性，只需要多加一把刀模即可兼容更宽的极耳和更多的卷绕圈数。
【专利说明】
一种卷绕式锂离子电池极耳及其制造方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种电池极耳，具体涉及一种卷绕式锂离子电池极耳及其制造方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池极片有叠片和卷绕两种方式，卷绕式锂离子电池由于拥有更快速的制备过程和更低的自放电率获得了更多厂商的采用，但是卷绕式极片每圈周长不一致，导致每圈极耳出现偏差，需要不同刀模进行切割，增加了成本和过程复杂性，为此，亟需开发一种结构简单的卷绕式锂离子电池极耳。
【发明内容】
[0003]本发明目的在于提供一种卷绕式锂离子电池极耳及其制造方法，将极耳宽度设计成不相等，保证了每一圈相邻极耳间距在展开后相等，节省设备成本，降低工艺复杂度，增加可靠性。
[0004]为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种卷绕式锂离子电池极耳，其包含:
依次叠设的第一电极极片、第一层隔膜、第二电极极片、第二层隔膜，绕卷芯卷绕至少两圈；
所述第一电极极片和第二电极极片之中的每一电极极片，各自引出有至少一组极耳；每一电极极片的任意一组极耳中，卷绕后位于后一圈的极耳宽度超过在其之前一圈的极耳宽度，卷绕后的各圈极耳重叠，且各圈极耳的一端错开呈梯田状，而另一端对齐；
其中，所述第一电极极片是正极极片，所述第二电极极片是负极极片；
或者，所述第一电极极片是负极极片，所述第二电极极片是正极极片。
[0005]优选地，每一电极极片引出有两组以上极耳；
每组中在卷绕后位于后一圈的极耳宽度超过在其之前一圈的极耳宽度，各圈极耳重叠，且一端错开呈梯田状，而另一端对齐；
这两组以上的极耳中，在卷绕后位于后一组的极耳与其之前一组的极耳重叠，后一组与前一组中处在相同圈数的极耳大小相同且在卷绕后的位置对应重叠。
[0006]优选地，第一电极极片和第二电极极片在两者之间的中部位置相互隔开；
每一电极极片的任意一组极耳中，各圈极耳错开的一端靠近所述中部位置，各圈极耳对齐的另一端远离所述中部位置。
[0007]优选地，每一电极极片的任意一组中各圈极耳错开的一端沿对角线折叠，以保持该电极极片的极耳与另一电极极片的极耳之间，留有足够防止短路的安全距离。
[0008]优选地，每一电极极片展开时任意一组中相邻极耳的间距相同。
[0009]优选地，每一电极极片展开时每组中相邻极耳的间距相同；后一组中相邻极耳的间距，与前一组中相邻极耳的间距不相同。
[0010]本发明的另一个技术方案是提供一种卷绕式锂离子电池极耳的制造方法:通过走带控制设备对展开的一个电极极片进行移动，通过刀模冲压成型得到该电极极片的至少一组极耳；
其中，对所述电极极片的同一组极耳，使用同一个刀模冲压;所述刀模的宽度与这一组中相邻极耳的间距S相同，并且使相邻极耳中后一极耳的宽度大于前一极耳的宽度；
制造所述电极极片的任意一组极耳时，从i=l开始，循环执行步骤3%:
a、使电极极片沿走带方向移动与第i极耳宽度L1相等的距离；
b、在距第i极耳前端L1处，使用宽度为W的刀模冲压；
C、使电极极片沿走带方向移动与刀模宽度W相等的距离；
d、令i=i+l；
e、判断步骤d的数值i=i+l是否超过该组极耳的设定数量:若超过，跳出循环;若没有超过，贝1J以步骤d的数值i=i+1来执行下一循环的步骤a。
[0011]优选地，在实际应用中，第i极耳的步骤c与第i+ Ι极耳的步骤a的电极极片移动操作，可以是连续执行的。
[0012]优选地，所述电极极片是第一电极极片或第二电极极片中的任意一个电极极片；第一电极极片与第二电极极片的叠放方向与走带方向相同；其中，所述第一电极极片是正极极片，所述第二电极极片是负极极片；或者，所述第一电极极片是负极极片，所述第二电极极片是正极极片；
在所述制造方法中，进一步将依次叠设的第一电极极片、第一层隔膜、第二电极极片、第二层隔膜，绕卷芯卷绕至少两圈；
在卷绕后的每一电极极片的任意一组中，相邻极耳中的后一极耳在前一极耳的之后一圈与该前一极耳重叠，并使后一极耳的第一端与前一极耳的第一端错开呈梯田状，而后一极耳的第二端与前一极耳的第二端对齐；
各极耳的第一端靠近于将第一电极极片与第二电极极片隔开的中部位置，第二端远离所述中部位置。
[0013]优选地，对每一电极极片使用M个宽度不同的刀模冲压成型，对应得到该电极极片的M组极耳，M多I;其中，第η个刀模的宽度，与第η组极耳中相邻极耳的间距Sn相同，且第η组内相邻极耳中后一极耳的宽度大于前一极耳的宽度;并且使得每一电极极片的各组极耳中处在相同排列次序的极耳的大小相同且在卷绕后的位置对应重叠；
制造所述电极极片的M组极耳时，从η=1开始，循环执行步骤A~E:
A、使用宽度等于间距Sn的刀模，循环执行步骤a~e，来制造第η组中的所有极耳；
B、判断η的数值是否等于Μ:若等于Μ，跳出步骤Α~Ε的循环;若小于Μ，继续执行步骤C;
C、使电极极片沿走带方向移动第η组中最后一个极耳的宽度；
D、使用宽度等于间距Sn+1的下一个刀模，在距第η组最后一个极耳前端距离为L的位置进行冲压；
Ε、令η=η+1ο
[0014]优选地，通过计算机辅助设计程序，预先计算各电极极片中每一组的各极耳宽度及相邻极耳间距，以及计算各电极极片中相邻两组极耳的间距；
再根据计算机辅助设计程序的计算结果，来对所述走带控制设备所述移动电极极片的走带长度及走带方向进行控制。
[0015]本发明与现有方法相比，具有以下优点:
本发明中使用不等宽度的极耳，保证了极片展平后每一组中相邻极耳间距相等，极耳卷绕后位于相近的位置，极耳重叠部分面积为第一圈极耳的面积。因此，可以使用一把刀模冲压成型，降低了工艺和设备复杂度，并具有很强的灵活性。
[0016]当极耳宽度增加或卷绕圈数增加时，正负极之间的中部安全距离减小，此时通过增加一把刀模来实现；当中部安全距离达到设定值时，更换宽度更大的刀模来增加间距，使得后一组卷绕时对应圈数的极耳与前一组对应圈数的极耳的大小相等，并且位置重叠。
[0017]本发明中通过计算机辅助设计程序CAD等计算极耳宽度及间距，降低了设计开发时间，并且能更加精确控制尺寸。
【附图说明】
[0018]图1为本发明中极片卷绕后的示意图；
图2为图1中I处结构的放大示意图；
图3为图1中II处结构的放大示意图；
图4为图1中极耳错开部分折叠的放大示意图；
图5为本发明中正极极片展平后及对应刀模的示意图；
图6、图7分别为本发明中第一、第二正极刀模的参数示例图；
图8为本发明中负极极片展平后及对应刀模的示意图；
图9、图10分别为本发明中第一、第二负极刀模的参数示例图。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图，通过详细说明一个具体采用两把刀模的较佳实施例，对本发明做进一步阐述。
[0020]如图1?图4所示，一种卷绕式锂离子电池极片，包含两层隔膜和正极极片1、负极极片2，以一层隔膜、一层(正极或负极)极片、另一层隔膜、另一层(负极或正极)极片的方式布置后一起绕卷芯卷绕至少两圈，每一圈分别从正极极片和负极极片引出极耳(本例中为正负极耳 1.1?1.14，2.1?2.14)。
[0021 ] 如图4所示，极耳引出位置靠近两端，极耳位置呈现梯田形状，每一圈极耳靠近两端位置(1.17，2.17)重叠，靠近中部位置(1.15，2.15)错开;可将错开的部分，分别沿对角线(1.16，2.16)、以箭头1.18和2.18所示方向折叠，使得正负极耳之间有足够的安全距离防止短路。
[0022]如图5?图7所示，本例中正极极片对应1.1-1.14共14个极耳，第一组极耳(1.1?1.7)宽度:30mm，31.82mm，33.64mm，35.46mm，37.28mm，39.10mm，40.92mm;第二组极耳(1.8~1.14)宽度:30mm，31.82mm，33.64mm，35.46mm，37.28mm，39.10mm，40.92mm。该不例中，每一组中任意一圈极耳的宽度超出同组中在其之前一圈极耳的宽度的数值(1.82mm)是相同的，但在其他示例中也可以将其设计为不相同。
[0023]正极极片的每个极耳(1.1?1.14)被两把刀模冲压成型，其中极耳(1.1?1.7)之间的第一间距是通过第一把正极刀模31冲压成型得到，极耳(1.7?1.14)之间的第二间距是通过第二把正极刀模32冲压成型得到。并且，极片展平后相邻极耳间距只有两种Xl和x2，第一间距xl和第二间距x2也分别等于两把正极刀模的宽度，本例中该宽度分别为218.80mm和231.60mmο
[0024]正极的第一组第一圈极耳(1.1)和第二组第一圈极耳(1.8)的大小相同且卷绕后的位置对应，第一组第二圈极耳(1.2)和第二组第二圈极耳(1.9)的大小相同且卷绕后的位置对应，以此类推。通过设备走带长度来控制每一圈极耳宽度，使得正极的各圈极耳位于相近位置，便于焊接，极耳重叠部分面积为第一圈极耳的面积。
[0025]如图8?图10所示，本例中负极极片对应2.1?2.14共14个极耳，第二组极耳(2.1?2.7)宽度:30mm，31.82mm，33.64mm，35.46mm，37.28mm，39.10mm，40.92mm;第一组极耳(2.8?2.14)宽度:30mm，31.82mm，33.64mm，35.46mm，37.28mm，39.10mm，40.92mm。该不例中，每一组中任意一圈极耳的宽度超出同组中在其之前一圈极耳的宽度的数值(1.82mm)是相同的，但在其他示例中也可以将其设计为不相同。
[0026]负极极片的每个极耳(2.1?2.14)被两把刀模冲压成型，其中极耳(2.14?2.7)之间的第三间距是通过第一把负极刀模41冲压成型得到；极耳(2.7?2.1)之间的第四间距是通过第二把负极刀模42冲压成型得到。极片展平后相邻极耳间距只有两种yl和y2，第四间距y I和第三间距y2也分别等于两把负极刀模的宽度，本例中该宽度分别为218.80mm和231.60mmο
[0027]负极的第二组第一圈极耳(2.1)和第一组第一圈极耳(2.8)的大小相同且卷绕后的位置对应，第二组第二圈极耳(2.2)和第一组第二圈极耳(2.9)的大小相同且卷绕后的位置对应，以此类推。通过设备走带长度控制每一圈极耳宽度，使得负极的各圈极耳位于相近位置，便于焊接，极耳重叠部分面积为第一圈极耳的面积。
[0028]本例中正负极耳的相应参数数值(如极耳宽度、间距)一致，而走带方向、两刀模的布置方向、极耳制成顺序等相反，但在其他示例中也可以根据情况相应调整参数或方向。
[0029]此外，本实例中，相邻极耳间距相等的情况下，每只极耳的宽度可以通过计算机辅助设计程序(如CAD)计算得出，不仅结果更加精确，同时便于调整以减少设计时间。后续再由设备控制极片走带长度来控制，但本发明并不否定以其他的方式，来对极耳宽度进行计算和控制。
[0030]本发明中不相等的极耳宽度，使得同组中相邻极耳之间间距相等，可以用一种刀模冲压成型，大幅度降低了设备成本和设备复杂度，并且该方式具有很强的兼容功能性，只需要多加一把刀模即可兼容更宽的极耳和更多的卷绕圈数。
[0031]尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【主权项】
1.一种卷绕式锂离子电池极耳，其特征在于，包含: 依次叠设的第一电极极片、第一层隔膜、第二电极极片、第二层隔膜，绕卷芯卷绕至少两圈； 所述第一电极极片和第二电极极片之中的每一电极极片，各自引出有至少一组极耳；每一电极极片的任意一组极耳中，卷绕后位于后一圈的极耳宽度超过在其之前一圈的极耳宽度，卷绕后的各圈极耳重叠，且各圈极耳的一端错开呈梯田状，而另一端对齐； 其中，所述第一电极极片是正极极片，所述第二电极极片是负极极片； 或者，所述第一电极极片是负极极片，所述第二电极极片是正极极片。2.如权利要求1所述的卷绕式锂离子电池极耳，其特征在于， 每一电极极片引出有两组以上极耳； 每组中在卷绕后位于后一圈的极耳宽度超过在其之前一圈的极耳宽度，各圈极耳重叠，且一端错开呈梯田状，而另一端对齐； 这两组以上的极耳中，在卷绕后位于后一组的极耳与其之前一组的极耳重叠，后一组与前一组中处在相同圈数的极耳大小相同且在卷绕后的位置对应重叠。3.如权利要求1或2所述的卷绕式锂离子电池极耳，其特征在于， 第一电极极片和第二电极极片在两者之间的中部位置相互隔开； 每一电极极片的任意一组极耳中，各圈极耳错开的一端靠近所述中部位置，各圈极耳对齐的另一端远离所述中部位置。4.如权利要求3所述的卷绕式锂离子电池极耳，其特征在于， 每一电极极片的任意一组中各圈极耳错开的一端沿对角线折叠，以保持该电极极片的极耳与另一电极极片的极耳之间，留有足够防止短路的安全距离。5.如权利要求1所述的卷绕式锂离子电池极耳，其特征在于， 每一电极极片展开时任意一组中相邻极耳的间距相同。6.如权利要求2所述的卷绕式锂离子电池极耳，其特征在于， 每一电极极片展开时每组中相邻极耳的间距相同；后一组中相邻极耳的间距，与前一组中相邻极耳的间距不相同。7.一种卷绕式锂离子电池极耳的制造方法，其特征在于， 通过走带控制设备对展开的一个电极极片进行移动，并通过刀模冲压成型得到该电极极片的至少一组极耳； 其中，对所述电极极片的同一组极耳，使用同一个刀模冲压;所述刀模的宽度W与这一组中相邻极耳的间距S相同，并且使这一组内的相邻极耳中后一极耳的宽度大于前一极耳的宽度； 制造所述电极极片的任意一组极耳时，从i=l开始，循环执行步骤3%: a、使电极极片沿走带方向移动与第i极耳宽度L1相等的距离； b、在距第i极耳前端L1处，使用宽度为W的刀模冲压； C、使电极极片沿走带方向移动与刀模宽度W相等的距离； d、令i=i+l； e、判断步骤d的数值i=i+l是否超过该组极耳的设定数量:若超过，跳出循环;若没有超过，贝1J以步骤d的数值i=i+1来执行下一循环的步骤a。8.如权利要求7所述卷绕式锂离子电池极耳的制造方法，其特征在于， 所述电极极片是第一电极极片或第二电极极片中的任意一个电极极片;第一电极极片与第二电极极片的叠放方向与走带方向相同；其中，所述第一电极极片是正极极片，所述第二电极极片是负极极片;或者，所述第一电极极片是负极极片，所述第二电极极片是正极极片; 在所述制造方法中，进一步将依次叠设的第一电极极片、第一层隔膜、第二电极极片、第二层隔膜，绕卷芯卷绕至少两圈； 在卷绕后的每一电极极片的任意一组中，相邻极耳中的后一极耳在前一极耳的之后一圈与该前一极耳重叠，并使后一极耳的第一端与前一极耳的第一端错开呈梯田状，而后一极耳的第二端与前一极耳的第二端对齐； 各极耳的第一端靠近于将第一电极极片与第二电极极片隔开的中部位置，第二端远离所述中部位置。9.如权利要求8所述卷绕式锂离子电池极耳的制造方法，其特征在于， 对每一电极极片使用M个宽度不同的刀模冲压成型，对应得到该电极极片的M组极耳，M多I;其中，第η个刀模的宽度，与第η组极耳中相邻极耳的间距Sn相同，且第η组内相邻极耳中后一极耳的宽度大于前一极耳的宽度;并且使得每一电极极片的各组极耳中处在相同排列次序的极耳的大小相同且在卷绕后的位置对应重叠； 制造所述电极极片的M组极耳时，从η=1开始，循环执行步骤六4: A、使用宽度等于间距Sn的刀模，循环执行步骤a~e，来制造第η组中的所有极耳； B、判断η的数值是否等于Μ:若等于Μ，跳出步骤Α~Ε的循环;若小于Μ，继续执行步骤C; C、使电极极片沿走带方向移动第η组中最后一个极耳的宽度L; D、使用宽度等于间距Sn+1的下一个刀模，在距第η组最后一个极耳前端距离为L的位置进行冲压； Ε、令η=η+1ο10.如权利要求9所述卷绕式锂离子电池极耳的制造方法，其特征在于， 通过计算机辅助设计程序，预先计算各电极极片中每一组的各极耳宽度及相邻极耳间距，以及计算各电极极片中相邻两组极耳的间距； 再根据计算机辅助设计程序的计算结果，来对所述走带控制设备移动所述电极极片的走带长度及走带方向进行控制。
【文档编号】H01M2/26GK106058137SQ201610630031
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月3日
【发明人】沈向东, 侯敏, 刘婵, 曹辉, 王刚庆, 王绪向
【申请人】上海航天电源技术有限责任公司