专利名称：锂电池极芯的卷绕方法及用于该方法的卷针的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种锂电池极芯的巻绕方法，尤其是涉及一种使极芯的巻绕 第一弯折处隔膜与极片间相对距离变大，缓解隔膜承受正负极片的压力的锂 电池极芯的巻绕方法。本发明还涉及一种用于巻绕锂电池极芯的巻针，尤其是涉及一种使锂电 池极芯的巻绕第一弯折处隔膜与极片间相对距离变大，缓解隔膜承受正负极 片的压力的巻针。
背景技术：
自20世纪90年代锂离子电池商品化以来，锂离子电池以其高比能量、高 电压、能量密度高等优点已成为移动通讯、笔记本电脑等便携式电子产品的 主要电源之一。现有的锂电池按其形状，主要分为平板型锂电池和圆柱型锂 电池。锂电池极芯由正极极片、负极极片以及隔膜通过巻绕而成。现有的平板型锂电池极芯的巻绕方法为(1 )将下巻针固定在巻绕机的巻针固定座 上；(2 )将隔膜的中端平铺在下巻针的夹持面上；(3 )将上巻针固定在巻绕机的巻针固定座上，使上、下巻针夹持隔膜；(4)巻针固定座顺时针 旋转一定角度，使隔膜与上巻针之间可插入负极片；(5 )将负极片巻绕首 端插入隔膜与上巻针之间；(6 )将正极片巻绕首端插入隔膜与下巻针之 间；(7 )巻针固定座继续巻绕设定的圈数，使巻绕成的极芯符合所需的尺 寸；(8卩从巻针上取下巻绕完成的极芯。采用上述巻绕方法巻绕成的极 芯，巻绕第一弯折处的曲率是极芯曲率最大的位置，也是隔膜承受正极片和 负极片压力最大的地方，极芯在此处易弯折成角，电池如果在滥用条件下所 形成的锂枝晶在此处极易刺穿隔膜引发短路，导致热失控，这也是锂离子电 池潜在的安全性问题。中国实用新型专利200520000866. 9说明书公开了一种锂离子电池的电极 片芯及包括该电极片芯的锂离子电池，提出在巻绕第一弯折处增加隔膜的方 法，但增加的隔膜会使得极芯的厚度增加，从而使体积变大，造成体积能量
密度变低。中国实用新型专利200420105442. 4说明书公开了锂电池极芯巻针，其横向上具有两端部及位于该两端部之间的中间部，至少一个端部的厚度小于中 间部的厚度。这种巻针使巻绕出的极芯的第一弯折处的曲率得到改善，但是第一弯折处的隔膜承受正极片和负极片压力最大的状况没有得到改善。 发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种使极芯的巻绕第一弯折处的隔膜承 受正极片和负极片压力小的锂电池极芯的巻绕方法。为解决上述技术问题，本发明的锂电池极芯的巻绕方法，其步骤包括 (1 )将第一下巻针固定在巻绕机的巻针固定座上；(2 )将隔膜的中端平铺在第一下巻针的夹持面上；(3 )将第一上巻针固定在巻绕机的巻针固定座上，使第 -上、第一下 巻针夹持隔膜；(4)巻针固定座旋转一定角度，使该隔膜与第一上巻针之间可插入负极片；(5 )将负极片的巻绕首端插入隔膜与第一上巻针之间；(6 )将正极片的巻绕首端插入隔膜与第一下巻针之间；(7 )巻针固定座继续巻绕设定的圈数，使巻绕成的极芯符合所需的尺寸；(8 :)从巻针上取下巻绕完成的极芯；其中，在所述步骤(5 )与步骤(6 )之间还包括以下步骤A. 将第二上巻针固定在巻针固定座上，使第一上巻针与该第二上巻针夹持隔膜和负极片的巻绕首端。作为本发明的一种改进，其中，在所述步骤(6 )和步骤(7 )之间还包括以下步骤B. 将第二下巻针固定在巻针固定座上，使第一下巻针与该第二下巻针夹持隔膜和正极片的巻绕首端。作为本发明的另一种改进，其中，其步骤包括 (1 )将第一下巻针固定在巻绕机的巻针固定座上； (2 )将隔膜的中端平铺在第一下巻针的夹持面上；(3 )将第一上巻针固定在巻绕机的巻针固定座上，使第--上、第一下 巻针夹持隔膜；(4 )巻针固定座顺时针旋转90度至180度；(5 )将负极片的巻绕首端插入隔膜与第一上巻针之间；(6 )将正极片的巻绕首端插入隔膜与第一下巻针之间；(7 )巻针固定座继续巻绕设定的圈数，使巻绕成的极芯符合所需的尺寸；(8)从巻针上取下巻绕完成的极芯； 其中，在所述步骤(6 )与步骤(7 )之间还包括以下步骤C. 将第二下巻针固定在巻针固定座上，使第一下巻针与该第二下巻针夹 持隔膜和正极片的巻绕首端。作为本发明的一种改进，其中，在所述步骤(5 )和步骤(6 )之间还包括以下步骤D. 将第二上巻针固定在巻针固定座上，使第一上巻针与该第二上巻针夹持隔膜和负极片的巻绕首端。本发明的锂电池极芯的巻绕方法与现有技术相比，由于在将负极片的巻 绕首端插入隔膜与第一上巻针之间后，将第二上巻针固定在巻针固定座上， 使第一上巻针与第二上巻针夹持隔膜和负极片的巻绕首端，因此，巻绕成的 锂电池极芯的中间较松，缓解了在巻绕第一弯折处隔膜承受正负极片的压 力，同时外围的电极片仍然贴实紧密，并不会影响电池的性能。本发明还要解决的技术问题是提供一种使锂电池极芯的巻绕第一弯折处 的隔膜承受正极片和负极片压力小的巻针。为解决上述技术问题，本发明用于上述巻绕方法的巻针，包括第一上巻 针、第一下巻针，该第一上、第一下巻针的横截面呈梯形，且该第一上、第一下巻针的横截面形状为上下对称；该第一上、第一下巻针固定在巻针固定 座上后，该第一上、第一下巻针可夹持极芯隔膜；其中，还包括第二上巻 针；该第二上巻针的下边与所述第一上巻针的上边长度相等；该第二上巻针 的横截面呈两端部厚度小于中间部厚度的形状，其外侧轮廓与该第一上巻针 的梯形侧边可形成光滑过渡；该第二上巻针与该第一上巻针固定在该巻针固 定座上后，可夹持极芯的隔膜和负极片的巻绕首端。作为本发明的一种改进，其中，所述第二上巻针的横截面的外侧轮廓呈弧型。作为本发明的一种改进，其中，所述第二上巻针的横截面的外侧轮廓呈三角形。作为本发明的一种改进，其中，其还包括第二下巻针，该第二下巻针的 上边与所述第一下巻针的上边长度相等，使该第二下巻针的截面的呈弧型外 侧轮廓与该第一下巻针的梯形侧边可形成光滑过渡；该第二下巻针与该第一 下巻针固定在该巻针固定座上后，可夹持极芯的隔膜和正极片的巻绕首端。作为本发明的一种改进，其中，所述第二下巻针的横截面的外侧轮廓呈 弧型。作为本发明的一种改进，其中，所述第二下巻针的横截面的外側轮廓呈三角形。作为本发明的一种改进，其中，所述第一上、第--下巻针的梯形横截面 的两侧边呈弧型。本发明的用于上述巻绕方法的巻针与现有技术相比，由于其还包括第二 上巻针，第二上巻针的下边与第一上巻针的上边长度相等，使第二上巻针的 横截面的呈两端部厚度小于中间部的厚度的形状，其外侧轮廓与该第一上巻 针的梯形侧边可形成光滑过渡。因此，用本发明的巻针巻绕成的锂电池极芯 的中间较松，缓解了在巻绕第一弯折处隔膜承受正负极片的压力，同时外围 的电极片仍然贴实紧密，并不会影响电池的性能。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。图1至图6是本发明锂电池极芯的巻绕方法的巻绕过程示意图。图7是本发明用于锂电池极芯的巻绕方法的巻针的第一实施例的横向截面示意图。图8是本发明用于锂电池极芯的巻绕方法的巻针的第二实施例的横向截面示意图。图9是本发明用于锂电池极芯的巻绕方法的巻针的第三实施例的横向截 面示意图。
具体实施例方式
请参阅图1至图6 ，本发明锂电池极芯的巻绕方法的第一实施例的步骤如下(1 )将第一下巻针2固定在巻绕机的巻针固定座(图中未示出)上；(2 )将隔膜5的中端平铺在第一下巻针2的夹持面上；(3 )将第一上巻针1固定在巻绕机的巻针固定座上，使第一上、第--下巻针1 、 2夹持隔膜5 ;(4 )巻针固定座顺时针旋转90度至180度；(5 )将负极片6的巻绕首端插入隔膜5与第一上巻针1之间；(6 )将第二上巻针3固定在巻针固定座上，使第一上巻针1与该第二上巻针3夹持隔膜5和负极片6的巻绕首端；(7 )将正极片7的巻绕首端插入隔膜5与第 一下巻针2之间；(8 )将第二下巻针4固定在巻针固定座上，使第--下巻针2与该第二下巻针4夹持隔膜5和正极片7的巻绕首端；(9 )巻针固定座继续巻绕设定的圈数，使巻绕成的极芯符合所需的尺、 (10)从巻针上取下巻绕完成的极芯。当然，在步骤(4)中，巻针固定座只要旋转一定的角度，使该隔膜与 第一上巻针之间可插入负极片，也可实现本发明的目的。本发明锂电池极芯的巻绕方法的第二实施例，在第一实施例的基础上省略步骤(6 )。本发明锂电池极芯的巻绕方法的第三实施例，在第一实施例的基础上省略步骤(8 )。请参阅图7 ，本发明用于上述锂电池极芯的巻绕方法的巻针的第一实施 例，包括第一上巻针1 、第二上巻针3 、第一下巻针2 、第二下巻针4 。第一上巻针1的横截面呈梯形，第一下巻针2的横截面也呈梯形，且该 第一上、第一下巻针l、 2的横截面形状为上下对称，使第一上、第一下巻 针1 、 2的最长边拼合后的截面成扁平状的平行六边行；第二上巻针3的下 边与第一上巻针l的上边(即与最长边相对的边)长度相等，使第二上巻针 3的截面的呈弧型外侧轮廓与第一上巻针1的梯形侧边可形成光滑过渡；第 二下巻针4的上边与第一下巻针2的下边(即与最长边相对的边)长度相 等，使第二下巻针4的截面的呈弧型外侧轮廓与第一下巻针2的梯形侧边可
形成光滑过渡；该第二上巻针3与第一上巻针1固定在该巻针固定座上后， 该第二上巻针3的下边与第一上巻针1的上边(即与最长边相对的边)可夹 持隔膜5和负极片6的巻绕首端；该第二下巻针4与第-一下巻针2固定在该 巻针固定座上后，该第二下巻针4的上边与第一下巻针2的下边(即与最长 边相对的边)可夹持隔膜5和正极片7的巻绕首端。当然，第一上巻针l的横截面的侧边也可以是弧型；第一下巻针2横截 面的侧边也可以是弧型；第二上巻针3的横截面也可三角形、梯形等其横截 面的两端部厚度小于中间部厚度的形状；第二下巻针4的横截面也可三角 形、梯形等其横截面的两端部厚度小于中间部厚度的形状；请参阅图8 ，本发明用于上述锂电池极芯的巻绕方法的巻针的第二实施 例，在上述第一实施例的基础上，省去第二下巻针4，只包括第一上巻针 1、第二上巻针3、第一下巻针2。请参阅图9 ，本发明用于上述锂电池极芯的巻绕方法的巻针的第二实施 例，在上述第一实施例的基础上，省去第二上巻针3，只包括第-上巻针 1 、第一下巻针2 、第二下巻针4 。下面通过试验进行比较，实验中电池所用的材料完全相同，只有巻绕方 阀和使用的巻针不同。实例i采用本方面的巻针中的第一实施，利用采用本方面的巻绕方法第一实施 例所述的方法巻绕。 实例2采用本方面的巻针中的第二实施，利用采用本方面的巻绕方法第二实施 例所述的方法巻绕。 对比例1以现有的只包括第一上、第一下巻针l、 2的巻针巻绕，如背景技术中 所述的巻绕方法巻绕。 对比例2以现有的只包括第一上、第一下巻针l、 2的巻针巻绕，以专利 200520000866. 9说明书提到的通过增加隔膜的方式进行巻绕。对以上方法巻绕制作的电池进行内部短路检测，每种选取10000只采用 分选仪分拣，然后将发生短路的电池拆开，分析其发生短路的原因，主要是
由于巻绕第一弯折处所引起的电池内部短路的具体测试结果如表1所示。 表l短路率实例10. 02%实例20. 05%对比例11%对比例20. 05%对比例2中的电池的短路率也较低，但由于其增加了隔膜，厚度增加了 相当于4 6层隔膜的厚度，使电池的体积能量密度变低。为了比较以上方法巻绕制作的电池安全性，每种选取100个进行过充测 试，过充规则先以0.2C满充至4.2V，再进行1C5V过充，测试结果如表2所示。表2爆炸率膨胀率实例12%15%实例23%40%对比例110%100%对比例25%75%通过以上的实验可以证明，采用本发明锂电池极芯的巻绕方法及用于该 方法的巻针，可以明显减少由于巻绕第一弯折处隔膜承受正负极片的压力所 导致的电池内部短路问题，并大大提高了电池的安全性。
权利要求
1. 一种锂电池极芯的卷绕方法，其步骤包括(1)将第一下卷针固定在卷绕机的卷针固定座上；(2)将隔膜的中端平铺在第一下卷针的夹持面上；(3)将第一上卷针固定在卷绕机的卷针固定座上，使第一上、第一下卷针夹持隔膜；(4)卷针固定座旋转一定角度，使该隔膜与第一上卷针之间可插入负极片；(5)将负极片的卷绕首端插入隔膜与第一上卷针之间；(6)将正极片的卷绕首端插入隔膜与第一下卷针之间；(7)卷针固定座继续卷绕设定的圈数，使卷绕成的极芯符合所需的尺寸；(8)从卷针上取下卷绕完成的极芯；其特征在于在所述步骤(5)与步骤(6)之间还包括以下步骤A.将第二上卷针固定在卷针固定座上，使第一上卷针与该第二上卷针夹持隔膜和负极片的卷绕首端。
2. 如权利要求l所述的锂电池极芯的巻绕方法，其特征在于在所述步 骤(6 )和步骤(7 )之间还包括以下步骤B. 将第二下巻针固定在巻针固定座上，使第一下巻针与该第二下巻针夹持隔膜和正极片的巻绕首端。
3. —种锂电池极芯的巻绕方法，其步骤包括(1 )将第一下巻针固定在巻绕机的巻针固定座上； (2 )将隔膜的中端平铺在第一下巻针的夹持面上；(3 )将第一上巻针固定在巻绕机的巻针固定座上，使第 -上、第一下巻针夹持隔膜；(4 )巻针固定座顺时针旋转90度至180度；(5 )将负极片的巻绕首端插入隔膜与第一上巻针之间； (6 )将正极片的巻绕首端插入隔膜与第一下巻针之间；(7 )巻针固定座继续巻绕设定的圈数，使巻绕成的极芯符合所需的尺寸；(8 )从巻针上取下巻绕完成的极芯 其特征在于在所述步骤(6 )与步骤(7 )之间还包括以下步骤C. 将第二下巻针固定在巻针固定座上，使第一下巻针与该第二下巻针夹持隔膜和正极片的巻绕首端。
4. 如权利要求3所述的锂电池极芯的巻绕方法，其特征在亍在所述步骤(5 )和步骤(6 )之间还包括以下步骤D. 将第二上巻针固定在巻针固定座上，使第一上巻针与该第二上巻针夹 持隔膜和负极片的巻绕首端。
5. 用于权利要求1所述的锂电池极芯的巻绕方法的巻针，包括第一上巻针、第一下巻针，该第一上、第一下巻针的横截面呈梯形，且该第一上、第一下巻针的横截面形状为上下对称；该第一上、第一下巻针固定在巻针固定 座上后，该第一上、第一F巻针可夹持极芯隔膜；其特征在于其还包括第 二上巻针；该第二上巻针的下边与所述第一上巻针的上边长度相等；该第二 上巻针的横截面呈两端部厚度小于中间部厚度的形状，其外側轮廓与该第一 上巻针的梯形侧边可形成光滑过渡；该第二上巻针与该第一上巻针固定在该 巻针固定座上后，可夹持极芯的隔膜和负极片的巻绕首端。
6. 如权利要求5所述的巻针，其特征在于所述第二上巻针的横截面的外侧轮廓呈弧型。
7. 如权利要求5所述的巻针，其特征在于所述第二上巻针的横截面的 外侧轮廓呈三角形。
8. 如权利要求5所述的巻针，其特征在于其还包括第二下巻针，该第 二下巻针的上边与所述第一下巻针的上边长度相等，使该第二 F巻针的截面 的呈弧型外侧轮廓与该第一下巻针的梯形侧边可形成光滑过渡；该第二下巻 针与该第一下巻针固定在该巻针固定座上后，可夹持极芯的隔膜和正极片的 巻绕首端。
9. 如权利要求8所述的巻针，其特征在于所述第二下巻针的横截面的 外侧轮廓呈弧型。
10.如权利要求8所述的巻针，其特征在于所述第二下巻针的横截面 的外侧轮廓呈三角形。
11.如权利要求5至10中任一项所述的巻针，其特征在于所述第一 上、第一下巻针的梯形横截面的两侧边呈弧型。
全文摘要
本发明是关于一种锂电池极芯的卷绕方法及用于该方法的卷针，其方法包括将负极片插入隔膜与第一上卷针之间；将第二上卷针固定在卷针固定座上并与第一上卷针夹持隔膜和负极片的卷绕首端；将正极片插入隔膜与第一下卷针之间；卷绕到设定的圈数后，从卷针上取下卷绕完成的极芯。其卷针包括第一上卷针、第一下卷针、第二上卷针，第二上卷针的下边与第一上卷针的上边长度相等，第二上卷针的横截面的呈两端部厚度小于中间部的厚度的形状，其外侧轮廓与第一上卷针的梯形侧边可形成光滑过渡；第二上卷针与第一上卷针可夹持极芯的隔膜和负极片的卷绕首端。用上述方法及卷针卷绕成的极芯中间较松，缓解了卷绕第一弯折处隔膜承受正负极片的压力。
文档编号H01M10/40GK101212069SQ200610064659
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月29日 优先权日2006年12月29日
发明者周耀华, 菁 金, 黄志娟 申请人:比亚迪股份有限公司