方形软包电池及其制造方法与流程

本发明涉及软包电池制造技术领域，特别是涉及方形软包电池及其制造方法。

背景技术：

随着经济的不断发展，各种智能设备被广泛应用，智能手机、平板电脑等。为了便于携带，智能设备向着越来越轻薄的方向发展。为了使得智能设备更为轻薄，需要将智能设备的电池的体积减小。

一般的智能设备采用的电池为聚合物或软包装锂离子电池，相对于传统铝壳方形锂离子电池或者钢壳圆形锂离子电池，由于聚合物或软包装锂离子电池较高的能量密度，以及具有较好的安全性能，因此，聚合物或软包装锂离子电池能够具有更小的体积，更为轻薄，更为适用于智能设备。

但是聚合物或软包装锂离子电池也存在缺陷，锂离子电池在充放电过程中，将容易生热，导致电池正极片以及负极片的厚度将增加，正极片和负极片的体积膨胀，而聚合物软包装锂离子电池的隔膜为高聚合物薄膜，由于隔膜具有外无活性的特点，且隔膜不参与充放电反应，该隔膜并不随着充放电而膨胀或收缩，而隔膜是紧密卷绕在正极片以及负极片的外侧，因而，隔膜限制了正极片以及负极片的膨胀，正极片以及负极片的膨胀导致隔膜的卷绕结构发生扭曲，尤其是正极片和负极片的厚度方向的扭曲最为明显，如无合适的外力控制压制下，聚合物软包装锂离子电池扭曲程度严重，可能导致电池失效甚至发生安全事故。

传统铝壳锂离子电池，由于其具有高强度铝质外壳，能够有效抑制内部正极片和负极片以及隔膜卷绕而成的电池卷芯的体积膨胀。聚合物或软包装锂离子电池由于其外壳为软质铝塑膜，硬度较小，在很小的应力下即会发生变形，无法很好抑制内部的电池卷芯的膨胀，而对于智能设备由于其形状大多具有矩形或者方形结构，因此需要将聚合物或软包装锂离子电池制造为方形。方形的聚合物或软包装锂离子电池的电芯在卷绕时是将正极片、负极片和隔膜卷绕在方形的支撑件上，由于卷绕中方形支撑件对各方向上的正极片、负极片以及隔膜具有不同的支撑力，当电芯卷绕成型后，卷芯内部的受力是不均匀的，因此在膨胀时，其在各方向上的膨胀力也是不均匀的，从而导致方形的聚合物或软包装锂离子电池更容易由于充放电的膨胀而产生事故。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统方形软包电池充放电时容易因为正极和负极的膨胀而导致失效或者产生事故的缺陷，提供一种方形软包电池的制造方法，以及采用该方形软包电池的制造方法制造得到的方形软包电池。

一种方形软包电池的制造方法，包括：

将负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜依次堆叠并卷绕在圆形卷针的外侧，在所述圆形卷针外侧形成圆形卷芯；

使所述圆形卷针形变为多边形卷针，带动所述圆形卷芯形变为多边形卷芯；

对所述多边形卷芯施压，形成方形卷芯。

在一个实施例中，所述对所述多边形卷芯施压，形成方形卷芯的步骤之后还包括：

将所述方形卷芯封装，形成方形软包电池。

在一个实施例中，在所述对所述多边形卷芯施压的步骤之前还包括：

从所述多边形卷芯中将所述多边形卷针取出。

在一个实施例中，所述将负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜依次堆叠并卷绕在圆形卷针的外侧，在所述圆形卷针外侧形成圆形卷芯的步骤包括：

将所述负极片、所述第一隔膜、所述正极片和所述第二隔膜依次堆叠抵接于所述圆形卷针的外侧表面；

转动所述圆形卷针，使得所述负极片、所述第一隔膜、所述正极片和所述第二隔膜卷绕在所述圆形卷针外侧，形成所述圆形卷芯。

在一个实施例中，在所述将负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜依次堆叠并卷绕在圆形卷针的外侧，在所述圆形卷针外侧形成圆形卷芯的过程中，随着所述圆形卷芯的卷绕层数的逐渐增加，卷绕力度逐渐减小。

在一个实施例中，所述对所述多边形卷芯施压，形成方形卷芯的步骤包括：

从两个相对且平行的面对所述多边形卷芯的两侧进行施压，形成所述方形卷芯。

在一个实施例中，所述对所述多边形卷芯施压，形成方形卷芯的步骤包括：

从两个相对且平行的第一面对所述多边形卷芯的两侧进行一次施压；

从与所述第一面垂直的两个相对且平行的第二面对所述多边形卷芯的两侧进行二次施压，形成所述方形卷芯。

在一个实施例中，所述圆形卷针的材质为可形变材质。

在一个实施例中，所述将负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜依次堆叠并卷绕在圆形卷针的外侧，在所述圆形卷针外侧形成圆形卷芯的步骤包括：

将所述负极片、所述第一隔膜、所述正极片和所述第二隔膜的一边对齐并依次堆叠，卷绕在所述圆形卷针的外侧，在所述圆形卷针外侧形成所述圆形卷芯。

一种方形软包电池，采用上述任一实施例的所述方形软包电池的制造方法制造得到。

上述方形软包电池的制造方法，通过圆形卷针将负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜卷绕呈圆形卷芯，该圆形卷针对圆形卷芯的支撑力为沿着其圆周表面分布，使得各方向的支撑力更为均匀，而该圆形卷芯内部的受力更为均匀，随后将圆形卷芯压成方形卷芯，该成型后的方形卷芯内部各方向上的受力依然均匀，进而使得电池在充放电过程中引起的膨胀在各方向上的膨胀程度趋向一致，进而避免电池发生扭曲，有效提高了电池的可靠性和安全性。

附图说明

图1A为一实施例的方形软包电池的制造方法的流程示意图；

图1B为另一实施例的方形软包电池的制造方法的流程示意图；

图1C为另一实施例的方形软包电池的制造方法的流程示意图；

图1D为另一实施例的方形软包电池的制造方法的流程示意图；

图2A为一实施例的圆形卷针以及卷绕前的卷芯的结构示意图；

图2B为一实施例的圆形卷针以及圆形卷芯的结构示意图；

图2C为一实施例的多边形卷针以及多边形卷针的结构示意图；

图2D为一实施例的施压时的方形卷针的结构示意图；

图3为一实施例的放卷装置以及卷绕驱动装置的连接结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

例如，一种方形软包电池的制造方法，包括：将负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜依次堆叠并卷绕在圆形卷针的外侧，在所述圆形卷针外侧形成圆形卷芯；使所述圆形卷针形变为多边形卷针，带动所述圆形卷芯形变为多边形卷芯；对所述多边形卷芯施压，形成方形卷芯。

例如，一种方形软包电池，采用上述的所述方形软包电池的制造方法制造得到。

如图1A所示，在一个实施例中，提供了一种方形软包电池的制造方法，包括：

步骤120，提供一可形变的圆形卷针。

具体地，如图2A所示，该圆形卷针211具有圆形截面，例如，该圆形卷针211为圆柱状，例如，该圆形卷针211为中部空心结构的圆柱状，该圆形卷针211用于提供支撑，为卷芯的卷绕提供支撑或者提供支点，使得卷芯能够绕该圆形卷针卷绕成型。

步骤140，将负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜依次堆叠并卷绕在所述圆形卷针的外侧，在所述圆形卷针外侧形成圆形卷芯。

具体地，卷芯的由负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜组成，第一隔膜和第二隔膜用于将负极片和正极片隔离，使得正极片和负极片相互绝缘，例如，该第一隔膜和第二隔膜为绝缘材质的隔膜，例如，所述隔膜包括聚乙烯多孔膜、聚丙烯多孔膜、聚乙烯聚丙烯的复合多孔膜或玻璃纤维膜。

本步骤中，请再次参见图2A，将负极片231、第一隔膜221、正极片232和第二隔膜222依次对齐并层叠，由圆形卷针211上一预设位置开始卷绕，例如，将负极片231、第一隔膜221、正极片232和第二隔膜222依次对齐层叠，随后沿圆形卷针211的圆周开始卷绕，例如，该圆形卷针转动，带动负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜卷绕在该圆形卷针的圆周表面。

具体地，卷绕成型的圆形卷芯如图2B所示，卷绕在该圆形卷针211上的圆形卷芯240具有多层结构，例如，所述圆形卷芯240具有圆形截面，例如，卷绕在该圆形卷针211上的圆形卷芯240具有多层的卷芯层241，例如，每一卷芯层241具有圆形截面，例如，该圆形卷芯包括多层的负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜，例如，每一卷芯层包括负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜。

步骤160，使所述圆形卷针形变为多边形卷针，带动所述圆形卷芯形变为多边形卷芯。又如，步骤160中，使所述圆形卷针形变为多边形卷针，带动所述圆形卷芯形变为多边形卷芯，在带动所述圆形卷芯形变为多边形卷芯时，根据所述多边形卷针的形状，同步采用平压机构对所述圆形卷芯施压，使得所述圆形卷芯形变为多边形卷芯；其中，平压机构朝向所述圆形卷芯的施压面，为与所述多边形卷针的形状相似的图形的一对复合面，每对复合面包括两个相邻的表面，两对复合面的四个表面共同组成所述施压面；此时，该圆形卷芯内部受到多边形卷针的形变的力，外部受到平压机构的施压面的压力，从而有力于发生有序形变；并且，由于施压面是开放式的，故不影响卷芯的进一步卷绕；即，先在所述圆形卷针外侧形成初级的小型圆形卷芯，然后进一步形成终极的大型多边形卷芯。

具体地，由于该圆形卷针为可形变的卷针，因此，该圆形卷针可形变为多边形卷针，请参见图2C，当该圆形卷针形变为多边形卷针212后，由于其作为圆形卷芯的内部的支撑，带动该圆形卷芯同步发生形变，使得该圆形卷芯形变为多边形卷芯250，即该圆形卷芯内部受到多边形卷针212的形变的力，使得圆形卷芯由内至外依次逐渐形变，从而使得各卷芯层依次形变为多边形卷芯层，例如，如图2C所示，该多边形卷芯250具有多边形结构，例如，该多多边形卷芯具有多个多边形截面的卷芯层。

值得一提的是，在另外的实施例中，该多边形卷芯包括方形卷芯，也就是该圆形卷针可形变为方形卷针，带动该圆形卷芯形变为方形卷芯。

步骤180，对所述多边形卷芯施压，形成方形卷芯。

成型的方形卷芯如图2D所示，本步骤中，通过对该多边形卷芯施压，使得该多边形卷芯形状更为工整，具体地，由于该圆形卷针是在该圆形卷芯内部发生形变，因此，该圆形卷针形变时将受到圆形卷芯内部的阻力，该圆形卷针需要较大的驱动力进行形变，此外，由于该卷芯是由内至外进行形变，多边形卷芯的外层形变效果不佳或者不明显，因此，该圆形卷针形变后带动的圆形卷芯的形变效果不明显，该多边形卷芯的形变不能完全形变为方形，因此，本步骤中，从外侧对所述多边形卷芯施压，使得该多边形卷芯由外之内受压形变为方形卷芯，形变更为彻底，形状更为工整。

例如，对所述多边形卷芯的外侧施压，形成方形卷芯，例如，如图2D所示，采用平压机构310对所述多边形卷芯施压，形成所述方形卷芯260。通过对该多边形卷芯的施压，使得该多边形卷芯的形变更为彻底，且施压后的方形卷芯形状更为工整，有效避免卷芯的局部凸起。

具体地，传统的采用方形卷针卷绕而成的方形卷芯，由于方形卷针形状上具有局部凸起的结构，无法像圆形卷针一样，在圆周的各个方向均具有同样的圆弧，因此，形成的圆形卷芯其内部压力分布更为均匀，各卷芯层在各方向上的受力一致，因此，在压成方形卷芯后，各卷芯层在各方向上依然能够维持较为均匀的受力，在电池充放电过程中，由正极片和负极片受热引起的膨胀，其膨胀方向不会集中于某一方向，使得电池在某一方向不会过度凸起或扭曲，进而使得电池的膨胀更为规律。

上述实施例，通过圆形卷针将负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜卷绕呈圆形卷芯，该圆形卷针对圆形卷芯的支撑力为沿着其圆周表面分布，使得各方向支撑力更为均匀，而该圆形卷芯内部的受力更为均匀，随后将圆形卷芯压成方形卷芯，该成型后的方形卷芯内部各方向上的受力依然均匀，进而使得电池在充放电过程中引起的膨胀在各方向上的膨胀程度趋向一致，进而避免电池发生扭曲，有效提高了电池的可靠性和安全性。

在一个实施例中，如图1B所示，步骤180之前还包括：

步骤170，从所述多边形卷芯中将所述多边形卷针取出。

具体地，为了使得对多边形卷芯的施压效果更好，使得多边形卷芯内部的压力减小，使得方形卷芯能够充分定型，在对多边形卷芯施压前，将多边形卷针取出，使得已经成型的多边形卷芯内部失去支撑，这样，在对多边形卷芯施压时，能够减小多边形卷芯内部的阻力，使得该多边形卷芯能够充分形变为方形卷芯，使得方形卷芯的成型效果更佳。

在一个实施例中，如图1C所示，步骤180之后还包括：

步骤190，将所述方形卷芯封装，形成方形软包电池。

本实施例中，将该成型的方形卷芯进行封装，例如，采用封装包对该风行卷芯进行封装，并在封装包内灌注电解液，随后密封该封装包，形成方形软包电池。

值得一提的是，将负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜堆叠卷绕在圆形卷针上，可采用固定圆形卷针进行卷绕，也可以采用转动圆形卷针的方式进行卷绕，一个实施例中，该圆形卷针固定，驱动负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜绕圆形卷针转动，并卷绕在圆形卷针上，这样需要大范围转动负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜，较为不便，而在另外的实施例中，转动该圆形卷针，使得负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜被卷绕在该圆形卷针上。

具体地，在一个实施例中，如图1D所示，步骤140包括：

步骤142，将所述负极片、所述第一隔膜、所述正极片和所述第二隔膜依次堆叠抵接于所述圆形卷针的外侧表面。

具体地，本实施例中，首先将负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜堆叠并抵接于该圆形卷针的表面上，则该圆形卷针的抵接的位置为卷绕的初始的支撑位置，使得该负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜能够被固定在圆形卷针上，进而能够随着圆形卷针而转动并卷绕在圆形卷针上。

步骤144，转动所述圆形卷针，使得所述负极片、所述第一隔膜、所述正极片和所述第二隔膜卷绕在所述圆形卷针外侧，形成所述圆形卷芯。

具体地，本步骤中，由该圆形卷针对负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜进行驱动，进而使得负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜卷绕在圆形卷针的外侧。

例如，如图3所示，该圆形卷针211连接一卷绕驱动装置(图未示)，该卷绕驱动装置驱动圆形卷针绕圆形卷针的圆心转动，例如，提供放卷装置320，该放卷装置为第一隔膜221和第二隔膜222的供料装置，该放卷装置320的两个放卷辊上分别卷绕有第一隔膜221和第二隔膜222，将放卷装置320上的第一隔膜221和第二隔膜222拉出，并附在圆形卷针211上，由卷绕驱动装置驱动圆形卷针211转动，带动放卷装置320转动，进而将第一隔膜221和第二隔膜222以及正极片和负极片卷绕在圆形卷针211上。

本实施例中的上述过程能够有效提高圆形卷芯的卷绕效率，避免大范围地转动负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜，负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜仅需被动地随着院系卷针转动即可，有效节省卷绕空间以及降低卷绕成本。

在一个数量中，步骤140包括：将所述负极片、所述第一隔膜、所述正极片和所述第二隔膜的一边对齐并依次堆叠，卷绕在所述圆形卷针的外侧，在所述圆形卷针外侧形成所述圆形卷芯。

具体地，本实施例中，负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜在对齐堆叠前，需要将负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜的一侧边对齐，避免由于负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜相互没有对齐而造成的圆形卷芯的内部厚度不均匀，通过将上述负极片、第一隔膜、正极片和第二隔膜对齐后再堆叠，卷绕，能够使得卷绕的形成的圆形卷芯的厚度更为均匀，进而使得圆形卷芯内部受力更为均匀。

在一个实施例中，步骤140中，随着所述圆形卷芯的卷绕层数的逐渐增加，卷绕力度逐渐减小。

例如，随着所述圆形卷芯的卷绕层数的逐渐增加，卷绕密度减小，例如，随着所述圆形卷芯的卷芯层数的逐渐增加，各卷芯层之间的疏密度减小，又如，随着所述圆形卷芯的卷芯层数的逐渐增加，各卷芯层之间的层距减小。应该理解的是，在卷芯进行卷绕时，放卷装置上与卷绕驱动装置之间的的第一隔膜和第二隔膜绷的越紧，也就是第一隔膜和第二隔膜在卷绕时的张力越大，则卷绕形成的圆形卷芯各层之间的疏密度越高，卷绕力度越大，这样，各卷绕层之间相互的作用力越大；反之，放卷装置上与卷绕驱动装置之间的的第一隔膜和第二隔膜绷的越松，第一隔膜和第二隔膜在卷绕时的张力越小，则卷绕形成的圆形卷芯各层之间的疏密度越低，卷绕力度越小，这样，各卷绕层之间相互的作用力越小。本实施例中，随着所述圆形卷芯的卷绕层数的逐渐增加，卷绕力度逐渐减小，也就是圆形卷芯的各层之间的疏密度由内至外逐渐降低，圆形卷芯内紧外松，使得该圆形卷芯内部结构更为致密紧凑，而随着圆形卷芯的层数增加，外层的卷芯层疏密度降低，有利于膨胀时提供膨胀空间，避免由于过于致密而导致压力过大，进而引起卷芯变形，应该理解的是，由于该圆形卷芯是呈圆形卷绕，因此，能够使得各层之间的疏密度能够有序逐渐降低，而不至于造成局部疏密度降低过多而导致疏密度分布不均匀，进而在充放电膨胀时造成电池扭曲，能够进一步提高电池的可靠性和安全性。

为了使得该多边形卷芯能够更为工整地形变为方形卷芯，在一个实施例中，步骤180包括：从两个相对且平行的面对所述多边形卷芯的两侧进行施压，形成所述方形卷芯。例如，采用平压机构从两个相对且平行的面对所述多边形卷芯的两侧进行施压这样，由于从两个相对且相互平行的面对多边形卷形的外侧进行施压，使得该多边形卷芯至少两个面被压平，形成方形卷芯，使得该方形卷芯更为工整、规则。

在另外的实施例中，步骤180包括：从两个相对且平行的第一面对所述多边形卷芯的两侧进行一次施压。从与所述第一面垂直的两个相对且平行的第二面对所述多边形卷芯的两侧进行二次施压，形成所述方形卷芯。

本实施例中，采用平压机构首先从两个相对且平行的面对多边形卷芯进行一次施压，随后从相邻的垂直面上，对该多边形的两侧进行二次施压，使得该方形卷形的成型效果更佳，更为工整。

为了使得该方形卷芯成型效果更佳，在一个实施例中，步骤180包括：从四个面对所述多边形卷芯的四侧进行施压，形成所述方形卷芯，其中，所述四个面中每两个相邻的面相互垂直。本实施例中，对从多边形卷芯的外侧的四个面同时对该多边形卷芯进行施压，使得多边形卷芯在四个面上同时受力，进而使得该多边形卷芯成型为方形卷芯的效果更佳。

为了使得该圆形卷针能够产生形变，例如，所述圆形卷针的材质为可形变材质，例如，该圆形卷针的材质为铝金属，铝金属具有较低的硬度，能够在受力的情况下产生形变，进而带动圆形卷针形变。

在另外的实施例中，所述圆形卷针包括多个相互连接的子针块，多个所述子针块的外侧表面为弧形面，且多个所述子针块在靠近所述外侧表面的位置依次相互铰接，例如，该圆形卷针中部为空心结构，各所述子针块之间相互邻接，且各子针块内侧设置有铰接部，相邻铰接部仙相互铰接，各子针块的外侧表面为圆弧面，例如，该圆形卷针的各子针块连接有驱动机构，该驱动机构用于驱动该各子针块转动，这样，各子针块相连即形成中部空心的圆柱状，且各子针块能够在驱动机构的驱动下转动使得圆形卷针产生形变，进而带动圆形卷芯形变。

又如，在一个实施例中，提供一种方形软包电池，其采用上述任一实施例所述方形软包电池的制造方法制造得到。

应该说明的是，上述系统实施例中，所包括的各个模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于可读取存储介质中。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。