一种分切叠片卷绕式软包装锂离子电池电芯的制备方法与流程

本发明属于锂离子电池制造技术领域，涉及一种分切叠片卷绕式软包装锂离子电池电芯的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有电压高、比能量高、循环使用次数多、存储时间长等优点。锂离子电池作为电动汽车关键部件，其各电化学性能的表现将直接成为影响电动汽车广泛推广应用的主要限制条件之一。而作为锂离子电池的核心部件，电芯的制作将直接影响到锂离子电池的各相关性能。

现有技术中有卷绕式电芯和叠片式电芯。.卷绕式电芯适合小容量电池，且卷绕过程不易控制，容易偏绕，由于极片与极片、极片与隔膜之间的普通贴合方式造成了卷绕之后的电芯不紧实，且由于引力作用还会出现“s”型变形，导致尺寸过大、卷芯过厚等缺陷。叠片式电芯，是由负极极片和正极极片交替放入隔离膜中。叠片式电芯的层数以及极片的尺寸不受限制，电池的性能发挥好，适合大容量电池电芯制作。但是叠片式电芯在叠片的过程中容易出现错位的现象，在化成后容易夹杂气泡，造成后续锂离子电池生产过程中出现偏绕、短路、鼓包和尺寸不良等缺陷。对于大容量锂离子电池的电芯，常规的卷绕式和叠片式制作方法都不是最佳的选择。

中国专利文献公开了申请号为201610424893.1的一种卷绕式锂离子叠片电池的快速制备方法，包括(1)选取多个分切好的正极单片、负极单片和条形隔膜备用；(2)将多个正极单片和负极单片以正极单片、负极单片、负极单片、正极单片为单元的顺序依次设置在隔膜表面并固定形成复合极片；(3)通过卷针对复合极片进行卷绕，使卷绕后的正极单片、隔膜与负极单片相互层叠形成叠片电池。该专利虽然省去了多层结构单元的制作、分切、固定及转移步骤，但分切后单层叠片的制作方式使得相同的厚度电芯需要的隔膜卷带长度比双层的隔膜卷带长了一倍，过长的隔膜卷带不仅增加了卷绕难度，使得单条生产线过长，放置排列正负极极片形成单层的复合极片时的工艺难度加大。不能和分切工位对接，需要分切准备后需要上料工位过程形成复合极片，这个过程通过吸盘吸取极片或复合极片放置在隔膜上容易出现多吸、摆放不正、错位，从而导致生产效率低等一系列问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述问题，提出了一种分切叠片卷绕式软包装锂离子电池电芯的制备方法。该方法解决了如何在连贯的生产流程中避免偏绕、错位、难定位、多吸等导致生产效率低下和一致性差的问题。

本发明通过下列技术方案来实现：一种分切叠片卷绕式软包装锂离子电池电芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、将正极分卷冲切成具有正极极耳的正极卷带，使正极卷带相邻正极极耳以相邻两正极极耳之间的冲切位对称设置，负极分卷冲切成具有负极极耳的负极卷带，负极卷带相邻负极极耳以相邻两负极极耳之间的冲切位对称设置，且正极卷带和负极卷带层叠重合时，正极极耳和负极极耳对应错开；

b、将步骤a中的正极卷带切割成若干个带有正极极耳的正极单片，负极卷带切割成若干个带有负极极耳的负极单片，每切割下的一个正极单片直接放置于卷绕隔膜一上，同步每切割下一个负极单片直接放置于卷绕隔膜二上，正极单片依次排布于卷绕隔膜一形成正极片/隔膜带，负极单片依次排布于卷绕隔膜二上形成负极片/隔膜带；

c、将正极片/隔膜带位于负极片/隔膜带上方重合后层叠，从而形成具有正极单片、卷绕隔膜一、负极单片、卷绕隔膜二分层顺序的覆合叠片极组，并将覆合叠片极组进行热压复合形成极组复合体；

d、对极组复合体进行卷绕，形成分切叠片卷绕式的单体电池卷芯。

正极分卷和负极分卷进行冲切成对应的正极卷带和负极卷带，正极卷带上的正极极耳成两两相对模式，相邻正极极耳以相邻两正极极耳之间的冲切位对称设置，冲切位为正极卷带冲切单个正极单片和负极卷带冲切单个负极单片的切割位置。第一个正极极耳和第二个正极极耳以两个极耳之间的冲切位为对称中心线进行对称设置，比如第一个正极极耳在第一个正极单片的左侧时，则对应相邻的第二个正极极耳位于对应第二个正极单片的右侧，则第三个正极极耳在第三个正极单片的左侧，第四个正极极耳位于对应第四个正极单片的右侧，以此顺序类推排列，对应的负极卷带上的负极极耳分布于正极卷带上重合时正好错开，且排列顺序如正极卷带上的正极极耳也是相邻负极极耳相对设置，即与上述正卷带对应错开时第一个负极极耳在第一负极单片上的右侧时，则对应相邻的第二个负极极耳位于对应第二个负极单片的左侧，则第三个负极极耳在第三个负极单片的右侧，第四个正极极耳位于对应正极单片上的右侧，以此顺序类推排列。按此顺序依次排列冲切分割后的正极单片和负极单片还是按着上述的排列顺序依次放置与卷绕隔膜一和卷绕隔膜二上，无需再进行对正极单片或负极单片上料工序相对应的通过吸盘吸取极片或复合极片放置在隔膜上对放置位置、方向进行调整，通过分切步骤直接确定后续正极单片和负极单片在卷绕隔膜上的放置方向、放置顺序，且同一个操作平台上切割后直接放置在卷绕隔膜一和卷绕隔膜二上的正极单片和负极单片为一直线型，更加整齐，只需要控制输送卷绕隔膜一和卷绕隔膜二的传送带调整相邻正极单片和负极单片在卷绕隔膜一和卷绕隔膜二间距，实现了分切工位与隔膜放置、重合、复合等工位的连贯生产，无需转移、上料、倒置等附加加工过程，从而有效避免了多吸、摆放不正、错位等系列问题，并且克服了后工序排气困难，降低了内阻，增大了电芯的硬度等，提高了生产效率、生产一致性以及电芯的安全性。

在上述的分切叠片卷绕式软包装锂离子电池电芯的制备方法中，所述正极片/隔膜带的正极单片在卷绕隔膜一上的排布顺序与对应未切割时正极卷带的顺序一致，负极片/隔膜带的负极单片在卷绕隔膜二上的排布顺序与对应未切割时负极卷带的顺序一致。从冲片开始到最后卷绕成型正极单片和负极单片的排列顺序和方向都不会改变，从而有效避免了多吸、摆放不正、错位的情况，从而提高了生产质量和生产效率。

在上述的分切叠片卷绕式软包装锂离子电池电芯的制备方法中，上下对应重合的正极片/隔膜带上的正极单片和负极片/隔膜带上的负极单片中心点重合。保证覆合叠片极组上下对应的正极单片片和负极单片中心重合，即相互重合上下对应的正极单片四边到负极单片四边距离分别相等，覆合叠片极组热压复合形成极组复合体更加整齐，避免卷绕时型变问题，减少后续排气难的问题，提高电芯的硬度，降低内阻，提高比能量。

在上述的分切叠片卷绕式软包装锂离子电池电芯的制备方法中，所述卷绕隔膜一和卷绕隔膜二分别为连续整体的条形隔膜带。方便正极单片和负极单片在卷绕隔膜一和卷绕隔膜二放置整齐和相邻极片之间的间距控制调整，也是为了保证后续层叠、复合、卷绕工艺的连贯，提高了生产效率。

在上述的分切叠片卷绕式软包装锂离子电池电芯的制备方法中，所述步骤b中同步正极单片放置于卷绕隔膜一上形成正极片/隔膜带时，在正极片/隔膜带的正极单片上表面附上pet膜；同步负极单片放置于卷绕隔膜二上形成负极片/隔膜带时，在负极片/隔膜带的卷绕隔膜二下表面附上pet膜。正极单片放置在卷绕隔膜一上的同时负极单片也被放置在卷绕隔膜二上，随后和上下两层pet膜一同进入重合部位重合，形成一条连续的覆合叠片极组长带，大大的提高了整个生产过程的连续性和一致性。

在上述的分切叠片卷绕式软包装锂离子电池电芯的制备方法中，所述步骤c中将正极片/隔膜带位于负极片/隔膜带上方重合后层叠，从而形成具有pet膜、正极单片、卷绕隔膜一、负极单片、卷绕隔膜二和pet膜分层顺序的覆合叠片极组。通过pet膜对极片进行保护，避免后续层叠和热压复合工艺过程对极片造成损坏，有效提高电芯比能量和安全性。

在上述的分切叠片卷绕式软包装锂离子电池电芯的制备方法中，所述覆合叠片极组上相互重合对应的正极单片上正极极耳和负极单片上负极极耳相互错开，覆合叠片极组热压复合形成具有连续复合极组的极组复合体。

在上述的分切叠片卷绕式软包装锂离子电池电芯的制备方法中，对经过步骤c热压复合后连续卷带上的每个复合极组进行短路和尺寸检测，对存在检测问题的复合极组所在的极组复合体长带进行排除和分拣，且对极组复合体上下外表面的pet膜进行回收。循环利用，同时为下一工序卷绕做准备。

在上述的分切叠片卷绕式软包装锂离子电池电芯的制备方法中，所述从卷绕起点开始极组复合体上相邻两个复合极组之间的距离逐渐增大，根据卷绕过程中复合极组的厚度及位置在步骤b中确定相邻正极单片切割放置卷绕隔膜一时的间距，根据卷绕过程中复合极组的厚度及位置确定相邻负极单片切割放置卷绕隔膜二的间距。通过复合极组的厚度反推确定相邻正极单片和相邻正极单片的间距，从卷绕起始点开始相邻正极单片在卷绕隔膜一上的间距也是逐渐增大，从卷绕起始点开始相邻负极单片在卷绕隔膜二上的间距也是逐渐增大。合理的相邻复合极组间距保证了极组复合体在卷绕后所有复合极组层叠的一致性，减少产品厚度的同时，减少内阻最终提高电芯的比量能。

在上述的分切叠片卷绕式软包装锂离子电池电芯的制备方法中，将步骤d中形成的单体电池卷芯进行热压塑形。经过热压塑形不仅减少了电芯厚度和尺寸，而且将尾部隔膜热压粘合在卷芯表面，无需使用胶带粘结还更牢固。

与现有技术相比，本分切叠片卷绕式软包装锂离子电池电芯的制备方法中。具有以下优点：

1、本发明通过分切步骤直接确定了后续正极单片和负极单片在卷绕隔膜上的放置方向、放置顺序，实现了分切工位与隔膜放置、重合、复合等工位的连贯生产，无需转移、上料、倒置等附加加工过程，从而有效避免了多吸、摆放不正、错位等系列问题，有效提高了生产效率，降低生产成本。

2、本发明通过双层叠片再卷绕的工艺方式有效避免了单层极片隔膜卷带卷绕中出现的卷带过长而容易偏绕、卷芯层间间距过大、卷绕尺寸不良率高等问题，同时避免过高温度和压力导致极片和隔膜的伤害和能耗过高的问题。

3、本发明通过极片与隔膜经过热压复合处理，确保了叠片、卷绕过程正/负极单片与隔离膜之间无空气可进入，减少后工序排气困难；可缩短锂电池工作中锂离子的传输通道，从而起到提高产品倍率性能、降低内阻、增大了电芯的硬度等性能。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

图2是正极分卷和负极分卷冲切后的卷带示意图。

图3是本发明层叠与热压复合的效果对比示意图。

图4是卷绕后的单体电芯卷芯结构示意图。

图中，1、正极单片；2、负极单片；3、卷绕隔膜一；4、卷绕隔膜二；5、极组覆合体；6、极组复合体；7、正极卷带；8、负极卷带；9、覆合叠片极组；10、复合极组；11、冲切位。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1-4所示，本分切叠片卷绕式软包装锂离子电池电芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、将正极分卷冲切成具有正极极耳的正极卷带7，使得正极卷带7上的相邻正极极耳以相邻两正极极耳之间的冲切位11成对称设置，负极分卷冲切成具有负极极耳的负极卷带8，负极卷带8上的相邻负极极耳以相邻两负极极耳之间的冲切位11成对称设置，且正极卷带7和负极卷带8重合时，正极极耳和负极极耳对应错开；

b、将步骤a中的正极卷带7切割成单个带有正极极耳的正极单片1，负极卷带8切割成若干个带有负极极耳的负极单片2，每切割下的一个正极单片1直接放置于卷绕隔膜一3上，同步每切割下一个负极单片2直接放置于卷绕隔膜二4上，正极单片1依次排布于卷绕隔膜一3形成正极片/隔膜带，负极单片2依次排布于卷绕隔膜二4上形成负极片/隔膜带；卷绕隔膜一3和卷绕隔膜二4分别为连续整体的条形隔膜带。同步正极单片1放置于卷绕隔膜一3上形成正极片/隔膜带时，在正极片/隔膜带的正极单片1上表面附上pet膜；同步负极单片2放置于卷绕隔膜二4上形成负极片/隔膜带时，在负极片/隔膜带的卷绕隔膜二外表面附上pet膜。通过pet膜对极片进行保护，避免后续层叠和热压复合工艺过程的对极片造成损坏，有效提高电芯比能量和安全性。

c、将正极片/隔膜带位于负极片/隔膜带上方重合后层叠，从而形成具有正极单片1、卷绕隔膜一3、负极单片2、卷绕隔膜二4分层顺序的覆合叠片极组9，并将覆合叠片极组9进行热压复合形成极组复合体6；上下对应重合的正极片/隔膜带上的正极单片1和负极片/隔膜带上的负极单片2中心点重合。保证覆合叠片极组9上下对应的正极单片1片和负极单片2中心重合，即相互重合上下对应的正极单片1四边到达负极单片2四边距离分别相等，覆合叠片极组9热压复合形成极组复合体6更加整齐，减少卷绕时的型变。

覆合叠片极组9上相互重合对应的正极单片1上正极极耳和负极单片2上负极极耳相互错开，覆合叠片极组9热压复合形成具有连续复合极组10的极组复合体6。

将正极片/隔膜带位于负极片/隔膜带上方重合后层叠，从而形成具有pet膜、正极单片1、卷绕隔膜一3、负极单片2、卷绕隔膜二4和pet膜分层顺序的覆合叠片极组9。通过pet膜对极片进行保护。对经过步骤c热压复合后连续卷带上的每个复合极组10进行短路和尺寸检测，对存在检测问题的复合极组10所在的极组复合体6长带进行排除和分拣，且对极组复合体6上下外表面的pet膜进行回收。循环利用，同时为下一工序卷绕做准备。

d、对极组复合体6进行卷绕，形成分切叠片卷绕式的单体电池卷芯，将单体电池卷芯进行热压塑形。经过热压塑形不仅减少了电芯厚度和尺寸，而且将尾部隔膜热压粘合在卷芯表面，无需使用胶带粘结还更牢固。

正极片/隔膜带的正极单片1在卷绕隔膜一3上的排布顺序与对应未切割时正极卷带7的顺序一致，负极片/隔膜带的负极单片2在卷绕隔膜二4上的排布顺序与对应未切割时负极卷带8的顺序一致。从冲片开始到最后卷绕成型正极单片1和负极单片2的排列顺序和方向都不会改变，从而有效避免了多吸、摆放不正、错位等情况，提高了生产质量和生产效率。

从卷绕起点开始极组复合体6上相邻两个复合极组10之间的距离逐渐增大，根据卷绕过程中复合极组10的厚度及位置在步骤b中确定相邻正极单片1切割放置卷绕隔膜一3时的间距，根据卷绕过程中复合极组10的厚度及位置确定相邻负极单片2切割放置卷绕隔膜二4的间距。通过复合极组10的厚度反推确定相邻正极单片1和相邻正极单片1的间距，从卷绕起始点开始相邻正极单片1在卷绕隔膜一3上的间距也是逐渐增大，从卷绕起始点开始相邻负极单片2在卷绕隔膜二4上的间距也是逐渐增大。合理的相邻复合极组10间距保证了极组复合体6在卷绕后所有复合极组10层叠的一致性，减少产品厚度的同时，降低内阻最终提高电芯的比量能和倍率性能。

以下是本发明分切叠片卷绕式软包装锂离子电池电芯的制备方法的工作原理：

按照事先设定极耳和倒角的参数要求分别将正极分卷和负极分卷进行冲切备用，正极分卷、负极分卷冲切成片形成正极卷带7和负极卷带8。如图2所示，正极卷带7上的正极极耳成两两相对模式，比如第一个正极极耳在第一个正极单片1的左侧时，则对应相邻的第二个正极极耳位于对应第二个正极单片1的右侧，则第三个正极极耳在第三个正极单片1的左侧，第四个正极极耳位于对应第四个正极单片1的右侧，以此顺序类推排列，对应的负极卷带8上的负极极耳分布于正极卷带7上的重合时正好错开，且排列顺序如正极卷带7上的正极极耳也是相邻负极极耳相对设置，即与上述正卷带对应错开时第一个负极极耳在第一负极单片2上的右侧时，则对应相邻的第二个负极极耳位于对应第二个负极单片2的左侧，则第三个负极极耳在第三个负极单片2的右侧，第四个正极极耳位于对应正极单片1上的右侧，以此顺序类推排列。按此顺序依次排列冲切分割后的正极单片1和负极单片2还是按着上述的排列顺序依次放置与卷绕隔膜一3和卷绕隔膜二4上，无需再进行对正极单片1或负极单片2上料工序相对应的通过吸盘吸取极片或复合极片放置在隔膜上对放置位置、方向进行调整，通过分切步骤直接确定后续正极单片1和负极单片2在卷绕隔膜上的放置方向、放置顺序，且同一个操作平台上切割后直接放置在卷绕隔膜一3和卷绕隔膜二4上的正极单片1和负极单片2为一直线型，更加整齐，只需要控制输送卷绕隔膜一3和卷绕隔膜二4的传送带调整相邻正极单片1和负极单片2在卷绕隔膜一3和卷绕隔膜二4间距，实现了分切工位与隔膜放置、重合、复合等工位的连贯生产，无需转移、上料、倒置等附加加工过程，从而有效避免了多吸、摆放不正、错位等系列问题，有效提高了生产效率。

分别将正极片/隔膜带和负极片/隔膜带输送到重合部位，将连续的pet膜、正极单片1、负极单片2和连续的卷绕隔膜一3、卷绕隔膜二4依次整齐地按照pet膜、正极单片1、隔膜、负极单片2、隔膜和pet膜的顺序依次整齐的层叠在一起，并且正负极单片2上的正极极耳和负极极耳的位置相互错开组成一个个单个的极组覆合体5，如图3所示，极组覆合体5是在正极单片1和负极单片2切割完之后在重合端口与连续的隔膜和pet膜聚集之后按照设定的分层顺序一起通过重合部位叠摞在一起形成的。连续的覆合叠片极组9形成极组覆合体5，单个覆合叠片极组9热压复合后成复合极组10，连续的复合极组10形成极组复合体6。随后将一个个的覆合叠片极组9经过热压处理之后复合成正极单片1、负极单片2与卷绕隔膜一3和卷绕隔膜二4相互连续粘合的极组复合体6，且极组复合体6的上下正对的两正极单片1和负极单片2的中心点重合，且正极单片1四边到负极单片2的四边距离相等。随后热压之后pet膜进行收卷回收，复合之的极组复合体6在传送装置的带动下继续前行进行更进一步的卷绕工作。卷绕中相邻两个复合极组10之间的距离值是根据卷绕的极组复合体6的厚度及卷绕过程中极组复合体6的位置而设定的，相邻复合极组10之间的距离是依次递增的，经过传送带，将粘合在连续的隔膜上的一个个复合极组10形成的极组复合体6卷绕成分切叠片卷绕式卷芯,使得负极单片2上的负极极耳与正极单片1上的正极极耳位于卷芯的同一纵向方向上，且卷芯上正极单片1、负极单片2的极耳分别对齐，如图4所示。最终将卷绕之后的单体电芯的卷芯进一步的进行热压塑形，并将隔膜的末端热压在卷芯的表面无需使用额外的粘结胶带。

本发明采用的双层叠片再卷绕的工艺方式，有效的避免了单层极片隔膜膜卷带卷绕中出现的卷带过长问题，合理的解决了偏绕、卷芯层间间距过大、卷绕尺寸不良率高等问题现象；双层叠片设计不仅巧妙地避免了单层极片热压处理中能耗损失，而且避免了过多层叠片造成的热压处理时叠片组过厚而导致的压实不牢固，过高的温度和压力导致极片与隔膜的受损害及能耗过高的问题；热压粘合在一起的极片与隔膜解决了传统叠片中极片易错位的问题，解决后续排气难得问题，降低内阻，提高了电芯的倍率性能和安全性能；且正极单片1和负极单片2切割完之后马上被投放到隔膜上使用，生产流程连贯一致，无需再增加专门的极片或复合极片组的放置、转移等中间环节，提高了生产效率；正极单片1和负极单片2片同步分切，然后正极单片1放置在上面连续的卷绕隔膜一3带上，负极单片2放置在下面连续的卷绕隔膜二4带上，放置在两隔膜上的上下两正极单片1和负极单片2的中心点热压后重合，且正极片四边到负极片的四边距离相等，在重合部位重叠的正极单片1、负极单片2与卷绕隔膜一3、卷绕隔膜二4经过热压处理，进入下一步卷绕工作，整个设计流程简洁明了，且一致性、稳定性较好。解决了以往先叠片制成叠片极组放置备用，然后在上料卷绕时在卷绕过程中吸盘吸取的极片或复合极片再次放置在隔离膜上进行再卷绕的时候极容易经产出现多吸、摆放不正、生产效率低等情况，避免了生产材料的浪费，提高生产效率，降低生产成本。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。