组合式叠片电芯及其叠片单元和叠片方法与流程

本申请设计锂离子电池叠片电芯生产领域，具体涉及一种组合式叠片电芯及其叠片单元和叠片方法。

背景技术：

在锂离子电池生产过程中，需要经过配料、涂布、辊压、极耳成型、叠片或卷绕、组装、干燥注液、注液口密封、化成分容的流程，其中叠片或卷绕工序，决定电池品质的关键工序。

目前z字形叠片和卷绕电芯是主流，z字形叠片装置是通过机械手将极片运送至叠片工位，进行正、负极片交替叠片，隔膜随着叠片台反复移动，此装置最大的问题是容易导致隔膜起皱、叠多极片，使电池存在安全隐患；卷绕电芯的卷绕装置是通过卷绕机构将正、负极片卷绕在一起，卷绕过程存在张力作用，叠片电芯内部容易存在内应力，极片在充放电过程中很容易析锂，导致安全隐患。

针对以上z字形叠片装置和卷绕装置的原理，在采用z字形叠片装置和卷绕装置进行生产叠片电芯时，存在以下缺点：

第一、z字形叠片装置来料时极片是堆垛在一起的，由于极片之间存在静电，导致极片之间有一定的吸附力，机械手移动过程中很容易导致叠多片，影响产品良品率和安全性；

第二、z字形叠片过程中叠片台带着隔膜反复移动，隔膜容易褶皱，引起局部析锂，产生安全隐患；

第三、卷绕装置通过卷绕张力将正、负极片和隔膜卷成电芯，内部存在内应力，电池充放电过程中极片容易产生变形，引起局部析锂，产生安全隐患；

第四、卷绕装置通过卷绕过程存在张力，对极片柔韧性有比较高的要求，目前主流在往高容量、高压实方向发展，极片柔韧性较差，严重影响效率和良品率，卷绕工艺不在适用；

第五、极耳成型和叠片或卷绕分为两道工序，物料转运过程经常出错、不良品多、操作人员多。

因此，现有技术有待改进和提高。

技术实现要素：

本申请旨在提供一种组合式叠片电芯及其叠片单元和叠片方法，以提高叠片电芯的生产效率和产品的良品率。

根据本申请的第一方面，本申请提供了一种组合式叠片电芯的叠片方法，包括如下步骤：

叠片单元制作步骤，制作片状结构的第一极片；对所述第一极片的两个表面点胶；将第一隔膜复合在第一极片点胶的一个表面上，将第二隔膜复合在第一极片点胶的另一个表面上，形成叠片单元；

第二极片制作步骤，制作片状结构的第二极片，所述第二极片和第一极片的极性相反；

叠放步骤，交替叠放所述叠片单元和第二极片以形成叠片电芯。

根据本申请的第二方面，本申请还提供了一种基于所述的叠片方法的组合式叠片电芯的叠片单元，包括：从上到下依次层叠设置的第一隔膜、第一极片和第二隔膜；所述第一隔膜、第一极片和第二隔膜均呈片状结构；所述第一隔膜与第一极片之间、所述第一极片与第二隔膜之间均设置有粘结剂层，所述第一隔膜、第一极片和第二隔膜通过所述粘结剂层粘接成一整体。

根据本申请的第三方面，本申请还提供了一种基于所述的叠片方法的组合式叠片电芯，包括：m个层叠设置的叠片单元，相邻的两个叠片单元之间均设置有一个第二极片，其中，m为大于等于2的正整数；所述第二极片呈片状结构；所述叠片单元包括：从上到下依次层叠设置的第一隔膜、第一极片和第二隔膜；所述第一隔膜、第一极片和第二隔膜均呈片状结构；所述第一隔膜与第一极片之间、所述第一极片与第二隔膜之间均设置有粘结剂层，所述第一隔膜、第一极片和第二隔膜通过所述粘结剂层粘接成一整体；所述第一极片和第二极片的极性相反。

本发明的有益效果是：

本申请提供了一种组合式叠片电芯的叠片方法，包括如下步骤：叠片单元制作步骤，制作片状结构的第一极片；对所述第一极片的两个表面点胶；将第一隔膜复合在第一极片点胶的一个表面上，将第二隔膜复合在第一极片点胶的另一个表面上，形成叠片单元；第二极片制作步骤，制作片状结构的第二极片，所述第二极片和第一极片的极性相反；叠放步骤，交替叠放所述叠片单元和第二极片以形成叠片电芯。

附图说明

图1为本发明提供的组合式叠片电芯的叠片方法流程图；

图2为本发明提供的生产组合式叠片电芯的叠片设备的结构示意图；

图3为本发明提供的生产组合式叠片电芯的叠放装置的机构示意图；

图4为本发明提供的组合式叠片电芯的叠片单元的结构示意图；

图5为本发明提供的一种实施例中组合式叠片电芯的结构示意图；

图6为本发明提供的另一种实施例中组合式叠片电芯的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一、

参见图1所示，本实施例提供了一种组合式叠片电芯的叠片方法，包括如下步骤：

叠片单元制作步骤1000，制作片状结构的第一极片；对制作成的片状结构的第一极片的两个表面点胶；将第一隔膜复合在第一极片点胶的一个表面上，将第二隔膜复合在第一极片点胶的另一个表面上，形成依次粘结在一起的由第一隔膜、第一极片和第二隔膜组成的叠片单元。

具体的，点胶后的第一极片与第一隔膜和第二隔膜之间通过快速固化的方式复合在一起，可通过加热等方式实现快速固化，使得第一隔膜、第一极片和第二隔膜快速粘结，并粘结牢固，不影响后工序的生产。

第二极片制作步骤2000，制作片状结构的第二极片，其中，第二极片和第一极片的极性相反。

叠放步骤3000，交替叠放叠片单元和第二极片以形成叠片电芯。

具体的，交替叠放的叠片单元和第二极片在层叠方向上，往叠片完成的叠片单元和第二极片的四周贴胶，或沿层叠的相反方向通过热复合的方式，使交替叠放的叠片单元和第二极片形成叠片电芯。

参见图2所示，为实现组合式叠片电芯的叠片方法所使用的叠片设备包括：叠片单元制作装置10、第二极片制片机构20和叠放装置30，叠片单元制作装置10用于制作叠片单元，第二极片制片机构20用于制作第二极片，叠放装置30用于交替叠放叠片单元制作装置10制作的叠片单元和第二极片制片机构20制作的第二极片以形成叠片电芯。优选的，叠放装置30位于叠片单元制作装置10的输出端和第二极片制片机构20的输出端之间。

继续参见图2所示，叠片单元制作装置10包括依次设置的：第一极片制作机构、点胶机构14和隔膜复合机构。第一极片制作机构用于将第一极片卷料100制作成第一极片110；点胶机构14用于对第一极片制作机构制作成的第一极片110的两个表面点胶，即点胶机构14对第一极片110的上表面和下表面分别点胶；隔膜复合机构用于将第一隔膜复合在第一极片110点胶的一个表面上，将第二隔膜复合在第一极片点胶的另一个表面上，即隔膜复合机构将第一隔膜复合在点胶后的第一极片110的上表面，将第二隔膜复合在点胶后的第一极片110的下表面。点胶后的第一极片与第一隔膜和第二隔膜之间通过快速固化的方式粘结在一起，以形成叠片单元，。

具体的，第一极片制作机构包括依次设置的：第一极片放卷组件11、第一极片切极耳组件12和第一裁切组件13。第一极片放卷组件11用于放卷出第一极片卷料100，具体是以放卷出料的方式放卷出第一极片卷料100；第一切极耳组件12设置在第一极片放卷组件11的输出端，其用于对第一极片放卷组件11放卷出的第一极片卷料100切极耳，优选的，第一切极耳组件12是以激光切极耳的方式切极耳，其具有精度高，所切得的极耳的毛刺少等优点；第一裁切组件13设置在第一切极耳组件12的输出端，其用于将第一切极耳组件12切极耳后的第一极片卷料100定长裁切成第一极片110。

隔膜复合机构包括：第一隔膜放卷组件15、第二隔膜放卷组件16、辊压组件17和隔膜裁切组件18。第一隔膜放卷组件15用于释放第一隔膜卷料300，并将释放的第一隔膜卷料300覆盖到第一极片110点胶后的一个表面上，即第一隔膜放卷组件15将第一隔膜卷料300释放到第一极片110点胶后的上表面；第二隔膜放卷组件16用于释放第二隔膜卷料400，并将释放的第二隔膜卷料400覆盖到第一极片110点胶后的另一个表面上，即第二隔膜放卷组件16将第二隔膜卷料400释放到第一极片110点胶后的下表面；辊压组件17用于通过辊压将第一隔膜卷料300、第一极片110和第二隔膜卷料400复合，在辊压的同时，为实现极片和隔膜的快速固化，可适当的加热以使位于极片两面的胶快速固化；隔膜裁切组件18用于在复合前或者复合后对第一隔膜卷料300和第二隔膜卷料400进行定长裁切成第一隔膜310和第二隔膜410，以形成叠片单元。优选的，第一隔膜放卷组件15和第二隔膜放卷组件16的输出端均设置有隔膜裁切组件18，两个隔膜裁切组件18同时分别对第一隔膜卷料300和第二隔膜卷料400定长裁切，形成第一隔膜310和第二隔膜410。换言之，隔膜裁切组件18可以设置在辊压组件17的上游或下游，当隔膜裁切组件18设置在辊压组件17的上游时，对复合前的第一隔膜卷料300和第二隔膜卷料400定长裁切；当隔膜裁切组件18设置在辊压组件17的下游时，对复合后的第一隔膜卷料300和第二隔膜卷料400定长裁切。

本实施例中，辊压组件17包括一对辊轮，一对辊轮分别设置在粘合在一起的第一隔膜、第一极片和第二隔膜的上方和下方，一对辊轮分别向靠近叠片单元的方向移动，挤压层叠设置的第一隔膜310、第一极片110和第二隔膜410并带动其一起向前移动，以将第一隔膜310、第一极片110和第二隔膜410辊压复合在一起，形成叠片单元。

第二极片制作机构20包括依次设置的：第二极片放卷组件21、第二切极耳组件22和第二裁切组件23。第二极片放卷组件21用于放卷出第二极片卷料200，具体是以放卷出料的方式放卷出第二极片卷料200；第二切极耳组件22设置在第二极片放卷组件21的输出端，其用于对第二极片放卷组件21放卷出的第二极片卷料200切极耳；第二裁切组件23设置在第二切极耳组件22的输出端，其用于将第二切极耳组件22切极耳后的第二极片卷料200定长裁切以形成第二极片210。

叠放装置30具体用于:以先叠放叠片单元后叠放第二极片210的顺序交替层叠至预设层数，最后再叠放一个叠片单元形成叠片电芯；或者，以先叠放第二极片210后叠放叠片单元的顺序交替层叠至预设层数，最后再叠放一个第二极片210形成叠片电芯。

具体的，第一极片和第二极片的极性相反，若第一极片为负极极片，第二极片为正极极片时，叠放装置30以先叠放叠片单元后叠放第二极片210的顺序交替层叠至预设层数，最后再叠放一个叠片单元形成叠片电芯；若第一极片为正极极片第二极片为负极极片时，叠放装置30以先叠放第二极片210后叠放叠片单元的顺序交替层叠至预设层数，最后再叠放一个第二极片210形成叠片电芯。两种叠放顺序所生产出的叠片电芯的最上面一层和最下面一层均为负极极片，因此，可根据实际生产的需要设置第一极片和第二极片的极性，以确定叠放装置30叠放叠片单元和第二极片的顺序。

本实施例中，叠放装置30包括：设置在同一圆周上的第一上料工位31、第二上料工位32、第一叠片工位33和第二叠片工位34。第一上料工位31和第二上料工位32之间的连线经过圆心，第一叠片工位33和第二叠片工位34之间的连线也经过该圆心，且第一上料工位31和第二上料工位32之间的连线与第一叠片工位33和第二叠片工位34之间的连线垂直，即第一上料工位31、第二上料工位32、第一叠片工位33和第二叠片工位34位于同一圆周上。第一上料工位31用于叠片单元的上料，第二上料工位32用于第二极片210的上料。第一叠片工位33和第二叠片工位34均用于交替叠放叠片单元和第二极片210至以形成叠片电芯。

进一步的，叠放装置30还包括叠片机械臂35，叠片机械臂的两端均设置有夹持机构，分别为第一夹持组件351和第二夹持组件352，第一夹持组件351和第二夹持组件352分别用于夹持第一上料工位31上的叠片单元和第二上料工位32上的第二极片210。可以理解的是，在同一圆周上的第一上料工位31，第二上料工位32、第一叠片工位33和第二叠片工位34形成一个圆，该圆的直径长度等于叠片机械臂35的长度，并且叠片机械臂35的中点位于该圆的圆心上，位于叠片机械臂两端的第一夹持组件351和第二夹持组件352的中点均位于该圆的圆弧上。

参见图3所示，以图3中所示的方向为例，当叠片机械臂35位于水平方向上时，第一夹持组件351和第二夹持组件352分别夹持第一上料工位31上的叠片单元和第二上料工位32上的第二极片210，此时叠片机械臂35顺时针旋转90°后，第一夹持组件351和第二夹持组件352分别释放叠片单元到第一叠片工位33和释放第二极片210到第二叠片工位34；叠片机械臂35再逆时针旋转90°复位，第一夹持组件351和第二夹持组件352再分别夹持第一上料工位31上的叠片单元和第二上料工位32上的第二极片210，叠片机械臂35逆时针旋转90°后，第一夹持组件351和第二夹持组件352分别释放叠片单元到第二叠片工位34和释放第二极片210到第一叠片工位33；叠片机械臂35顺时针旋转90°复位，依次往复循环叠放叠片单元和第二极片210。叠片机械臂35只是在同一个圆内往复正反转实现叠放动作，提高了叠放叠片单元和第二极片210的效率，进而提高了生产叠片电芯的生产效率。

本实施例中，第一叠片工位33和第二叠片工位34上均设置有用于对叠片单元和第二极片进行定位的固定机构(图中未示出)，在第一夹持组件351和第二夹持组件352分别在第一叠片工位33和第二叠片工位35叠放上一个叠片单元和第二极片或第二极片和叠片单元后，固定机构分别将叠片单元和第二极片固定，以免在叠放下一个叠片单元和第二极片时，分别位于第一叠片工位33和第二叠片工位34上的上一个叠片单元和上一个第二极片跑偏，影响到后工序加工成成品电芯的质量。关于固定机构的结构，可通过任何对叠片单元和第二极片固定的机械结构实现，在此不再赘述。

叠片单元制作装置10制作叠片单元的过程和第二极片制片机构20制作第二极片210的过程均是连续性生产的，需要将所生产的叠片单元和第二极片210放在第一上料工位31和第二上料工位32上进行暂存，因此，本实施例所提供的组合式叠片装置中，叠放装置30还包括：第一取料机械手和第二取料机械手。第一取料机械手用于从叠片单元制作装置10抓取叠片单元，并放置在第一上料工位31上；第二取料机械手用于从第二极片制作机构20抓取第二极片210，并放置在第二上料工位32上。

继续参见图1所示，在叠片单元制作步骤1000中，制作片状结构的第一极片110的步骤具体是通过第一极片制片机构实现的，其包括如下步骤：

放卷出第一极片卷料100，再对第一极片卷料100切极耳，最后将切极耳后的第一极片卷料100定长裁切成第一极片110。

具体的，通过第一极片放卷组件11放卷出第一极片卷料；再由第一切极耳组件12对第一极片卷料100切极耳，切极耳的方式优选为激光切极耳，所形成的极耳可以是位于第一极片的一侧，或位于第一极片的相对两侧；最后再通过第一裁切组件13对第一极片卷料100定长裁切形成片状结构的第一极片110。

本实施例中，对第一极片110的两个表面点胶，将第一隔膜310复合在第一极片110点胶的一个表面上，将第二隔膜410复合在第一极片110点胶的另一个表面上，形成叠片单元的步骤具体是通过隔膜复合机构实现的，其包括如下步骤：将第一隔膜卷料300释放到第一极片110点胶的一个表面上；将第二隔膜卷料400释放到第一极片110点胶的另一个表面上；通过辊压将第一隔膜310、第一极片110和第二隔膜410复合；在复合前或者复合后对第一隔膜310和第二隔膜410进行定长裁切。

具体的，第一隔膜放卷组件15释放第一隔膜卷料300到第一极片110点胶的上表面，第二隔膜放卷组件16释放第二隔膜卷料400到第一极片110点胶的下表面。通过辊压组件17的辊压将第一隔膜310、第一极片110和第二隔膜410复合成一整体式结构。在辊压组件17之前，还可设置一加热组件，以对点胶后的第一极片和位于第一极片两个表面的第一隔膜和第二隔膜进行加热，使其快速固化。通过隔膜裁切组件18对复合前或复合后的第一隔膜卷料300和第二隔膜卷料400定长裁切形成第一隔膜310和第二隔膜410的。当在复合前定长裁切时，隔膜裁切组件18设置在辊压组件17的上游；当在复合后定长裁切时，隔膜裁切组件18设置在辊压组件17的下游。

本实施例中，第二极片制作步骤2000具体是通过第二极片制片机构20实现的，包括如下步骤：释放出第二极片卷料200；对第二极片卷料200切极耳；将切极耳后的第二极片卷料200定长裁切形成第二极片210。

具体的，第二极片放卷组件21释放出第二极片卷料200。第二切极耳组件22对第二极片卷料200切极耳的，切极耳的方式优选为激光切极耳。第二裁切组件23对第二极片卷料200定长裁切形成第二极片210。

本实施例中，叠放步骤3000是通过叠放装置30实现的，具体包括：

以先叠放叠片单元后叠放第二极片210的顺序交替层叠至预设层数，最后再叠放一个叠片单元形成叠片电芯；或者，以先叠放第二极片210后叠放叠片单元的顺序交替层叠至预设层数，最后再叠放一个第二极片210形成叠片电芯。

具体的，将叠片单元放置在第一上料工位31上，将第二极片210放置在第二上料工位32上叠片，将叠片单元和第二极片210同时转移到第一叠片工位33上；将叠片单元放置在第一上料工位31上，将第二极片210放置在第二上料工位32上，将叠片单元和第二极片210同时转移到第二叠片工位32上叠片。

如上，叠片动作具体是通过如下过程实现的：第一取料机械手将叠片单元放置在第一上料工位31上，第二取料机械手将第二极片210放置在第二上料工位32上后，叠片机械臂35上的第一夹持组件351和第二夹持组件352在第一上料工位31和第二上料工位32分别夹持叠片单元和第二极片210，在第一夹持组件351和第二夹持组件352分别将叠片单元和第二极片夹持后，叠片机械臂35顺时针旋转90°，将叠片单元转移到第二叠片工位34上，将第二极片210转移到第一叠片工位33上，完成第一次叠放动作，同时，第一叠片工位33和第二叠片工位34上分别设置的固定机构将第一次叠放的叠片单元和第二极片固定，防止叠片单元和第二极片跑偏。

叠片机械臂35再逆时针旋转90°复位，第一夹持组件351和第二夹持组件352再分别夹持第一上料工位31上的叠片单元和第二上料工位32上的第二极片210，叠片机械臂35逆时针旋转90°后，第一夹持组件351和第二夹持组件352分别释放叠片单元到第二叠片工位34和释放第二极片210到第一叠片工位33；叠片机械臂35再顺时针旋转90°复位，从而完成第二次叠放动作，固定机构再对第二次叠放的第二极片和叠片单元进行固定。依次往复循环叠放叠片单元和第二极片210。当叠放至预设层数后，通过在叠放的叠片单元和第二极片210的周围贴胶或热压复合的方式，使叠放的多层叠片单元和间隔在相邻叠片单元之间的第二极片210复合在一起形成叠片电芯，完成叠片电芯的制作。

实施例二、

本实施例提供了一种基于实施例一的叠片方法的组合式叠片电芯的叠片单元，关于叠片单元的生产方法和设备已在实施例一中详细阐述，在此不再赘述。以下仅对叠片单元的结构进行说明。

参见图4所示，本组合式叠片电芯的叠片单元，包括：从上到下依次层叠设置的第一隔膜310、第一极片110和第二隔膜410；第一隔膜310、第一极片110和第二隔膜410均呈片状结构；第一隔膜310与第一极片110之间、第一极片110与第二隔膜410之间均设置有粘结剂层，第一隔膜310、第一极片110和第二隔膜410通过粘结剂层粘接成一整体，该粘结过程可以通过加热的方式使其快速固化。本实施例中，第一极片110为切极耳后的极片，极耳可以位于第一极片110的一侧，或位于第一极片110的相对两侧；第一极片110的极性可以是负极极片，也可以是正极极片。

实施例三、

本实施例提供了一种基于实施例一的叠片方法的组合式叠片电芯，关于叠片电芯的生产方法和设备已在实施例一中详细阐述，在此不再赘述。以下仅对叠片电芯的结构进行说明。

参见图5和图6所示，本组合式叠片电芯，包括：m个层叠设置的叠片单元，相邻的两个叠片单元之间均设置有一个第二极片210，其中，m为大于等于2的正整数，即每相邻叠片单元之间均设置有一个第二极片210，第二极片210呈片状结构。其中，叠片单元与实施例二中的机构相同，其包括：从上到下依次层叠设置的第一隔膜310、第一极片110和第二隔膜410，第一隔膜310、第一极片110和第二隔膜410均呈片状结构，在第一隔膜310与第一极片110之间、第一极片110与第二隔膜410之间均设置有粘结剂层，第一隔膜310、第一极片110和第二隔膜410通过所述粘结剂层粘接成一整体，该粘结过程可以通过加热的方式使其快速固化。本实施例中，第一极片110和第二极片210均为切极耳后的极片，极耳可以位于第一极片110和第二极片210的同一侧，或相对的两侧均设置。

本实施例中，第一极片110和第二极片210的极性相反。如图5所示，当第一极片110为负极极片，第二极片210为正极极片时，叠片电芯的最下面一层和最上面一层均为叠片单元；如图6所示，当第一极片110为正极，第二极片210为负极时，叠片电芯的最下面一层和最上面一层均为第二极片210。在其他实施例中，可根据实际生产的需要，设定第一极片110和第二极片210的极性。

本实施例中，切极耳后的第一极片110和切极耳后的第二极片210的极耳在叠片电芯的同一侧，或者，切极耳后的第一极片110和切极耳后的第二极片210的极耳分别在叠片电芯的相对两侧，可根据实际生产需要进行设定。

综上所述，本实施例提供的组合式叠片电芯及其叠片单元和叠片方法中，采用工艺高度集中的叠片方法所生产的叠片电芯，极片不易错位、隔膜不易起皱，对极片和隔膜的柔韧性要求不高，进一步的避免了产生析锂、短路的问题产生。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。