叠片电芯及其制作方法和系统与流程

本申请涉及锂离子电池制造领域，特别涉及叠片电芯及其制作方法和系统。

背景技术：

流水线的发明对于制造业是一次技术变革。流水线的出现，为手工制造业实现了半自动化，是降低手工制造业人工成本的一大功臣。而机械化程度高的制造过程中，流水线的速度完全由机械自动化掌控，无需人工操作，全自动化的流水线可以说极大的提高了工作效率。如今锂电池正在往安全性以及标准化的方向发展，设备的高精度、高效率、系列化以及高自动化生产线将成为行业发展的大方向。全自动化和智能化的锂电池生产设备将在保证锂电池生产工艺的基础上，使生产出的锂电池具有较好的一致性，高可靠的安全性能和直通良率，从而降低生产成本。

锂电池的生产工艺比较复杂，它包括匀浆、涂布、碾压、分切、模切、烘焙、卷绕/叠片、装配、焊接、注液、化成、分容、pack组装等等，由于生产工序多、不同工序原材料状态差异较大，单工序与工序间连接较为困难，这些都是锂电池全自动化生产的重要阻碍。另外叠片工序本身的设备制造工艺、叠片设计层数较多等原因，叠片也是制约电芯产能的主要工序。

技术实现要素：

本申请要解决的技术问题是提供一种简化的叠片工艺以提升叠片电芯的生产效率。

为解决上述技术问题，本申请公开了一种叠片电芯的制作方法，包括：通过放卷机构制作第一极片组，所述放卷机构包括隔膜放卷装置和第一极片放卷装置，所述第一极片组为隔膜/第一极片/隔膜三层结构；通过放片机构将已模切的第二极片放置在所述第一极片组上；以所述已模切的第二极片为中心，通过模切机构对所述第一极片组进行模切，以制作叠片单元；所述叠片单元中，所述隔膜/第一极片/隔膜三层结构的尺寸大于所述第二极片的尺寸；通过叠片机构将若干所述叠片单元摞叠成叠片电芯。

可选的，所述叠片电芯的制作方法还包括：通过热压机构对所述放卷机构制作的第一极片组进行热压。

可选的，所述热压机构采用连续多辊进行辊动热压，热压压力为0.1mpa～0.4mpa，热压温度为60℃～100℃。

可选的，所述叠片电芯的制作方法还包括：通过传送机构传送所述第一极片组和第二极片；所述模切机构对所述传送机构上的所述第一极片组进行模切。

可选的，所述传动机构上第二极片之间的距离为4mm～15mm。

可选的，所述隔膜为单面涂胶隔膜或双面涂胶隔膜，涂胶隔膜的涂胶层厚度为1μm～5μm。

可选的，所述第一极片为负极片，所述第二极片为正极片。

基于所述叠片电芯的制作方法，本申请还公开了一种叠片电芯的制作系统，包括：放卷机构，包括隔膜放卷装置和第一极片放卷装置，用于制作第一极片组，所述第一极片组为隔膜/第一极片/隔膜三层结构；放片机构，用于将已模切的第二极片放置在所述第一极片组上；模切机构，用于以所述已模切的第二极片为中心，对所述第一极片组进行模切，以制作叠片单元；所述叠片单元中，所述隔膜/第一极片/隔膜三层结构的尺寸大于所述已模切的第二极片的尺寸；叠片机构，用于将若干所述叠片单元摞叠成叠片电芯。

可选的，所述叠片电芯的制作系统还包括：热压机构，用于对所述放卷机构制作的第一极片组进行热压。

可选的，所述叠片电芯的制作系统还包括：传送机构，用于传送所述第一极片组和第二极片。

可选的，所述制作系统应用于锂离子电池的流水线式生产系统中。

本申请还公开了一种叠片电芯，所述叠片电芯由若干叠片单元摞叠而成；所述叠片电芯包括第一极片组以及与所述第一极片组贴合的第二极片，所述第一极片组为隔膜/第一极片/隔膜三层结构，所述隔膜/第一极片/隔膜三层结构的尺寸大于所述第二极片的尺寸。

可选的，所述第一极片组中的隔膜为单面涂胶隔膜或双面涂胶隔膜，涂胶隔膜的涂胶层厚度可以为1μm～5μm。

可选的，所述第一极片为负极片，所述第二极片为正极片。

与现有技术相比，本申请技术方案至少具有如下有益效果：

以模切后的第二极片为基准，将碾压后的隔膜/第一极片/隔膜模切，形成隔膜/第一极片/隔膜/第二极片结构的叠片单元，以单元形式层叠堆放，之后经过装配、注液、化成等完成电池生产，形成以流水线形式完成电芯的制作。相较于目前市场流通的生产工艺，更具有流水线形式操作性，易于全自动化生产，且简化了叠片工艺，极大提高了电芯生产效率。

将模切、叠片一体化，可实现涂布、碾压、模切、组装流水线式生产，生产效率更高。简化了叠片工作，以单元进行叠片操作，效率、叠片精度更高。并且可实现正负极、隔膜废料自动分类回收。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的叠片电芯的制作方法的流程示意图；

图2为本申请实施例的叠片电芯的制作方法中进行模切的结构示意图。

以下对附图作补充说明：

1-传送带；2-第一极片组；3-第二极片；4-模切位。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本申请技术方案提出一种简化的叠片工艺，通过碾压和模切制作隔膜/负极片/隔膜/正极片结构的叠片单元，以单元模块的形式的层叠堆放，之后经过装配、注液、化成等完成电池生产，由此以流水线形式完成电芯的制作。以下结合附图和实施例对本申请技术方案进行详细说明。

请参考图1所示，本申请实施例的叠片电芯的制作方法包括：

步骤s1，制作第一极片组；

步骤s2，热压第一极片组；

步骤s3，放置第二极片；

步骤s4，模切第一极片组；

步骤s5，叠片。

具体来说，步骤s1，制作第一极片组：通过放卷机构制作第一极片组，所述放卷机构包括隔膜放卷装置和第一极片放卷装置，所述第一极片组为隔膜/第一极片/隔膜三层结构。

本实施例中，所述放卷机构可以包括两个隔膜放卷机和一个第一极片放卷机，放卷后形成的第一极片组为三层结构：最上层为隔膜、中间层为第一极片、最下层为隔膜。

其中，所述隔膜可以为单面涂胶隔膜或双面涂胶隔膜，例如，最下层的隔膜可以为单面涂胶隔膜，最上层的隔膜可以为双面涂胶隔膜，单面涂胶隔膜放卷时隔膜的涂胶层朝向第一极片，所述涂胶层的胶体材料可以为聚四氟乙烯。涂胶层的厚度应适当，涂胶过薄起不到粘结极片作用；而涂胶过厚会使隔膜与极片粘结过于紧密而影响后续注液后电解液浸润，并且还会导致电芯厚度增加而影响电芯能量密度。在具体实施时，涂胶隔膜的涂胶层厚度可以为1μm～5μm。

所述隔膜可以为基膜或陶瓷隔膜、或者为包含基膜和陶瓷隔膜的复合膜。所述基膜的材料可以为聚乙烯(pe)或聚丙烯(pp)、或者包含聚乙烯和聚丙烯(pp)复合材料。所述陶瓷隔膜中陶瓷材料包含金属氧化物及勃姆石。

步骤s2，热压第一极片组：通过热压机构对所述放卷机构制作的第一极片组进行热压。

热压的目的是使极片和隔膜贴合紧密，为后续模切做准备，如无热压，模切时极片和隔膜易分离错位，影响模切效果，另外此热压工作旨在流水线式一体化完成，不影响产能。

所述热压机构包括采用连续多辊进行辊动热压的热压设备，放卷后通过热压，可以形成紧密粘合的隔膜/第一极片/隔膜三层结构。热压压力范围通常应小于目前生产中使用的电芯热压范围，温度范围可以是生产中使用的电芯热压温度范围。压力和温度的共同作用保证隔膜与极片的粘结效果：压力过大，会使隔膜与极片粘结过于紧密，影响后续注液后电解液浸润；压力过小涂胶隔膜起不到粘结极片作用。温度过高可能导致隔膜结构破坏(如隔膜闭孔，影响锂离子传输)；温度过低，则粘结效果不明显。在具体实施时，热压压力可以为0.1mpa～0.4mpa，热压温度可以为60℃～100℃。

步骤s3，放置第二极片：通过放片机构将已模切的第二极片放置在所述第一极片组上。

在第一极片组完成放卷、热压时，可以同步完成第二极片的放卷、模切工作。将模切后的第二极片通过放片机构的吸盘使第二极片放在隔膜/第一极片/隔膜三层结构上。第一极片组可以通过传送机构(例如传送带)传送，请参考图2，第一极片组(隔膜/第一极片/隔膜三层结构)2置于传送带1上，若干第二极片3放在第一极片组2上，各第二极片3之间具有一定距离，以为后续模切第一极片组2留出足够的切割余量，制作出符合尺寸需求的叠片单元。本实施例中，所述第二极片之间的距离可以为4mm～15mm。

步骤s4，模切第一极片组：以所述已模切的第二极片为中心，通过模切机构对所述第一极片组进行模切，以制作叠片单元；所述叠片单元中，所述隔膜/第一极片/隔膜三层结构的尺寸大于所述第二极片的尺寸。

本实施例中，通过传送机构传送所述第一极片组和第二极片，因此，所述模切机构可以对所述传送机构上的所述第一极片组进行模切。请参考图2，在传送带1上，第一极片组2的长度大于第二极片3的长度，若干第二极片3放在第一极片组2上，各第二极片3之间具有一定距离。以第二极片3为中心，模切机构在模切位4进行模切，切割出与第二极片3数量相同的若干第一极片组单元，所述第一极片组单元(隔膜/第一极片/隔膜三层结构)的宽度大于第二极片3的宽度，所述第一极片组单元和第二极片3贴合形成叠片单元，所述叠片单元为隔膜/第一极片/隔膜/第二极片(从下至上)四层结构。

模切后成型的叠片单元(隔膜/第一极片/隔膜/第二极片四层结构)中，以第一极片为负极片，第二极片为正极片为例，所述隔膜/第一极片/隔膜三层结构的两边可以分别超过第二极片的两边1mm～3mm，也就是所述隔膜/第一极片/隔膜三层结构的宽度总共超过第二极片的宽度2mm～6mm。这样能够保证负极完全覆盖正极，因为正极的锂离子出来后需要负极有对应的位置容纳锂离子，如果负极未完全覆盖正极，则会存在以下缺点：1、造成正极容量的浪费；2、负极边缘可能有析锂的风险；3、正极边缘如果存在毛刺，易于直接与负极接触，造成短路。负极片如果超过正极片过宽，造成结构上浪费，在有限电池壳体内部空间下，影响电芯能量密度；负极片如果超过正极片过窄，就会出现具有正极边缘毛刺与负极接触造成短路风险。可见在能量密度上，负极片超过正极片越窄越好；在安全上负极片超过正极片越宽越好。因此，负极片超过正极片的宽度应当结合能量密度和安全性进行设计。

在具体实施时，对第一极片组进行模切的模切机构可以采用五金模切机，另外对第二极片的模切可以采用五金模切机或激光模切机。对第一极片组进行模切时，模切的对象是极片和隔膜组合，激光模切温度高可能会导致隔膜收缩，从而影响电芯安全性能，所以一般采用五金模切。而第二极片的模切对象是正极片，两种模切方法都可使用。

步骤s5，叠片：通过叠片机构将若干所述叠片单元摞叠成叠片电芯。根据叠片电芯的极片数量需求，叠片机构将符合数量要求的叠片单元顺序对准放置以摞叠成叠片电芯，由此完成电芯的叠片制作。

需要说明的是，在实际实施中，第二极片放片(步骤s3)后以及叠片(步骤s5)后也需要进行热压，可以采用现有的热压方式，在此不再展开说明。另外，第一极片、第二极片和隔膜经模切后的废料可以按分类自动进入回收仓存储。

下面列举几个实例来说明本申请的具体实施，但并不限于以下实施。以下实例中，以所述第一极片为负极片，所述第二极片为正极片进行说明。在其它实施例中，也可以是所述第一极片为正极片，所述第二极片为负极片，但基于实际应用中锂离子电池的叠片电芯结构，隔膜/正极片/隔膜与负极片形成叠片单元会造成能量的浪费，因为在最外侧的正极片没有与之对应的负极片，锂无法发挥作用。

实例1

步骤s11，放卷机构包含2个隔膜放卷和1个负极放卷，放卷后形成最上层为隔膜，中间层为负极片、最下层为隔膜的三层结构。所述隔膜为单面涂胶隔膜或双面涂胶隔膜，所述隔膜若为单面涂胶隔膜放卷时隔膜涂胶层对应负极片，涂胶胶体为聚四氟乙烯，涂胶层厚度为4μm，所述隔膜为pe单层基膜。

步骤s12，放卷后通过热压机构对隔膜/负极片/隔膜进行热压，形成紧密贴合的隔膜/负极片/隔膜三层结构。热压设备为连续多辊进行辊动热压，热压压力0.3mpa，热压温度80℃。

步骤s13，在负极完成放卷、热压时，正极同时完成放卷、模切工作，此步将正极片模切后通过正极放片机构的吸盘将正极片放在隔膜/负极片/隔膜三层结构上，正极片之间的距离为4mm。

步骤s14，模切机构以正极片为中心进行模切，使得隔膜/负极片/隔膜三层结构的宽度大于正极片的宽度，形成隔膜/负极片/隔膜/正极片四层结构的叠片单元。所述叠片单元中，隔膜/负极片/隔膜的两边各超正极片的两边1mm。

步骤s15，叠片机构将多个隔膜/负极片/隔膜/正极片四层结构的叠片单元摞叠成叠片电芯，以完成电芯叠片制作。

实例2

步骤s21，放卷机构包含2个隔膜放卷和1个负极放卷，放卷后形成最上层为隔膜，中间层为负极片、最下层为隔膜的三层结构。所述隔膜为单面涂胶隔膜或双面涂胶隔膜，所述隔膜若为单面涂胶隔膜放卷时隔膜涂胶层对应负极片，涂胶胶体为聚四氟乙烯。涂胶层厚度为3μm，所述隔膜包括pe单层基膜，基膜双面涂有氧化铝陶瓷。

步骤s22，放卷后通过热压机构对隔膜/负极片/隔膜进行热压，形成紧密贴合的隔膜/负极片/隔膜三层结构。热压设备为连续多辊进行辊动热压，热压压力0.4mpa，热压温度75℃。

步骤s23，在负极完成放卷、热压时，正极同时完成放卷、模切工作，此步将正极片模切后通过正极放片机构的吸盘将正极片放在隔膜/负极片/隔膜三层结构上，正极片之间的距离为6mm。

步骤s24，模切机构以正极片为中心进行模切，使得隔膜/负极片/隔膜三层结构的宽度大于正极片的宽度，形成隔膜/负极片/隔膜/正极片四层结构的叠片单元。所述叠片单元中，隔膜/负极片/隔膜的两边各超正极片的两边2mm。

步骤s25，叠片机构将多个隔膜/负极片/隔膜/正极片四层结构的叠片单元摞叠成叠片电芯，以完成电芯叠片制作。

实例3

步骤s31，放卷机构包含2个隔膜放卷和1个负极放卷，放卷后形成最上层为隔膜，中间层为负极片、最下层为隔膜的三层结构。所述隔膜为单面涂胶隔膜或双面涂胶隔膜，所述隔膜若为单面涂胶隔膜放卷时隔膜涂胶层对应负极片，涂胶胶体为聚四氟乙烯。涂胶层厚度为5μm，所述隔膜为pp/pe/pp复合层基膜。

步骤s32，放卷后通过热压机构对隔膜/负极片/隔膜进行热压，形成紧密贴合的隔膜/负极片/隔膜三层结构。热压设备为连续多辊进行辊动热压，热压压力0.3mpa，热压温度65℃。

步骤s33，在负极完成放卷、热压时，正极同时完成放卷、模切工作，此步将正极片模切后通过正极放片机构的吸盘将正极片放在隔膜/负极片/隔膜三层结构上，正极片之间的距离为5mm。

步骤s34，模切机构以正极片为中心进行模切，使隔膜/负极片/隔膜三层结构的宽度大于正极片宽度，形成隔膜/负极片/隔膜/正极片四层结构的叠片单元。所述叠片单元中，隔膜/负极片/隔膜的两边各超正极片的两边1.5mm。

步骤s35，叠片机构将多个隔膜/负极片/隔膜/正极片四层结构的叠片单元摞叠成叠片电芯，以完成电芯叠片制作。

基于上述的叠片电芯的制作方法，本申请实施例公开了一种叠片电芯，所述叠片电芯由若干叠片单元摞叠而成；所述叠片电芯包括第一极片组以及与所述第一极片组贴合的第二极片，所述第一极片组为隔膜/第一极片/隔膜三层结构，所述隔膜/第一极片/隔膜三层结构的尺寸大于所述第二极片的尺寸。

其中，所述第一极片组中的隔膜为单面涂胶隔膜或双面涂胶隔膜，涂胶隔膜的涂胶层厚度可以为1μm～5μm。在具体实施实例中，所述第一极片可以为负极片，所述第二极片可以为正极片。

对应于上述的叠片电芯的制作方法，本申请实施例公开了一种叠片电芯的制作系统，包括：放卷机构，包括隔膜放卷装置和第一极片放卷装置，用于制作第一极片组，所述第一极片组为隔膜/第一极片/隔膜三层结构；放片机构，用于将已模切的第二极片放置在所述第一极片组上；模切机构，用于以所述已模切的第二极片为中心，对所述第一极片组进行模切，以制作叠片单元；所述叠片单元中，所述隔膜/第一极片/隔膜三层结构的尺寸大于所述已模切的第二极片的尺寸；叠片机构，用于将若干所述叠片单元摞叠成叠片电芯。

在实际实施中，所述叠片电芯的制作系统还包括：热压机构，用于对所述放卷机构制作的第一极片组进行热压。所述叠片电芯的制作系统还包括：传送机构，用于传送所述第一极片组和第二极片。

所述叠片电芯的制作系统可适合应用于锂离子电池的流水线式生产系统中。需要说明的是，本领域技术人员可以理解，上述制作系统中的放卷机构、放片机构、模切机构、叠片机构、热压机构和传送机构均可以采用现有的结构、装置或设备，各组成机构在流水线式生产系统中的位置或结构关系是根据叠片电芯的制作过程而布置或关联，在此不再展开说明。

综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本公开提出，并且在本公开的示例性实施例的精神和范围内。

此外，本申请中的某些术语已被用于描述本公开的实施例。例如，“一个实施例”，“实施例”和/或“一些实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性可以包括在本公开的至少一个实施例中。因此，可以强调并且应当理解，在本说明书的各个部分中对“实施例”或“一个实施例”或“替代实施例”的两个或更多个引用不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征，结构或特性可以在本公开的一个或多个实施例中适当地组合。

应当理解，在本公开的实施例的前述描述中，为了帮助理解一个特征，出于简化本公开的目的，本申请有时将各种特征组合在单个实施例、附图或其描述中。或者，本申请又是将各种特征分散在多个本申请的实施例中。然而，这并不是说这些特征的组合是必须的，本领域技术人员在阅读本申请的时候完全有可能将其中一部分特征提取出来作为单独的实施例来理解。也就是说，本申请中的实施例也可以理解为多个次级实施例的整合。而每个次级实施例的内容在于少于单个前述公开实施例的所有特征的时候也是成立的。

在一些实施方案中，表达用于描述和要求保护本申请的某些实施方案的数量或性质的数字应理解为在某些情况下通过术语“约”，“近似”或“基本上”修饰。例如，除非另有说明，否则“约”，“近似”或“基本上”可表示其描述的值的±20％变化。因此，在一些实施方案中，书面描述和所附权利要求书中列出的数值参数是近似值，其可以根据特定实施方案试图获得的所需性质而变化。在一些实施方案中，数值参数应根据报告的有效数字的数量并通过应用普通的舍入技术来解释。尽管阐述本申请的一些实施方案列出了广泛范围的数值范围和参数是近似值，但具体实施例中都列出了尽可能精确的数值。

本文引用的每个专利，专利申请，专利申请的出版物和其他材料，例如文章，书籍，说明书，出版物，文件，物品等，可以通过引用结合于此。用于所有目的的全部内容，除了与其相关的任何起诉文件历史，可能与本文件不一致或相冲突的任何相同的，或者任何可能对权利要求的最宽范围具有限制性影响的任何相同的起诉文件历史。现在或以后与本文件相关联。举例来说，如果在与任何所包含的材料相关联的术语的描述、定义和/或使用与本文档相关的术语、描述、定义和/或之间存在任何不一致或冲突时，使用本文件中的术语为准。

最后，应理解，本文公开的申请的实施方案是对本申请的实施方案的原理的说明。其他修改后的实施例也在本申请的范围内。因此，本申请披露的实施例仅仅作为示例而非限制。本领域技术人员可以根据本申请中的实施例采取替代配置来实现本申请中的申请。因此，本申请的实施例不限于申请中被精确地描述过的哪些实施例。