一种电芯及其制备方法、系统和二次电池与流程

1.本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种电芯及其制备方法、系统和二次电池。


背景技术：

2.随着动力电池行业的增长，锂二次电池需求量骤增。目前的锂二次电池主要分为方形软包、方形铝壳和圆柱电池，其中方形软包与方形铝壳电池因其可以整齐堆叠，为高能量密度电池包与ctp(cell to pack，高集成动力电池开发平台)等技术实现提供了可能。方形电池目前共有叠片与卷绕两种工艺路线，方形卷绕因边角空间利用不足导致能量密度无法实现实质性提升，现有叠片电池又存在叠片时隔膜容易产生褶皱，叠片时牙爪抽芯容易造成隔膜划伤，电池受到外界震动、挤压时容易扭曲，产生热量或者着火等问题。
3.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

4.根据本发明的一个方面，本发明涉及一种电芯，由复合料带按照z型折叠方式得到；所述复合料带由至少两个单料带复合而成；
5.所述单料带包括隔膜以及设置所述隔膜一侧的多个正极片和设置在所述隔膜另一侧的多个负极片，所述正极片沿所述隔膜的长度方向间隔设置，相邻的两个正极片之间形成第一空白区；所述负极片在相对于所述正极片的所述隔膜的另一面沿长度方向间隔设置，相邻的两个负极片之间形成第二空白区；所述正极片与所述第二空白区相对，所述负极片与所述第一空白区相对；
6.所述单料带复合得到的复合料带中，任一隔膜的一面与正极片相连，且另一面与负极片相连；所述负极片在两个相邻隔膜之间形成一条负极片料带，和/或所述正极片在两个相邻隔膜之间形成一条正极片料带；所述电芯的z型扭折位置为所述第一空白区或所述第二空白区。
7.本发明的电芯可避免隔膜褶皱问题，电芯结构更稳定，受到外力冲击或剧烈震动时电芯稳定性更好，更不容易升温起火。
8.根据本发明的另一个方面，本发明还涉及所述的电芯的制备方法，包括以下步骤：
9.将至少两个单料带进行层叠，整合后得到复合料带；将所述复合料带按照z型折叠方式进行折叠；所述单料带是由所述负极片和所述正极片分别与所述隔膜进行热复合获得。
10.本发明电芯的制备方法简单易行，高效。
11.根据本发明的另一个方面，本发明还涉及实施如上所述的电芯的制备方法所采用的系统，包括整合装置和至少两个单料带制备装置；
12.所述单料带制备装置包括用于提供正极片卷材的正极片供料组件、用于提供负极片卷材的负极片供给组件、用于提供隔膜的隔膜供给组件、热压装置和裁剪装置；
13.所述正极片供料组件和所述负极片供给组件分居于所述隔膜供给组件的上部和下部；所述裁剪装置用于将所述正极片卷材裁剪成多个正极片单片，并贴附于所述隔膜的一个表面，将所述负极片卷材裁剪成多个负极片单片，并贴附于所述隔膜的另一个表面；
14.所述热压装置用于将所述正极片单片和所述负极片单片分别与所述隔膜进行复合，得到单料带；
15.所述整合装置用于将多个所述单料带进行整合，得到复合料带。
16.本发明的系统用于制备上述电芯，简单易行，提高生产效率，提高电芯的质量。
17.根据本发明的另一个方面，本发明还涉及一种二次电池，包括如上所述的电芯。
18.本发明的二次电池具有优异的稳定性以及电化学性能。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
20.(1)本发明的电芯可完全避免隔膜褶皱问题，且电芯结构更稳定，受到外力冲击或剧烈震动时电芯稳定性更好，更不容易升温起火。
21.(2)本发明的方法简单易行，可实现高速化生产。
22.(3)本发明的系统用于制备上述电芯，可提高生产效率，提高电芯的质量。
23.(4)采用上述电芯制备二次电池，可提高电池的稳定性以及电化学性能。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
25.图1为实施例1得到的电芯的结构示意图；
26.图2为实施例1中两层单料带的示意图；
27.图3为实施例3中三层单料带示意图；
28.图4为实施例3中三层复合料带示意图；
29.图5为实施例1中系统的示意图；
30.图6为实施例2中电芯制备工艺流程图。
31.附图标记：
[0032]1‑
第一单料带、1
‑1‑
第一正极片、1
‑2‑
第一隔膜、1
‑3‑
第一负极片、2
‑
第二单料带、2
‑
1第二负极片、2
‑2‑
第二隔膜、2
‑3‑
第二正极片、3
‑
第三单料带、3
‑1‑
第三正极片、3
‑2‑
第三隔膜、3
‑
3第三负极片、4
‑
第一单料带制备装置、4
‑1‑
第一负极片供给组件、4
‑2‑
第一隔膜供给组件、4
‑3‑
第一正极片供料组件、4
‑
4第一热压装置、4
‑5‑
第一负极片裁剪装置、4
‑6‑
第一正极片裁剪装置、5
‑
第二单料带制备装置、5
‑1‑
第二负极片供给组件、5
‑2‑
第二隔膜供给组件、5
‑3‑
第二正极片供料组件、5
‑4‑
第二热压装置、5
‑5‑
第二负极片裁剪装置、5
‑6‑
第二正极片裁剪装置、6
‑
整合装置、7
‑
第一辅助杆、8
‑
第二辅助杆。
具体实施方式
[0033]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该
发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0034]
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0035]
根据本发明的一个方面，本发明涉及一种电芯，由复合料带按照z型折叠方式得到；所述复合料带由至少两个单料带复合而成；
[0036]
所述单料带包括隔膜以及设置所述隔膜一侧的多个正极片和设置在所述隔膜另一侧的多个负极片，所述正极片沿所述隔膜的长度方向间隔设置，相邻的两个正极片之间形成第一空白区；所述负极片在相对于所述正极片的所述隔膜的另一面沿长度方向间隔设置，相邻的两个负极片之间形成第二空白区；所述正极片与所述第二空白区相对，所述负极片与所述第一空白区相对；
[0037]
所述单料带复合得到的复合料带中，任一隔膜的一面与正极片相连，且另一面与负极片相连；所述负极片在两个相邻隔膜之间形成一条负极片料带，和/或所述正极片在两个相邻隔膜之间形成一条正极片料带；所述电芯的z型扭折位置为所述第一空白区或所述第二空白区。
[0038]
本发明将单层长片卷状隔膜与单张正极或单张负极极片粘合在一起，再进行叠片，可完全避免隔膜褶皱问题，且电芯结构更稳定，受到外力冲击或剧烈震动时电芯稳定性更好，更不容易升温起火；这样的电芯更容易实现高速化生产。
[0039]
优选地，所述电芯中，所述正极片或所述负极片均包裹于所述隔膜之中。
[0040]
隔膜只有在电芯起始位置和结束位置裁断，中间不裁断；最外层均为隔膜包裹，且极片不外漏。
[0041]
优选地，当所述复合料带由第一单料带和第二单料带复合而成时，所述第一单料带上设置有多个第一负极片的面与所述第二单料带上设置有多个第二负极片的面相对进行复合；
[0042]
优选地，所述复合料带中，所述第一负极片位于相邻的两个第二负极片之间的空白区的中心区域，所述第二负极片位于相邻的两个第一负极片的空白区的中心区域。
[0043]
在一种实施方式中，最外层极片均为负极片，因此一个电芯中，负极极片数量总是比正极多一片。所有的极片，整合热压前均有一面与隔膜粘合在一起，另一面未粘合，整合热压后全部粘合。隔膜折角位置有两层隔膜一起折叠，且内侧折角对应的两层隔膜中间总是包裹一张正极片。
[0044]
优选地，所述正极片的至少一面设置有正极材料层。
[0045]
优选地，所述正极片的两侧表面设置有正极材料层。
[0046]
优选地，所述负极片的至少一面设置有负极材料层。
[0047]
优选地，所述负极片两侧表面设置有负极材料层。
[0048]
根据本发明的另一个方面，本发明还涉及如上所述的电芯的制备方法，包括以下步骤：
[0049]
将至少两个单料带进行层叠，整合后得到复合料带；将所述复合料带按照z型折叠方式进行折叠；所述单料带是由所述负极片和所述正极片分别与所述隔膜进行热复合获得。
[0050]
本发明电芯制备方法简单易行，效率高，得到的产品具有较高的质量。
[0051]
本发明电芯的制备方法，具体包括以下步骤：
[0052]
(a)单料带的制备：将正极片料带裁剪成多个相同的正极片单片，再与隔膜进行热复合，在隔膜的一个侧面沿隔膜长度方向形成等间距的正极片料带，正极片料带中的任一两个相邻的正极片之间为第一空白区；将负极片料带裁剪成多个相同的负极片单片，再与上述隔膜进行热复合，在上述隔膜的另一个侧面沿隔膜长度方向形成等间距的负极片料带，负极片料带中的任一两个相邻的正极片之间为第二空白区；
[0053]
(b)复合料带的制备：将至少两个单料带以层叠的方式进行复合，复合的过程中，将单料带上同为正极片的面或者同为负极片的面相对进行复合；复合后的任意两个单料带相互接触面中，本单料带上的正极片位于相邻单料带中正极片间空白区域的中心区域，本单料带上的负极片位于相邻单料带中负极片间空白区域的中心区域。
[0054]
(c)将复合料带按照z型折叠，折叠处为空白区；折叠后电芯中，所有正极片和负极片均包裹于隔膜中。
[0055]
根据本发明的另一个方面，本发明还涉及实施如上所述的电芯的制备方法所采用的系统，包括整合装置和至少两个单料带制备装置；
[0056]
所述单料带制备装置包括用于提供正极片卷材的正极片供料组件、用于提供负极片卷材的负极片供给组件、用于提供隔膜的隔膜供给组件、热压装置和裁剪装置；
[0057]
所述正极片供料组件和所述负极片供给组件分居于所述隔膜供给组件的上部和下部；所述裁剪装置用于将所述正极片卷材裁剪成多个正极片单片，并贴附于所述隔膜的一个表面，将所述负极片卷材裁剪成多个负极片单片，并贴附于所述隔膜的另一个表面；
[0058]
所述热压装置用于将所述正极片单片和所述负极片单片分别与所述隔膜进行复合，得到单料带；
[0059]
所述整合装置用于将多个所述单料带进行整合，得到复合料带。
[0060]
本发明采用上述系统制备电芯，可完全避免隔膜褶皱问题，电芯结构更稳定，不容易升温起火，提高生产效率。
[0061]
根据具体单料带的条数，在一种实施方式中，所述正极片供料组件位于所述隔膜供给组件的下部，所述负极片供给组件位于所述隔膜供给组件的上部；和/或，所述正极片供料组件位于所述隔膜供给组件的上部，所述负极片供给组件位于所述隔膜供给组件的下部。在本发明的系统中，正极片供料组件、隔膜供给组件和负极片供给组件的位置关系应当满足：使得到的多个单料带具有相同电极的一面相对并进行复合。
[0062]
优选地，还包括辅助装置。
[0063]
优选地，所述辅助装置为辅助杆。
[0064]
本发明通过设置辅助装置用以帮助复合料带的z型折叠。复合料带也可通过自由落体完成z型堆叠。
[0065]
优选地，所述系统包括整合装置、第一单料带制备装置、第二单料带制备装置、第一辅助杆和第二辅助杆；所述第一单料带制备装置包括第一正极片供料组件、第一负极片供给组件、第一隔膜供给组件、第一热压装置、第一正极片裁剪装置和第一负极片裁剪装置；所述第二单料带制备装置包括第二正极片供料组件、第二负极片供给组件、第二隔膜供给组件、第二热压装置、第二正极片裁剪装置和第二负极片裁剪装置。
[0066]
本发明中两个单料带进行复合的工艺采用上述的系统，其中，第一隔膜供给组件提供的第一隔膜卷材；第一正极片供料组件提供正极片卷材，通过第一正极片裁剪装置进行裁剪，得到的第一正极片单片与第一隔膜的一面进行热压复合，在第一隔膜的一面上形成等间距的第一正极片料带；第一负极片供给组件提供负极片卷材，通过第一负极片裁剪装置进行裁剪，得到的第一负极片单片与第一隔膜的另一面进行热压复合，在第一隔膜上形成等间距的第一负极片料带；上述方法得到第一单料带；与此同时，第二膜供给组件提供的第二隔膜，第二正极片供料组件提供正极片卷材，通过第二正极片裁剪装置进行裁剪，得到的第二正极片单片与第二隔膜的一面进行热压复合，在第二隔膜的一面上形成等间距的第二正极片料带；第二负极片供给组件提供负极片卷材，通过第二负极片裁剪装置进行裁剪，得到的第二负极片单片与第二隔膜的另一面进行热压复合，在第二隔膜的另一面上形成等间距的第二负极片料带；上述方法得到第二单料带；同时，第一单料带的负极片面和第二单料带的负极片面相对，使第二单料带的第二负极片与第一单料带上相邻负极间的空白区的中心区域相对，第一单料带的第一负极片与第二单料带上相邻负极间的空白区的中心区域相对；第二单料带贴合后采用整合装置进行整合；再通过自由落体进行z型堆叠，堆叠过程通过复合料带两侧设置的第一辅助杆和第二辅助杆辅以堆叠。
[0067]
根据本发明的另一个方面，本发明还涉及一种二次电池，包括如上所述的电芯。
[0068]
本发明的二次电池安全性好，稳定性高。
[0069]
下面将结合具体的实施例对本发明作进一步地解释说明。
[0070]
实施例1
[0071]
一种电芯，由复合料带按照z型折叠方式得到；所述复合料带由第一单料带1和第二单料带2复合而成；
[0072]
所述第一单料带1包括第一隔膜1
‑
2，所述第一隔膜1
‑
2的一面沿长度方向间隔设置有多个第一正极片1
‑
1，每两个相邻的第一正极片1
‑
1之间形成第一空白区；所述第一隔膜1
‑
2的另一面沿长度方向间隔设置有多个第一负极片1
‑
3，每两个相邻的第一负极片1
‑
3之间形成第二空白区；所述第一正极片1
‑
1与所述第二空白区相对，所述第一负极片1
‑
3与所述第一空白区相对；
[0073]
所述第二单料带2包括第二隔膜2
‑
2，所述第二隔膜2
‑
2的一面沿长度方向间隔设置有多个第二正极片2
‑
3，每两个相邻的第二正极片2
‑
3之间形成第三空白区；所述第二隔膜2
‑
2的另一面沿长度方向间隔设置有多个第二负极片2
‑
1，每两个相邻的第二负极片2
‑
1之间形成第四空白区；所述第二正极片2
‑
3与所述第四空白区相对，所述第二负极片2
‑
1与所述第三空白区相对；
[0074]
将第一单料带1设置有负极片的面与第二单料带2设置有负极片的面相对进行复合；复合后，第一负极片1
‑
3位于第四空白区的中心区域，形成负极片料带；第二负极片2
‑
1位于第二空白区的中心区域；
[0075]
电芯的z型扭折位置为空白区域，第一正极片1
‑
1、第一负极片1
‑
3、第二正极片2
‑
3、第二负极片2
‑
1均包裹于所述隔膜之内；电芯的两端极片均为负极片；
[0076]
其中，电芯的结构示意图如图1所示；单料带的示意图如图2所示。
[0077]
实施例2
[0078]
制备实施例1的电芯采用的系统，包括整合装置6、第一单料带制备装置4、第二单料带制备装置5、第一辅助杆7和第二辅助杆8；所述第一单料带1制备装置包括第一正极片供料组件4
‑
3、第一负极片供给组件4
‑
1、第一隔膜供给组件4
‑
2、第一热压装置4
‑
4、第一正极片裁剪装置4
‑
6和第一负极片裁剪装置4
‑
5；所述第二单料带制备装置5包括第二正极片供料组件5
‑
3、第二负极片供给组件5
‑
1、第二隔膜供给组件5
‑
2、第二热压装置5
‑
4、第二正极片裁剪装置5
‑
6和第二负极片裁剪装置5
‑
5；
[0079]
制备实施例1的电芯的方法，包括以下步骤：
[0080]
采用第一正极片供料组件4
‑
3、第一负极片供给组件4
‑
1和第一隔膜供料组件4
‑
2分别进行供料，将第一正极片1
‑
1和第一负极片1
‑
3分别采用第一正极片裁剪装置4
‑
6和第一负极片裁剪装置4
‑
5进行裁切，再分别与第一隔膜1
‑
2通过第一热压装置粘合到一起，使得第一正极片1
‑
1和第一负极片1
‑
3在第一隔膜1
‑
2的两面呈交替分布，得到第一单料带1；与此同时，采用第二正极片供料组件5
‑
3、第二负极片供给组件5
‑
1和第二隔膜供料组件5
‑
2分别进行供料，将第二正极片2
‑
3和第二负极片2
‑
1分别采用第二正极片裁剪装置5
‑
6和第二负极片5
‑
5裁剪装置进行裁切，再分别与第二隔膜2
‑
2通过第二热压装置5
‑
4粘合到一起，使得第二正极片2
‑
3和第二负极片2
‑
1在第二隔膜2
‑
2的两面呈交替分布，得到第二单料带2；第一单料带1上的负极面与第二单料带2的负极片面相对，使得第一负极片1
‑
3位于第一单料带1负极片面的空白区的中心区域，第二负极片2
‑
1位于第一单料带负极片面的空白区的中心区域；并通过整合装置进行整合，通过复合料带两侧的第一辅助杆和第二辅助杆配合按照z型进行堆叠，堆叠完成后将隔膜裁断。
[0081]
本实施例中制备电芯所采用的系统的示意图如图5所示；
[0082]
本实施例中的电芯制备工艺流程图如图6所示。
[0083]
实施例3
[0084]
一种电芯，由复合料带按照z型折叠方式得到；复合料带由第一单料带1、第二单料带2和第三单料带3复合而成；
[0085]
第一单料带1包括第一隔膜1
‑
2，第一隔膜1
‑
2的一面沿长度方向间隔设置有多个第一正极片1
‑
1，每两个相邻的第一正极片1
‑
1之间形成第一空白区；第一隔膜1
‑
2的另一面沿长度方向间隔设置有多个第一负极片1
‑
3，每两个相邻的第一负极片1
‑
3之间形成第二空白区；第一正极片1
‑
1与第二空白区相对，第一负极片1
‑
3与第一空白区相对；
[0086]
第二单料带2包括第二隔膜2
‑
2，第二隔膜2
‑
2的一面沿长度方向间隔设置有多个第二正极片2
‑
3，每两个相邻的第二正极片2
‑
3之间形成第三空白区；第二隔膜2
‑
2的另一面沿长度方向间隔设置有多个第二负极片2
‑
1，每两个相邻的第二负极片2
‑
1之间形成第四空白区；第二正极片2
‑
3与第四空白区相对，第二负极片2
‑
1与第三空白区相对；
[0087]
第三单料带3包括第二隔膜2
‑
2，第三隔膜3
‑
2的一面沿长度方向间隔设置有多个第三正极片3
‑
1，每两个相邻的第三正极片3
‑
1之间形成第五空白区；第三隔膜3
‑
2的另一面沿长度方向间隔设置有多个第三负极片3
‑
3，每两个相邻的第三负极片3
‑
3之间形成第六空
白区；第三正极片3
‑
1与第六空白区相对，第三负极片3
‑
3与第五空白区相对；
[0088]
将第一单料带1设置有负极片的面与第二单料带2设置有负极片的面相对，且第二单料带2设置有正极的面与第三单料带3设置有正极的面相对，并进行复合；复合后，第一负极片1
‑
3位于第四空白区的中心区域，第二负极片2
‑
1位于第二空白区的中心区域，形成负极片料带，第二正极片2
‑
3位于第五空白区的中心区域，第三正极片3
‑
1为第三空白区的中心区域，形成正极片料带；
[0089]
电芯的z型扭折位置为空白区域，所有的正极片和负极片均包裹于隔膜之内。
[0090]
本实施例中三层单料的带示意图如图3所示；
[0091]
本实施例中三层复合料带的示意图如图4所示。
[0092]
实施例4
[0093]
实施例3的电芯的制备方法，包括以下步骤：
[0094]
将第一正极片1
‑
1和第一负极片1
‑
3分别进行裁切，再将裁切好第一正极片1
‑
1和第一负极片1
‑
3分别与第一隔膜1
‑
2通过热压粘合到一起，使得第一正极片1
‑
1和第一负极片1
‑
3分居于第一隔膜1
‑
2的两面，并呈交替分布，得到第一单料带1；与此同时，将第二正极片2
‑
3和第二负极片2
‑
1分别进行裁切，再将裁切好第二正极片2
‑
3和第二负极片2
‑
1分别与第二隔膜2
‑
2通过热压粘合到一起，使得第二正极片2
‑
3和第二负极片2
‑
1分居于第二隔膜2
‑
2的两面，并呈交替分布，得到第二单料带2；与此同时，将第三正极片3
‑
1和第三负极片3
‑
3分别进行裁切，再将裁切好第三正极片3
‑
1和第三负极片3
‑
3分别与第三隔膜3
‑
2通过热压粘合到一起，使得第三正极片3
‑
1和第三负极片3
‑
3分居于第三隔膜3
‑
2的两面，并呈交替分布，得到第三单料带3；
[0095]
第一单料带1的负极面与第二单料带2的负极片相对，第二单料带2的正极面与第三单料带3的正极面相对，并通过整合装置进行整合，通过复合料带两侧的第一辅助杆和第二辅助杆配合，按照z型进行堆叠，堆叠完成后将隔膜裁断。
[0096]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。