电芯热压装置的制造方法
【专利摘要】本申请涉及储能器件生产领域，尤其涉及一种电芯热压装置，包括动力机构以及热压机构，所述热压机构包括顶部平面、底部平面以及两个侧部平面，所述顶部平面、所述底部平面以及两个所述侧部平面共同围成一个用于热压电芯的热压空间，所述动力机构与所述热压机构相连，并驱动所述热压机构运动，缩小所述热压空间。本申请所提供的电芯热压装置能够热压形成截面为圆角方形结构的电芯，从而更加充分地利用电芯两侧的空间，提高锂离子电池的体积能量密度。
【专利说明】
电芯热压装置
技术领域
[0001]本申请涉及储能器件生产领域，尤其涉及一种电芯热压装置。
【背景技术】
[0002]环境污染和能源短缺等问题近年来日渐突出。锂离子电池因其绿色环保、高能量密度、低自放电、长循环寿命等诸多优点，已在通讯及电子器件、储能电站、新能源汽车等领域中广泛使用，其对提高能源利用率及保护环境方面发挥着重要的意义。
[0003]锂离子电池的主要结构包括阳极极片、阴极极片、隔离膜、电解液及外包装壳等组成。阴、阳极极片与隔离膜交替卷绕在一起形成电芯，经外包装及注液封装，然后经过化成容量等工序形成完整的锂离子电池。
[0004]为提升锂离子电池的体积能量密度，相关技术一般都会对电芯进行热压整形，减小电芯的厚度。然而，电芯在进行厚度压缩的过程中会逐渐向两侧凸出，造成电芯的侧面存在半径几乎等于电芯厚度一半的R角(参见图1)，在电芯的厚度一定的情况下，R角部分越大则电芯的宽度越大，造成的空间浪费也就越多，体积能量密度损失也越大。
【实用新型内容】
[0005]本申请提供了一种电芯热压装置，能够减小体积能量密度的损失。
[0006]本申请的提供了一种电芯热压装置，包括动力机构以及热压机构，
[0007]所述热压机构包括顶部平面、底部平面以及两个侧部平面，所述顶部平面、所述底部平面以及两个所述侧部平面共同围成一个用于热压电芯的热压空间，
[0008]所述动力机构与所述热压机构相连，并驱动所述热压机构运动，缩小所述热压空间。
[0009]优选地，所述热压机构包括顶部热压块、底部热压块以及两个侧部热压块，所述顶部平面位于所述顶部热压块上，所述底部平面位于所述底部热压块上，两个所述侧部平面分别位于两个所述侧部热压块上。
[0010]优选地，所述动力机构驱动所述顶部热压块，所述底部热压块以及两个所述侧部热压块均能够保持相对固定。
[0011]优选地，两个所述侧部热压块中的至少一个为活动热压块，所述活动热压块与所述底部热压块活动连接，且能够改变两个所述侧部热压块之间的间距。
[0012]优选地，其中一个所述侧部热压块与所述底部热压块固定连接，另一个所述侧部热压块为所述活动热压块，与所述底部热压块活动连接。
[0013]优选地，所述活动热压块上设置有条形孔，所述条形孔的延伸方向与两个所述侧部热压块的间距方向相同，所述底部热压块上设置有固定孔，一根螺栓贯穿所述条形孔并与所述固定孔配合连接，使所述活动热压块与所述底部热压块相连。
[0014]优选地，还包括固定机构，所述动力机构与所述固定机构相固定，所述底部热压块固定在所述固定机构上。
[0015]优选地，所述固定机构包括第一固定板、第二固定板以及连接柱，所述第一固定板与所述第二固定板相对平行设置，且通过所述连接柱固定连接，所述动力机构以及所述热压机构均位于所述第一固定板以及所述第二固定板之间，所述动力机构固定在所述第一固定板的下表面，所述底部热压块设置在所述第二固定板上。
[0016]优选地，还包括导向机构，所述导向机构包括导向板，
[0017]所述导向板与所述第一固定板以及所述第二固定板均平行设置，所述导向板上设置有导向孔，所述连接柱穿过所述导向孔，
[0018]所述动力机构与所述导向板的上表面相连，所述顶部热压块固定在所述导向板的下表面。
[0019]优选地，所述导向机构还包括轴承，
[0020]所述轴承固定在所述导向孔内，且套设在所述连接柱的外围。
[0021]本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果:
[0022]本申请所提供的电芯热压装置能够热压形成截面为圆角方形结构的电芯，从而更加充分地利用电芯两侧的空间，提高锂离子电池的体积能量密度。
[0023]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
【附图说明】
[0024]图1为本申请【背景技术】所提供的电芯的轮廓结构示意图；
[0025]图2为本申请实施例所提供的电芯的截面结构示意图；
[0026]图3为本申请实施例所提供的电芯的轮廓结构示意图；
[0027]图4为本申请实施例所提供的电芯热压装置的整体结构示意图；
[0028]图5为本申请实施例所提供的底部热压块与侧部热压块的配合结构示意图。
[0029]附图标记:
[0030]10-阳极极片；
[0031]12-阴极极片；
[0032]14-隔离膜；
[0033]20-动力机构；
[0034]22-热压机构；
[0035]220-顶部热压块；
[0036]222-底部热压块；
[0037]222a-固定孔；
[0038]224-侧部热压块；
[0039]226-活动热压块；
[0040]226a-条形孔；
[0041 ]24-固定机构；
[0042]240-第一固定板；
[0043]242-第二固定板；
[0044]244-连接柱；
[0045]246-第三固定板；
[0046]26-导向机构；
[0047]260-导向板；
[0048]262-轴承。
[0049]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
【具体实施方式】
[0050]下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。文中所述“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中的电芯以及电芯热压装置的放置状态为参照。
[0051]如图2所示，本申请实施例提供了一种电芯，该电芯由阳极极片10、阴极极片12以及隔离膜14交替绕卷形成，区别于相关技术中的电芯，本实施例中的电芯的截面为四个顶角均为圆角的圆角方形结构。
[0052]参见图1，相关技术中的电芯，由于在形成过程中电芯的两侧并没有被限制，因此会形成很大的R角，造成锂离子电池内部体积的浪费，从而降低电池的体积能量密度。具体地，假设电芯的主体宽度(两侧的R角之间的间距)为Wl，电芯的厚度为T，R角的直径等于电芯的厚度T，则电芯截面所占用的总面积M1=T(W1+T)=TW1+T2。
[0053]而本实施例中的电芯截面圆角方形结构，这样仅会在四个顶角处存在较小的圆角r，参见图3，假设电芯的主体宽度(两侧的r角之间的间距)为W2，电芯的厚度仍然为T，则电芯截面所占用的总面积M2 = T (W2+2r) = TW2+2rT。
[0054]由于本实施例在热压过程中电芯的宽度被限制，因此W2〈W1，并且，由于此时的电芯仅在侧部的两端存在圆角，圆角的半径r也无法达到T/2，因此2r〈T，因此，M2〈M1，也就是说在电芯的高度以及实际截面积相同的情况下，本实施例中所形成的电芯的截面所占总面积小于相关技术中的方案，因此所占用的体积更小，体积能量密度也就更高。
[0055]在相关技术中，由于电芯的两侧没有约束，因此在热压时对于R角的大小不好掌握，可能出现极片断裂的情况。为了防止极片断裂，本实施例中的阳极极片10、阴极极片12以及隔离膜14最好保持均一厚度，即使在圆角处也不要减少局部厚度，这样能够提高圆角处的强度，从而避免极片断裂。并且，本实施例还可以通过调整顶角的半径r来避免极片断裂。一般情况下，顶角的半径r不能小于阳极极片、阴极极片以及隔离膜这三者的单层厚度之和，同时顶角的半径r还要小于T/2。
[0056]为了形成上述实施例中的电芯，本实施例提供了一种电芯的形成方法，包括下列步骤:
[0057]a、放置待压电芯，使待压电芯位于顶部平面、底部平面以及两个侧部平面之间，其中，待压电芯垂直于厚度方向的一侧与底部平面接触，待压电芯与每个侧部平面均存在一定间距。
[0058]这一步骤的目的是将待压电芯放置在一个由顶部平面、底部平面以及两个侧部平面所构成的热压空间内，准备进行热压。考虑到热压过程中电芯两侧所受到的挤压力的均衡问题，最好将两侧的侧部平面距待压电芯的中心距离相同。
[0059]此时，可以将底部平面与两侧的侧部平面共同围成一个放置区域，将待压电芯放置在底部平面与两侧的侧部平面所构成的放置区域内。这个放置区域内，两个侧部平面之间的间距可以固定不可调，也可以采用可调方式。也就是在放置待压电芯之前先进行步骤d、调节两个侧部平面之间的间距，之后再进行步骤a。
[0060]在步骤a完成之后，便开始进行下一步骤:
[0061]b、采用热压方式热压待压电芯，使一个顶部平面与底部平面以及两个侧部平面共同挤压待压电芯，直至形成截面为四个顶角均为圆角的圆角方形结构的电芯。
[0062]在挤压过程中，可以使顶部平面与底部平面以及两个侧部平面共同向中间移动，对电芯进行全方位的挤压。但考虑到这种方式的操控性和协调性较差，因此不推荐使用。一般优选采用使侧部平面固定不动，并使待压电芯受到沿厚度方向的挤压后厚度压缩，两侧凸出并与侧部平面接触并挤压。这样仅需要操控顶部平面或者底部平面便可实现对待压电芯的全方位压缩，操控性更强，同时由于两个侧部平面均固定不动，因此对于待压电芯的施力为被动施力，也更加易于精确控制。最好的方式是底部平面与侧部平面均固定不动，将顶部平面向下移动并挤压待压电芯。在热压过程中，由于电芯的上下左右全部收到挤压，因此电芯便会向四个角落处填充，在形成圆角的同时便也使得体积能量密度获得提升。
[0063]在此过程中还可以通过控制热压工艺的各项参数来调整极片的负载，来控制电芯的质量。在本实施例中，热压移动速度可以保持在10?2000mm/min的范围内，热压温度保持在70?90°C，热压压力为3?5t，热压时间为150s左右。一般速度越慢压出电芯优率及其一致性越好，但是生产效率较低;速度越快效率越高，压出产品优率略低。通过调整各项参数，也可以适应不同r值的电芯要求。例如，当需要压制的电芯T很小(电芯很薄)，需要的r角度小，热压温度及热压压力也可以相对较小。
[0064]之后进行最后一步:
[0065]c、完成热压，使电芯定型。
[0066]定型之后便可将电芯取出，重新开始新的循环。
[0067]为了实现上述的形成方法，本实施例还提供了一种电芯热压装置，如图4所示，其主要部件包括动力机构20以及热压机构22，除此之外还可包括固定机构24以及导向机构
26 ο
[0068]热压机构22包括顶部平面、底部平面以及两个侧部平面，顶部平面、底部平面以及两个侧部平面共同围成一个用于热压电芯的热压空间，这些平面可以设置在几个相互独立的部件之上，例如，在本实施例中，热压机构22包括顶部热压块220、底部热压块222以及两个侧部热压块224，顶部平面位于顶部热压块220上，底部平面位于底部热压块222上，两个侧部平面则分别位于两个侧部热压块224上。动力机构20与热压机构22相连，并驱动热压机构22运动，缩小热压空间，从而对待压电芯进行全方位地挤压，提升电芯的体积能量密度。
[0069]在热压过程中，最好是通过动力机构20驱动顶部热压块220，而底部热压块222以及两个侧部热压块224均保持相对固定。
[0070]由于不同的电芯类型所对应的厚度以及宽度均不相同，为了使电芯热压装置能够适应更多类型的电芯热压工艺，可以将两个侧部热压块224中的一个或者连个全部设计为可活动的活动热压块226。考虑到简化结构以及操作，可以仅将其中一个作为活动热压块226，而另一个则与底部热压块222固定连接在一起。活动热压块226则与底部热压块222活动连接，且能够改变两个侧部热压块之间的间距，从而适应不同宽度的电芯。
[0071 ] 如图5所示，可以在活动热压块226上设置有条形孔226a，条形孔226a的延伸方向与两个侧部热压块224的间距方向相同，底部热压块222上设置有固定孔222a，通过一根螺栓(图中未示出)贯穿条形孔226a并与固定孔222a配合连接，使活动热压块226与底部热压块222相连。
[0072]固定机构24用于固定动力机构20以及热压机构22。在采用顶部热压块220下压的热压方式时，动力机构20，如气缸与固定机构24相固定，底部热压块222则固定在固定机构24上，而其余两个侧部热压块224则均通过底部热压块222进行固定。当然，也可以将连个侧部热压块224直接固定在固定机构24上。
[0073]如图4所示，本实施例中的固定机构24包括第一固定板240、第二固定板242以及连接柱244，除此之外还可包括一个第三固定板246。第一固定板240与第二固定板242相对平行设置，而第三固定板246则在第二固定板242背离第一固定板240的一侧，也与第二固定板相对平行设置，三者均且通过连接柱244固定连接。其中，第一固定板240以及第二固定板242主要用于对动力机构20以及热压机构22进行固定，而第三定位板则可提高固定机构24自身的稳定性，连接柱244可以同时设置多根，以便从多个方向进行连接固定。动力机构20以及热压机构22均位于第一固定板240以及第二固定板242之间，其中，动力机构20固定在第一固定板240的下表面，而底部热压块222则设置在第二固定板242上。
[0074]为了使顶部热压块220的移动过程更为平稳，防止因其它作用力而发生径向偏移，本实施例还设置了导向机构26 ο导向机构26包括导向板260，还可包括轴承262。导向板260与第一固定板240以及第二固定板242均平行设置，导向板260上设置有导向孔260a，连接柱244穿过导向孔(图中未示出)，动力机构20与导向板260的上表面相连，而顶部热压块220固定在导向板260的下表面。动力机构20首先驱动导向板260进行移动，而导向板260在移动的过程中便会带动顶部热压块220进行移动。同时由于连接柱244穿过导向板260上的导向孔，使得导向板260只能够沿着连接柱244的轴向进行移动，从而起到导向作用。轴承262固定在导向孔内，且套设在连接柱244的外围，能够起到减小摩擦力的作用。
[0075]本申请实施例所提供的电芯热压装置能够热压形成截面为圆角方形结构的电芯，从而更加充分地利用电芯两侧的空间，提高锂离子电池的体积能量密度。此外还具有操作方便、适用范围广等特点。
[0076]以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
【主权项】
1.一种电芯热压装置，其特征在于，包括动力机构以及热压机构， 所述热压机构包括顶部平面、底部平面以及两个侧部平面，所述顶部平面、所述底部平面以及两个所述侧部平面共同围成一个用于热压电芯的热压空间， 所述动力机构与所述热压机构相连，并驱动所述热压机构运动，缩小所述热压空间。2.根据权利要求1所述的电芯热压装置，其特征在于，所述热压机构包括顶部热压块、底部热压块以及两个侧部热压块，所述顶部平面位于所述顶部热压块上，所述底部平面位于所述底部热压块上，两个所述侧部平面分别位于两个所述侧部热压块上。3.根据权利要求2所述的电芯热压装置，其特征在于，所述动力机构驱动所述顶部热压块，所述底部热压块以及两个所述侧部热压块均能够保持相对固定。4.根据权利要求3所述的电芯热压装置，其特征在于，两个所述侧部热压块中的至少一个为活动热压块，所述活动热压块与所述底部热压块活动连接，且能够改变两个所述侧部热压块之间的间距。5.根据权利要求4所述的电芯热压装置，其特征在于，其中一个所述侧部热压块与所述底部热压块固定连接，另一个所述侧部热压块为所述活动热压块，与所述底部热压块活动连接。6.根据权利要求4或5所述的电芯热压装置，其特征在于，所述活动热压块上设置有条形孔，所述条形孔的延伸方向与两个所述侧部热压块的间距方向相同，所述底部热压块上设置有固定孔，一根螺栓贯穿所述条形孔并与所述固定孔配合连接，使所述活动热压块与所述底部热压块相连。7.根据权利要求3所述的电芯热压装置，其特征在于，还包括固定机构，所述动力机构与所述固定机构相固定，所述底部热压块固定在所述固定机构上。8.根据权利要求7所述的电芯热压装置，其特征在于，所述固定机构包括第一固定板、第二固定板以及连接柱，所述第一固定板与所述第二固定板相对平行设置，且通过所述连接柱固定连接，所述动力机构以及所述热压机构均位于所述第一固定板以及所述第二固定板之间，所述动力机构固定在所述第一固定板的下表面，所述底部热压块设置在所述第二固定板上。9.根据权利要求8所述的电芯热压装置，其特征在于，还包括导向机构，所述导向机构包括导向板， 所述导向板与所述第一固定板以及所述第二固定板均平行设置，所述导向板上设置有导向孔，所述连接柱穿过所述导向孔， 所述动力机构与所述导向板的上表面相连，所述顶部热压块固定在所述导向板的下表面。10.根据权利要求9所述的电芯热压装置，其特征在于，所述导向机构还包括轴承， 所述轴承固定在所述导向孔内，且套设在所述连接柱的外围。
【文档编号】H01M10/0587GK205609694SQ201620466989
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】朱涛声, 赵丰刚, 张爱国
【申请人】宁德时代新能源科技股份有限公司