一種卷繞式鋰離子電池極耳及其制造方法

一種卷繞式鋰離子電池極耳及其制造方法
【專利摘要】本發明提供一種卷繞式鋰離子電池極耳及其制造方法，包含兩層隔膜和正極、負極極片繞卷芯卷繞至少兩圈，每一圈分別從正極、負極極片引出極耳，每一圈極耳位于相近位置經刀模沖壓成型，通過計算機輔助設計程序計算極耳寬度及間距，以控制同組中極耳寬度不相等而相鄰極耳間距相等，降低了設計開發時間，并且能更加精確控制尺寸；每組極耳可以用同一種刀模沖壓成型，大幅度降低了設備成本和設備復雜度，具有很強的兼容功能性，只需要多加一把刀模即可兼容更寬的極耳和更多的卷繞圈數。
【專利說明】
一種卷繞式鋰離子電池極耳及其制造方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種電池極耳，具體涉及一種卷繞式鋰離子電池極耳及其制造方法。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池極片有疊片和卷繞兩種方式，卷繞式鋰離子電池由于擁有更快速的制備過程和更低的自放電率獲得了更多廠商的采用，但是卷繞式極片每圈周長不一致，導致每圈極耳出現偏差，需要不同刀模進行切割，增加了成本和過程復雜性，為此，亟需開發一種結構簡單的卷繞式鋰離子電池極耳。

【發明內容】

[0003]本發明目的在于提供一種卷繞式鋰離子電池極耳及其制造方法，將極耳寬度設計成不相等，保證了每一圈相鄰極耳間距在展開后相等，節省設備成本，降低工藝復雜度，增加可靠性。
[0004]為了達到上述目的，本發明的一個技術方案是提供一種卷繞式鋰離子電池極耳，其包含:
依次疊設的第一電極極片、第一層隔膜、第二電極極片、第二層隔膜，繞卷芯卷繞至少兩圈；
所述第一電極極片和第二電極極片之中的每一電極極片，各自引出有至少一組極耳；每一電極極片的任意一組極耳中，卷繞后位于后一圈的極耳寬度超過在其之前一圈的極耳寬度，卷繞后的各圈極耳重疊，且各圈極耳的一端錯開呈梯田狀，而另一端對齊；
其中，所述第一電極極片是正極極片，所述第二電極極片是負極極片；
或者，所述第一電極極片是負極極片，所述第二電極極片是正極極片。
[0005]優選地，每一電極極片引出有兩組以上極耳；
每組中在卷繞后位于后一圈的極耳寬度超過在其之前一圈的極耳寬度，各圈極耳重疊，且一端錯開呈梯田狀，而另一端對齊；
這兩組以上的極耳中，在卷繞后位于后一組的極耳與其之前一組的極耳重疊，后一組與前一組中處在相同圈數的極耳大小相同且在卷繞后的位置對應重疊。
[0006]優選地，第一電極極片和第二電極極片在兩者之間的中部位置相互隔開；
每一電極極片的任意一組極耳中，各圈極耳錯開的一端靠近所述中部位置，各圈極耳對齊的另一端遠離所述中部位置。
[0007]優選地，每一電極極片的任意一組中各圈極耳錯開的一端沿對角線折疊，以保持該電極極片的極耳與另一電極極片的極耳之間，留有足夠防止短路的安全距離。
[0008]優選地，每一電極極片展開時任意一組中相鄰極耳的間距相同。
[0009]優選地，每一電極極片展開時每組中相鄰極耳的間距相同；后一組中相鄰極耳的間距，與前一組中相鄰極耳的間距不相同。
[0010]本發明的另一個技術方案是提供一種卷繞式鋰離子電池極耳的制造方法:通過走帶控制設備對展開的一個電極極片進行移動，通過刀模沖壓成型得到該電極極片的至少一組極耳；
其中，對所述電極極片的同一組極耳，使用同一個刀模沖壓;所述刀模的寬度與這一組中相鄰極耳的間距S相同，并且使相鄰極耳中后一極耳的寬度大于前一極耳的寬度；
制造所述電極極片的任意一組極耳時，從i=l開始，循環執行步驟3%:
a、使電極極片沿走帶方向移動與第i極耳寬度L1相等的距離；
b、在距第i極耳前端L1處，使用寬度為W的刀模沖壓；
C、使電極極片沿走帶方向移動與刀模寬度W相等的距離；
d、令i=i+l；
e、判斷步驟d的數值i=i+l是否超過該組極耳的設定數量:若超過，跳出循環;若沒有超過，貝1J以步驟d的數值i=i+1來執行下一循環的步驟a。
[0011]優選地，在實際應用中，第i極耳的步驟c與第i+ Ι極耳的步驟a的電極極片移動操作，可以是連續執行的。
[0012]優選地，所述電極極片是第一電極極片或第二電極極片中的任意一個電極極片；第一電極極片與第二電極極片的疊放方向與走帶方向相同；其中，所述第一電極極片是正極極片，所述第二電極極片是負極極片；或者，所述第一電極極片是負極極片，所述第二電極極片是正極極片；
在所述制造方法中，進一步將依次疊設的第一電極極片、第一層隔膜、第二電極極片、第二層隔膜，繞卷芯卷繞至少兩圈；
在卷繞后的每一電極極片的任意一組中，相鄰極耳中的后一極耳在前一極耳的之后一圈與該前一極耳重疊，并使后一極耳的第一端與前一極耳的第一端錯開呈梯田狀，而后一極耳的第二端與前一極耳的第二端對齊；
各極耳的第一端靠近于將第一電極極片與第二電極極片隔開的中部位置，第二端遠離所述中部位置。
[0013]優選地，對每一電極極片使用M個寬度不同的刀模沖壓成型，對應得到該電極極片的M組極耳，M多I;其中，第η個刀模的寬度，與第η組極耳中相鄰極耳的間距Sn相同，且第η組內相鄰極耳中后一極耳的寬度大于前一極耳的寬度;并且使得每一電極極片的各組極耳中處在相同排列次序的極耳的大小相同且在卷繞后的位置對應重疊；
制造所述電極極片的M組極耳時，從η=1開始，循環執行步驟A~E:
A、使用寬度等于間距Sn的刀模，循環執行步驟a~e，來制造第η組中的所有極耳；
B、判斷η的數值是否等于Μ:若等于Μ，跳出步驟Α~Ε的循環;若小于Μ，繼續執行步驟C;
C、使電極極片沿走帶方向移動第η組中最后一個極耳的寬度；
D、使用寬度等于間距Sn+1的下一個刀模，在距第η組最后一個極耳前端距離為L的位置進行沖壓；
Ε、令η=η+1ο
[0014]優選地，通過計算機輔助設計程序，預先計算各電極極片中每一組的各極耳寬度及相鄰極耳間距，以及計算各電極極片中相鄰兩組極耳的間距；
再根據計算機輔助設計程序的計算結果，來對所述走帶控制設備所述移動電極極片的走帶長度及走帶方向進行控制。
[0015]本發明與現有方法相比，具有以下優點:
本發明中使用不等寬度的極耳，保證了極片展平后每一組中相鄰極耳間距相等，極耳卷繞后位于相近的位置，極耳重疊部分面積為第一圈極耳的面積。因此，可以使用一把刀模沖壓成型，降低了工藝和設備復雜度，并具有很強的靈活性。
[0016]當極耳寬度增加或卷繞圈數增加時，正負極之間的中部安全距離減小，此時通過增加一把刀模來實現；當中部安全距離達到設定值時，更換寬度更大的刀模來增加間距，使得后一組卷繞時對應圈數的極耳與前一組對應圈數的極耳的大小相等，并且位置重疊。
[0017]本發明中通過計算機輔助設計程序CAD等計算極耳寬度及間距，降低了設計開發時間，并且能更加精確控制尺寸。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明中極片卷繞后的示意圖；
圖2為圖1中I處結構的放大示意圖；
圖3為圖1中II處結構的放大示意圖；
圖4為圖1中極耳錯開部分折疊的放大示意圖；
圖5為本發明中正極極片展平后及對應刀模的示意圖；
圖6、圖7分別為本發明中第一、第二正極刀模的參數示例圖；
圖8為本發明中負極極片展平后及對應刀模的示意圖；
圖9、圖10分別為本發明中第一、第二負極刀模的參數示例圖。
【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖，通過詳細說明一個具體采用兩把刀模的較佳實施例，對本發明做進一步闡述。
[0020]如圖1?圖4所示，一種卷繞式鋰離子電池極片，包含兩層隔膜和正極極片1、負極極片2，以一層隔膜、一層(正極或負極)極片、另一層隔膜、另一層(負極或正極)極片的方式布置后一起繞卷芯卷繞至少兩圈，每一圈分別從正極極片和負極極片引出極耳(本例中為正負極耳 1.1?1.14，2.1?2.14)。
[0021 ] 如圖4所示，極耳引出位置靠近兩端，極耳位置呈現梯田形狀，每一圈極耳靠近兩端位置(1.17，2.17)重疊，靠近中部位置(1.15，2.15)錯開;可將錯開的部分，分別沿對角線(1.16，2.16)、以箭頭1.18和2.18所示方向折疊，使得正負極耳之間有足夠的安全距離防止短路。
[0022]如圖5?圖7所示，本例中正極極片對應1.1-1.14共14個極耳，第一組極耳(1.1?1.7)寬度:30mm，31.82mm，33.64mm，35.46mm，37.28mm，39.10mm，40.92mm;第二組極耳(1.8~1.14)寬度:30mm，31.82mm，33.64mm，35.46mm，37.28mm，39.10mm，40.92mm。該不例中，每一組中任意一圈極耳的寬度超出同組中在其之前一圈極耳的寬度的數值(1.82mm)是相同的，但在其他示例中也可以將其設計為不相同。
[0023]正極極片的每個極耳(1.1?1.14)被兩把刀模沖壓成型，其中極耳(1.1?1.7)之間的第一間距是通過第一把正極刀模31沖壓成型得到，極耳(1.7?1.14)之間的第二間距是通過第二把正極刀模32沖壓成型得到。并且，極片展平后相鄰極耳間距只有兩種Xl和x2，第一間距xl和第二間距x2也分別等于兩把正極刀模的寬度，本例中該寬度分別為218.80mm和231.60mmο
[0024]正極的第一組第一圈極耳(1.1)和第二組第一圈極耳(1.8)的大小相同且卷繞后的位置對應，第一組第二圈極耳(1.2)和第二組第二圈極耳(1.9)的大小相同且卷繞后的位置對應，以此類推。通過設備走帶長度來控制每一圈極耳寬度，使得正極的各圈極耳位于相近位置，便于焊接，極耳重疊部分面積為第一圈極耳的面積。
[0025]如圖8?圖10所示，本例中負極極片對應2.1?2.14共14個極耳，第二組極耳(2.1?2.7)寬度:30mm，31.82mm，33.64mm，35.46mm，37.28mm，39.10mm，40.92mm;第一組極耳(2.8?2.14)寬度:30mm，31.82mm，33.64mm，35.46mm，37.28mm，39.10mm，40.92mm。該不例中，每一組中任意一圈極耳的寬度超出同組中在其之前一圈極耳的寬度的數值(1.82mm)是相同的，但在其他示例中也可以將其設計為不相同。
[0026]負極極片的每個極耳(2.1?2.14)被兩把刀模沖壓成型，其中極耳(2.14?2.7)之間的第三間距是通過第一把負極刀模41沖壓成型得到；極耳(2.7?2.1)之間的第四間距是通過第二把負極刀模42沖壓成型得到。極片展平后相鄰極耳間距只有兩種yl和y2，第四間距y I和第三間距y2也分別等于兩把負極刀模的寬度，本例中該寬度分別為218.80mm和231.60mmο
[0027]負極的第二組第一圈極耳(2.1)和第一組第一圈極耳(2.8)的大小相同且卷繞后的位置對應，第二組第二圈極耳(2.2)和第一組第二圈極耳(2.9)的大小相同且卷繞后的位置對應，以此類推。通過設備走帶長度控制每一圈極耳寬度，使得負極的各圈極耳位于相近位置，便于焊接，極耳重疊部分面積為第一圈極耳的面積。
[0028]本例中正負極耳的相應參數數值(如極耳寬度、間距)一致，而走帶方向、兩刀模的布置方向、極耳制成順序等相反，但在其他示例中也可以根據情況相應調整參數或方向。
[0029]此外，本實例中，相鄰極耳間距相等的情況下，每只極耳的寬度可以通過計算機輔助設計程序(如CAD)計算得出，不僅結果更加精確，同時便于調整以減少設計時間。后續再由設備控制極片走帶長度來控制，但本發明并不否定以其他的方式，來對極耳寬度進行計算和控制。
[0030]本發明中不相等的極耳寬度，使得同組中相鄰極耳之間間距相等，可以用一種刀模沖壓成型，大幅度降低了設備成本和設備復雜度，并且該方式具有很強的兼容功能性，只需要多加一把刀模即可兼容更寬的極耳和更多的卷繞圈數。
[0031]盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
【主權項】
1.一種卷繞式鋰離子電池極耳，其特征在于，包含: 依次疊設的第一電極極片、第一層隔膜、第二電極極片、第二層隔膜，繞卷芯卷繞至少兩圈； 所述第一電極極片和第二電極極片之中的每一電極極片，各自引出有至少一組極耳；每一電極極片的任意一組極耳中，卷繞后位于后一圈的極耳寬度超過在其之前一圈的極耳寬度，卷繞后的各圈極耳重疊，且各圈極耳的一端錯開呈梯田狀，而另一端對齊； 其中，所述第一電極極片是正極極片，所述第二電極極片是負極極片； 或者，所述第一電極極片是負極極片，所述第二電極極片是正極極片。2.如權利要求1所述的卷繞式鋰離子電池極耳，其特征在于， 每一電極極片引出有兩組以上極耳； 每組中在卷繞后位于后一圈的極耳寬度超過在其之前一圈的極耳寬度，各圈極耳重疊，且一端錯開呈梯田狀，而另一端對齊； 這兩組以上的極耳中，在卷繞后位于后一組的極耳與其之前一組的極耳重疊，后一組與前一組中處在相同圈數的極耳大小相同且在卷繞后的位置對應重疊。3.如權利要求1或2所述的卷繞式鋰離子電池極耳，其特征在于， 第一電極極片和第二電極極片在兩者之間的中部位置相互隔開； 每一電極極片的任意一組極耳中，各圈極耳錯開的一端靠近所述中部位置，各圈極耳對齊的另一端遠離所述中部位置。4.如權利要求3所述的卷繞式鋰離子電池極耳，其特征在于， 每一電極極片的任意一組中各圈極耳錯開的一端沿對角線折疊，以保持該電極極片的極耳與另一電極極片的極耳之間，留有足夠防止短路的安全距離。5.如權利要求1所述的卷繞式鋰離子電池極耳，其特征在于， 每一電極極片展開時任意一組中相鄰極耳的間距相同。6.如權利要求2所述的卷繞式鋰離子電池極耳，其特征在于， 每一電極極片展開時每組中相鄰極耳的間距相同；后一組中相鄰極耳的間距，與前一組中相鄰極耳的間距不相同。7.一種卷繞式鋰離子電池極耳的制造方法，其特征在于， 通過走帶控制設備對展開的一個電極極片進行移動，并通過刀模沖壓成型得到該電極極片的至少一組極耳； 其中，對所述電極極片的同一組極耳，使用同一個刀模沖壓;所述刀模的寬度W與這一組中相鄰極耳的間距S相同，并且使這一組內的相鄰極耳中后一極耳的寬度大于前一極耳的寬度； 制造所述電極極片的任意一組極耳時，從i=l開始，循環執行步驟3%: a、使電極極片沿走帶方向移動與第i極耳寬度L1相等的距離； b、在距第i極耳前端L1處，使用寬度為W的刀模沖壓； C、使電極極片沿走帶方向移動與刀模寬度W相等的距離； d、令i=i+l； e、判斷步驟d的數值i=i+l是否超過該組極耳的設定數量:若超過，跳出循環;若沒有超過，貝1J以步驟d的數值i=i+1來執行下一循環的步驟a。8.如權利要求7所述卷繞式鋰離子電池極耳的制造方法，其特征在于， 所述電極極片是第一電極極片或第二電極極片中的任意一個電極極片;第一電極極片與第二電極極片的疊放方向與走帶方向相同；其中，所述第一電極極片是正極極片，所述第二電極極片是負極極片;或者，所述第一電極極片是負極極片，所述第二電極極片是正極極片; 在所述制造方法中，進一步將依次疊設的第一電極極片、第一層隔膜、第二電極極片、第二層隔膜，繞卷芯卷繞至少兩圈； 在卷繞后的每一電極極片的任意一組中，相鄰極耳中的后一極耳在前一極耳的之后一圈與該前一極耳重疊，并使后一極耳的第一端與前一極耳的第一端錯開呈梯田狀，而后一極耳的第二端與前一極耳的第二端對齊； 各極耳的第一端靠近于將第一電極極片與第二電極極片隔開的中部位置，第二端遠離所述中部位置。9.如權利要求8所述卷繞式鋰離子電池極耳的制造方法，其特征在于， 對每一電極極片使用M個寬度不同的刀模沖壓成型，對應得到該電極極片的M組極耳，M多I;其中，第η個刀模的寬度，與第η組極耳中相鄰極耳的間距Sn相同，且第η組內相鄰極耳中后一極耳的寬度大于前一極耳的寬度;并且使得每一電極極片的各組極耳中處在相同排列次序的極耳的大小相同且在卷繞后的位置對應重疊； 制造所述電極極片的M組極耳時，從η=1開始，循環執行步驟六4: A、使用寬度等于間距Sn的刀模，循環執行步驟a~e，來制造第η組中的所有極耳； B、判斷η的數值是否等于Μ:若等于Μ，跳出步驟Α~Ε的循環;若小于Μ，繼續執行步驟C; C、使電極極片沿走帶方向移動第η組中最后一個極耳的寬度L; D、使用寬度等于間距Sn+1的下一個刀模，在距第η組最后一個極耳前端距離為L的位置進行沖壓； Ε、令η=η+1ο10.如權利要求9所述卷繞式鋰離子電池極耳的制造方法，其特征在于， 通過計算機輔助設計程序，預先計算各電極極片中每一組的各極耳寬度及相鄰極耳間距，以及計算各電極極片中相鄰兩組極耳的間距； 再根據計算機輔助設計程序的計算結果，來對所述走帶控制設備移動所述電極極片的走帶長度及走帶方向進行控制。
【文檔編號】H01M2/26GK106058137SQ201610630031
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月3日
【發明人】沈向東, 侯敏, 劉嬋, 曹輝, 王剛慶, 王緒向
【申請人】上海航天電源技術有限責任公司