CN102881946A

CN102881946A - 一种锂离子电池电芯卷绕方法

Info

Publication number: CN102881946A
Application number: CN2011101993287A
Authority: CN
Inventors: 吴学科; 冯庆枝; 王立松
Original assignee: Shenzhen Geesun Automation Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Geesun Intelligent Technology Co Ltd
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2031-07-15
Also published as: WO2013010473A1; CN102881946B

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池电芯卷绕方法，包括以下步骤：A.准备电芯材料；B.测量参数，按预定公式分别计算出内层极片相邻极耳间距和外层极片相邻极耳间距；C.根据计算出的内层极片相邻极耳间距和外层极片相邻极耳间距分别切割出极耳；D.将切割出极耳的内层极片、切割出极耳的外层极片和隔膜按预定顺序置放，然后卷绕成电芯。本发明由于先分别计算出内层极片相邻极耳间距和外层极片相邻极耳间距，并根据计算结果分别切割内层极片极耳和外层极片极耳后，再将其卷绕成电芯，可精确确定极耳位置，不仅节省了工作时间，也节约了大量人力，提高了工作效率。

Description

一种锂离子电池电芯卷绕方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池，尤其涉及一种锂离子电池电芯卷绕方法。

背景技术

新能源汽车将逐步替代传统汽油车已经成为各国发展汽车产业的共识，作为核心部件的动力电池则更被行业认为是新能源汽车发展的关键所在。目前的动力锂电池大体分为两种制作方式，一种是叠片制备电芯，另一种是卷绕制备电芯，卷绕制备电芯又分为方形卷绕和环形卷绕。图1为环形电池电芯结构示意图，其中包括电芯卷轴11、极片12和极耳13。图2电芯材料卷绕后的每层电芯的结构示意图，包括负极片21、正极片23和隔膜22。在不同的工艺中，正极片和负极片的位置可以互换。每一层电芯都包含两层隔膜、一层正极片和一层负极片。

在采用环形卷绕方式制备电池时，为了保证电池具备足够大的容量，我们需要增加极片的长度，而随着极片长度的增加，卷绕过程中保证极耳对齐就变得越加困难。因此，如何在激光切割过程中保证切割出来的每一个极耳位置，刚好是能保证我们卷绕后所有极耳重叠对齐所需要的位置就变得尤为重要，这也是大容量环形电池制备过程中最需要攻克的技术难题。

目前行业内所采用的间距计算方式是采用先卷绕，在卷绕电芯上相应位置剪切出极耳来，然后将极片展开人工测量每一个间距长度作为最终的切割长度。因为每一个电芯上往往需要大量的极耳，也就是需要求出大量的极耳间距，所以这种方法的工作量极大，而且因为人为测量误差，很难一次性精确定位极耳，往往需要测量多次，测量结果在程序中输入也相当麻烦，会耗费大量的人力和时间。此外，如果更换材料或者工艺，之前所做的数据将全部失效，因此，在做大容量电池时，该种方法成功率很低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种可提高效率的锂离子电池电芯卷绕方法。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案加以解决：一种锂离子电池电芯卷绕方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.准备电芯材料；

B.测量参数，按预定公式分别计算出内层极片相邻极耳间距和外层极片相邻极耳间距；

C.根据计算出的内层极片相邻极耳间距和外层极片相邻极耳间距分别切割出极耳；

D.将切割出极耳的内层极片、切割出极耳的外层极片和隔膜按预定顺序置放，然后卷绕成电芯。

步骤B具体包括以下步骤：

B1.测量设置在内层的极片的厚度S_内；设置在外层的极片厚度S_外；隔膜厚度S_膜；

B2.确定每层电芯厚度σ，每层电芯包括两层隔膜、一层正极片、一层负极片及它们之间的间隙；

B3.根据每层电芯厚度σ，根据公式①和公式②分别计算设置在内层的极片材料的相邻极耳实验间距L′_(内i)和设置在外层的极片材料的相邻极耳实验间距L′_(外i)：

公式①；

公式②；

其中：W_(i)为第i个极耳的宽度；

r₀为电芯卷轴半径；

L′_(内i)为内层第i-1个极耳与第i个极耳之间的实验间距；

L′_(外i)为外层第i-1个极耳与第i个极耳之间的实验间距。

所述每层电芯厚度σ具体可通过如下方法获得：测量m层电芯材料的总厚度D，则每层电芯厚度

所述步骤B3之后还包括：

B4.根据计算出的L′_(内i)切割出内层极片极耳，按照计算出的L′_(外i)切割出外层极片极耳；

B5.将内层极片、外层极片和隔膜卷绕成实验用电芯，测量每K个相邻极耳之间的对齐总偏差Δ_mod(i/k)；

B6.根据公式③，计算出各阶段间距补偿值

C_{(\frac{i}{k})} = \frac{Δ_{\mod (i / k)}}{k}

公式③；

B7.将计算出的各阶段间距补偿值

并分别代入公式④和公式⑤，计算出内层相邻极耳间距L_(内i)和外层相邻极耳间距L_(外i)：

公式④；

公式⑤。

每层电芯的内层为负极片，外层为正极片；或者每层电芯的内层为正极片，外层为负极片。

由于采用了以上技术方案，使本发明具备的有益效果在于：

在本发明的具体实施方式中，由于先分别计算出内层极片相邻极耳间距和外层极片相邻极耳间距，并根据计算结果分别切割内层极片极耳和外层极片极耳后，再将其卷绕成电芯，可精确确定极耳位置，不仅节省了工作时间，也节约了大量人力，提高了工作效率。

附图说明

图1为环形电池电芯结构示意图；

图2为每层电芯结构示意图；

图3为切割极耳后的极片示意图；

图4为本发明一种实施方式中的锂离子电池电芯卷绕方法流程图；

图5为本发明具体实施方式中获取相邻极耳间距的流程图。

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。

由于本发明在卷绕之前就用激光在极片相应位置上切割出极耳来，因此必须保证在激光切割过程中切割的每一个极耳位置刚好是卷绕后所有极耳重叠对齐所需要的位置。卷绕对齐主要受下列因素影响，一是不同工艺的电池所使用隔膜厚度、正负极片厚度不一致；二是同一卷极片上不同长度部位的厚度不一致；三是卷绕过程中内芯和外芯所承受张力不一致；四是卷绕的初始半径r₀不同。

图3为极片切割极耳后的示意图。该极片可以是正极片，也可以是负极片。其中W_(i)为第i个极耳的宽度，L_(i)是第i-1个极耳与第i个极耳之间的间距。

在螺旋形卷绕出的电芯中，因为每层卷绕厚度都不超过0.5mm，可以近似认为卷绕的每一圈即为一个标准圆，根据该圈的径可以计算出这个圆周长，并在此基础上求得极耳间距。

如图4、图5所示，本发明的锂离子电池电芯卷绕方法，其一种实施方式，包括以下步骤：

步骤401：准备电芯材料。

步骤402：测量参数，按预定公式分别计算出内层极片相邻极耳间距和外层极片相邻极耳间距。在一种实施方式中，每层电芯的内层为负极片，外层为正极片；在另一种实施方式中，每层电芯的内层为正极片，外层为负极片。

步骤403：根据计算出的内层极片相邻极耳间距和外层极片相邻极耳间距分别切割出极耳。

步骤404：将切割出极耳的内层极片、切割出极耳的外层极片和隔膜按预定顺序置放，然后卷绕成电芯。

其中步骤402具体包括以下步骤：

步骤501：测量设置在内层的极片的厚度S_内；设置在外层的极片厚度S_外；隔膜厚度S_膜。

步骤502：确定每层电芯厚度σ，每层电芯包括两层隔膜、一层正极片、一层负极片及它们之间的间隙。

步骤503：根据每层电芯厚度σ，根据公式①和公式②分别计算设置在内层的极片材料的相邻极耳实验间距L′_(内i)和设置在外层的极片材料的相邻极耳实验间距L′_(外i)：

公式①；

公式②；

其中：W_(i)为第i个极耳的宽度；

r₀为电芯卷轴半径；

L′_(内i)为内层第i-1个极耳与第i个极耳之间的实验间距；

L′_(外i)为外层第i-1个极耳与第i个极耳之间的实验间距。

在一种实施方式中，每层电芯厚度σ可通过将内层的极片的厚度S_内、外层的极片厚度S_外和两层隔膜厚度S_膜相加获得。

在另一种实施方式中，每层电芯厚度σ具体可通过如下方法获得：测量m层电芯材料的总厚度D，则每层电芯厚度

步骤504：按照计算出的L′_(内i)切割出内层极片极耳，按照计算出的L′_(外i)切割出外层极片极耳。

步骤505：将内层极片、外层极片和隔膜卷绕成实验用电芯，测量每K个相邻极耳之间的对齐总偏差Δ_mod(i/k)；k为分阶段系数(即每k个间距变更一次间距补偿)。

步骤506：根据公式③，计算出各阶段间距补偿值

C_{(\frac{i}{k})} = \frac{Δ_{\mod (i / k)}}{k}

公式③；

为各阶段间距补偿值，可以有k整除m个补偿值。

步骤507：将计算出的各阶段间距补偿值

并分别代入公式④和公式⑤，

计算出内层相邻极耳间距L_(内i)和外层相邻极耳间距L_(外i)：

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，都应当视为属于本发明的保护范围。