CN104916861B - 一种卷绕式电芯的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卷绕式电芯的制备方法，属于电池技术领域。卷绕式电芯的制备方法包括如下步骤：在卷绕完成的卷芯取出卷针后留下的卷针空间内插装电芯填充件，得到的插装有电芯填充件的卷芯即为卷绕式电芯。本发明的卷绕式电芯的制备方法提高了生产的连续性和自动化程度。

Description

一种卷绕式电芯的制备方法

技术领域

本发明涉及一种卷绕式电芯的制备方法，属于电池技术领域。

背景技术

随着不可再生能源的日益减少以及环境污染问题的日益突显，发展以电动汽车为代表的新能源汽车已成为新趋势。动力电池作为电动汽车的核心部件，其性能直接影响着电动汽车的产业化进程。目前，电动车用动力电池主要有铅酸电池、镍系电池、锂离子电池、燃料电池等，电动汽车的使用特点决定了其对动力电池的安全性要求非常高，因此电池的安全性能也成为了电动汽车用电池的重要考察指标。

随着新能源汽车产业的发展，电动汽车对行驶里程、加速、爬坡等性能的要求越来越高，相应的，对动力电池的容量、能量密度和快速充放电性能有了更高的要求。现有技术中的大容量电池多采用叠片式结构，但是这种叠片式电池加工时，极片及电芯制作工序的步骤较多，自动化程度较低，导致其生产效率较低。圆柱形卷绕式电池已有较长的发展历史，在制作过程中的自动化程度较高，生产效率也远远高于叠片式电池的生产，但是圆形卷绕式电池的容量一般较小，在动力电池领域的应用受到限制。在实际应用过程中，方形卷绕式电池既具有方形叠片式电池的大容量特点，也具有卷绕式电池方便加工，加工自动化程度高的特点，在动力电池领域具有非常好的应用前景。

由于动力电池设计容量的增加，电芯本体的厚度、长度及极片的涂覆量必须相应的增加，导致动力电池特别是大容量电池在使用过程中，电芯内部的热量很难传递出来，很容易在电芯内部形成“热积累”，增加了电芯的本体内外的温度差，在整车应用过程中，电源***内部单体电池的性能会逐渐恶化，甚至出现整车在运行过程中出现“起火”、“***”事故。

为了将电池电芯内部积聚的热量及时传递出来，提高电池的安全性，现有技术中存在一种在电芯内加装导热部件的方案，如2012年5月2公布的申请公布号为102437391A的中国发明专利公开了一种具均温与导热的热电共同通道的电池，其电池极卷的中心设置有中心构件，中心构件的主体部内部设置有多个开口，这些开口内填满吸热材料。该中心构件可以将电池极卷内部的热量通过中心构件传递出来，防止热量在电池极卷内部积聚而导致“热积累”。但是，上述专利中的电池极卷在制备时，采用将中心构件代替卷绕机卷针将极片及隔膜卷绕在中心构件上，这种方式在每制作完一个极卷后，必须将中心构件连同极卷一起从卷绕机上取下，然后重新安装新的中心构件作为下一个极卷的卷针，这种方式效率较低，而且其操作不连续，不利于批量化生产。而且上述方式还需对卷绕机进行改造，增加了额外的生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卷绕式电芯的制备方法，以解决现有技术中将导流构件作为卷针而引起的生产效率降低的问题。

为了实现以上目的，本发明的卷绕式电芯的制备方法的技术方案如下：

一种卷绕式电芯的制备方法，包括如下步骤：

在卷绕完成的卷芯取出卷针后留下的卷针空间内插装电芯填充件，得到的插装有电芯填充件的卷芯即为卷绕式电芯。

所述卷绕式电芯为方形卷绕式电芯，所述电芯填充件为板厚沿上下方向延伸的导流板。

将所述插装有电芯填充件的卷芯沿卷芯上下厚度方向进行压制，即得方形卷绕式电芯。

所述导流板具有伸出所述卷芯之外的散热端，所述卷绕式电芯上电连接有伸出卷绕式电芯之外的与所述散热端间隔绝缘配合的电极极耳。

所述散热端上设置有用来防止卷芯在导流板上沿卷绕轴线方向滑动的挡止结构。

所述电芯填充件包括填充件本体，所述填充件本体上设置有主导气通道，所述主导气通道具有用于在使用时与电芯外部相通的出气口，填充件本体上还设置有用于将电芯内部的气体导入主导气通道的支导气通道。

所述主导气通道设置于所述填充件本体内且延伸方向垂直于所述填充件本体的厚度方向，所述支导气通道包括沿所述主导气通道延伸方向间隔布置的多个通气孔（102），各通气孔的一端与所述主导气通道相连通，各通气孔的另一端设置于所述填充件本体的板面上。

所述填充件本体的板面上开设有延伸方向垂直于所述填充件本体厚度方向的导气通槽，导气通槽的至少一端延伸至所述填充件本体的侧面上，所述导气通槽的槽腔构成了所述主导气通道，所述导气通槽的槽口构成了所述支导气通道。

所述导气通槽为直槽，所述导气通槽包括设置于填充件本体的板面上的多个沿左右方向间隔布置的上导气通槽和设置于所述填充件本体的板面上的多个沿左右方向间隔布置的下导气通槽，各上导气通槽与各下导气通槽在上下方向上的投影均不重叠。

本发明的卷绕式电芯的制备方法采用卷针取出后形成的通道作为插装电芯填充件的安装通道，将卷芯从卷绕机上取下后再在安装通道中插装电芯填充件，卷芯的制作和电芯填充件的插装作为两个工序，可以同时进行，提高了生产的连续性和自动化程度，也省去了对卷绕机改造而引起的生产成本的增加。

附图说明

图1为本发明的卷绕式电芯的制备方法的实施例制得的卷绕式电芯的结构示意图；

图2为图1中的电芯填充件的结构示意图；

图3为另一种电芯填充件的结构示意图。

具体实施方式

本发明的卷绕式电芯的制备方法的实施例：

如图1-2所示，本发明的卷绕式电芯的制备方法包括如下步骤：

取卷绕完成的卷绕式电芯的卷芯，本实施例中，卷绕式电芯为方形卷绕式电芯200，其卷芯为方形卷芯，所述方形卷芯为采用现有技术卷绕完成的方形卷芯取出卷针后得到的中心具有卷针通道的方形卷芯，该卷针通道贯穿方形卷芯的两端并沿方形卷芯卷绕轴线方向延伸，卷针通道的横截面形状为两条长边相互平行、两条侧边为弧形的近似矩形。

将电芯填充件插装入卷芯中心的中心通孔中，本实施例中电芯填充件为导流板100，该导流板的横截面的形状与所述中心通孔横截面形状相适配，也为两条长边相互平行、两条侧边为弧形的近似矩形，导流板的横截面略小于卷针通道的横截面，即导流板的宽度小于卷针通道的宽度，导流板的厚度小于对应的卷针通道的高度。

将插装有导流板100的方形卷芯平放在两块压板之间，向两块压板上沿垂直于方形卷芯厚度方向均匀施加压力，将插装有导流板的方形卷芯压平，即得方形卷绕式电芯。

所述导流板100的长度大于方形卷芯在卷绕轴线方向的长度，在***方形卷芯后，导流板的两端均露出卷芯，导流板露出卷芯的部分形成了能够散热的散热端，散热端上设置有用来防止卷芯沿导流板在卷绕轴线方向滑动挡止结构，在本实施例中，所述挡止结构为设置在散热端上并沿垂直于导热板方向延伸的凸起。所述卷绕式电芯的极片上电连接有伸出卷绕式电芯之外的与所述散热端间隔绝缘配合的电极极耳，电极极耳包括与正极极片电连接的正极极耳201以及与负极极片电连接的负极极耳202，所述导流板为金属板，对于金属导热板处于电芯内部的部分使用隔膜将导流板与极片绝缘隔开，对于导流板露出电芯外部的散热端可以采取将正极极耳201以及负极极耳202上与散热端部位置对应的部分进行绝缘处理，如涂绝缘胶或者贴绝缘胶带。

所述电芯填充件包括填充件本体，填充件本体上设置有主导气通道，所述主导气通道具有用于在使用时与电芯外部相通的出气口，填充件本体上还设置有用于将电芯内部的气体导入主导气通道的支导气通道。本实施例中电芯填充件为导流板100，填充件本体为导流板板体，主导气通道为设置于导流板板体内且延伸方向垂直于导流板板体厚度方向的导气通孔101，所述支导气通道包括沿所述导气通孔延伸方向间隔布置的多个通气孔102，各通气孔的一端与所述导气通孔相连通，各通气孔的另一端设置于所述导流板的板面上。导流板内的导气通孔沿电芯的卷绕轴线方向延伸，并在导流板一端的端面上形成了朝向电芯外部的导气通孔开口，所述导气通孔开口构成了所述出气口，该导气通孔开口朝向电池壳体上的安全阀。所述导流板采用导热性能好的金属或者塑料制成，与正极极耳201及负极极耳202均不接触。

所述导气通孔为沿卷芯卷绕轴线方向设置在导流板内的圆孔，导气通孔的数量N：1≤N≤L/d（其中L为电芯内部导流板的宽度，d为导气通孔的直径），所述通气孔为垂直于导气通孔圆孔，通气孔的数量M：1≤M≤L/a（其中L为电芯内部导流板的宽度，a为通气孔的直径）。

上述实施例在使用时，由于利用了卷针取出后留下的空间作为电芯填充件的安装通道，将导流板插装入该安装通道内，避免了现有技术中将导流构件加装在卷绕机上代替卷针而引起的现有设备的改造，省去了改造设备引起的生产成本增加，也避免了现有技术中将导流构件代替卷针导致的每个卷芯卷绕完成后都需要取下导流构件并重新安装新的导流构件，提高了生产效率。

导流板的横截面与安装通道的横截面相适配，可以使卷芯最内层的隔膜及极片与导流板贴合紧密，避免了隔膜及极片的错位，将电芯压紧时，导流板起到支撑作用，使电芯中的极片与隔膜之间贴合更加紧密，避免极片与隔膜之间出现空隙。

导流板横截面的尺寸小于安装通道的横截面的尺寸，可以使导流板更容易插装入安装通道，避免导流板插装时引起隔膜起皱、折叠而使极片直接与导流板接触。电芯内部产生的热量通过导流板向电芯两端传递，导流板露出卷芯两端的散热端可以使卷芯内部的热量及时散发，保证电芯内部温度均匀，避免电芯内部产生“热积聚”，导致电芯内外温度差异过大引起的电池性能恶化。

电芯内部产生的气体通过导流板表面的通气孔进入导流板内部设置的导气通孔中，并通过导气通孔将气体导至电芯外部，由于导流板端部的导气通孔开口朝向电池壳体上的安全阀，当气体集聚得足够多而压力达到安全阀设定压力值时，气体能够将安全阀冲开泄压，避免了电池发生***等危险后果。

在其他实施例中，如图3所示，所述导流板板体的板面上开设有延伸方向垂直于所述导流板板体厚度方向的导气通槽103，导气通槽的至少一端延伸至所述导流板板体的侧面上，形成了所述出气口，出气口朝向电池壳上的安全阀。导气通槽的槽腔构成了所述主导气通道，导气通槽的槽口构成了所述支导气通道。导气通槽为直槽，导气通槽包括设置于填充件本体上板面上的多个沿左右方向间隔布置的上导气通槽和设置于所述填充件本体下板面上的多个沿左右方向间隔布置的下导气通槽，各上导气通槽与各下导气通槽在上下方向上的投影均不重叠。导气通槽的数量N’：1≤N’≤L’/d’（其中L’为电芯内部导流板的宽度，d’为导气通槽的宽度）。在其他实施例中，导气通槽可以只设置在导热板一侧的表面上。

在其他实施例中，导流板板两端的端面上均具有朝向电芯外部的导气通孔开口。

在其他实施例中，导流板只有朝向电池壳体上安装有安全阀的一端露出电芯外部形成散热端。

在其他实施例中，所述挡止结构为导流板两端向导流板两侧折弯形成的折弯部，在其他实施例中，散热端部上可以不设置挡止结构。

在其他实施例中，导流板的材质为导热性能良好的绝缘塑料板，即使在与导流板接触的隔膜出现起皱、折叠现象时，导流板也不会与极片之间产生电接触，而且绝缘塑料板露出卷芯的散热端与对应的正极极耳和负极极耳也无需进行绝缘处理。

在其他实施例中，导流板横截面的尺寸与安装通道横截面的尺寸相等，导流板插装入安装通道后能够使导流板与安装通道贴合紧密，避免导流板松动。

在其他实施例中，插装导流板的卷芯可以使用其他方式压平，如将卷芯放入橡胶辊压机的橡胶辊之间辊压压平，这种方式可以进行连续作业，提高生产效率。

在其他实施例中，所述卷绕式电芯为圆柱形卷绕式电芯，圆柱形卷绕式电芯的中心具有卷针抽出后留下的圆形通孔，该圆形通孔构成了电芯填充件安装通道，所述电芯填充件为与所述圆形通孔适配的圆柱形导流件，圆柱形导流件中设置有沿其轴线延伸的导气通孔，在圆柱形导流件的圆周外壁上设置有与导气通孔相连的通气孔，所述导气通孔在圆柱形导流件的两端的端面上形成了出气口。该圆柱形卷绕式电芯在制备时，在圆柱形导流件插装入所述圆形通孔中后即得所述卷绕式电芯，无需进行压制。

Claims (8)

1.一种卷绕式电芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

在卷绕完成的卷芯取出卷针后留下的卷针空间内插装电芯填充件，得到的插装有电芯填充件的卷芯即为卷绕式电芯；

所述卷绕式电芯为方形卷绕式电芯，所述电芯填充件为板厚沿上下方向延伸的导流板；

所述导流板具有伸出所述卷芯之外的散热端。

2.如权利要求1所述的卷绕式电芯的制备方法，其特征在于，将所述插装有电芯填充件的卷芯沿卷芯上下厚度方向进行压制，使卷芯的极片与相邻的隔膜之间、及填充件板面与相邻的极片或隔膜之间紧密贴合。

3.如权利要求2所述的卷绕式电芯的制备方法，其特征在于，所述卷绕式电芯上电连接有伸出卷绕式电芯之外的与所述散热端间隔绝缘配合的电极极耳。

4.如权利要求3所述的卷绕式电芯的制备方法，其特征在于，所述散热端上设置有用来防止卷芯在电芯填充件上沿卷绕轴线方向滑动的挡止结构。

5.如权利要求2-4任意一项所述的卷绕式电芯的制备方法，其特征在于，所述电芯填充件包括填充件本体，所述填充件本体上设置有主导气通道，所述主导气通道具有用于在使用时与电芯外部相通的出气口，填充件本体上还设置有用于将电芯内部的气体导入主导气通道的支导气通道。

6.如权利要求5所述的卷绕式电芯的制备方法，其特征在于，所述主导气通道设置于所述填充件本体内且延伸方向垂直于所述填充件本体的厚度方向，所述支导气通道包括沿所述主导气通道延伸方向间隔布置的多个通气孔（102），各通气孔的一端与所述主导气通道相连通，各通气孔的另一端设置于所述填充件本体的板面上。

7.如权利要求5所述的卷绕式电芯的制备方法，其特征在于，所述填充件本体的板面上开设有延伸方向垂直于所述填充件本体厚度方向的导气通槽（103），导气通槽的至少一端延伸至所述填充件本体的侧面上，所述导气通槽的槽腔构成了所述主导气通道，所述导气通槽的槽口构成了所述支导气通道。

8.如权利要求7所述的卷绕式电芯的制备方法，其特征在于，所述导气通槽为直槽，所述导气通槽包括设置于填充件本体的板面上的多个沿左右方向间隔布置的上导气通槽和设置于所述填充件本体的板面上的多个沿左右方向间隔布置的下导气通槽，各上导气通槽与各下导气通槽在上下方向上的投影均不重叠。