CN118017025A - 一种电芯的整体叠片式制造方法及制得的电芯 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池制造领域。本发明提供了一种电芯的整体叠片式制造方法及制得的电芯，所述制造方法包括，使用特定的负极裁切体及对应的正极裁切体，所述裁切体中保留有多个未脱离的极片及对应的极耳，且极片之间设置有连接部保持稳定，可增加叠片时的对齐度和稳定性；将所述负极裁切体及对应的正极裁切体与隔膜整体叠片后，可以进一步裁切出多个小电芯包。所述制造方法可以同时叠片制作数十甚至数百只电芯，极大地提升底片电池的工艺效率，且电芯的正负极的对齐度有所保证，同时得到的电芯具有优异的一致性和质量稳定性。

Description

一种电芯的整体叠片式制造方法及制得的电芯

技术领域

本发明属于电池制造技术领域，涉及一种电芯的整体叠片式制造方法及制得的电芯。

背景技术

目前，锂电池的制作方法主要有卷绕式和叠片式两种。

卷绕式工艺，是指将正极片和负极片做成连续的长片型，中间通过隔膜隔开，然后通过卷绕的方式制成电池卷芯。通过卷绕式工艺形成的传统卷绕式锂离子电池通常会在极片弯曲的地方存在应力集中的问题，而由充放电造成的极片的膨胀和收缩的长期累积可能会造成极片的进一步变形或损坏，从而影响电池性能。

叠片式工艺，主要分为Z字形叠绕工艺和卷绕叠片工艺。

Z字形叠绕工艺，是指将正负极片分别切成单片，隔膜呈Z字形叠绕，正负极单片依次交叉叠放，中间由隔膜隔开。此种Z字形叠绕生产正极单片、隔膜、负极单片依次叠绕，生产效率较低，且隔膜持续受力，叠片过程中容易拉扯已叠放完成的极片，使其形成错位，从而影响电池性能表现。

卷绕式叠片工艺，是指将正极片、隔膜、负极片依次叠放组成电池单体，多个电池单体再在第二层隔膜上定位组合，由第二层隔膜卷绕成电池卷芯。卷绕式叠片电池沿一个方向卷绕形成的电芯在截面上呈椭圆形。该工艺由于累积精度问题，正负极片对位精度低。

同时，以上工艺均不能很方便地制备出异形电池，如弧形、圆饼型、梯形、三角形等。如卷绕式工艺只能产出方形及圆柱形电池产品，因而无法满足不同领域的应用需求。

相对于以上方法，全片状叠片工艺能较方便地制备如弧形、圆饼形、梯形、三角形等其他结构的电池，但该工艺需要将正极片、负极片及隔膜均裁切成大量的单片，然后逐个叠片组装。因此，该工艺复杂繁琐极其耗时，同时，由于单片隔膜的重量极轻，其更容易受静电、空气流动影响，使叠片效率下降，并容易引起对齐度问题。相对于大型电池，如车载动力电池的制造，使用现有的全片状叠片工艺制造型号尺寸更小的消费电子用电池时，由于电芯整体尺寸大幅度减小，大量的小尺寸单片的叠片会导致低效率及对齐度不佳的问题尤为突出，从而使得各个叠片电池之间的一致性和稳定性较差。

因此，有必要开发一种高效率高精度的锂电池叠片新技术。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电芯的整体叠片式制造方法及制得的电芯，所述制造方法包括，使用特定的负极裁切体及对应的正极裁切体，所述裁切体中保留有多个未脱离的极片及对应的极耳，且极片之间设置有连接部保持稳定，可增加叠片时的对齐度和稳定性；将所述负极裁切体及对应的正极裁切体与隔膜整体叠片后，可以进一步裁切出多个小电芯包。所述制造方法可以同时叠片制作数十甚至数百只电芯，极大地提升底片电池的工艺效率，且电芯的正负极的对齐度有所保证，同时得到的电芯具有优异的一致性和质量稳定性。

为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种电芯的整体叠片式制造方法，所述制造方法包括：

准备电极基体，所述电极基体包括集流体，所述集流体具有涂覆区及非涂覆区，所述涂覆区设置有活性层；对所述电极基体进行第一裁切，使所述电极基体形成并保留有在所述涂覆区形成的至少两个极片、在每两个相邻的所述极片之间形成的连接部，以及在所述非涂覆区形成的与每个所述极片对应的极耳，得到电极裁切体；

按照如上方法得到负极裁切体及对应的正极裁切体，

将所述负极裁切体、隔膜及正极裁切体进行叠片，形成叠片体，进行第二裁切，得到至少两个从所述叠片体中脱离出的独立电芯。

本发明通过制作并使用特定的负极裁切体及对应的正极裁切体，使得所述裁切体中保留有多个未脱离的极片及对应的极耳，且极片之间设置有连接部保持稳定，使其不会因晃动或变形而在后续工艺中产生位移，进而可增加叠片时的对齐度和稳定性；再通过将所述负极裁切体及对应的正极裁切体与隔膜整体叠片后，形成具有电芯结构的小电芯单元，从而进一步将这些小电芯单元裁切出来而形成多个独立的小电芯包。所述制造方法可以同时叠片制作数十甚至数百只电芯，极大地提升底片电池的工艺效率，且电芯的正负极的对齐度有所保证，同时得到的电芯具有优异的一致性和质量稳定性。得益于所述制造方法的高效率和高精度，所述制备方法十分适合制造不同形状的异形电池，可实现多款叠片电池的同时生产。

在本发明所述制造方法中，制作所述负极裁切体的方法包括：准备负极基体，所述负极基体包括负极集流体，如铜箔，所述负极集流体具有负极涂覆区及负极非涂覆区，所述负极涂覆区设置有负极活性层；将所述负极基体进行第一裁切，使所述负极基体形成并保留有在所述负极涂覆区形成的至少两个负极极片、每两个相邻的所述负极极片之间形成的负极极片连接部，以及每个所述负极极片在所述负极非涂覆区对应形成的负极极耳；得到负极裁切体。

在本发明所述制造方法中，制作所述正极裁切体的方法包括：准备正极基体，所述正极基体包括正极集流体，如铝箔，所述正极集流体具有正极涂覆区及正极非涂覆区，所述正极涂覆区设置有正极活性层；将所述正极基体进行第一裁切，使所述正极基体形成并保留有在所述正极涂覆区形成的至少两个正极极片、每两个相邻的所述正极极片之间形成的正极极片连接部，以及每个所述正极极片在所述正极非涂覆区对应形成的正极极耳；得到负正极裁切体。

可以理解的是，负极裁切体与正极裁切体在整体叠片后，正极极耳与负极极耳应保持不重叠而互相错位设置。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，所述第一裁切的方法包括激光切割、刀模冲切或五金模具冲切中的至少一种，例如典型但非限制性的组合包括激光切割与刀模冲切的组合、激光切割与五金模具冲切的组合或五金模具冲切与刀模冲切的组合等。

作为本发明优选的技术方案，所述极片的形状包括弧形、圆形、椭圆形、梅花形或多边形(包括三角形及方形等)中的至少一种，典型但非限制性的组合实例包括弧形与圆形的组合、弧形与椭圆形的组合、梅花形与圆形的组合、多边形与圆形的组合。

可以理解的是，所述极片形状的组合是指在同一电极裁切体中，极片可以有不同的形状，或者说至少两种形状的极片存在于同一电极裁切体中。但，负极裁切体与对应正极裁切体中对应位置的极片形状应相同或相似，以便于负极极片能对正极极片形成完全的包裹，增加契合度和对齐度。

作为本发明优选的技术方案，所述电极裁切体的非涂覆区中还形成至少两个定位孔。

优选地，使用定位销与所述定位孔相配合，进行所述叠片。

作为本发明优选的技术方案，所述定位孔设置于所述电极裁切体的四周边缘。

优选地，正极裁切体的定位孔与负极裁切体的定位孔一一对应。

本发明通过使用定位孔的设计，配合定位销，使叠片电池正负极对齐度偏差由常规叠片的＜±1mm提升至＜0.2mm，进一步提升了电池的一致性及容量极限。

作为本发明优选的技术方案，所述隔膜为能覆盖所述电极裁切体中所有极片的整张隔膜。

与现有技术中的全片状叠片工艺不同，本发明的制造方法由于使用负极裁切体和正极裁切体，可以在叠片时将隔膜夹住，因而可以使用整张隔膜铺设到裁切体上，而省略了使用隔膜单片进行复杂叠片的工序，并且所述制造方法所运用的先通过统一的整体叠片再裁切出独立电芯的工艺不仅可以提升效率，还有利于提升叠片正负极及隔膜的对齐度，改善电芯间的一致性。

优选地，所述叠片体的层结构包括由下到上依次叠加的负极裁切体、第一隔膜、正极裁切体及第二隔膜。

作为本发明优选的技术方案，正极基体的涂覆区的尺寸小于负极基体的涂覆区的尺寸。

优选地，所述正极基体的活性层的宽度小于所述负极基体的活性层的宽度1～3mm，例如1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2mm、2.2mm、2.4mm、2.6mm、2.8mm或3mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述正极裁切体的极片尺寸小于所述负极裁切体的极片尺寸。

在本发明中，正极涂覆区、活性层及极片尺寸应优选略小于对应的负极涂覆区、活性层及极片的尺寸，以便于保障最终的电芯中负极能完全覆盖住正极。

作为本发明优选的技术方案，所述电极基体中，所述集流体为长方形，所述涂覆区设置于所述集流体的中央且为长方形，长度与所述集流体的长度相同，使所述集流体沿宽度的两侧形成所述非涂覆区。

优选地，所述涂覆区中形成至少两排极片，每排至少形成两个并列的所述极片，相邻两排对应的所述极片之间设置有所述连接部。

优选地，所述连接部为尺寸小于所述极片的连接条。

作为本发明优选的技术方案，所述非涂覆区设置有四个定位孔，分别靠近所述涂覆区的四个角；

优选地，沿所述隔膜的宽度方向，所述隔膜与所述定位孔的边缘对齐；沿所述隔膜的长度方向，所述隔膜超过所述集流体的长度。

本发明中，优选使隔膜边缘与定位孔边缘对齐，将隔膜卡设于定位孔之间(尤其是已***定位销的情况下)，可以利用定位孔提升隔膜的定位及对齐的精度。

第二方面，本发明提供了一种电芯，根据第一方面所述的制造方法得到。

与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明通过制作并使用特定的负极裁切体及对应的正极裁切体，使得所述裁切体中保留有多个未脱离的极片及对应的极耳，且极片之间设置有连接部保持稳定，使其不会因晃动或变形而在后续工艺中产生位移，进而可增加叠片时的对齐度和稳定性；再通过将所述负极裁切体及对应的正极裁切体与隔膜整体叠片后，形成具有电芯结构的小电芯单元，从而进一步将这些小电芯单元裁切出来而形成多个独立的小电芯包。所述制造方法可以同时叠片制作数十甚至数百只电芯，极大地提升底片电池的工艺效率，且电芯的正负极的对齐度有所保证，同时得到的电芯具有优异的一致性和质量稳定性。得益于所述制造方法的高效率和高精度，所述制备方法十分适合制造不同形状的异形电池，可实现多款叠片电池的同时生产。

附图说明

图1是实施例1中负极集流体的示意图；

图2是实施例1中负极基体的示意图；

图3是实施例1中负极裁切体的示意图；

图4是实施例1中正极集流体的示意图；

图5是实施例1中正极基体的示意图；

图6是实施例1中正极裁切体的示意图；

图7是实施例1中负极裁切体与第一隔膜相叠加的示意图；

图8是实施例1中叠片体的示意图；

图9是实施例1中进行第二裁切时部分结构的变化示意图；

图10是实施例2中负极裁切体及正极裁切体的示意图；

图中，10-负极集流体、11-负极涂覆区、12-负极非涂覆区、13-负极极片、14-负极极耳、15-负极极片连接部、16-负极定位孔、20-正极集流体、21-正极涂覆区、22-正极非涂覆区、23-正极极片、24-正极极耳、25-正极极片连接部、26-正极定位孔、30-第一隔膜、40-第二隔膜。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供了一种电芯的叠片式制造方法，所述制造方法包括：

准备负极基体，如图1-3所示，所述负极基体包括负极集流体10，为长方形铜箔，所述负极集流体10具有设置于中央的长方形负极涂覆区11，其长度与负极集流体10长度相同，以及在所述负极集流体10沿宽度的两侧形成的负极非涂覆区12；所述负极涂覆区11设置有负极活性层；

使用激光切割将所述负极基体进行第一裁切，使所述负极基体形成并保留在所述负极涂覆区11的上下两排负极极片13，每排设置有具有间隙的且互相并列的13个所述负极极片13，所述负极极片13为长方形；以及相邻两排对应的所述负极极片13之间设置的负极极片连接部15，所述负极极片连接部15为尺寸小于所述负极极片13的连接条；以及每个所述负极极片13在所述负极非涂覆区12对应形成的负极极耳14；以及在负极非涂覆区12设置的四个负极定位孔16，其位置分别靠近所述负极涂覆区11的四个角，得到负极裁切体；

准备正极基体，如图4～6所示，所述正极基体包括正极集流体20，为长方形铝箔，所述正极集流体20具有设置于中央的长方形正极涂覆区21，其长度与正极集流体20长度相同，以及在所述正极集流体20沿宽度的两侧形成的正极非涂覆区22；所述正极涂覆区21设置有正极活性层，所述正极活性层的宽度小于所述负极活性宽度2mm；

使用刀模冲切将所述正极基体进行第一裁切，使所述正极基体形成并保留在所述正极涂覆区21形成并保留有上下两排正极极片23，每排设置有具有间隙的且互相并列的13个所述正极极片23，所述正极极片23为长方形且与相应位置的负极极片13一一对应，且所述正极极片23的尺寸小于对应的所述负极极片13；以及相邻两排对应的所述正极极片23之间设置的正极极片连接部25，所述正极极片连接部25为尺寸小于所述正极极片23的连接条；以及每个所述正极极片23在所述正极非涂覆区22对应形成的正极极耳24，所述正极极耳24与对应的所述负极极耳14不重叠；以及在正极非涂覆区22设置的四个正极定位孔26，其位置分别靠近所述正极涂覆区21的四个角，所述正极定位孔26与所述负极定位孔16一一对应，得到正极裁切体；

准备第一隔膜30及第二隔膜40；如图7所示，所述第一隔膜30为能覆盖所述负极裁切体中所有负极极片13的整张隔膜，且沿所述第一隔膜30的宽度方向，所述第一隔膜30与所述负极定位孔16的边缘对齐；沿所述第一隔膜30的长度方向，所述第一隔膜30超过所述负极集流体10的长度；所述第二隔膜40为能覆盖所述正极裁切体中所有正极极片23的整张隔膜，且沿所述第二隔膜40的宽度方向，所述第二隔膜40与所述正极定位孔26的边缘对齐；沿所述第二隔膜40的长度方向，所述第二隔膜40超过所述正极集流体20的长度；

在预留有定位销的叠片工作台上，按照由下到上依次叠加的负极裁切体、第一隔膜30、正极裁切体及第二隔膜40进行叠片，将负极定位孔16及正极定位孔26压入定位销实现高精度定位，第一隔膜30及第二隔膜40沿宽度方向的上下沿也通过定位销实现高精度定位，形成如图8所示的叠片体；对所述叠片体进行第二裁切，如图9所示，先裁切出13个通过连接部连接上下两个电芯结构的预制体，再裁切去除连接部以及非涂覆区中非极耳的其他部分，得到从所述叠片体脱离出的26个独立电芯。

实施例2

本实施例提供了一种电芯的叠片式制造方法，所述制造方法中负极裁切体及正极裁切体均按照图10所示进行第一裁切，除此之外，其他条件与实施例1完全相同。

从以上可以看出，本发明使用特定的负极裁切体及对应的正极裁切体，所述裁切体中保留有多个未脱离的极片及对应的极耳，且极片之间设置有连接部保持稳定，可增加叠片时的对齐度和稳定性；将所述负极裁切体及对应的正极裁切体与隔膜整体叠片后，可以进一步裁切出多个小电芯包。所述制造方法可以同时叠片制作数十甚至数百只电芯，极大地提升底片电池的工艺效率，且电芯的正负极的对齐度有所保证，同时得到的电芯具有优异的一致性和质量稳定性。

本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种电芯的整体叠片式制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：

准备电极基体，所述电极基体包括集流体，所述集流体具有涂覆区及非涂覆区，所述涂覆区设置有活性层；对所述电极基体进行第一裁切，使所述电极基体形成并保留有在所述涂覆区形成的至少两个极片、在每两个相邻的所述极片之间形成的连接部，以及在所述非涂覆区形成的与每个所述极片对应的极耳，得到电极裁切体；

按照如上方法得到负极裁切体及对应的正极裁切体，

将所述负极裁切体、隔膜及正极裁切体进行叠片，形成叠片体，进行第二裁切，得到至少两个从所述叠片体中脱离出的独立电芯。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述第一裁切的方法包括激光切割、刀模冲切或五金模具冲切中的至少一种。

3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述极片的形状包括弧形、圆形、椭圆形、梅花形或多边形中的至少一种。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的制造方法，其特征在于，所述电极裁切体的非涂覆区中还形成至少两个定位孔；

优选地，使用定位销与所述定位孔相配合，进行所述叠片。

5.根据权利要求4任意一项所述的制造方法，其特征在于，所述定位孔设置于所述电极裁切体的四周边缘；

优选地，正极裁切体的定位孔与负极裁切体的定位孔一一对应。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的制造方法，其特征在于，所述隔膜为能覆盖所述电极裁切体中所有极片的整张隔膜；

优选地，所述叠片体的层结构包括由下到上依次叠加的负极裁切体、第一隔膜、正极裁切体及第二隔膜。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的制造方法，其特征在于，正极基体的涂覆区的尺寸小于负极基体的涂覆区的尺寸；

优选地，所述正极基体的活性层的宽度小于所述负极基体的活性层的宽度1～3mm；

优选地，所述正极裁切体的极片尺寸小于所述负极裁切体的极片尺寸。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的制造方法，其特征在于，所述电极基体中，所述集流体为长方形，所述涂覆区设置于所述集流体的中央且为长方形，长度与所述集流体的长度相同，使所述集流体沿宽度的两侧形成所述非涂覆区；

优选地，所述涂覆区中形成至少两排极片，每排至少形成两个并列的所述极片，相邻两排对应的所述极片之间设置有所述连接部；

优选地，所述连接部为尺寸小于所述极片的连接条。

9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述非涂覆区设置有四个定位孔，分别靠近所述涂覆区的四个角；

优选地，沿所述隔膜的宽度方向，所述隔膜与所述定位孔的边缘对齐；沿所述隔膜的长度方向，所述隔膜超过所述集流体的长度。

10.一种电芯，其特征在于，根据权利要求1-9任意一项所述的制造方法得到。