一种多极耳电芯的制备方法及电池的制备方法与流程

1.本发明涉及二次电池制备技术领域，具体涉及一种多极耳电芯的制备方法及电池的制备方法。


背景技术：

2.锂电池具有重量轻、能量密度高、功率大和使用寿命长等优点，在两轮车、储能基站、新能源汽车等领域广泛应用。电芯是电池内部的储能单元，电芯的质量直接影响电池的电性能。
3.目前大圆柱电芯在市场上的发展迅猛，其制造工艺中正负极采用全极耳工艺，卷绕后进行揉平，再与汇流盘焊接，最后，组装制成电池。随着锂电池行业的快速发展，传统18650/21700电芯已经不能满足能量密度的要求。全极耳电芯技术的开发在电阻是单极耳的十分之一，电芯内热扩散速率是单极耳的一百倍。全极耳电芯在极片涂布时，会在集流体边缘预留空箔区，再进行卷绕。卷绕后的电芯通常端部不平整且有较多毛刺，容易出现极耳翻折。因此，为了避免电芯入壳时，对电池外壳的内侧壁造成刮伤或者翻折插入卷芯造成电池内短路，需要对电芯空箔区域进行揉平处理，同时，进行揉平处理后的电芯需要端面平整确保与集流盘焊接时的焊接产品质量。
4.但目前的全极耳电芯揉平仍存在以下缺点：1)全极耳电芯直接揉平时产生金属屑较多，导致金属屑残留在电池内部造成内短路；2)揉平面的平面度较差，导致与集流盘的焊接稳定性一致性较低。
5.有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。


技术实现要素：

6.本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种多极耳电芯的制备方法，以解决目前全极耳电芯制备中的揉平工艺容易产生金属屑而引发电芯内部短路问题。
7.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
8.一种多极耳电芯的制备方法，包括以下步骤：
9.s1、激光模切第一极片的一侧以得到若干个间断分布的第一极耳，激光模切第二极片的一侧以得到若干个间断分布的第二极耳，其中，第一极片与第二极片的极性相反；
10.s2、按第一极片、隔膜、第二极片依次设置并卷绕制成电芯，其中第一极耳和第二极耳分别设置在电芯的两端；
11.s3、分别对第一极耳和第二极耳进行整形处理，整形处理包括先对极耳远离电芯的一端侧压使其朝向电芯的中心轴折弯以得到折弯部，侧压压力为0.5～1.5mpa，折弯角小于90
°
；然后对折弯部远离电芯的一端平压使其朝向电芯的中心轴折平，完成整形处理；
12.s4、将经过整形处理的所有第一极耳进行电连接，以及将经过整形处理的所有第二极耳进行电连接，完成多极耳电芯的制备。
13.优选的，步骤s1中，激光模切的功率为50～300w，脉冲频率为500～2500hz，切割的
速度为10～70m/s，走带的速度为20～70m/min。
14.优选的，步骤s1中，若干个所述第一极耳等距分布于所述第一极片；若干个所述第二极耳等距分布于所述第二极片。
15.优选的，步骤s2中，卷绕的速度为200～2000mm/s；卷绕后所有第一极耳远离电芯的一端平齐，且所有第一极耳的中心可连成一直线；以及卷绕后所有第二极耳远离电芯的一端平齐，且所有第二极耳的中心可连成一直线。
16.优选的，步骤s3中，侧压后形成的折弯角为20～80
°
。
17.优选的，步骤s3中，平压时与折弯部的接触温度为70～90℃。
18.优选的，步骤s4中，将所有第一极耳与第一汇流盘进行激光焊接以实现所有第一极耳的电连接，以及将所有第二极耳与第二汇流盘进行激光焊接以实现所有第二极耳的电连接。
19.优选的，步骤s4中，在分别电连接所有第一极耳和第二极耳前，还包括对至少一部分第一极耳的折平面的外表面进行导电涂胶喷涂，喷涂面与第一汇流盘进行激光焊接；以及对至少一部分第二极耳的折平面的外表面进行导电涂胶喷涂，喷涂面与第二汇流盘进行激光焊接。
20.优选的，步骤s4中，采用喷涂机进行喷涂导电涂胶，喷涂机的旋杯转速为2000～5000r/min，导电涂胶与喷涂面的喷涂距离为250～300mm。
21.本发明的目的之二在于，提供一种电池的制备方法，包括以下步骤：
22.按上述任一项所述的多极耳电芯的制备方法制备多极耳电芯；
23.将得到的多极耳电芯入壳与电池壳体组装，得到电池。
24.相比于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供的制备方法，针对多极耳电芯，先采用激光模切后得到多极耳的极片，然后在特定条件下对该多极耳进行整形，先进行侧压再平压，如此设置避免了常规全极耳揉平的工序，不会产生金属碎屑引发电芯内部短路不良的问题，同时经由本发明制备方法得到的电芯其极耳折平后的平面度较高，焊接的一致性和焊接优率均有了显著的提升。由此解决了目前全极耳电芯制备中的揉平工艺容易产生金属屑而引发电芯内部短路的问题，也解决了揉平面的平面度差导致的与集流盘的焊接稳定性、一致性较差的问题。
附图说明
25.图1为本发明制备方法得到的多极耳电芯未侧压前的结构示意图。
26.图2为本发明制备方法得到的多极耳电芯侧压后未平压前的结构示意图。
27.图3为本发明制备方法得到的多极耳电芯平压后的结构示意图。
28.图4为本发明制备方法得到的多极耳电芯入壳后的俯视图。
29.图中：1-第一极耳；11-第一引出部；12-第一折弯部；2-第二极耳；21-第二引出部；22-第二折弯部；3-导电涂胶；4-电池壳体。
具体实施方式
30.为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式和说明书附图，对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
31.本发明第一方面旨在提供了一种电池的制备方法，包括以下步骤：制备多极耳电芯；然后将得到的多极耳电芯入壳与电池壳体4组装，得到电池。
32.该多极耳电芯的制备方法，包括以下步骤：
33.s1、激光模切第一极片的一侧以得到若干个间断分布的第一极耳1，激光模切第二极片的一侧以得到若干个间断分布的第二极耳2，其中，第一极片与第二极片的极性相反；
34.s2、按第一极片、隔膜、第二极片依次设置并卷绕制成电芯，其中第一极耳1和第二极耳2分别设置在电芯的两端；
35.s3、分别对第一极耳1和第二极耳2进行整形处理，整形处理包括先对极耳远离电芯的一端侧压使其朝向电芯的中心轴折弯以得到折弯部，侧压压力为0.5～1.5mpa，折弯角小于90
°
；然后对折弯部远离电芯的一端平压使其朝向电芯的中心轴折平，完成整形处理；
36.s4、将经过整形处理的所有第一极耳1进行电连接，以及将经过整形处理的所有第二极耳2进行电连接，完成多极耳电芯的制备。
37.经由上述制备方法得到的电芯结构，可如图1～4所示，具体包括：
38.第一极片，设置有若干个间断分布的第一极耳1；
39.第二极片，与所述第一极片的极性相反，设置有若干个间断分布的第二极耳2；
40.隔膜，间隔于所述第一极片和所述第二极片之间，并与所述第一极片和所述第二极片卷绕形成电芯，且所述第一极耳1与所述第二极耳2分别沿电芯的两端引出；
41.其中，所述第一极耳1包括第一引出部11，所述第一引出部11远离电芯的一端朝向电芯的中心轴折弯以形成第一折弯部12，折弯角(θ角)小于90
°
，若干个所述第一极耳1的第一折弯部12在远离所述第一引出部11的一端朝向电芯的中心轴折平并进行电连接；所述第一引出部11对应的即是上述制备方法未经侧压的部分，经侧压的部分折弯后形成第一折弯部12；
42.所述第二极耳2包括第二引出部21，所述第二引出部21远离电芯的一端朝向电芯的中心轴折弯以形成第二折弯部22，折弯角小于90
°
，若干个所述第二极耳2的第二折弯部22在远离所述第二引出部21的一端朝向电芯的中心轴折平并进行电连接，同样的所述第二引出部21对应的即是上述制备方法未经侧压的部分，经侧压的部分折弯后形成第二折弯部22。
43.针对于揉平工艺，本发明针对多极耳在特定条件下采用先侧压后平压的工艺，整形过程稳定，制备得到的极耳端面平整，能够有效杜绝极耳边缘外翻导致刮伤电池壳体4内壁的问题；同时减少了金属屑的产生，避免了揉平产生的金属屑散落在电池内部而造成的电池内短路的问题，提高了电池的绝缘测试合格率，提高了电池的制造优率。
44.其中，上述第一极片可为正极片，第二极片为负极片，对应的第一极耳1为正极耳，第二极耳2为负极耳；或是第一极片为负极片，第二极片为正极片，对应的第一极耳1为负极耳，第二极耳2为正极耳。
45.步骤s1中，激光模切的功率为50～300w，脉冲频率为500～2500hz，切割的速度为10～70m/s，走带的速度为20～70m/min。优选的，激光模切的功率为100～200w，脉冲频率为800～2000hz，切割的速度为30～70m/s，走带的速度为30～50m/min。更优选的，激光模切的功率为150w，脉冲频率为1000hz，切割的速度为50m/s，走带的速度为40m/min。控制在相同参数下切割，能得到等距分布的第一极耳1和第二极耳2，有利于后续的卷绕、侧压和平压。
此外，上述参数下的激光模切，还能尽可能地避免金属屑掉落粘附在极片表面，进一步提升电池的安全系数。优选的，本发明中的若干个所述第一极耳1等距分布于所述第一极片；若干个所述第二极耳2等距分布于所述第二极片。
46.步骤s2中，针对第一极片、隔膜、第二极片的卷绕可通过全自动卷绕机进行卷绕，卷绕速度可为200～2000mm/s；优选的，卷绕速度为400～600mm/s。更优选的，卷绕速度为500mm/s。全自动卷绕机采用负反馈机制进行张力控制，能够实现放卷、入片纠偏、过程纠偏，张力反馈控制等的自动化监控，操作简易，控制精度高。卷绕后可使得所有第一极耳1在远离电芯的一端平齐，且所有第一极耳1的中心可连成一直线；以及卷绕后所有第二极耳2在远离电芯的一端平齐，且所有第二极耳2的中心可连成一直线，可如图1所示。如此，得到的第一极耳1和第二极耳2更有利于后续整形过程的进行。
47.步骤s3中，控制侧压压力在0.5～1.5mpa，具体可为0.5～0.6mpa、0.6～0.7mpa、0.7～0.8mpa、0.8～0.9mpa、0.9～1.0mpa、1.0～1.1mpa、1.1～1.2mpa、1.2～1.3mpa、1.3～1.4mpa或1.4～1.5mpa。将侧压的压力控制在上述范围内，一方面可避免侧压压力过大而无法保证极耳的一端朝向电芯的中心轴折弯，且折弯角小于90
°
；另一方面该范围内的侧压力能精准的控制侧压的角度，以保证折弯角所需的角度。优选的，侧压后形成的折弯角为20～80
°
。具体可为10～20
°
、20～30
°
、30
°
～35
°
、35
°
～40
°
、40
°
～45
°
、45
°
～50
°
、50
°
～55
°
、55
°
～60
°
、60
°
～65
°
、65
°
～70
°
或70～80
°
。更优选的侧压后形成的折弯角为45～60
°
。
48.其中本文所述的电芯的中心轴是指电芯卷绕后的卷绕中心所在的轴，该折弯的角度可如图2～3所示的θ角，因若干个第二极耳2是间隔分散于第二极片，则至少一部分的第二极耳2是相向设置的。此外，本电芯相邻极耳之间为间隔设置，且优选在上述折弯角度范围内，相比于全极耳揉平的电芯，本电芯折弯后对于电解液的浸润效果也佳。
49.在一些实施例中，每个所述第一极耳1的折弯部的折弯角度相同；每个所述第二极耳2的折弯部的折弯角度相同。该折弯角度是以电芯的中心轴为基准的角度。设置相同的折弯角度一方面更有利于后续的平压步骤，进一步保证折平面的平整度问题。保证折弯部的弯折角度相同，则其得到的截面形状为等腰梯形，如此相比于常规的多极耳电芯，本电芯也有效降低了极耳的高度，从而提高了电池的能量密度。优选的，所述第一极耳1的折弯部(即第一折弯部12)的折弯角度与所述第二极耳2的折弯部(即第二折弯部22)的折弯角度相同。
50.在一些实施例中，侧压采用的折极耳头可呈圆锥状分布，折弯过程控制为约2s，同时可采用丝杆精确控制侧压的距离，以保证所有第一极耳1和所有第二极耳2在侧压后同样间隔等距。此外，侧压后极耳的折弯部同样是为平面设置，进一步保证电芯整体的平整性。
51.在一些实施例中，还控制平压时与折弯部的接触温度为70～90℃。平压可采用热压板进行操作，热压板的温度为70～90℃。其中平压和侧压可为同一整形设备中的两个部件，也可另外为侧压整形设备和平压整形设备。具体的，该侧压整形设备包括固定支架、气缸、电磁阀和折极耳头，所述固定支架与气缸连接，所述固定支架与折极耳头(用于侧压极耳)通过螺纹连接，所述折极耳头与极耳接触部分为硅胶头，可避免损伤极耳。而该平压整形设备液压杆、热压板，所述液压杆与热压板连接；所述热压板即为上述所述热压板，用于平压极耳。而通过液压杆可以控制压平面到电芯料区的距离，从而防止平压整形设备损伤电芯。通过本发明侧压和平压后，得到的极耳端面平整，无方便与毛刺，有利于后续与汇流盘的焊接。
52.在一些实施例中，步骤s4中，将所有第一极耳1与第一汇流盘进行激光焊接以实现所有第一极耳1的电连接，以及将所有第二极耳2与第二汇流盘进行激光焊接以实现所有第二极耳2的电连接。先将极耳与汇流盘焊接后，然后再通过汇流盘与极柱和/或壳体电连接，从而将电性引出电池外。
53.在一些实施例中，步骤s4中，在分别电连接所有第一极耳1和第二极耳2前，还包括对至少一部分第一极耳1的折平面的外表面进行导电涂胶3喷涂，喷涂面与第一汇流盘进行激光焊接；以及对至少一部分第二极耳2的折平面的外表面进行导电涂胶3喷涂，喷涂面与第二汇流盘进行激光焊接。通过在极耳表面喷涂导电涂胶3，本发明人发现其可以有效提高激光的焊接吸收率，使得极耳与汇流盘的焊接更加紧密，焊接强度更高，两者间的最大焊接拉力更大，此外，对于焊接的飞溅和温升也能显著降低，连接可靠性更高。另外，本发明通过喷涂导电涂胶3后，还可起到固化定型极耳端面的作用，一方面防止极耳外翻与壳壁短路的问题，另一方面可能防止极耳外翻刮伤壳体镀层引发壳体腐蚀的问题。
54.具体的，该导电涂胶3按重量百分比计，包括65～70％吸光碳材、8～15％聚烯烃材料、8～10％石油树脂、9～12％导电剂。优选的，按重量百分比计，包括68～70％吸光碳材、10～15％聚烯烃材料、8～10％石油树脂、9～10％导电剂。更优选的，按重量百分比计，包括68～70％吸光碳材、10～12％聚烯烃材料、9～10％石油树脂、9～10％导电剂。进一步优选的，按重量百分比计，包括70％吸光碳材、10％聚烯烃材料、10％石油树脂、10％导电剂。
55.更具体的，所述吸光碳材为石墨和/或炭黑。其中，该吸光碳材采用的炭黑为普通炭黑，该炭黑的表面覆盖有一层氧化物油状分子薄膜，相比现有经处理后的导电炭黑，具有更好的吸光性能，能有效改善极耳的吸光率，增强极耳与集流盘的焊接性能。而采用的石墨同样具有更好的吸光性能，能有效改善极耳的吸光率，增强极耳与汇流盘的焊接性能。
56.所述聚烯烃材料包括乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-醋酸乙烯-乙烯醇三元共聚物、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-1-丁烯聚合物中的一种或多种。本发明导电涂胶3中含有的聚烯烃材料不同于市面的胶水，其主要用于将该涂胶粘附于极耳的焊接端面，因此其含量较低。
57.所述石油树脂为c9石油树脂和/或c5石油树脂。本发明导电涂胶3采用的石油树脂，为低聚物，一方面作为溶剂起到制胶的目的；另一方面其与聚烯烃材料混合所起到的固定定型作用更佳，能有效保证极耳的稳定，进一步提升极耳与汇流盘间的焊接性能。
58.所述导电剂包括导电炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、导电石墨中的一种或多种。其中，作为导电剂的导电炭黑表面是基本洁净的，表面没有覆盖有氧化物油状分子薄膜，其导电性能好，添加少量即可有效加强极耳与集流盘间的过流性能。
59.该导电涂胶3的制备方法为：1)石墨、聚丙烯和导电炭黑在50lx以下的弱光环境中混合，得到预混合物；2)在预混合物中加入c5石油树脂搅拌混合定型，得到电池极耳用涂胶。
60.在一些实施例中，步骤s4中，采用喷涂机进行喷涂导电涂胶3，喷涂机的旋杯转速为2000～5000r/min，导电涂胶3与喷涂面的喷涂距离为250～300mm。其中，喷涂机的旋杯转速对涂胶雾化的粒径有重大影响，控制其转速在2000～5000r/min之间，涂胶雾化后的粒径为1～6微米。当喷涂的流速达到流挂的临界条件时，导电涂胶3的表面张力和粘度可以达到较佳的效果，具体的，喷涂流速为0.1～0.8m/s。因此，可根据实际生产制造过程制定多条件喷涂控制工艺，使喷涂流量下导电涂胶3层达到似流非流的状态，如此可使得其更好的喷涂
在极耳折平的外表面。
61.在一些实施例中，导电涂胶3在极耳上喷涂的形状为圆形和/或方形。设计为圆形状或方形状，可更有利于电解液的浸润。其中，在同一电芯中，不同极耳上的涂胶形状可完全相同也可部分相同，这里不做限定。
62.在一些实施例中，导电涂胶3在极耳上的涂胶的面积为极耳焊接面面积的50～80％，将其涂覆面积控制在该范围内，一方面更不容易溢胶致使发生内短路的问题，另一方面也更容易在极耳上成型。具体的涂胶面积可为50～55％、55～60％、60～65％、65～70％、70～75％或75～80％。
63.根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。