一种电芯卷绕张力的控制方法及控制装置及电芯与流程

本发明涉及一种电芯卷绕张力的控制方法及控制装置及电芯，属于调节或控制材料中张力的控制领域。

背景技术

在卷绕工序中，传统的卷绕张力设定思路一般有如下几种：

表1

表1为传统卷绕张力设定思路，正负极片的张力多采用大或小张力，隔膜采用小张力，同时设置极片和隔膜的张力梯度大小，进行方案的验证，最后根据各阶段数据分析，最终确定较理想的张力设定方案来指导日常车间生产，并逐渐形成工作中的经验。

但传统卷绕张力卷绕出来的半电芯，会出现两个问题：一是半电芯经过热压机热压后，近椭圆形的半电芯被压成扁平状，最内圈压实效果最好，极片被压成近似直线，而从内到外过渡的过程中，极片形状逐渐变成中间直线、两端圆弧的操场跑道形状，但由于半电芯内圈压实效果比外圈好，随着放置时间的延长，内圈仍处于较好压实状态，而外圈逐渐回弹，导致半电芯外圈两端圆弧之间的距离减小，对内圈极片造成挤压，会呈现轻微或明显的“s”型，且内圈相对严重，这将导致装配测厚工序测出的全电芯厚度相比实际厚度偏厚；二是在化成结束电池带电后，伴随着锂离子嵌入负极片，负极片厚度会增加，因此需要一定的空间予以释放，如果张力设定不合理，将导致增加的那部分厚度因无处释放而发生褶皱，电池厚度会继续加厚，严重的甚至导致电池厚度超差或鼓胀，同时极片褶皱在一定程度上也会影响电池的性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电芯卷绕张力的控制方法及控制装置及电芯，用于解决半电芯热压回弹后呈现“s”型以及化成结束后电池偏厚或鼓胀的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种电芯卷绕张力的控制方法及控制装置及电芯，一种电芯卷绕张力的控制方法，步骤如下：

按照正极包覆负极进行卷绕；

其中，设定x为正极片张力，y为负极片张力，i为卷绕圈数，使各圈正负极片之间存在张力梯度，且满足：

xi+1＜yi+1＜xi＜yi＜xi-1＜yi-1，i为自然数。

以每圈交替递减的张力进行设定，在后期热压工序以及化成工序，可以为半电芯的回弹以及负极片增加的厚度预留出所需的空间，可以避免因半电芯回弹而导致的“s”型以及极片褶皱而导致的电池厚度偏厚的问题。

张力梯度为固定值，或者符合线性函数关系，亦或符合非线性函数关系。

张力梯度选择方案多，设定数值灵活，但是设定思路不变，尝试不同的设定值选出最优方案进行设定。

张力梯度包括正极片张力梯度和负极片张力梯度，正极片张力梯度和负极片张力梯度相同或者不同。

分别设定正负极片的张力梯度，可以相同也可以不同，互不影响，择优选择。

一种电芯卷绕张力的控制装置，包括处理器和存储器，处理器处理存储器中存储的指令以实现上述正极包覆负极的方法。

一种电芯，由正极片包覆负极片，按照上述正极包覆负极的方法卷绕而成。

一种电芯卷绕张力的控制方法，步骤如下：

按照负极包覆正极进行卷绕；

其中，设定x为正极片张力，y为负极片张力，i为卷绕圈数，使各圈正负极片之间存在张力梯度，且满足：

yi+1＜xi+1＜yi＜xi＜yi-1＜xi-1，i为自然数。

张力梯度为固定值，或者符合线性函数关系，亦或符合非线性函数关系。

张力梯度包括正极片张力梯度和负极片张力梯度，正极片张力梯度和负极片张力梯度相同或者不同。

一种电芯卷绕张力的控制装置，包括处理器和存储器，处理器处理存储器中存储的指令以实现负极包覆正极的方法。

一种电芯，由负极片包覆正极片，按照负极包覆正极的方法卷绕而成。

附图说明

图1为原始方案卷绕完成及热压回弹后“s”型示意图；

图2为本发明卷绕局部示意图；

图3为本发明实施例1与原始卷绕方案的实验结果比对图；

图4为本发明实施例1与原始卷绕方案的贴膜后电芯厚度的数据统计实验结果对比图。

具体实施方式

实施例1：

本发明步骤如下：

按照正极包覆负极进行卷绕；

其中，设定x为正极片张力，y为负极片张力，i为卷绕圈数，使各圈正负极片之间存在张力梯度，且满足：

xi+1＜yi+1＜xi＜yi＜xi-1＜yi-1，i为自然数。

本发明的思路为正负极片交替递减，下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

图2为卷绕完成半电芯的局部示意图，其中实线2、4、6为正极片，其中4为第i圈，2为第(i-1)圈，6为第(i+1)圈，虚线1、3、5为负极片，其中3为第i圈，1为第(i-1)圈，5为第(i+1)圈。

张力值设定如表2所示，以卷首张力700gf，正负极片的张力梯度相同，且张力梯度-20gf/r为例详细说明本实例的方法。

表2

具体实施方式：卷绕工艺卷首先插入负极卷第一圈，然后插入正极卷第一圈，接下来设定正负极同时卷绕至工艺要求圈数，这里我们设定圈数为n。在卷绕开始工作前，设定卷首张力以及张力梯度，此实例中，负极片第一圈的张力为卷首张力值，设定为700gf，根据张力梯度-20gf/r可以得出以下负极片张力值分别为第二圈的张力值为680gf，第三圈的张力值为660gf，第四圈的张力值为640gf，第五圈的张力值为620gf，以此类推，最后一圈的张力值为(700-(n-1)×20)gf。

由于第二圈负极片的张力值＜第一圈正极片的张力值＜第一圈负极片的张力值，在这里我们取第一圈正极片的张力值为690gf，根据张力梯度-20gf/r可以得出以下正极片张力值分别为第二圈的张力值为670gf，第三圈的张力值为650gf，第四圈的张力值为630gf，第五圈的张力值为610gf，以此类推，最后一圈的张力值为(690-(n-1)×20)gf。

接下来进行卷绕工作。

以上实例中，正负极片的张力梯度是相同的，且张力梯度为固定值，作为其他实施方式，正负极片的张力梯度也可以是不同的，并且张力梯度也可以是符合线性函数关系或符合非线性函数关系，只要保证正负极片交替递减的思路即可。

上述方法通过代码化存储在卷绕机的存储器中，且通过卷绕机处理器进行实施，存储器和处理器设置在卷绕机的控制装置中，控制装置具体实施方式在这里不做赘述。

根据上述方法或控制装置，可以形成一种电芯，此电芯由正极片包覆负极片卷绕而成，具体实施方式在这里不做赘述。

如图1所示，图中箭头上方为采用传统方案卷绕完成半电芯的形状，箭头下方为采用传统方案热压回弹后半电芯呈“s”状。

本方法实例经过验证，如图3所示根据现场9种方案的张力验证统计的数据，第9种方案为本实施例的方案，前8种方案为传统张力设定的方案，采用第9种方案的张力卷绕出来的电芯、密封钉焊后a、二次化成后b、贴膜后c，厚度均值均处于最小值，如图4所示贴膜后c在第9种方案的数据分布更集中，可以说明该发明要比传统张力更合理，更能满足实际生产需求。

实施例2：

本发明步骤如下：

按照负极包覆正极进行卷绕；

其中，设定x为正极片张力，y为负极片张力，i为卷绕圈数，使各圈正负极片之间存在张力梯度，且满足：

yi+1＜xi+1＜yi＜xi＜yi-1＜xi-1，i为自然数。

以卷首张力700gf，正负极片的张力梯度相同，且张力梯度-20gf/r为例详细说明本实例的方法。

具体实施方式：卷绕工艺卷首先插入正极卷第一圈，然后插入负极卷第一圈，接下来设定正负极同时卷绕至工艺要求圈数，这里我们设定圈数为n。在卷绕开始工作前，设定卷首张力以及张力梯度，此实例中，正极片第一圈的张力为卷首张力值，设定为700gf，根据张力梯度-20gf/r可以得出以下正极片张力值分别为第二圈的张力值为680gf，第三圈的张力值为660gf，第四圈的张力值为640gf，第五圈的张力值为620gf，以此类推，最后一圈的张力值为(700-(n-1)×20)gf。

由于第二圈正极片的张力值＜第一圈负极片的张力值＜第一圈正极片的张力值，在这里我们取第一圈负极片的张力值为690gf，根据张力梯度-20gf/r可以得出以下负极片张力值分别为第二圈的张力值为670gf，第三圈的张力值为650gf，第四圈的张力值为630gf，第五圈的张力值为610gf，以此类推，最后一圈的张力值为(690-(n-1)×20)gf。

接下来进行卷绕工作。

以上实例中，正负极片的张力梯度是相同的，且张力梯度为固定值，作为其他实施方式，正负极片的张力梯度也可以是不同的，并且张力梯度也可以是符合线性函数关系或符合非线性函数关系，只要保证正负极片交替递减的思路即可。

上述方法通过代码化存储在卷绕机的存储器中，且通过卷绕机处理器进行实施，存储器和处理器设置在卷绕机的控制装置中，控制装置具体实施方式在这里不做赘述。

根据上述方法或控制装置，可以形成一种电芯，此电芯由负极片包覆正极片卷绕而成，具体实施方式在这里不做赘述。

以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体的说明，但本发明并不限于以上实例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以做出种种的等同变形和替换，例如也可以将该发明推广至锂电池卷绕工艺以外的其他卷绕工艺，但因原材料的差异、设备精度的影响等，想要达到较理想的效果，卷首张力以及张力梯度的设定仍需进行验证后再进行具体确定，但张力设定思路不变，这些等同变形和替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。