一种锂离子电池高速叠片方法、叠片装置及锂离子电池与流程

本发明涉及电池制造技术领域，尤其涉及一种锂离子电池高速叠片方法、叠片装置及锂离子电池。

背景技术：

目前，锂离子电池广泛应用于消费类电子产品、新能源汽车以及储能领域，随着应用市场的快速发展以及用户对产品要求的不断提升，如何生产出安全性能好、比能量高、循环寿命长、成本低的锂离子电池成为了锂离子电池领域的重要研究方向。

锂离子电池根据其制片方式的不同，可以分为两种：卷绕式和叠片式。卷绕式电池加工速度快，效率高，但其存在以下缺陷：1、卷绕式电池对极片的柔性有一定要求，导致极片面密度偏低，单体电池的能量密度收到制约；2、卷绕式电池在极片弯曲处的反应与其他位置存在差异，电极反应均匀性差，影响性能甚至存在安全隐患；3、卷绕式电池为了使负极完全包裹正极，负极片存在一部分无效区域，不提供容量，降低了电池的能量密度。与之相比，叠片式电池的电极反应均匀性更好，更为安全，极片可涂布较厚，从而电池的能量密度得以提升。

目前，叠片式电池的叠片方式主要有以下几种：

1、z型叠片，将事先模切好的正负极片和隔膜自下而上逐片z型堆叠而成，此工艺简单，但是存在叠片速度慢，效率低的问题，延长了生产周期，增加了生产成本；

2、袋式叠片，将事先模切好的正负极片分别封装于隔膜袋中，再将其交替叠放，形成堆叠，但该工艺复杂，需要制作隔膜袋，生产效率低；

3、h型叠片，该工艺与z型叠片类似，只是正负极片均在两侧出极耳或者正负极片在电信的一侧出两个极耳，该工艺可有效解决叠片层数过多引起极耳焊接区域过厚的问题，但是叠片速度仍然较低。

技术实现要素：

本发明实施例的一个目的在于：提供一种锂离子电子高速叠片方法，其操作简单，叠片速度快，生产效率高。

本发明实施例的另一个目的在于：提供一种叠片装置，其结构简单，可有效简化叠片工序，提升生产效率。

本发明实施例的又一个目的在于：提供一种锂离子电池。

为达此目的，本发明实施例采用以下技术方案：

第一方面，提供一种锂离子电池高速叠片方法，包括以下步骤：

步骤s100、提供隔膜卷，使所述隔膜卷上的隔膜放卷至传送带上；

步骤s200、在所述隔膜上间隔放置n组正极片组件和n组负极片组件，每组所述正极片组件包括m个间隔设置的正极片，每组所述负极片组件包括m个间隔设置的负极片，其中，m和n均不小于2；

步骤s300、使所述正极片和所述负极片与所述隔膜热压粘合；

步骤s400、将放置有所述正极片和所述负极片的所述隔膜卷绕形成卷芯；

步骤s500、对所述卷芯进行热压；

步骤s600、对热压后的卷芯进行分切，形成m个电芯坯体。

作为锂离子电池高速叠片方法的一种优选方案，在所述步骤s300中，使用热压辊对所述正极片和所述负极片进行热压。

作为锂离子电池高速叠片方法的一种优选方案，所述热压辊的外周沿周向均匀分布有若干热压凸部，所述热压凸部具有与极片远离所述隔膜的一侧面贴合的弧形表面，相邻所述热压凸部之间具有隔离槽，所述热压辊转动时，每个所述热压凸部均能择一贴合所述极片。

作为锂离子电池高速叠片方法的一种优选方案，在对所述卷芯进行热压前，采用绑带对所述卷芯进行捆扎；在对所述卷芯热压后，解除所述绑带。

作为锂离子电池高速叠片方法的一种优选方案，在捆扎后的所述卷芯的表面划制热压方向线。

作为锂离子电池高速叠片方法的一种优选方案，对热压后的所述卷芯进行分切时，采用激光机构对所述卷芯进行分切。

作为锂离子电池高速叠片方法的一种优选方案，对热压后的所述卷芯进行分切前，预先在所述卷芯的外周绘制分切标记线。

第二方面，提供一种锂离子电池高速叠片装置，包括：

隔膜上料机构，包括上料辊、张紧辊和传送带，所述上料辊用于支撑隔膜卷，所述张紧辊用于张紧所述隔膜，所述传送带具有相对设置的第一端和第二端，所述上料辊和所述张紧辊邻近于所述第一端，所述隔膜卷上的所述隔膜铺设于所述传送带上，并可随所述传送带移动；

极片上料机构，与所述传送带间隔设置，所述极片上料机构位于所述第一端与所述第二端之间，用于将模切好的正极片和负极片输送至位于所述传送带上的隔膜上；

第一热压机构，设置于所述传送带的上方并位于所述极片上料机构和所述第二端之间；

卷绕机构，设置于所述第二端，用于将铺设有所述正极片和所述负极片的所述隔膜卷绕形成卷芯；

第二热压机构，设置于所述卷绕机构远离所述传送带的一侧，用于热压所述卷芯；

分切机构，设置于所述第二热压机构远离所述卷绕机构的一侧，用于将热压后所述卷芯分切为至少两个电芯坯体。

作为锂离子电池高速叠片装置的一种优选方案，所述卷绕机构包括卷绕轴和驱动所述卷绕轴转动的第一驱动机构，所述卷绕机构和所述第二热压机构之间还设置卷芯下料机构，所述卷芯下料机构包括沿竖直方向间隔设置的上卡爪和下卡爪，所述上卡爪与所述下卡爪之间设置下料中间托盘，所述下料中间托盘可插入至所述卷芯的中部。

第三方面，提供一种锂离子电池，采用所述的锂离子电池高速叠片方法制造成型。

本发明实施例的有益效果为：通过卷绕的方式卷绕铺设有极片的隔膜，可以一次性铺设多个极片，且卷绕并热压后再进行分切，可以一次性成型多个电芯坯体，极大地提升了生产效率，同时此叠片方法不会影响整个锂离子电池生产的前后工艺，易于替换传统工艺，生产成本低；通过在极片放置后单独进行一次热压，使得极片与隔膜的贴合程度更高，完全杜绝极片发生位置偏移，提升整个制造时的精度。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例的锂离子电池高速叠片装置的结构原理示意图。

图2为本发明实施例的隔膜上料机构的结构原理示意图。

图3为本发明实施例的隔膜与极片热压及卷绕的过程示意图。

图4为本发明实施例的极片上料机构的结构原理示意图。

图5为本发明实施例的第一热压机构热压极片和隔膜的过程示意图。

图6为本发明实施例的卷芯下料机构的结构原理示意图。

图7为本发明实施例的第二热压机构的结构原理示意图。

图8为本发明实施例的卷芯卷绕成型后的结构示意图。

图9为本发明实施例的卷芯热压后的结构示意图。

图10为本发明实施例的卷芯分切为电芯坯体后的结构示意图。

图中：

1、隔膜上料机构；101、上料辊；102、张紧辊；103、传送带；104、主动轮；105、从动轮；

2、极片上料机构；201、线性移动模组；202、驱动气缸；203、吸盘座；204、吸盘；205、极片上料盒；206、定位板；207、定位相机；

3、第一热压机构；301、热压辊；3011、热压凸部；3012、弧形表面；3013、隔离槽；

4、卷绕机构；401、卷绕轴；402、转动盘；403、支撑组件；

5、第二热压机构；501、第一热压板；502、第二热压板；

6、分切机构；

7、卷芯下料机构；701、上卡爪；702、下卡爪；703、下料中间托盘；704、下料机架；

8、隔膜卷；801、隔膜；9、正极片；10、负极片；11、卷芯；12、电芯坯体。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1至10所示，本发明实施例提供一种锂离子电池高速叠片方法，包括以下步骤：

步骤s100、提供隔膜卷8，使所述隔膜卷8上的隔膜801放卷至传送带103上；

步骤s200、在所述隔膜801上间隔放置n组正极片组件和n组负极片组件，每组所述正极片组件包括m个间隔设置的正极片9，每组所述负极片组件包括m个间隔设置的负极片10，其中，m和n均不小于2；

步骤s300、使所述正极片9和所述负极片10与所述隔膜801热压粘合；

步骤s400、将放置有所述正极片9和所述负极片10的所述隔膜801卷绕形成卷芯11；

步骤s500、对所述卷芯11进行热压；

步骤s600、对热压后的卷芯11进行分切，形成m个电芯坯体12。

通过卷绕的方式卷绕铺设有极片的隔膜801，可以一次性铺设多个极片，且卷绕并热压后再进行分切，可以一次性成型多个电芯坯体12，极大地提升了生产效率，同时此叠片方法不会影响整个锂离子电池生产的前后工艺，易于替换传统工艺，生产成本低；通过在极片放置后单独进行一次热压，使得极片与隔膜801的贴合程度更高，完全杜绝极片发生位置偏移，提升整个制造时的精度。

一实施例中，在所述步骤s300中，使用热压辊301对所述正极片9和所述负极片10进行热压。滚动式的热压辊301可以减少与正极片9和负极片10的摩擦，防止正极片9和负极片10在热压时被带动移位。

在本实施例中，参照图5，所述热压辊301的外周沿周向均匀分布有若干热压凸部3011，所述热压凸部3011具有与极片远离所述隔膜801的一侧面贴合的弧形表面3012，相邻所述热压凸部3011之间具有隔离槽3013，所述热压辊301转动时，每个所述热压凸部3011均能择一贴合所述极片。间隔设置的热压凸部3011，可以在热压辊301转动时仅抵压一个极片，隔离槽3013可以使热压辊301在转动至相邻两个极片之间时，加大热压辊301与隔膜801的间隙，防止热压辊301与隔膜801直接接触。

一实施例中，在对所述卷芯11进行热压前，采用绑带对所述卷芯11进行捆扎；在对所述卷芯11热压后，解除所述绑带。绑带捆扎可以有效防止卷芯11在热压前发生松动，进而防止极片位置发生偏移。

在本实施例中，在捆扎后的所述卷芯11的表面划制热压方向线。通过划制热压方向线，可以对后续热压进行指引，防止热压方向错误而导致的极片损坏。

一实施例中，对热压后的所述卷芯11进行分切时，采用激光机构(即分切机构6)对所述卷芯11进行分切。

在本实施例中，对热压后的所述卷芯11进行分切前，预先在所述卷芯11的外周绘制分切标记线。分切标记线可以准确地指示出分切的位置，保证分切位置的准确性，使分切成型的电芯坯体12良品率高。

本发明实施例还提供一种锂离子电池高速叠片装置，参照图1至10，离子电池高速叠片装置包括隔膜上料机构1、极片上料机构2、第一热压机构3、卷绕机构4、第二热压机构5和分切机构6，其中，隔膜上料机构1包括上料辊101、张紧辊102和传送带103，所述上料辊101用于支撑隔膜卷8，所述张紧辊102用于张紧所述隔膜801，所述传送带103具有相对设置的第一端和第二端，所述上料辊101和所述张紧辊102邻近于所述第一端，所述隔膜卷8上的所述隔膜801铺设于所述传送带103上，并可随所述传送带103移动；极片上料机构2与所述传送带103间隔设置，所述极片上料机构2位于所述第一端与所述第二端之间，用于将模切好的正极片9和负极片10输送至位于所述传送带103上的隔膜801上；第一热压机构3设置于所述传送带103的上方并位于所述极片上料机构2和所述第二端之间；卷绕机构4设置于所述第二端，用于将铺设有所述正极片9和所述负极片10的所述隔膜801卷绕形成卷芯11；第二热压机构5设置于所述卷绕机构4远离所述传送带103的一侧，用于热压所述卷芯11；分切机构6设置于所述第二热压机构5远离所述卷绕机构4的一侧，用于将热压后所述卷芯11分切为至少两个电芯坯体12。通过设置传送带103输送隔膜801，可以在输送隔膜801的同时利用极片上料机构2在隔膜801上间隔设置多组正极片组件和多组负极片组件，每组正极片组件和每组负极片组件分别含多个正极片9和多个负极片10，实现一次铺设多个极片，而设置卷绕机构4可以将铺设有极片的隔膜801卷绕形成卷芯11，再通过第二热压机构5热压后进行分切，分切机构6可以直接将卷芯11分切为至少两个电芯坯体12，极大地提升了生产效率；通过设置第一热压机构3，可以在卷绕前对极片逐一与隔膜801热压，增加极片与隔膜801贴合紧密性，防止极片位置发生偏移。

具体地，参照图2，隔膜上料机构1还包括主动轮104和从动轮105，传送带103套设在间隔设置的主动轮104和从动轮105上，驱动电机的输出轴端与主动轮104传动连接，以驱动主动轮104转动，进而主动轮104带动传送带103按照设定轨迹移动，实现对隔膜801的输送。传送带103不仅可以对隔膜801进行输送，还可以拉动隔膜801使隔膜卷8放卷，进而使隔膜801在移动的同时源源不断地铺设在传送带103上，可以实现不间断的生产，提高生产效率，同时传送带103还可以对隔膜801进行支撑，在极片放置后，还可以为第一热压机构3的热压提供支承力，保证极片与隔膜801能够贴合紧密。

一实施例中，参照图6，所述卷绕机构4包括卷绕轴401和驱动所述卷绕轴401转动的第一驱动机构，所述卷绕机构4和所述第二热压机构5之间还设置卷芯下料机构7，所述卷芯下料机构7包括沿竖直方向间隔设置的上卡爪701和下卡爪702，所述上卡爪701与所述下卡爪702之间设置下料中间托盘703，所述下料中间托盘703可插入至所述卷芯11的中部。通过设置下料中间托盘703，可以将下料中间托盘703插入到卷芯11的中部的孔内，后续第二热压机构5在对卷芯11进行热压时，可以有效防止卷芯11中部的孔内粘合，便于后续电芯坯体12的分离。在本发明中，电芯坯体12是指正极片9、负极片10和隔膜801组成的结构，具体地，隔膜801设置有多层，相邻两层隔膜801之间设置极片，相邻两个极片的极性不同，即正极片9和负极片10交替设置在由若干隔膜801堆叠的隔膜层内。

具体地，卷绕轴401的截面呈矩形，矩形的卷绕轴401可以使隔膜801和极片在卷绕时形成截面呈类似于矩形的结构，便于后续热压成型以及分切。

所述卷绕机构4还包括转动盘402，所述转动盘402的中心设置转轴(图上未示出)，所述转轴连接转轴驱动机构(图上未示出)，所述转轴驱动机构可驱动所述转轴和所述转动盘402绕所述转轴的轴线转动，所述转动盘402靠近所述传送带103的一侧至少环形设置两个卷绕组件，所述卷绕组件包括驱动电机和设置在所述驱动电机输出轴端的所述卷绕轴401，所述驱动电机与所述转动盘402之间通过弹性连接件(图上未示出)连接，所述弹性连接件始终具有驱动所述卷绕轴401朝向所述传送带103移动的运动趋势。转动盘402的设置可以实现至少两个卷绕轴401工位切换，进而满足不间断的卷绕工作；通过设置弹性连接件，可以将驱动卷绕轴401的驱动电机朝向传送带103贴合，便于卷绕轴401能顺利地将传送带103上的隔膜801卷绕。

进一步地，所述卷绕机构4还包括支撑组件403，所述支撑组件403包括底座，所述底座与所述转动盘402分别位于所述传送带103的两侧，所述底座上设置有连接座，所述连接座上设置有可水平方向移动的支撑部，所述支撑部选择性支撑所述卷绕轴401远离所述驱动电机的一侧，所述连接座与所述底座之间设置所述弹性连接件。通过设置支撑组件403，可以对卷绕轴401的另一端进行支撑，保证卷绕轴401的轴线始终平行于传送带103；通过设置可沿水平方向移动的支撑部，可以选择支撑部对卷绕轴401进行支撑，或者支撑部脱离卷绕轴401，转动盘402可以转动切换未卷绕有隔膜801和极片的卷绕轴401。

卷芯下料机构7还包括下料机架704，所述下料机架704上环形设置一圈传送链(图上未示出)，所述传送链上间隔设置若干所述下料中间托盘703，所述上卡爪701和下卡爪702设置在所述下料机架704靠近所述转动盘402的一侧，下料中间托盘703在转动的传动链的作用下可以择一移动至上卡爪701与下卡爪702之间，以接收来自转动盘402上卷芯11。

进一步地，下料中间托盘703通过转动电机安装于传动链上，转动电机的输出轴端连接此下料中间托盘703的一端，下料中间托盘703的另一端悬空设置，下料中间托盘703的截面呈矩形，尺寸略小于卷绕轴401的尺寸，在转动电机的驱动下，下料中间托盘703可沿转动电机的输出轴线转动，以实现水平和竖直方向的切换，在下料中间托盘703移动至上卡爪701和下卡爪702之间时，下料中间托盘703位于水平状态，下料中间托盘703保持水平状态移动至第二热压机构5处进行热压，便于热压操作，而当下料中间托盘703移动至分切机构6处时，为了便于分切，转动电机驱动下料中间托盘703转动90度。

参照图7，第二热压机构5包括平行设置的第一热压板501和第二热压板502，第一热压板501和第二热压板502均平行于水平面，二者可在动力机构的驱动下相互靠近或相互远离，当第一热压板501和第二热压板502相互靠近时，卷芯11可被热压。可选地，第一热压板501和第二热压板502可以分别采用气缸驱动实现竖直方向的移动。在其他实施例中，还可以采用电机和传动机构的组合结构驱动两个热压板沿竖直方向移动，驱动的结构不做限制，只要能实现两个热压板相对移动实现靠近和远离，满足热压的需求即可。

一实施例中，所述极片上料机构2设有两个，两个所述极片上料机构2分别设置在所述传送带103的两侧，其中一个所述极片上料机构2用于实现所述正极片9的上料，另一个所述极片上料机构2用于实现所述负极片10的上料。正极片9和负极片10分别进行上料，可以提升上料速度。

在本实施例中，所述极片上料机构2包括线性移动模组201、驱动气缸202、吸盘204、极片上料盒205、定位板206和定位相机207，所述驱动气缸202设置在所述线性移动模组201的滑台上，所述驱动气缸202的活塞杆端部设置有吸盘座203，所述驱动气缸202可驱动所述吸盘座203沿竖直方向移动，所述吸盘座上203至少间隔设置两个所述吸盘204(吸盘座203上的吸盘204的数量和位置与正极片9的数量和间距相对应)，所述吸盘204连接有电磁阀，所述电磁阀与控制器电连接，以驱动所述吸盘204选择性吸附极片，所述极片上料盒205内存放有若干所述正极片9或所述负极片10，所述极片上料盒205设置在所述传送带103的一侧，所述定位板206设置在所述极片上料盒205与所述传送带103之间，且所述定位板206与所述极片上料盒205、所述定位板206与传送带103之间的间距相等，所述定位相机207固定在所述线性移动模组201上，且所述定位相机207的位置与定位板206的位置正对，所述线性移动模组201和所述定位相机207均与所述控制器电连接。通过设置定位板206和定位相机207，可以将在吸盘204从极片上料盒205内吸出极片时对极片的位置进行调整，极片调整好位置后再通过吸盘204吸附到传送带103上，可以使位于传送带103的隔膜801上的极片的位置准确。

一实施例中，所述第一热压机构3的热压辊301通过第二驱动机构驱动，以实现热压辊301绕自身轴线转动实现热压，所述热压辊301的轴线平行于所述传送带103，且与极片的输送方向垂直，所述第二驱动机构与控制器电连接。

本发明实施例的锂离子电池高速叠片方法及装置可以一次成型至少两个电芯坯体12，当需要一次成型两个电芯坯体12时，其中一个极片上料机构2每次同时上料两个正极片9，另一个极片上料机构2每次同时上料两个负极片10，卷绕机构4卷绕时，卷绕轴401截面呈矩形，卷绕轴401的相对的两侧分别依次间隔堆叠正极片9和负极片10(参照图)，而卷绕轴401的另外的两个侧面则仅有堆叠的隔膜801，在分切时，分切机构6对仅有隔膜801的一侧面进行切割，将卷芯11分切为两个电芯坯体12。本方案还可以一次成型三个或者三个以上的电芯坯体12，当需要成型上述数量的电芯坯体12时，根据电芯坯体12的数量需求调整极片上料机构2一次上料的正极片9或负极片10的数量，或者调整正极片组件和负极片组件内包含的正极片9或负极片10的数量，选择多次上料的方式，且根据需要一次成型的电芯坯体12的数量调整卷绕轴401和下料中间托盘703的形状，以及下料中间托盘703在移动至分切机构6时旋转的角度，比如，当需要一次成型3个电芯坯体12时，卷绕轴401和下料中间托盘703的截面形状为等边三角形，下料中间托盘703在移动至分切机构6时旋转的角度为60度；当需要一次成型4个电芯坯体12时，卷绕轴401和下料中间托盘703的截面形状为正方形，下料中间托盘703在移动至分切机构6时旋转的角度为45度等。

本发明实施例还提供一种锂离子电池，其采用如上任意实施例的锂离子电池高速叠片方法或者任意实施例所述的锂离子电池高速叠片装置制造成型。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。