叠片电芯制作控制方法、叠片电芯和锂电池与流程

本发明涉及电池制造技术领域，具体而言，涉及一种叠片电芯制作控制方法、叠片电芯和锂电池。

背景技术：

复合式叠片属于叠片电芯制作工艺的一种，为了提升叠片效率，研发出了折叠式复合叠片工艺。但该折叠式复合叠片工艺存在以下问题：

在折叠式复合叠片电芯制作过程中，因第一极片间存在间隙，间隙处是柔性的隔膜连接。当复合单元进行折叠过程中，无法准确控制隔膜折弯点位置，从而导致整个电芯对齐度的变化。若对齐度较差，会导致电芯产品质量下降；当出现第一极片不能完全覆盖第二极片的时候，将产生不符合产品品质要求的叠片电芯。

技术实现要素：

本发明的目的包括，例如，提供了一种叠片电芯制作控制方法、叠片电芯和锂电池，其能够提高叠片后电芯的对齐度，从而提高电芯制作良率以及产品整体质量。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明实施例提供一种叠片电芯制作控制方法，包括：

控制第一极片的宽度的精度为第一精度±a1；

控制第二极片的宽度的精度为第一精度±a1；

控制相邻两个所述第一极片之间的间距δ1的精度为第二精度±a2；

控制所述第一极片的端部与所述第二极片的端部之间的间距δ2的精度为第三精度±a3；

控制所述第一精度±a1、所述第二精度±a2和所述第三精度±a3，保证叠片后的叠片电芯满足预设的对齐度。

在可选的实施方式中，所述控制所述第一精度±a1、所述第二精度±a2和所述第三精度±a3，保证叠片后的叠片电芯满足预设的对齐度的步骤包括：

控制所述第一极片的厚度为ta，控制所述第二极片的厚度为tc，控制隔膜的厚度为ts；

计算相邻两个所述第一极片之间的间距δ1的最小值δ1x：

δ1x＝4ts+2ta+tc；

计算相邻两个所述第一极片之间的间距δ1的最大值δ1s：

δ1s＝δ1x+2a2。

在可选的实施方式中，所述计算相邻两个所述第一极片之间的间距δ1的最大值δ1s的步骤包括：

叠片后的层叠方向上，上一层所述第一极片端部与相邻的下一层所述第一极片的端部之间的极限偏移距离为o；

在所述极限偏移距离情况下，所述隔膜的长度为l；则满足：

l＝δ1s-(3ts+ta)；

l²＝o²+(ts+ta+tc)²。

在可选的实施方式中，所述控制第一极片的宽度的精度为第一精度±a1的步骤包括：

控制所述第一极片的切割宽度w1。

在可选的实施方式中，所述控制第二极片的宽度的精度为第一精度±a1的步骤包括：

控制所述第二极片的切割宽度w2。

第二方面，本发明实施例提供一种叠片电芯，包括第一极片、第二极片、第一隔膜和第二隔膜；叠片前，所述第一极片等间距地设置在所述第一隔膜和所述第二隔膜之间，相邻两个所述第二极片中，其中一个所述第二极片设于所述第一隔膜远离所述第一极片的一侧，另一个所述第二极片设于所述第二隔膜远离所述第一极片的一侧；所述第二极片与所述第一极片形成层叠设置；

所述第一极片的宽度的精度为第一精度±a1；所述第二极片的宽度的精度为第一精度±a1；相邻两个所述第一极片之间的间距为δ1，所述间距δ1的精度为第二精度±a2；所述第一极片的端部与所述第二极片的端部之间的间距δ2的精度为第三精度±a3，以使叠片后的叠片电芯满足预设的对齐度。

在可选的实施方式中，所述第一极片为阳极，即负极，所述第二极片为阴极，即正极；

或者，所述第一极片为阴极，即正极，所述第二极片为阳极，即负极。

在可选的实施方式中，所述第一极片的厚度为ta，所述第二极片的厚度为tc，所述第一隔膜和所述第二隔膜的厚度分别为ts；

相邻两个所述第一极片之间的间距δ1的最小值为δ1x：

δ1x＝4ts+2ta+tc；

相邻两个所述第一极片之间的间距δ1的最大值为δ1s：

δ1s＝δ1x+2a2。

在可选的实施方式中，叠片后，在层叠方向上，上一层所述第一极片端部与相邻的下一层所述第一极片的端部之间的极限偏移距离为o；在所述极限偏移距离情况下，所述隔膜的长度为l；则满足：

l＝δ1s-(3ts+ta)；

l²＝o²+(ts+ta+tc)²。

第三方面，本发明实施例提供一种锂电池，包括前述实施方式中任一项所述的叠片电芯。所述叠片电芯包括第一极片、第二极片、第一隔膜和第二隔膜；叠片前，所述第一极片等间距地设置在所述第一隔膜和所述第二隔膜之间，所述第二极片与所述第一极片层叠设置，且所述第二极片与所述第一极片之间间隔所述第一隔膜或所述第二隔膜；

所述第一极片的宽度的精度为第一精度±a1；所述第二极片的宽度的精度为第一精度±a1；相邻两个所述第一极片之间的间距为δ1，所述间距δ1的精度为第二精度±a2；所述第一极片的端部与所述第二极片的端部之间的间距δ2的精度为第三精度±a3，以使叠片后的电芯满足预设的对齐度。

本发明实施例的叠片电芯制作控制方法、叠片电芯和锂电池，其有益效果包括，例如：

本发明实施例提供的叠片电芯制作控制方法，通过控制第一极片的宽度的第一精度±a1，第二极片的宽度的第一精度±a1，相邻两个第一极片之间的间距δ1的第二精度±a2以及第一极片的端部与第二极片的端部之间的间距的第三精度±a3，确保叠片后在层叠方向上，相邻两个第一极片的对齐度满足要求，相邻两个第二极片的对齐度满足要求，确保第一极片完全覆盖在第二极片上，提升叠片电芯制作过程的良率，提高叠片电芯品质。

该叠片电芯采用上述叠片电芯制作控制方法进行叠片，能够确保对相邻两个第一极片之间的间距δ1的精确控制，实现叠片后在层叠方向上，提高相邻两个第一极片的对齐度以及相邻两个第二极片的对齐度，制作出满足对齐度要求的合格叠片电芯，进而提升叠片电芯制作过程的良率，提高叠片电芯品质。

本发明实施例提供的锂电池，包括上述的叠片电芯，由于叠片电芯的对齐度高，品质好，有利于提升锂电池产品的质量，产品良率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明具体实施例提供的叠片电芯折叠前的一种结构示意图；

图2为本发明具体实施例提供的叠片电芯折叠前的另一种结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的叠片电芯折叠后的最优状态的结构示意图；

图4为图3中b处的局部视图；

图5为本发明具体实施例提供的叠片电芯折叠后的极限偏差状态的结构示意图；

图6为图5中c处的局部视图。

图标：110-第一极片；120-第二极片；130-隔膜；131-第一隔膜；133-第二隔膜。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

现有的折叠式复合叠片电芯制作工艺中，由于多个第一极片之间存在间隙，间隙处是通过柔性的隔膜连接。当复合单元进行折叠过程中，无法准确控制隔膜折弯点位置，会导致整个电芯对齐度的变化。若对齐度不能满足要求，或出现第一极片不能完全覆盖第二极片的时候，将产生不符合产品品质要求的叠片电芯。

为了克服现有技术中的缺陷，本申请提出了一种叠片电芯制作控制方法，能够提高叠片后叠片电芯的对齐度，提升叠片电芯产品制作的良率，提高叠片电芯产品品质。

图1为本发明具体实施例提供的叠片电芯折叠前的结构示意图，请参考图1。

本发明实施例提供了一种叠片电芯制作控制方法和叠片电芯，叠片电芯包括第一极片110、第二极片120、第一隔膜131和第二隔膜133。叠片前，第一极片110等间距地设置在第一隔膜131和第二隔膜133之间，第二极片120与第一极片110层叠设置，且第二极片120与第一极片110之间间隔第一隔膜131或第二隔膜133。可选的，叠片前，相邻两个第二极片120中，其中一个第二极片120设于第一隔膜131远离第一极片110的一侧，另一个第二极片120设于第二隔膜133远离第一极片110的一侧。其中，第一极片110和第二极片120，一个为阳极，一个为阴极；本实施例中，如图1所示，第一极片110为阳极，即负极，第二极片120为阴极，即正极。

或者，在其他可选的实施例中，如图2所示，第一极片110为阴极，即正极；第二极片120为阳极，即负极；第二极片120等间距地设于第一隔膜131和第二隔膜133之间，第一极片110在两层隔膜130的外侧等间距、上下交错分布，只要满足第一极片110和第二极片120中，其中一个为正极，另一个为负极即可，这里不作具体限定。

本实施例中，第一极片110的宽度为w1，第二极片120的宽度为w2，第一极片110的宽度大于第二极片120的宽度，使得第一极片110完全覆盖第二极片120，即第二极片120在第一极片110上的正投影完全处于第一极片110上。可选地，第一极片110的宽度w1的精度为第一精度±a1；第二极片120的宽度w2的精度为第一精度±a1；相邻两个第一极片110之间的间距为δ1，间距δ1的精度为第二精度±a2；第一极片110的端部与第二极片120的端部之间的间距δ2的精度为第三精度±a3，以使叠片后的电芯满足预设的对齐度要求。对齐度是指多个第一极片110和第二极片120折叠后，在层叠方向即垂直方向上，相邻两个第一极片110的端部对齐的程度，即上一层第一极片110的端部与相邻的下一层的第一极片110的端部之间的距离，以及相邻两个第二极片120的端部对齐的程度，即上一层第二极片120的端部与相邻的下一层的第二极片120的端部之间的距离。折叠后最理想的情况，即上一层第一极片110的端部与相邻的下一层的第一极片110的端部之间的距离为零，上一层第二极片120的端部与相邻的下一层的第二极片120的端部之间的距离为零，且第一极片110完全覆盖第二极片120，第二极片120的两端分别至第一极片110两端的距离相等，即第二极片120的中心与第一极片110的中心重合。

图3为本发明具体实施例提供的叠片电芯折叠后的最优状态的结构示意图，图4为图3中b处的局部视图；图5为本发明具体实施例提供的叠片电芯折叠后的极限偏差状态的结构示意图，图6为图5中c处的局部视图；请参照图3至图6。

详细地，本发明实施例提供的叠片电芯制作控制方法，具体包括：

控制第一极片110的宽度w1的精度为第一精度±a1；控制第二极片120的宽度w2的精度为第一精度±a1。可选地，可以通过控制第一极片110和第二极片120的切割精度来控制第一精度±a1，在制作过程中，第一极片110的切割宽度为w1，控制切割精度为±a1。第二极片120的切割宽度为w2，控制切割精度为±a1。

控制相邻两个第一极片110之间的间距δ1的精度为第二精度±a2，控制第一极片110的端部与第二极片120的端部之间的间距δ2的精度为第三精度±a3；通过控制第一精度±a1、第二精度±a2和第三精度±a3，以使叠片后的叠片电芯满足预设的对齐度要求，提高叠片电芯品质。

进一步地，控制第一极片110的厚度为ta，控制第二极片120的厚度为tc，控制隔膜130的厚度为ts，第一隔膜131和第二隔膜133的材质相同，厚度相同，分别为ts；则可以计算相邻两个第一极片110之间的间距δ1的最小值δ1x和相邻两个第一极片110之间的间距δ1的最大值δ1s：

δ1x＝4ts+2ta+tc；

δ1s＝δ1x+2a2。

可以理解，当相邻两个第一极片110之间的间距δ1为最小值δ1x时，表明相邻两个第一极片110的端部完全对齐，此时，最小间距δ1x即为折叠后，两个第一隔膜131的厚度2ts、两个第二隔膜133的厚度2ts、两个第一极片110的厚度2ta与一个第二极片120的厚度tc之和，即δ1x＝4ts+2ta+tc。

当相邻两个第一极片110之间的间距δ1为最大值δ1s时，表明在最小间距δ1x的基础上，增加最大上偏差和最大下偏差距离，即两倍的第二精度a2，第二精度a2表示相邻两个第一极片110之间的间距δ1的精度，这样可得δ1s＝δ1x+2a2。

可选的，当相邻两个第一极片110之间的间距δ1为最大值δ1s时，即叠片后的相邻两个第一极片110的端部之间有偏移距离，在层叠方向上即垂直隔膜130的方向上，若上一层第一极片110端部与相邻的下一层第一极片110的端部之间的极限偏移距离为o；并且在极限偏移距离情况下，隔膜130的长度为l；则满足：

l＝δ1s-(3ts+ta)；

l²＝o²+(ts+ta+tc)²，或写成o²＝l²-(ts+ta+tc)²

其中，相邻两个第一极片110之间的最大间距δ1s可以看成是隔膜130长度l以及三个隔膜130(两个第一隔膜131、一个第二隔膜133)的厚度与一个第一极片110的厚度之和，即δ1s＝l+(3ts+ta)，等式变形后为l＝δ1s-(3ts+ta)。将δ1s＝δ1x+2a2、δ1x＝4ts+2ta+tc带入等式l＝δ1s-(3ts+ta)中，化简结果为l＝ts+ta+tc+2a2。

此外，由图6可知，一个隔膜130、一个第一极片110和一个第二极片120的厚度之和(ts+ta+tc)、隔膜130长度l以及极限偏移距离o构成了直角三角形的三条边，利用勾股定理则可得出o²＝l²-(ts+ta+tc)²。

通过上述的计算公式可以看出，通过控制极限偏移距离o在预设范围内，即可满足电芯折叠后的对齐度。而隔膜130长度l以及隔膜130厚度ts、第一极片110厚度ta和第二极片120厚度tc决定了极限偏移距离o；其中，隔膜130厚度ts、第一极片110厚度ta和第二极片120厚度tc由生产的原材料决定，在叠片过程中可视为固定值，这样隔膜130长度l就成为控制极限偏移距离o的关键参数。通过前述分析，l＝ts+ta+tc+2a2，即控制相邻两个所述第一极片110之间的间距精度a2即可。

结合实际数据验证进行说明，可选地，生产中，隔膜130厚度ts＝14um、第一极片110厚度ta＝140um、第二极片120厚度tc＝150um；计算相邻两个第一极片110之间的间距δ1的最小值δ1x＝4ts+2ta+tc＝486um＝0.486mm。假设现有精度的控制水平a1＝a2＝a3＝0.2mm；则隔膜130长度l＝0.704mm；极限偏移距离o＝(0.704²-0.304²)^1/2＝0.635mm。

相邻两个第一极片110的对齐度误差a1＝o+2a1＝1.035mm；相邻两个第二极片120的对齐度误差a2＝a1+a3＝1.235mm；整个电芯对齐度存在误差累计的可能，由此可以看出，折叠后的叠片电芯还与第一精度±a1、第三精度有关±a3。因此，提高第一极片110的宽度精度±a1、第二极片120的宽度精度±a1以及第一极片110的端部与第二极片120的端部之间的间距精度±a3，有利于降低叠片后电芯的对齐度误差，提高叠片电芯对齐度。当第一极片110的宽度w1的第一精度±a1＝±0.2mm，第二极片120的宽度w2的第一精度±a1＝±0.2mm的情况下，当相邻两个第一极片110之间的间距δ1>0.809mm时，将出现第二极片120端部超出第一极片110端部的情形，即第一极片110不能完全覆盖第二极片120，此时的电芯叠片不满足合格要求。因此，需要将第一精度±a1、第二精度±a2以及第三精度±a3提高，提升相邻第一极片110和第二极片120对齐度误差理论极限值，比如将相邻第一极片110和第二极片120对齐度误差理论极限值提升至1.2mm以内，可以有效控制折叠后电芯的对齐度。此外，还可以在折叠过程中使用折页机构控制隔膜130的弯折角度，避免累积误差。进一步地，还可以在折叠过程中采用限外机构，控制隔膜130弯折点的准确度以及限制第一极片110和第二极片120两侧的位置，可以有效控制折叠后电芯的对齐度，提升电芯品质和生产良率。

本发明实施例还提供了一种锂电池，采用了上述的叠片电芯，该叠片电芯采用上述的叠片电芯制作控制方法，通过对第一极片110的宽度精度±a1、第二极片120的宽度精度±a1、相邻两个第一极片110之间的间距精度±a2以及第一极片110的端部与第二极片120的端部之间的间距精度±a3进行控制，提升电芯折叠后的对齐度，进而提高电芯制作的良率，提高电芯生产品质。

综上所述，本发明实施例提供了一种叠片电芯制作控制方法、叠片电芯和锂电池，其具有以下几个方面的有益效果：

本发明实施例提供的叠片电芯制作控制方法，通过控制第一极片110的宽度精度±a1、第二极片120的宽度精度±a1、相邻两个第一极片110之间的间距精度±a2以及第一极片110的端部与第二极片120的端部之间的间距精度±a3，可以制定出合理的相邻两个第一极片110之间的间距δ1，从而确保折叠后的电芯具有良好的对齐度，提高电芯品质和制作过程中的良率。此外，还可以通过设置折叠时的限位机构以及控制折页机构的折叠角度，进一步提高折叠后电芯的对齐度。

本发明实施例提供的叠片电芯，采用上述的叠片电芯制作控制方法，能够确保折叠后电芯的对齐度，提升产品制作良率以及电芯品质。

本发明实施例提供的锂电池，包括上述的叠片电芯，由于叠片电芯的对齐度好，产品品质好，该锂电池合格率高、运行稳定可靠，使用寿命长。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。