一种锂离子电池的叠片工装及叠片方法与流程

1.本发明涉及锂离子电池制造技术领域，具体为一种锂离子电池的叠片工装及叠片方法。


背景技术：

2.锂离子电池通常采用叠片式电芯，通过将正极片、隔膜、负极片依次叠放后形成一个扁平、松散的立方体电芯，然后输出至下一个工序进行相应的操作。
3.目前，由于叠放后的立方体电芯呈松散状态，在向后工序移送过程中，极其容易发生正极片、负极片错位情况，若错位尺寸过大则可能会发生正极片与负极片(如图1所示)接触情况，进而在电池充放电时造成短路，甚至起火爆炸的安全事故。


技术实现要素：

4.为了解决正极片、隔膜、负极片依次叠放后形成的立方体电芯成松散状态，在向后工序移送过程由于发生错位的情况而导致电芯变形，或正极片与负极片接触发生短路情况等问题，本发明设计了一种结构简单、操作方便的锂离子电池的叠片工装及叠片方法，其能够保证叠放后形成的立方体电芯为一个整体，以避免由于正极片与负极片错位而引起的锂离子电池质量不合格的问题，也确保了锂离子电池的使用安全性。
5.实现发明目的的技术方案如下：
6.第一方面，本发明提供了一种锂离子电池的叠片工装，用于将正极片、负极片、带胶层隔膜多次叠放后形成电池电芯，叠片工装包括叠片台，叠片台上安装有压片结构，压片结构包括均匀分布在叠片台上叠片区外周的至少2个压片组件。
7.其中，压片组件包括支架，支架下端转动安装在叠片台上；支架上面向叠片区方向的位置沿竖直方向设有轨道，轨道上安装有叠片压块，且叠片压块内设有第一加热结构。
8.其中，叠片工装还包括控制结构，控制结构包括运动控制结构、第一加热控制结构，运动控制结构用于控制叠片压块变换与叠片区之间的位置，第一加热控制结构用于控制第一加热结构对叠片压块加热。
9.本发明通过对电池电芯的叠片工装进行设计，一方面通过设计压片组件及运动控制结构，方便叠片过程中将叠片压块及时移出或移入叠片区进行相应的操作；另一方面通过设计第一加热结构和第一加热控制结构，能够及时对各个阶段的叠放后的未成形叠放电池芯片进行加热，使带胶层隔膜的胶层融化将其两侧的正极片或负极片粘住，以避免后续操作中，正极片、负极片、带胶层隔膜之间发生移位而影响电池的质量。
10.进一步的，上述运动控制结构包括第一运动控制结构、第二运动控制结构，第一运动控制结构用于控制支架在叠片台的安装孔内转动，第二运动控制结构用于控制叠片压块在轨道上向上或向下移动。
11.进一步的，上述各叠片压块与未成形叠放电池芯片的接触面积为未成形叠放电池芯片表面积的1/15～1/30。
12.更进一步的，上述叠片压块为圆形、正方形、长方形中的一种。
13.在本发明的一个实施例中，叠片台内设有第二加热结构，第二加热结构位于叠片压块压持位置的正下方。
14.控制结构还包括第二加热控制结构，第二加热控制结构用于控制第二加热结构对叠片台加热。
15.第二方面，本发明还提供了一种锂离子电池的叠片方法，采用第一方面的叠片工装进行叠片操作，包括以下步骤：
16.s1、运动控制结构控制叠片压块移出叠片区，以消除叠片压块对叠片区的遮挡；
17.s2、在叠片台上，以带胶层隔膜、正极片、带胶层隔膜、负极片为一组进行多次叠片操作，形成未成形叠放电池芯片；
18.s3、运动控制结构控制叠片压块移动至叠片区正上方，并使叠片压块向下移动并压紧s2中未成形叠放电池芯片；
19.s4、第一加热控制结构启动对叠片压块加热，叠片压块对s3中未成形叠放电池芯片中各带胶层隔膜加热，使带胶层隔膜中胶层融化；
20.s5、加热结束，运动控制结构控制叠片压块移出叠片区，以消除叠片压块对叠片台上叠片区的遮挡，并使加热后未成形叠放电池芯片恢复至室温，带胶层隔膜将其两侧的正极片及负极片粘住；
21.s6、重复s2至s5，直至电池芯片成型。
22.本发明的锂离子电池的叠片方法，将电池芯片的叠片过程设计成以叠片、加热、降温为小组的多个阶段，通过第一加热结构对叠片压块加热，使叠片压块对与其靠近的各层带胶层隔膜进行加热，一方面能够确保各层带胶层隔膜能够将其两侧的正极片或负极片粘住，确保电池芯片内各层的稳定性；另一方面也能够不免下部已经粘接正极片或负极片的各层带胶层隔膜的胶层再次融化，而影响电池芯片的叠放效率和质量。
23.进一步的，上述步骤s4中第一加热控制结构的加热温度为70～130℃。
24.第三方面，本发明还提供了一种锂离子电池的叠片方法，采用第一方面的叠片工装进行叠片操作，包括以下步骤：
25.s1、运动控制结构控制叠片压块移出叠片区，以消除叠片压块对叠片台上叠片区的遮挡；
26.s2、在叠片台上，以带胶层隔膜、正极片、带胶层隔膜、负极片为一组进行多次叠片操作，形成未成形叠放电池芯片；
27.s3、运动控制结构控制叠片压块移动至叠片区正上方，并使叠片压块向下移动并压紧s2中未成形叠放电池芯片；
28.s4、第一加热控制结构启动对叠片压块加热，叠片压块对s3中未成形叠放电池芯片中各带胶层隔膜加热，使带胶层隔膜中胶层融化；
29.和/或第二启加热控制结构启动对叠片台加热，叠片台对s3中未成形叠放电池芯片中各带胶层隔膜加热，使带胶层隔膜中胶层融化；
30.s5、加热结束，运动控制结构控制叠片压块移出叠片区，以消除叠片压块对叠片区的遮挡，并使加热后未成形叠放电池芯片恢复至室温，带胶层隔膜将其两侧的正极片及负极片粘住；
31.s6、重复s2至s5，直至电池芯片成型。
32.本发明的锂离子电池的叠片方法，将电池芯片的叠片过程设计成以叠片、加热、降温为小组的多个阶段叠片操作，通过第一加热结构对叠片压块加热，和/或通过第二加热结构对叠片台进行加热，通过第一加热结构与第二加热结构的合理应用，使叠片压块对与其靠近的各层带胶层隔膜进行加热，一方面能够确保各层带胶层隔膜能够将其两侧的正极片或负极片粘住，确保电池芯片内各层的稳定性；另一方面也能够不免下部已经粘接正极片或负极片的各层带胶层隔膜的胶层再次融化，而影响电池芯片的叠放效率和质量。
33.进一步的，上述步骤s4中第一加热控制结构和第二加热控制结构的加热温度相同，且加热范围为70～130℃。
34.更进一步的，第二方面和第三方面中步骤s3中叠片压块的压紧力为200～1000n。
35.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
36.1.通过对电池电芯的叠片工装进行设计，通过压片组件及运动控制结构，能方便的将叠片压块及时移出或移入叠片区进行相应的操作，操作简单方便；同时第一加热结构和第一加热控制结构，能够及时对各个阶段的叠放后的未成形叠放电池芯片进行加热，使带胶层隔膜的胶层融化将其两侧的正极片或负极片粘住，以避免后续操作中，正极片、负极片、带胶层隔膜之间发生移位而影响电池的质量。
37.2.通过在叠片台内设计第二加热结构，在控制结构增加第二加热控制结构，能够实现第二加热结构与第一加热结构的合理搭配，进一步提高电池芯片的叠片效率。
38.3.本发明的叠放方法，采用以叠片、加热、降温为小组的多个阶段叠片操作，能够确保电池芯片中每一层的带胶层隔膜能够将其两侧的正极片或负极片粘住。
39.4.本发明的叠放方法中，可以通过第一加热结构与第二加热结构的搭配使用，确保每一层的带胶层隔膜能够将其两侧的正极片或负极片粘住，也能够避免已经粘接的正极片或负极片的带胶层隔膜的胶层反复融化，降低步骤s5中的降温时间，影响电池芯片的叠放效率。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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的附图。
41.图1为现有技术中电芯内正极片和负极片错位示意图；
42.图2为实施例1和实施例2中锂离子电池的叠片工装的俯视图；
43.图3为实施例1和实施例2中锂离子电池的叠片工装的侧视图；
44.其中，1.叠片台；2.压片组件；3.支架；4.轨道；5.叠片压块。
具体实施方式
45.下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进
行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
46.在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，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创造的限制。
47.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
48.实施例1：
49.本具体实施方式提供了一种锂离子电池的叠片工装，用于将正极片、负极片、带胶层隔膜多次叠放后形成电池电芯，
50.在本具体实施方式叠片工装的一种结构中，如图2及图3所示，叠片工装包括叠片台1，叠片台1上安装有压片结构，压片结构包括均匀分布在叠片台1上叠片区外周的至少2个压片组件2。
51.具体的，压片组件2是用来将未成形叠放电池芯片压紧在叠片台1上以进行后续的操作，压片组件2可以分布在未成形叠放电池芯片四周的任一位置。在压片组件2的分布位置中，以在未成形叠放电池芯片上对称设置压片组件2为最优选择，例如，如图3本发明的一种叠片工装示意图，图中在未成形叠放电池芯片的一侧面且靠近边角位置分别设计一个压片组件2，通过4个压片组件2能够很好的对未成形叠放电池芯片进行压持。
52.其中，如图2及图3所示压片组件2包括支架3，支架3下端转动安装在叠片台1上；支架3上面向叠片区方向的位置沿竖直方向设有轨道4，轨道4上安装有叠片压块5，且叠片压块5内设有第一加热结构(附图未画出)。
53.具体的，上述叠片压块5与未成形叠放电池芯片的接触面积为未成形叠放电池芯片表面积的1/15～1/30。由于本设计的目的是解决叠放后未成形叠放电池芯片散开或错位的问题，因此为了在保证粘接质量及效率的情况下控制操作成本，本具体实施方式对叠片压块5与未成形叠放电池芯片接触面积的限定。
54.更进一步的，本发明的叠片压块5可以为任意形状，择优选择的，为便于加工及安装本具体实施方式择优选择叠片压块5为圆形、正方形、长方形中的一种。
55.其中，叠片工装还包括控制结构(附图未画出)，控制结构包括运动控制结构、第一加热控制结构。
56.具体的，运动控制结构用于控制叠片压块5变换与叠片区之间的位置，运动控制结构控制叠片压块5移动，使其移出叠片区后进行叠片操作；或者移入叠片区后进行压紧操作。
57.进一步的，上述运动控制结构包括第一运动控制结构、第二运动控制结构，第一运动控制结构用于控制支架在叠片台的安装孔内转动，第二运动控制结构用于控制叠片压块5在轨道4上向上或向下移动。具体的，第一运动控制结构选用现有的驱动结构(例如电机、气缸等)，只要其能够实现支架3在叠片台1的安装孔内转动即可；第二运动控制结构同理，
选用现有的驱动结构，只要能够实现叠片压块5在轨道4上向上或向下移动即可。
58.具体的，第一加热控制结构用于控制第一加热结构对叠片压块5加热，第一加热结构可以为加热片或者加热丝，第一加热控制结构是用来对第一加热结构的加热温度及加热过程进行设定。
59.实施例2：
60.本具体实施方式提供了一种用于锂离子电池的叠片方法，采用实施例1中的叠片工装进行叠片操作，包括以下步骤：
61.s1、运动控制结构控制叠片压块移出叠片区，以消除叠片压块对叠片区的遮挡。
62.具体的，运动控制结构中第一运动控制结构控制支架3在叠片台1上转动，使支架3带动叠片压块5移出叠片区；第二运动控制结构控制叠片压块5在轨道4上向上移动与叠片台1或未成形叠放电池芯片具有一定间距，避免支架3在转动时，叠片压块5与叠片台1或未成形叠放电池芯片之间摩擦。
63.s2、在叠片台上，以带胶层隔膜、正极片、带胶层隔膜、负极片为一组进行多次叠片操作，形成未成形叠放电池芯片。
64.具体的，初始操作时，首先，将带胶层隔膜放置在叠片区上；其次，在带胶层隔膜上放置正极片，并使用带胶层隔膜向上翻转覆盖在正极片上面；然后，在带胶层隔膜上放置负极片；上述步骤视为一组，多次操作后(即可以为3～5组)形成具有一定厚度的未成形叠放电池芯片。
65.s3、运动控制结构控制叠片压块移动至叠片区正上方，并使叠片压块向下移动并压紧s2中未成形叠放电池芯片。
66.具体的，运动控制结构中第一运动控制结构控制支架3在叠片台1上转动，使支架3带动叠片压块5移入叠片区；第二运动控制结构控制叠片压块5在轨道4上向下移动将未成形叠放电池芯片压紧。
67.具体的，本步骤的叠片压块5的压紧力为200～1000n。
68.s4、第一加热控制结构启动对叠片压块加热，叠片压块对s3中未成形叠放电池芯片中各带胶层隔膜加热，使带胶层隔膜中胶层融化。
69.具体的，第一加热控制结构的加热温度为70～130℃，70～130℃可以在不损伤正极片和负极片的基础上，确保带胶层隔膜中胶层快速的被融化。
70.s5、加热结束，运动控制结构控制叠片压块移出叠片区，以消除叠片压块对叠片台上叠片区的遮挡，并使加热后未成形叠放电池芯片恢复至室温，带胶层隔膜将其两侧的正极片及负极片粘住；
71.加热完后，首先，通过第二运动控制结构控制叠片压块5沿轨道4向上移动与未成形叠放电池芯片分离；其次，通过第一运动控制结构控制支架3转动，移出叠片区。加热后未成形叠放电池芯片恢复室温的过程可以采用室温自然降温或冷风的方式进行降温，也可以采用现有其他降温方式进行降温，在此不再进行赘述。
72.s6、重复s2至s5，直至电池芯片成型。
73.本实施例的锂离子电池的叠片方法，将电池芯片的叠片过程设计成以叠片、加热、降温为小组的多个阶段，通过第一加热结构对叠片压块加热，使叠片压块对与其靠近的各层带胶层隔膜进行加热，一方面能够确保各层带胶层隔膜能够将其两侧的正极片或负极片
粘住，确保电池芯片内各层的稳定性；另一方面也能够不免下部已经粘接正极片或负极片的各层带胶层隔膜的胶层再次融化，而影响电池芯片的叠放效率和质量。
74.实施例3：
75.在本具体实施方式叠片工装的另一种结构中，叠片工装除实施例1中的结构外，在叠片台1内设有第二加热结构(附图未画出)，第二加热结构位于叠片压块5压持位置的正下方。同时，控制结构还包括第二加热控制结构，第二加热控制结构用于控制第二加热结构对叠片台1加热。此结构的叠片工装，其第一加热结构和第二加热结构可以同时使用，也可以只使用一个，具体如何使用需要根据未成形叠放电池芯片的厚度进行选择，例如：在未成形叠放电池芯片的厚度较小时，可以同时第一加热结构和第二加热结构进行加热；随着未成形叠放电池芯片的厚度的慢慢增加，为了避免未成形叠放电池芯片下部的带胶层隔膜被反复加热融化，从而影响未成形叠放电池芯片的质量或者未成形叠放电池芯片降温时间，只需要使用第一加热结构即可。
76.实施例4：
77.本具体实施方式提供了一种用于锂离子电池的叠片方法，采用实施例3中的的叠片工装进行叠片操作，包括以下步骤：
78.s1、运动控制结构控制叠片压块移出叠片区，以消除叠片压块对叠片台上叠片区的遮挡。
79.具体的，运动控制结构中第一运动控制结构控制支架3在叠片台1上转动，使支架3带动叠片压块5移出叠片区；第二运动控制结构控制叠片压块5在轨道4上向上移动与叠片台1或未成形叠放电池芯片具有一定间距，避免支架3在转动时，叠片压块5与叠片台1或未成形叠放电池芯片之间摩擦。
80.s2、在叠片台上，以带胶层隔膜、正极片、带胶层隔膜、负极片为一个进行多次叠片操作，形成未成形叠放电池芯片。
81.具体的，初始操作时，首先，将带胶层隔膜放置在叠片区上；其次，在带胶层隔膜上放置正极片，并使用带胶层隔膜向上翻转覆盖在正极片上面；然后，在带胶层隔膜上放置负极片；上述步骤视为一组，多次操作后(即可以为3～5组)形成具有一定厚度的未成形叠放电池芯片。
82.s3、运动控制结构控制叠片压块移动至叠片区正上方，并使叠片压块向下移动并压紧s2中未成形叠放电池芯片。
83.具体的，运动控制结构中第一运动控制结构控制支架3在叠片台1上转动，使支架3带动叠片压块5移入叠片区；第二运动控制结构控制叠片压块5在轨道4上向下移动将未成形叠放电池芯片压紧。具体的，本步骤的叠片压块5的压紧力为200～1000n。
84.s4、第一加热控制结构启动对叠片压块加热，叠片压块对s3中未成形叠放电池芯片中各带胶层隔膜加热，使带胶层隔膜中胶层融化；
85.和/或第二启加热控制结构启动对叠片台加热，叠片台对s3中未成形叠放电池芯片中各带胶层隔膜加热，使带胶层隔膜中胶层融化。
86.本步骤与实施例2中的区别在于，本实施例通过第一加热结构与第二加入结构配合对未成形叠放电池芯片中各带胶层隔膜进行加热。
87.第一加热控制结构和第二加热控制结构的加热温度相同，且加热温度为为70～
130℃，70～130℃可以在不损伤正极片和负极片的基础上，确保带胶层隔膜中胶层快速的被融化。
88.s5、加热结束，运动控制结构控制叠片压块移出叠片区，以消除叠片压块对叠片区的遮挡，并使加热后未成形叠放电池芯片恢复至室温，带胶层隔膜将其两侧的正极片及负极片粘住。
89.加热完后，首先，通过第二运动控制结构控制叠片压块5沿轨道4向上移动与未成形叠放电池芯片分离；其次，通过第一运动控制结构控制支架3转动，移出叠片区。加热后未成形叠放电池芯片恢复室温的过程可以采用室温自然降温或冷风的方式进行降温，也可以采用现有其他降温方式进行降温，在此不再进行赘述。
90.s6、重复s2至s5，直至电池芯片成型。
91.本实施例的锂离子电池的叠片方法，将电池芯片的叠片过程设计成以叠片、加热、降温为小组的多个阶段叠片操作，通过第一加热结构对叠片压块加热，和/或通过第二加热结构对叠片台进行加热，通过第一加热结构与第二加热结构的合理应用，使叠片压块对与其靠近的各层带胶层隔膜进行加热，一方面能够确保各层带胶层隔膜能够将其两侧的正极片或负极片粘住，确保电池芯片内各层的稳定性；另一方面也能够不免下部已经粘接正极片或负极片的各层带胶层隔膜的胶层再次融化，而影响电池芯片的叠放效率和质量。
92.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
93.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经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。