一种电芯分段热压法制造技术

本发明专利技术提供了一种电芯分段热压法，将电池电芯一次热压分为预热压和终热压两段，包括以下步骤：电芯上料至预热压装置；预热压装置对电芯进行预热压；预热压完成后，将电芯转运至终热压装置；终热压装置对电芯进行终热压，同时对电芯进行短路测试；终热压完成后，电芯下料。预热压的温度较低、压力较小、时间较长，预热压电芯内部与表面温度一致性较好，使隔膜与极片结合界面处的结合间隙一致显露；终热压的温度较高、压力较大，消除结合界面的间隙，增强粘结效果，但时间较短。分段热压后的电芯界面结合较好，可避免粘结不佳或热压过度，保证隔膜微孔完好，内部残余应力较小，减少设备浪费，且可以两段热压同时进行，缩短热压时间，提高热压效率。热压效率。热压效率。

【技术实现步骤摘要】
一种电芯分段热压法


[0001]本专利技术属于锂电池的电芯热压
，尤其涉及一种电芯分段热压法。

技术介绍

[0002]二次电池如锂电池的电芯的阳极是在铜箔两面涂覆含锂无定型碳的粉体，阴极是在铝箔两面涂覆镍、锰、钴的粉体，隔膜是在聚烯烃膜一面涂覆陶瓷粒子层，再在陶瓷粒子层和聚烯烃膜另一面上涂覆聚合物粘结剂层，隔膜密布可供锂离子通过的圆形微孔，在电池电化学体系中起高阻值特殊筛网的作用。卷绕电芯采用阴极极带、阳极极带和隔膜带以阴极、隔膜、阳极、隔膜四层叠合(以隔膜带陶瓷粒子层朝向阳极)，经卷绕多叠制备成卷绕电芯的粗坯；叠片电芯采用阴极、阳极的极片和隔膜带或隔膜片以阴极、隔膜、阳极、隔膜四层叠合(以隔膜带或隔膜片陶瓷粒子层朝向阳极)，经重复叠合多叠制备成叠片电芯的粗坯。阴极、阳极的极带或极片、隔膜带或隔膜片不能太干燥以防在卷绕或叠片时折断和掉粉，电芯粗坯也是蓬松的，因而电芯粗坯空间体积较大，且未定型不便拿取；而成品电芯要求基于材料干燥的阴极、阳极的极带或极片与隔膜带或隔膜片充分接触保证电芯整体的高阻值特殊筛网性能(如电阻值介于下限3MΩ和上限21MΩ之间)，所以电芯粗坯需经烘干和适当压缩才能成为合格的成品电芯。
[0003]加热使水分变成水汽溢出使材料变干燥，并排出材料间的一些空气，同时使固体材料晶粒变粗大或使材料组织结构发生变化，导致晶粒间结合力减小而使固体材料屈服强度降低而变软易于变形压缩，其中聚合物粘结剂变软易于扩展和渗透。
[0004]工业生产上采用有热压口的热压装置一边加热一边加压使电芯粗坯边受热边受压在变干燥的同时被压缩。热压装置需配置高精度的高温高压机构保证热压质量，并需配置绝缘检测机构监控并最终检测阴、阳极间电阻值，以提前中止热压并剔出阻值不合格的电芯，从而确保成品电芯的电阻值合格。
[0005]热压工艺参数主要包括温度、压强、时间。热压工艺参数因电芯而异，温度主要由隔膜聚烯烃材料及其聚合物粘结剂材料的熔点及耐受极限决定；压强需满足聚合物粘结剂充分扩展和渗透浸润阴极、阳极的带或片的粉层，形成无间隙无气泡的良好结合界面，但压强受隔膜材料和阴、阳极的带或片的粉层的抗压强度局限；时间与材料的导热系数及电芯的长、宽、厚尺寸有关，需满足热透热匀的要求(如表面温差≤3℃，心部温度比表面温度低15℃)。电芯粗坯经一次热压得到电芯成品的方法称为一次热压法。
[0006]本专利技术分段热压法是将一次热压分为预热压和终热压。
[0007]最接近的现有技术一是，分步热压法，第一步是单元热压，以叠片电芯极片按阴极、隔膜、阳极、隔膜四层叠合(以隔膜片平摊或以隔膜带Z字形折叠)制备薄电芯单元粗坯，以较低温度较低压力较短时间(85℃、0.1MPa的条件下保持10s)将薄电芯单元粗坯热压成薄电芯单元部件；第二步是整合热压，将薄电芯单元若干个再叠合以较高温度较高压力较长时间(90℃、0.3MPa的条件下保持20s)热压成成品电芯。
[0008]现有技术二是，分次热压法，以卷绕或叠片方式制备整体的电芯粗坯，按现有技术
一分步热压法的第一步和第二步的热压参数进行两次热压直接热压成成品电芯。
[0009]分步热压法和分次热压法，第一步或第一次热压起到预压合作用，实现隔膜与极片的初步结合，并使结合界面处的间隙显露，第二步或第二次热压起到补充作用，可使聚合物粘结剂充分填充预压合产生的间隙，增强结合界面的粘结效果。通过至少两次热压的方法，可针对性的提高结合界面处的粘结效果，减少卷绕电芯两圆弧侧隔膜孔因受力不均衡所导致的变形影响锂离子通行能力，又避免聚合物粘结剂熔融后向隔膜微孔渗入而堵塞隔膜，以避免粘结效果不佳或热压过度的情况发生，也有利于降低电芯内部残余应力。
[0010]但是，第一步或第一次热压和第二步或第二次热压未提及热压装置，未明确是在同一台热压装置一次入料连续实施还是在两台热压装置两次入料分别实施，如是在同一台热压装置一次入料连续实施，就使第一步或第一次热压占用了第二步或第二次热压要求的高造价的热压装置，造成精细化意义上的设备浪费，也不能提高热压效率。
[0011]特别地，现有技术所公开的压力(应为压强)太低，对电芯热压后的压缩效果不大，不适合本专利技术的锂电池电芯热压，且第一步或第一次热压的时间比第二步或第二次热压的时间要短，不能显著地缩短第二步或第二次热压的时间，不能显著地提高热压效率。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的在于提供一种电芯分段热压法，将电池电芯一次热压分为预热压和终热压两段，采用两套热压装置两次入料分别实施两段热压，采用预热压装置进行第一段预热压，采用终热压装置进行第二段终热压，预热压装置预热压的温度较低、压力较小、时间较长，预热压电芯内部与表面温度一致性较好，使隔膜与极片结合界面处的结合间隙一致显露；终热压装置终热压的温度较高、压力较大，消除结合界面的间隙，增强粘结效果，但时间较短。分段热压后的电芯界面结合较好，可避免粘结不佳或热压过度和隔膜微孔变形，内部残余应力较小，在精细化意义上减少设备浪费，且可以两段热压同时进行，缩短热压时间，提高热压效率。
[0013]本专利技术是这样实现的，一种电芯分段热压法，将电池电芯一次热压分为预热压和终热压两段，包括以下步骤：
[0014]上料：电芯上料至预热压装置；
[0015]预热压：所述预热压装置对电芯进行所述预热压；
[0016]转料：所述预热压完成后，将电芯转运至终热压装置；
[0017]终热压：所述终热压装置对电芯进行所述终热压，同时，所述终热压装置上的短路测试单元对电芯进行短路测试；
[0018]下料：所述终热压完成后，电芯从所述终热压装置下料；
[0019]其中，所述预热压的温度比所述终热压的温度低，所述预热压的压力比所述终热压的压力小，所述预热压的时间比所述终热压的时间长。
[0020]进一步的，上料是，先采用上下料装置将电芯上料至转料装置，后所述转料装置调整电芯的姿态，再采用装卸装置将所述转料装置上调整好姿态的电芯转运至所述预热压装置上准备所述预热压；所述上下料装置包括多个水平间隔设置的用于抓取电芯的上下料夹爪，所述转料装置包括多个水平间隔设置的用于放置电芯的转料夹具，并可将水平间隔分布的所述转料夹具调整为竖直间隔分布的所述转料夹具，所述装卸装置包括多个竖直间隔
设置的用于装卸电芯的装卸夹爪，所述预热压装置包括多个排列在一起的预热压模组，每个预热压模组各有多个竖直间隔设置的用于预热压电芯的预热压口，所述预热压口可以张开以用于取放电芯，所述预热压口可以闭合以用于预热压电芯，每个预热压模组的多个预热压口同时张开或同时闭合。
[0021]进一步的，所述预热压是，所述预热压装置的一个所述预热压模组闭合所述预热压口对电芯进行所述预热压；
[0022]所述预热压的预热压参数为：温度85～95℃、压强1～2.5MPa、时间[0.22
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芯
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(0.5D)]s，其中D本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电芯分段热压法，其特征在于，将电池电芯一次热压分为预热压和终热压两段，包括以下步骤：上料：电芯上料至预热压装置；预热压：所述预热压装置对电芯进行所述预热压；转料：所述预热压完成后，将电芯转运至终热压装置；终热压：所述终热压装置对电芯进行所述终热压，同时，所述终热压装置上的短路测试单元对电芯进行短路测试；下料：所述终热压完成后，电芯从所述终热压装置下料；其中，所述预热压的温度比所述终热压的温度低，所述预热压的压力比所述终热压的压力小，所述预热压的时间比所述终热压的时间长。2.如权利要求1所述的电芯分段热压法，其特征在于，所述上料是，先采用上下料装置将电芯上料至转料装置，后所述转料装置调整电芯的姿态，再采用装卸装置将所述转料装置上调整好姿态的电芯转运至所述预热压装置上准备所述预热压；所述上下料装置包括多个水平间隔设置的用于抓取电芯的上下料夹爪，所述转料装置包括多个水平间隔设置的用于放置电芯的转料夹具，并可将水平间隔分布的所述转料夹具调整为竖直间隔分布的所述转料夹具，所述装卸装置包括多个竖直间隔设置的用于装卸电芯的装卸夹爪，所述预热压装置包括多个排列在一起的预热压模组，每个预热压模组各有多个竖直间隔设置的用于预热压电芯的预热压口，所述预热压口可以张开以用于取放电芯，所述预热压口可以闭合以用于预热压电芯，每个预热压模组的多个预热压口同时张开或同时闭合。3.如权利要求2所述的电芯分段热压法，其特征在于，所述预热压是，所述预热压装置的一个预热压模组闭合所述预热压口对电芯进行所述预热压；所述预热压的预热压参数为：温度85～95℃、压强1～2.5MPa、时间[0.22
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(0.5D)]s，其中D：电芯厚度，单位是mm，T
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：要求的电芯中心温度，单位是℃，T0：电芯中心的初始温度，单位是℃。4.如权利要求2所述的电芯分段热压法，其特征在于，所述转料是，所述预热压完成后，采用所述装卸装置将预热压后的电芯从所述预热压模组的所述预热压口取出再转运至所述终热压装置准备所述终热压，所述终热压装置包括多个排列在一起的终热压...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈曦，何建军，王朝华，张杰，
申请(专利权)人：深圳市誉辰智能装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：