改善电芯高温充放电膨胀变形的卷绕方法及锂电池制备方法技术

一种改善电芯高温充放电膨胀变形的卷绕方法及锂电池制备方法，卷绕方法包括：预先设定卷绕参数：正极极片、负极极片及隔离膜的圈数定义为N＝1，2，3

【技术实现步骤摘要】
改善电芯高温充放电膨胀变形的卷绕方法及锂电池制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池电芯卷绕
，特别是涉及一种改善电芯高温充放电膨胀变形的卷绕方法及锂电池制备方法。

技术介绍

[0002]目前，卷绕是锂离子电池生产过程中非常重要的工序，随着科技的发展，卷绕工序的自动化程度越来越高。在自动化卷绕过程中，必须对极片和隔离膜施加较大的拉力，以确保正极极片和负极极片以及隔离膜之间的整齐程度。
[0003]然而，卷绕过程中的拉力会使隔离膜在走带方向(Mechanical Direction，MD)被延长，卷绕结束后由于拉力的释放，隔离膜又会在MD方向产生一定的收缩，这是由于隔离膜具有一定的延展性。
[0004]需要说明的是，极片在卷绕前后在MD方向长度变化很小，这是因为极片(正极极片和负极极片)较差的延展性导致，正是由于卷绕后电芯的隔离膜严重挤压极片，从而导致卷绕后的电芯在静置过程中会发生变形。卷绕后的变形电芯结构，即隔离膜严重挤压正极极片和负极极片。变形后的电芯不仅外观差，还会存在容量低、循环性能差以及自放电快等质量问题。
[0005]针对上述问题，行业内现有的改善卷绕后电芯变形的方法主要就是对卷绕前的隔离膜进行烘烤，使其在卷绕前充分收缩，但此方法主要用在手动卷绕的生产中。由于自动化连续卷绕使用的是成卷的隔离膜，成卷的隔离膜收缩极其困难，而且即使隔离膜有一定程度收缩，由于自动卷绕时拉力较大，隔离膜还会再次被延长，因而此方法很难应用到自动化连续卷绕生产中且能够起到的效果一般。对此，中国专利CN201210057716.6公开了一种电芯卷绕方法，该方法通过对卷绕前正负极极片的加热，可以使极片应力充分释放，卷绕时极片在拉力的作用下会有一定程度的延长，卷绕结束后，冷却过程中极片可以随隔离膜一同收缩，从而改善电芯的变形。
[0006]然而，该方法存在以下缺陷：该方法仅能确保冷却后极片可以随隔离膜一同收缩，克服极片和隔离膜收缩不一致引起的变形，但无法解决成品电芯在充放电循环过程中发生的膨胀变形问题，这是由于极片的膨胀，导致成品电芯超厚变形，在高温下进行充放电循环过程，问题尤其更加明显。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种能够同时解决改善卷绕后电芯变形问题以及改善电芯高温充放电膨胀变形的改善电芯高温充放电膨胀变形的卷绕方法及锂电池制备方法，且本方法尤其适用于厚度较厚的锂电池以及含硅负极的锂电池。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0009]一种改善电芯高温充放电膨胀变形的卷绕方法，预先设定卷绕参数：所述正极极片、所述负极极片及所述隔离膜的圈数定义为N＝1，2，3
……
(i
‑
4)，(i
‑
3)，(i
‑
2)，(i
‑
1)，i；
其中，i为正整数；卷绕过程中对所述正极极片、所述负极极片及所述隔离膜的张力定义为F；卷绕过程中椭圆形卷针的转速定义为R；
[0010]包括如下步骤：
[0011]S110：极片及隔离膜备料步骤：
[0012]分别将正极极片安装在正极送料机构上，将负极极片安装在负极送料机构上，将隔离膜安装在隔离膜送料机构上，分别将所述正极极片、所述负极极片以及所述隔离膜的初始端固定在椭圆形卷针上；
[0013]S120：恒张力卷绕步骤：
[0014]当卷绕圈数N为第1圈和第2圈时，采用恒定张力进行卷绕操作，F1＝F2；
[0015]S130：变张力卷绕步骤：
[0016]当卷绕圈数N为第3圈至第(i
‑
4)时，采用变张力进行卷绕操作，F3＞
……
＞F(i
‑
4)；
[0017]S140：变转速卷绕步骤：
[0018]当卷绕圈数N为第(i
‑
3)，第(i
‑
2)，第(i
‑
1)以及第i时，采用变转速卷绕步骤，R(i
‑
3)＜R(i
‑
2)＜R(i
‑
1)＜Ri；
[0019]S150：拔出椭圆形卷针，制备得到卷芯。
[0020]在其中一个实施例中，在所述步骤S120以及所述步骤S130中，F3＞F2。
[0021]在其中一个实施例中，在所述步骤S140中，当卷绕圈数N为第(i
‑
3)，第(i
‑
2)，第(i
‑
1)以及第i时，所对应的所述正极极片和/或所述负极极片为空箔区。
[0022]在其中一个实施例中，在所述步骤S140中，F(i
‑
3)＜F(i
‑
2)＜F(i
‑
1)＜Fi。
[0023]在其中一个实施例中，在所述步骤S130以及所述步骤S140中，F(i
‑
3)＞F(i
‑
4)。
[0024]在其中一个实施例中，F1的拉力范围值为30
‑
50公斤。
[0025]在其中一个实施例中，所述卷芯为方形电池锂离子电池卷芯，在所述步骤S130中，当卷绕圈数N为第3时，在所述卷芯的端角处插入第一隔板，并且所述步骤S150时，先拔出所述第一隔板，再拔出所述椭圆形卷针。
[0026]在其中一个实施例中，所述卷芯为方形电池锂离子电池卷芯，在所述步骤S140中，当卷绕圈数N为第(i
‑
3)时，在所述卷芯的端角处插入第二隔板，并且所述步骤S150时，先拔出所述第二隔板，再拔出所述椭圆形卷针。
[0027]一种锂电池制备方法，包括上述任一实施例所述的改善电芯高温充放电膨胀变形的卷绕方法，在所述步骤S150之后，还对所述卷芯热压整形。
[0028]在其中一个实施例中，所述卷芯的圈数N＞10，卷芯的厚度＞5mm，所述负极极片的浆料层含硅。
[0029]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下优点：
[0030]上述改善电芯高温充放电膨胀变形的卷绕方法顺序通过恒张力、变张力以及变转速的卷绕操作步骤，极大地优化了卷绕走带方式，能够同时解决改善卷绕后电芯变形问题以及改善电芯高温充放电膨胀变形，确保了电芯的安全可靠性，同时还能够使得极片与隔离膜的对齐度更高。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，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专利技术的某些实施例，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。
[0032]图1为本专利技术一实施方式的改善电芯高温充放电膨胀变形的卷绕方法的步骤流程图；
[0033]图2为本专利技术一实施方式的对比例卷芯在45℃高温环境下循环300周后，放电至3.0V电芯研磨截面示意图；
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善电芯高温充放电膨胀变形的卷绕方法，其特征在于，预先设定卷绕参数：所述正极极片、所述负极极片及所述隔离膜的圈数定义为N＝1，2，3
……
(i
‑
4)，(i
‑
3)，(i
‑
2)，(i
‑
1)，i；其中，i为正整数；卷绕过程中对所述正极极片、所述负极极片及所述隔离膜的张力定义为F；卷绕过程中椭圆形卷针的转速定义为R；包括如下步骤：S110：极片及隔离膜备料步骤：分别将正极极片安装在正极送料机构上，将负极极片安装在负极送料机构上，将隔离膜安装在隔离膜送料机构上，分别将所述正极极片、所述负极极片以及所述隔离膜的初始端固定在椭圆形卷针上；S120：恒张力卷绕步骤：当卷绕圈数N为第1圈和第2圈时，采用恒定张力进行卷绕操作，F1＝F2；S130：变张力卷绕步骤：当卷绕圈数N为第3圈至第(i
‑
4)时，采用变张力进行卷绕操作，F3＞
……
＞F(i
‑
4)；S140：变转速卷绕步骤：当卷绕圈数N为第(i
‑
3)，第(i
‑
2)，第(i
‑
1)以及第i时，采用变转速卷绕步骤，R(i
‑
3)＜R(i
‑
2)＜R(i
‑
1)＜Ri；S150：拔出椭圆形卷针，制备得到卷芯。2.根据权利要求1所述的改善电芯高温充放电膨胀变形的卷绕方法，其特征在于，在所述步骤S120以及所述步骤S130中，F3＞F2。3.根据权利要求1所述的改善电芯高温充放电膨胀变形的卷绕方法，其特征在于，在所述步骤S140中，当卷绕圈数N为第(i...

【专利技术属性】
技术研发人员：田勇，李红，李辉，张亮，李水良，武立志，
申请(专利权)人：浙江大象新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：