复合叠片设备和复合叠片工艺的制作方法

1.本发明涉及锂离子电池生产制造技术领域，特别是涉及一种复合叠片设备和复合叠片工艺。


背景技术：

2.目前锂电池生产过程中，将极片组装成电芯有两种方式，一种是卷绕，另一种是叠片。通常来说，方形电池、圆柱电池基本以卷绕为主，软包电池则以叠片为主。但随着锂电池的发展，现在电芯的尺寸也越来越多，卷绕方案的优率开始降低，成本反而增高。为了降低成本，提高良率，现在方形电池也开始选择使用叠片方案。
3.现在锂电池行业内对电池的性能等各方面要求越来越高，实际上也是对锂电池生产中各工序的品质、性能、工艺的要求的提高。这其中，复合工序和叠片工序作为叠片方案的关键工序，实践中却仍然存在着复合工序里极片或者隔膜具有打皱现象，叠片工序中待堆叠复合中间片的均一性不高等问题，严重影响了锂电池品质和性能的提高。


技术实现要素：

4.基于此，本发明提出了一种复合叠片设备和复合叠片工艺，通过对生产中的关键工序和关键设备进行优化，有效解决复合工序里极片、隔膜打皱问题，可以快速高效且优质地进行叠片。
5.本发明一方面公开了一种复合叠片设备，包括极性卷料输送装置、第一隔膜输送装置、第二隔膜输送装置、第一复合装置、第一极片贴合装置、第二复合装置、第二极片贴合装置、第三复合装置以及叠片装置，所述极性卷料输送装置用于输送第一极性卷料，所述第一隔膜输送装置、所述第二隔膜输送装置分别用于输送位于所述第一极性卷料相背两侧的第一隔膜和第二隔膜；所述第一复合装置位于所述极性卷料输送装置、所述第一隔膜输送装置、所述第二隔膜输送装置的输送方向的下游，用于将所述第一隔膜、所述第二隔膜和所述第一极性卷料复合形成复合中间片；
6.所述第一极片贴合装置、所述第二复合装置、所述第二极片贴合装置、所述第三复合装置以及所述叠片装置依次设置在所述第一复合装置的下游，所述第一极片贴合装置和所述第二复合装置分别用于将一第二极性片贴合并复合于在所述复合中间片的第一侧，所述第二极片贴合装置和所述第三复合装置分别用于将另一第二极性片贴合并复合于在所述复合中间片的第二侧，所述第一极片贴合装置与所述第二极片贴合装置使分别位于第一侧和第二侧的相邻的两个所述第二极性片的间距相等；所述叠片装置使所述复合中间片在相邻的所述第二极性片之间折叠。
7.在其中一个实施例中，复合叠片设备还包括位于所述第一复合装置上游的隔膜预热装置，所述隔膜预热装置用于为所述第一隔膜和/或所述第二隔膜预加热。
8.在其中一个实施例中，所述叠片装置能够在相邻的两个所述第二极性片的中间位置设置待弯结构，所述复合中间片能够沿所述待弯结构对折。
9.在其中一个实施例中，所述叠片装置为热压钝刀或者超声波焊接装置。
10.在其中一个实施例中，复合叠片设备还包括贴片精准机构，所述贴片精准机构用于确定相邻的两个所述第二极性片的间距。
11.在其中一个实施例中，分别位于第一侧和第二侧的相邻的两个所述第二极性片的间距小于等于3mm。
12.在其中一个实施例中，所述第一复合装置、所述第二复合装置、所述第三复合装置中的部分或全部包括加热装置以及两个平行且间隔设置的热压辊，所述加热装置位于所述热压辊的上游，两个所述热压辊分别位于所述复合中间片的两侧。
13.在其中一个实施例中，所述第一极性卷料为负极卷料，所述第二极性片为正极片；或者，所述第一极性卷料为正极卷料，所述第二极性片为负极片。
14.本发明另一方面公开了一种复合叠片工艺，包括以下步骤：
15.(1)将第一隔膜、第二隔膜设置于第一极性卷料的两侧并复合形成复合中间片；
16.(2)将第二极性片复合于复合中间片的一侧隔膜上；
17.(3)将第二极性片复合于复合中间片的另一侧隔膜上，且位于复合中间片两侧的相邻的两个第二极性片的间距设置为相等；
18.(4)在复合中间片两侧的相邻的两个第二极性片之间的中间位置设置待弯结构，
19.(5)复合中间片沿所述待弯结构弯折形成堆叠。
20.在其中一个实施例中，复合叠片工艺在步骤(1)之前还包括：将第一隔膜、第二隔膜进行预热，其中，预热辊压力为0.2mpa-0.4mpa，预热温度50℃-65℃；
21.步骤(1)中使用热压辊对第一隔膜、第二隔膜与第一极性卷料进行复合，其中，热压辊压力为0.45mpa-0.7mpa，热压温度为75℃-100℃，辊压速度为45m/min-60m/min。
22.有益效果
23.本发明的复合叠片设备能够将第一隔膜、第二隔膜与第一极性卷料首先复合形成复合中间片，之后在将第二极性片先后复合在复合中间片的两侧，使得隔膜与第一极性卷料与第二极性片均不会打皱，提高了叠片电池的品质。通过设置相邻第二极性片的间距相同，并且增设能够在相邻电极片之间的中间位置设置待弯结构的叠片装置，从而使得本发明的复合叠片设备不再需要设置裁切设备和堆叠整理设备，减少了设备成本，提高生产效率和生产品质。
附图说明
24.图1为现有技术中的复合叠片设备的结构示例图；
25.图2为部分实施例中本发明的复合叠片设备的结构示例图；
26.图3部分实施例中本发明的复合叠片设备的叠片装置的示意图；
27.其中，11为第一极性卷料，20为隔膜，21为第一隔膜输送装置，22为第二隔膜输送装置，201为第一隔膜，202为第二隔膜，3为第一极片贴合装置，30为第二极性片，41为第二加热装置，42为第二热压辊，5为第二极片贴合装置，61为第三加热装置，62为第三热压辊，7为叠片装置，100为第二极性卷料，200为裁切组件，300为复合装置。
具体实施方式
28.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
30.此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
34.参阅图1，图1示出了部分现有技术中的复合叠片设备。现有技术中的复合叠片设备将隔膜20置于第一极性卷料11的两侧，并将第二极性卷料100置于隔膜20背离第一极性卷料100的侧面，第二极性卷料100通过裁切组件200切割为极片，复合装置300将第一极性卷料100与两侧的隔膜20以及两侧的极片五个单体复合形成一个整体。现有技术由于需要同时将第一极性卷料100与两侧的隔膜20以及两侧的极片五个单体同时进行复合，由于单体数量多，导致干扰因素过多难以控制，且五个单体的位置在复合时不能保持良好对应，以至于在进一步堆叠形成电池的过程中，无法保证复合中间片的堆叠整齐度。不仅如此，由于五个单体同时复合，在复合时五个单体之间存在着严重的张力和应力，隔膜和极片会不可避免地打皱。上述两个缺点严重影响了叠片方案电池成品的质量。
35.为此，本发明公开了一种复合叠片设备，如图2所示，在图示的部分实施例中，复合
叠片设备包括极性卷料输送装置1、第一隔膜输送装置21、第二隔膜输送装置22、第一复合装置24、第一极片贴合装置3、第二复合装置4、第二极片贴合装置5、第三复合装置6以及叠片装置7。
36.具体地，极性卷料输送装置1用于输送第一极性卷料11，第一隔膜输送装置21与第二隔膜输送装置22设置于第一极性卷料11相背的两侧，第一隔膜输送装置21用于输送位于第一极性卷料11一侧的第一隔膜201，第二隔膜输送装置22用于输送位于第一极性卷料11另一侧的第二隔膜202。第一复合装置24位于极性卷料输送装置1的输送方向的下游，用于将第一隔膜201、第二隔膜202和第一极性卷料11复合形成复合中间片。
37.第一极片贴合装置3、第二复合装置4、第二极片贴合装置5、第三复合装置6以及叠片装置7依次设置在复合中间片的输送方向上且位于第一复合装置24的下游，第一极片贴合装置3和第二复合装置4分别用于将一个第二极性片30贴合并复合于在所述复合中间片的第一侧，第二极片贴合装置5和第三复合装置6分别用于将另一个第二极性片30贴合并复合于在所述复合中间片的第二侧，第一极片贴合装置3与第二极片贴合装置5使分别位于第一侧和第二侧的相邻的两个第二极性片30的间距相等；叠片装置7使复合中间片在相邻的第二极性片30之间折叠。
38.通过使用本发明所述的复合叠片设备，第一隔膜201、第二隔膜202与第一极性卷料11能够在第一复合装置24的作用下首先复合为复合中间片。由于第一隔膜201、第二隔膜202、第一极性卷料11均为带状，此三者在复合时不会出现明显的张力和应力作用，第一隔膜201、第二隔膜202、第一极性卷料11在复合时不会打皱，可以制得品质良好的复合中间片。
39.在此基础上，第一极片贴合装置3在复合中间片的其中一侧贴合第二极性片30，随后第二复合装置4立即将第二极性片30与复合中间片相复合。此时，第二复合装置4需要复合的单元只有第二极性片30与复合中间片两个，不存在其他干扰二者复合稳定性的因素，第二复合装置4可以确保该第二极性片30能够在准确位置与复合中间片复合成为整体。二者复合后，在极性卷料输送装置的作用下继续移动至第二极片贴合装置5处，第二极片贴合装置5向复合中间片未复合第二极性片30的另一侧贴合第二极性片30，随后第三复合装置6立即将该第二极性片30与复合中间片相复合。与前述方案类似地，第三复合装置6在复合时，只有第二极性片30和已经在单侧复合了第二极性片30的复合中间片两个独立的单元，第三复合装置6可以确保该第二极性片30能够在准确位置与复合中间片复合成为整体。通过将第二极性片30采用上下交替、间歇式地复合，能够形成满足要求的包覆式叠片，有效提高叠片效率和电芯安全性。
40.不仅如此，通过对第二复合装置4、第三复合装置6进行优化配置，使得第二复合装置4贴合的第二极性片30与相邻的第三复合装置6贴合的第二极性片30的间距相等。由于叠片工艺中叠片装置7使所述复合中间片在相邻的所述第二极性片之间折叠，通过严格控制相邻的第二极性片30的间距，使得后续叠合形成的电芯对齐度高。
41.在部分优选的实施例中，如图2所示，本发明的所述复合叠片设备还包括隔膜预热装置23，隔膜预热装置23位于第一复合装置24的上游，隔膜预热装置23用于为第一隔膜201和/或第二隔膜202预加热。第一隔膜201、第二隔膜202采用预热后再进行热复合，复合效果佳，均匀性好，不会因为停机或者其他原因造成电池叠片不同部分的复合效果存在差异。
42.进一步地，为了使得第一隔膜201、第二隔膜202能够与第一极性卷料11更加紧密地复合，第一隔膜201、第二隔膜202可以采用双胶面隔膜。
43.作为某些优选的实施例，叠片装置7在相邻的两个第二极性片30的中间位置设置待弯结构，所述复合中间片能够沿所述待弯结构对折。如此，在叠合装置设置的待弯结构的作用下，复合中间片在受到长度方向的阻挡后，会自动地在待弯结构处发生弯折。相比现有技术中将复合中间片直接裁断再将裁断后的裁片通过堆叠整理机构堆叠的方式，本发明的复合叠片设备无需设置裁断装置以及堆叠整理机构，节约了设备成本。通过使用本发明的复合叠片设备制备叠合电池片，可以简化制备的步骤，提高了叠合电池片的生产效率。并且，由于待弯结构位于两个第二极性片30的中间位置，这就使得复合中间片在折叠后两个第二极性片30也正对设置，如此形成的叠合电芯具有极高的对齐度，品质很好。
44.可以理解的，对于叠片装置7如何在相邻的两个第二极性片30的中间位置形成待弯结构，本发明的复合叠片设备对此并不加以严格限制。举例来说，在部分实施例中，所述叠片装置7可以为热压钝刀。热压钝刀能够对复合中间片产生压力，从而在其与复合中间片的接触部位形成压痕，从而使得复合中间片能够沿着该压痕发生折叠。而在另一些实施例中，所述叠片装置7可以为超声波焊接装置。在该实施例中，利用超声波焊接装置的超声波在复合中间片上相邻第二极性片30之间焊接压中线，即在中间部位焊接一条线。如此，焊接部位的强度与未焊接部位的强度不同，从而使得复合中间片可以沿着焊接的线发生弯折。
45.为了提高复合中间片叠合后的品质，复合中间片两侧的相邻的两个第二极性片30的间距大小应该进行严格控制，为此，本发明的复合叠片装置7还包括贴片精准机构，所述贴片精准机构用于确定相邻的两个第二极性片的间距。在某些可以实施的示例中，贴片精准机构可以为设置在复合中间片两侧的ccd相机，所述ccd相机可以采集复合中间片两侧的图像，通过图像处理，可以精确获取相邻的两个第二极性片的间距，以便进一步判断该间距是否满足要求。
46.具体来说，在部分实施例中，复合中间片两侧的相邻的两个第二极性片30的间距大小被设置为小于等于3mm。当间距满足该要求时，可以制得满足符合要求的叠片电池。
47.可以理解的，本发明的复合叠片设备对于第一复合装置24、第二复合装置4、第三复合装置6的具体结构并没有特殊要求，只要其可以将对应元件复合即可。在部分实施例中，如图2所示，第二复合装置4包括第二加热装置41和两个第二热压辊42，第三复合装置6包括第三加热装置61以及两个第三热压辊62，加热装置均位于对应热压辊的上游，两个热压辊平行设置且分别位于复合中间片的两侧。如此，当第二极性片30贴合在复合中间片上之后，经过加热装置的预热，在热压辊的作用下被热复合在一起。
48.可以理解的，作为锂离子电池，第一极性卷料11与第二极性片30的极性应该相反。因此，在部分实施例中，第一极性卷料11可以为正极卷料，而第二正极片30为负极片。而在另一些实施例中，第一极性卷料11可以为负极卷料，而第二极性片30可以为正极片。优选地，负极卷料相对其延伸方向的宽度应该大于正极片的宽度，即正极片放置在隔膜和负极卷料形成的复合中间片上时，正极片应该被复合中间片完全覆盖，如此可以优化锂离子电池的电池性能。
49.本发明另一方面公开了一种复合叠片工艺，具体来说包括以下步骤：
50.(1)将第一隔膜、第二隔膜与第一极性卷料复合形成复合中间片；
51.(2)将第二极性片复合于复合中间片的一侧隔膜上；
52.(3)将第二极性片复合于复合中间片的另一侧隔膜上形成第二复合中间片，且相邻且位于两侧的第二极性片等间距设置；
53.(4)在相邻且位于两侧的第二极性片之间的中间位置设置待弯结构，
54.(5)所述复合中间片沿所述待弯结构弯折形成堆叠。
55.相比现有技术，本发明的所述的复合叠片工艺通过在第二极性片之间的中间位置设置待弯结构，复合中间片可以自动地折叠并形成堆叠，通过严格控制相邻第二极性片的间距相等，堆叠后的第二极性片能够保持对齐。通过严格控制电极片与复合中间片的复合顺序，使得复合中间片两侧的电极片能与复合中间片牢固复合，保证隔膜与电极片均不会打皱。如此，本发明的复合叠片工艺一方面不再需要裁切和堆叠整理两个工序，提高了生产效率，另一方面，通过本发明的复合叠片工艺可以有效提高叠片电池的品质。
56.具体地，在步骤(1)之前还包括：将第一隔膜、第二隔膜进行预热，其中，预热辊压力为0.2mpa-0.4mpa，预热温度50℃-65℃；步骤(1)中使用热压辊对第一隔膜、第二隔膜与第一极性卷料进行复合，其中，热压辊压力为0.45mpa-0.7mpa，热压温度为75℃-100℃，辊压速度为45m/min-60m/min。
57.通过对第一隔膜、第二隔膜在上述条件下预热，并将第一隔膜、第二隔膜与第一极性卷料在上述条件下热复合，可以使得第一隔膜、第二隔膜与第一极性卷料复合效果佳，均匀性好，可以作为后续复合第二极性片的良好的基础，且该复合中间片不会因为停机或者其他原因造成首尾复合效果差异。
58.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
59.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。