一种预锂电芯制作方法

技术领域

本发明涉及锂电池制备技术领域，尤其涉及一种预锂电芯制作方法。

背景技术

随着社会的发展，电化学储能器件应用越来越得到广泛的关注。受材料水平所限，电化学储能器件的电芯的首效偏低的情况逐渐显现出来，开发一种补充首效低的技术迫在眉睫。

传统常用的正极补锂主要使用过锂化合物作为添加剂，不过这些物质的加入会进入无效成分，降低能量密度。负极补锂主要是锂粉补锂和超薄锂箔补锂，锂份粒径大(D50≥40微米)，属于涉爆粉尘，危害性高；并且锂的活性高，事先裁切的锂片长时间暴露在空气中，存在一定的安全风险。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种预锂电芯制作方法，将复合锂带组件随着卷芯半成品的卷绕而继续卷绕，避免了锂片长期暴露在空气中带来安全隐患。

本发明提出的一种预锂电芯制作方法，包括如下步骤：

S1：沿卷针回转方向依次将第一隔膜、负极片、第二隔膜、正极片卷绕形成卷芯半成品；

S2：将负极片和正极片按照设定长度裁断；

S3：定长裁切第一锂片，将第一锂片送入复合机构，在复合机构中按照第一隔膜、第一锂片、第二隔膜的顺序将三者复合形成复合锂带组件，所述第一锂片在送入复合机构时，卷针持续沿回转方向转动；

S4：裁断第一隔膜和第二隔膜，经过后续贴胶带、热压后完成卷芯制作。

进一步地，所述卷芯半成品为中间水平、两侧弧度设置，在步骤S3中，同一卷芯半成品上缠绕设置一至多个第一锂片，第一锂片依次设置在相对两个中间水平位置。

进一步地，第一锂片的基材为金属基材，金属基材的单面或者双面涂有富含锂金属的涂层并且极耳处不含所述涂层的材料，所述金属基材包括金属铜、铜合金或其他负极导电金属材料中的一种或多种。

进一步地，第一隔膜和第二隔膜为涂胶隔膜，第一锂片的尺寸不大于卷芯半成品水平面的尺寸。

进一步地，复合机构中设置有加热组件，所述加热组件的加热温度为50-100摄氏度。

进一步地，所述第一隔膜通过第一隔膜供料机构放卷得到；

第二隔膜通过第二隔膜供料机构放卷得到；

负极片通过负极片供料机构放卷得到；

正极片通过正极片供料机构放卷得到；

第一锂片通过锂带供料机构放卷得到。

进一步地，卷针位于中间，第一隔膜供料机构、锂带供料机构、负极片供料机构、第二隔膜供料机构、正极片供料机构依次相邻设置。

进一步地，第一隔膜供料机构、锂带供料机构、负极片供料机构、第二隔膜供料机构的放卷端与复合机构连接，正极片供料机构的放卷端与卷针连接。

进一步地，在靠近卷针处设置有用于裁切第一隔膜的第一裁切机构、用于裁切第二隔膜的第二裁切机构、用于裁切负极片的第三裁切机构和用于裁切正极片的第四裁切机构，在靠近卷针处设置有用于裁切第一锂片的第五裁切机构。

进一步地，第五裁切机构一侧设置有用于将截断后的第一锂片输送到复合机构的夹取输送机构。

本发明提供的一种预锂电芯制作方法的优点在于：本发明结构中提供的一种预锂电芯制作方法，电芯卷绕加工制造过程中完成锂片与两面隔膜的复合，然后将复合锂带组件随着卷芯半成品的卷绕而继续卷绕，避免了锂片长期暴露在空气中带来安全隐患；同时，所加入的锂片参与卷绕前，先与两个隔膜复合，确保了加工制造过程中锂片的相对位置，另外在锂片、隔膜复合过程与卷芯半成品的持续卷绕是同步进行的，在此过程中卷针是持续转动的，提高了电芯卷绕制作效率，并且在后续的热压过程中，与电芯完全形成一个整体，避免了在后续组装过程中发生位置偏移，提高了卷芯制造的合格率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为一种预锂卷芯的截面示意图；

图3为另一种预锂卷芯的截面示意图；

其中，10-第一隔膜供料机构，20-负极片供料机构，30-第二隔膜供料机构，40-正极片供料机构，50-锂带供料机构，100-卷针，101-第一隔膜，102-负极片，103-第二隔膜，104-正极片，200-复合机构，501-第一锂片。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，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他方式来实施，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的限制。

如图1至3所示，本发明提出的一种预锂电芯制作方法，包括如下步骤：

S1：沿卷针100回转方向依次将第一隔膜101、负极片102、第二隔膜103、正极片104卷绕形成卷芯半成品；

对于方形锂电池，卷芯半成品为中间水平、两侧弧度设置，外观呈腰型。第一隔膜101和第二隔膜103为单面或双面涂胶隔膜，厚度为12um，负极片102和正极片104材料为三元或磷酸铁锂、锰酸锂等常见电池材料体系。

卷芯半成品的卷绕层数可以为一圈、两圈或者两圈以上，在本步骤中，锂带供料机构50不参与卷绕。

第一隔膜101通过第一隔膜供料机构10放卷得到，第一隔膜放卷系统包括依次设置的第一隔膜供料机构10、第一过辊机构和第一裁切机构，第一过辊机构为多个过辊组成，第一过辊机构中设置有第一纠偏组件和第一张力组件，这两个组件用于辅助第一隔膜101的稳定输送，第一隔膜供料机构10放卷的第一隔膜10经过第一过辊机构的输送，在卷针100上缠绕，并在放卷到设定长度时通过第一裁切机构裁断。

第二隔膜103通过第二隔膜供料机构30放卷得到，第二隔膜放卷系统包括依次设置的第二隔膜供料机构30、第二过辊机构和第二裁切机构，第二过辊机构为多个过辊组成，第二过辊机构中设置有第二纠偏组件和第二张力组件，这两个组件用于辅助第二隔膜103的稳定输送，第二隔膜供料机构30放卷的第二隔膜103经过第二过辊机构的输送，在卷针100上缠绕，并在放卷到设定长度时通过第二裁切机构裁断。

负极片102通过负极片供料机构20放卷得到；负极片放卷系统包括依次设置的负极片供料机构20、第三过辊机构、第一整形机构和第三裁切机构，第三过辊机构为多个过辊组成，第三过辊机构中设置有第三纠偏组件和第三张力组件，这两个组件用于辅助负极片102的稳定输送，负极片供料机构20放卷的负极片102经过第三过辊机构的输送并经过第一整形机构整形，在卷针100上缠绕，并在放卷到设定长度时通过第三裁切机构裁断。

正极片104通过正极片供料机构40放卷得到，正极片放卷系统包括依次设置的正极片供料机构40、第四过辊机构、第二整形机构和第四裁切机构，第四过辊机构为多个过辊组成，第四过辊机构中设置有第四纠偏组件和第四张力组件，这两个组件用于辅助正极片104的稳定输送，正极片供料机构40放卷的正极片104经过第四过辊机构的输送并经过第二整形机构整形，在卷针100上缠绕，并在放卷到设定长度时通过第四裁切机构裁断。

S2：将负极片102和正极片104按照设定长度裁断；

负极片102和正极片104裁断时，第一隔膜101和第二隔膜103不裁断，即，极片可以通过隔膜完全卷绕，同时为隔膜后续与锂片的热复合提供了基础。

S3：定长裁切第一锂片501，将第一锂片501送入复合机构，在复合机构200中按照第一隔膜101、第一锂片501、第二隔膜103的顺序将三者复合形成复合锂带组件，所述第一锂片501在送入复合机构200时，卷针100持续沿回转方向转动；

第一锂片501的裁切可以发生在负极片102和正极片104裁切时、裁切前或裁切后，即锂片的裁切与极片的裁切为两个独立裁切工序，两者之间就裁切操作互不影响。

第一锂片501的基材为金属基材，金属基材的单面或者双面涂有富含锂金属的涂层并且极耳处不含所述涂层的材料，所述金属基材包括金属铜、铜合金或其他负极导电金属材料中的一种或多种。

复合机构中设置有加热组件，所述加热组件的加热温度为50-100度，本实施例不限具体的热封组件结构，以能实现锂片的有效复合为较佳方案，以下记载两种复合机构。

第一种方式：复合机构具体包括对第一锂片501四周进行封装的热封组件，热封组件可以采用伸缩气缸驱动辊轮的方式，其中辊轮为中空结构，在中空的辊轮中添加热油以实现热复合的作用；在此过程中，第一隔膜供料机构10、锂带供料机构50、负极片供料机构20、第二隔膜供料机构30的放卷端与复合机构连接，正极片供料机构40的放卷端与卷针100连接，第一锂片501不参与卷绕之前，第一隔膜供料机构10、负极片供料机构20、第二隔膜供料机构30通过复合机构时，伸缩气缸收缩带动辊轮向远离极片的方向运动，使得第一隔膜供料机构10、负极片供料机构20、第二隔膜供料机构30可以在无阻碍的状态下向卷针100供料；在第一锂片501参与卷绕之后，此时通过伸缩气缸伸长带动辊轮与复合锂带组件抵接，通过热封的方式对第一锂片501进行热复合，以避免因锂活泼的特性从而影响电芯的补锂效果的问题。

第二种方式：复合机构具体包括将第一锂片501及其两面的第一隔膜101和第二隔膜103复合成形的热封辊，热封辊可以采用伺服电机驱动专转动，且通过伸缩气缸驱动热封上下运动，其中热封辊为中空结构，在中空的热封辊中添加热油以实现热复合的作用，在此过程中，第一隔膜供料机构10、锂带供料机构50、负极片供料机构20、第二隔膜供料机构30的放卷端与复合机构连接，正极片供料机构40的放卷端与卷针100连接，第一锂片501不参与卷绕之前，第一隔膜供料机构10、负极片供料机构20、第二隔膜供料机构30通过复合机构时，伸缩气缸收缩带动热封辊向远离极片的方向运动，使得第一隔膜供料机构10、负极片供料机构20、第二隔膜供料机构30可以在无阻碍的状态下向卷针100供料；在第一锂片501参与卷绕之后，此时通过伸缩气缸伸长带动热封辊与复合锂带组件抵接，伺服电机驱动热封辊转动，通过热封的方式对第一锂片501进行热复合，以避免因锂活泼的特性从而影响电芯的补锂效果的问题。

以上两种方式的区别在于，第一种方式是对第一隔膜供料机构10和第二隔膜供料机构30的边沿进行热封，相当于将第一隔膜供料机构10与第二隔膜供料机构30的四周热封形成一个袋子，第一锂片501设置于该袋子中；第二种方式是直接将热封辊贴附在第一隔膜供料机构10、第一锂片501、第二隔膜供料机构30叠放的上方，通过直接贴附热压的方式实现第一锂片501进行热复合；以上两种方式均可以实现第一锂片501的有效热复合。

需要说明的是，在第一锂片501塑封的过程中，一种方式是通过暂停卷针100卷绕的方式，在第一锂片501塑封完成后在启动卷针100的卷绕，这种方式虽然能达到第一锂片501的有效热复合，但是整个电芯卷绕时间增加，影响预锂电芯的制作效率；另一种方式是卷针100卷绕持续卷绕，将第一锂片501的一端送入复合机构200中时，启动热封组件对第一锂片501进行热复合，这种方式不仅能达到有效热复合，而且可以不影响整个电芯卷绕时间，因而提高了预锂电芯的制作效率。对于方形电池，为了发挥第一锂片501的补锂效果，将第一锂片501设置在卷芯半成品的水平位置，以较大限度的对电芯进行补锂操作。

对于裁切后第一锂片501向复合机构200送入中，在第五裁切机构一侧设置夹取输送机构，该夹取输送机构可以采用现有结构，以能实现对第一锂片501的夹取和输送为较佳方案，在此不限制夹取输送机构的具体结构。

特别说明的是，为了对方形电池的两面进行有效补锂，在卷芯半成品远离第一锂片501的相对位置卷绕第二锂片502，第二锂片502的设置以及卷绕同第一锂片501一致；同时可以在卷芯半成品的两侧分别设置多层第一锂片501或第二锂片502(将卷芯半成品同侧的锂片作为第一锂片501或第二锂片502)。

预锂电芯制作所依托结构的具体排布为：卷针100位于中间，第一隔膜供料机构10、锂带供料机构50、负极片供料机构20、第二隔膜供料机构30、正极片供料机构40依次相邻设置。

S4：裁断第一隔膜101和第二隔膜103，经过后续贴胶带、热压后完成卷芯制作

通过第一裁切机构和第二裁切机构对第一隔膜101和第二隔膜103进行裁切，贴胶带、热压工序均可以采用现有的卷芯成型结构实现。

通过步骤S1至S4，电芯卷绕加工制造过程中完成锂片与两面隔膜的复合，然后将复合锂带组件随着卷芯半成品的卷绕而继续卷绕，避免了锂片长期暴露在空气中带来安全隐患；同时，所加入的锂片参与卷绕前，先与两个隔膜复合，确保了加工制造过程中锂片的相对位置，另外在锂片、隔膜复合过程与卷芯半成品的持续卷绕是同步进行的，在此过程中卷针100是持续转动的，提高了电芯卷绕制作效率，并且在后续的热压过程中，与电芯完全形成一个整体，避免了在后续组装过程中发生位置偏移，提高了卷芯制造的合格率。

步骤S1至S4为在卷芯半成品的单面设置锂片的过程，以下说明在卷芯半成品的双面设置一至多个锂片的过程。

第一实施例，如图1和2所示：

S11：沿卷针100回转方向依次将第一隔膜101、负极片102、第二隔膜103、正极片104卷绕形成卷芯半成品；

S12：将负极片102和正极片104按照设定长度裁断；

S13：定长裁切第一锂片501，将第一锂片501送入复合机构200，在复合机构200中按照第一隔膜101、第一锂片501、第二隔膜103的顺序将三者复合形成复合锂带组件，所述第一锂片501在送入复合机构200时，卷针100持续沿回转方向转动，卷针100带动复合锂带组件转动半圈以将第一锂片501缠绕在卷芯半成品的水平方向上；

S14：定长裁切第二锂片502，将第二锂片502送入复合机构200，在复合机构200中按照第一隔膜101、第二锂片502、第二隔膜103的顺序将三者复合形成复合锂带组件，所述第二锂片502在送入复合机构200时，卷针100持续沿回转方向转动，卷针100带动复合锂带组件转动半圈以将第二锂片502缠绕在卷芯半成品的水平方向上；

第一锂片501和第二锂片502分别设置于卷芯半成品的上下两个水平大面上；

S15：裁断第一隔膜101和第二隔膜103，经过后续贴胶带、热压后完成卷芯制作。

通过步骤S11至S15，实现对卷芯半成品的双面分别设置一个锂片的过程。

第二实施例，如图1和2所示：

S21：沿卷针100回转方向依次将第一隔膜101、负极片102、第二隔膜103、正极片104卷绕形成卷芯半成品；

S22：将负极片102和正极片104按照设定长度裁断；

S23：定长裁切第一锂片501，将第一锂片501送入复合机构200，在复合机构200中按照第一隔膜101、第一锂片501、第二隔膜103的顺序将三者复合形成复合锂带组件，所述第一锂片501在送入复合机构200时，卷针100持续沿回转方向转动，卷针100带动复合锂带组件转动半圈以将第一锂片501缠绕在卷芯半成品的水平方向上；

S24：定长裁切第二锂片502，将第二锂片502送入复合机构200，在复合机构200中按照第一隔膜101、第二锂片502、第二隔膜103的顺序将三者复合形成复合锂带组件，所述第二锂片502在送入复合机构200时，卷针100持续沿回转方向转动，卷针100带动复合锂带组件转动半圈以将第二锂片502缠绕在卷芯半成品的水平方向上；

S25：重复步骤S23至S24，直至一至多个第一锂片501和一至多个第二锂片502分别复合卷绕完成。

S26：裁断第一隔膜101和第二隔膜103，经过后续贴胶带、热压后完成卷芯制作。

通过步骤S21至S26，实现对卷芯半成品的双面分别设置一个以上锂片的过程。

第三实施例，如图1、2、3所示：

S31：沿卷针100回转方向依次将第一隔膜101、负极片102、第二隔膜103、正极片104卷绕形成卷芯半成品；

S32：将负极片102和正极片104按照设定长度裁断；

S33：定长裁切第一锂片501，将第一锂片501送入复合机构200，在复合机构200中按照第一隔膜101、第一锂片501、第二隔膜103的顺序将三者复合形成复合锂带组件，所述第一锂片501在送入复合机构200时，卷针100持续沿回转方向转动，卷针100带动复合锂带组件转动半圈以将第一锂片501缠绕在卷芯半成品的水平方向上；

S34：定长裁切第二锂片502，将第二锂片502送入复合机构200，在复合机构200中按照第一隔膜101、第二锂片502、第二隔膜103的顺序将三者复合形成复合锂带组件，所述第二锂片502在送入复合机构200时，卷针100持续沿回转方向转动，卷针100带动复合锂带组件转动半圈以将第二锂片502缠绕在卷芯半成品的水平方向上；

S35：将负极片102送入第一隔膜101与步骤S34后的卷芯半成品之间，正极片104送入第二隔膜103与第一隔膜101之间，重复步骤S33至S34，直至一至多个第一锂片501和一至多个第二锂片502分别复合卷绕完成。

S36：裁断第一隔膜101和第二隔膜103，经过后续贴胶带、热压后完成卷芯制作。

通过步骤S31至S36，实现对卷芯半成品的双面分别设置一个以上锂片的过程。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。