本發(fā)明涉及鋰離子電池制備工藝領(lǐng)域，尤其指其中的極芯卷繞領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鋰離子電池極芯卷繞是鋰離子電池制作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一；所述極芯包括正極片、隔膜和負(fù)極片，所述正極片、隔膜和負(fù)極片疊置后通過(guò)卷繞形成。

目前鋰離子電池極芯卷繞方法主要包括如下步驟：采用長(zhǎng)方形或菱形的卷針，將隔膜穿入卷針內(nèi)，然后在恒張力、恒轉(zhuǎn)速(均指卷針的角速度)的情況下將隔膜預(yù)卷；然后依次插入負(fù)極片、正極片后，在恒張力、恒轉(zhuǎn)速的情況下卷繞，最后拔出卷針，即得到該極芯。

申請(qǐng)人一直致力于完善鋰離子電池制造的工藝流程，提供產(chǎn)品品質(zhì)，其中，在對(duì)產(chǎn)品和工藝優(yōu)化過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，電池起拱是一急需解決的問(wèn)題。為此，申請(qǐng)人一直在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析電池生產(chǎn)過(guò)程中的起拱比例，以期望找出其導(dǎo)致起拱的原因，找到消除起拱的手段，以提高良率，降低生產(chǎn)成本。在2013至2014年間，早期其起拱比例高達(dá)2.4％，我們逐步完善工藝，其起拱比例有效降低，低至0.1％左右。再往下降就很難了，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有傳統(tǒng)的卷繞方法中，其卷針在恒張力、恒轉(zhuǎn)速(恒角速度)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其極片在行進(jìn)方向上產(chǎn)生類(lèi)似正弦曲線的速度分量，造成極片與隔膜卷繞過(guò)程中的張力松弛變化，導(dǎo)致極芯內(nèi)部張力不均；特別是經(jīng)過(guò)后工序(指真空烘烤工序)隔膜收縮、充放電過(guò)程中極片膨脹，由于極片層與層之間間隙小，使得極芯內(nèi)極片膨脹時(shí)，電極層與層產(chǎn)生相互作用，由于卷繞時(shí)內(nèi)部張力不均勻，應(yīng)力集中產(chǎn)生彎矩，造成極片扭曲，導(dǎo)致部分成品電池起拱變形，從而產(chǎn)生了安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有部分成品電池存在起拱變形的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池極芯卷繞方法及鋰離子電池制備方法。

本發(fā)明一方面提供了一種鋰離子電池極芯卷繞方法，包括如下步驟：

S1、預(yù)卷步驟：將隔膜穿入主卷針，隔膜預(yù)卷；然后插入負(fù)極片，在恒定張力P1、恒定轉(zhuǎn)速V1下預(yù)卷半圈；再插入正極片，在恒定張力P1、恒定轉(zhuǎn)速V1下預(yù)卷半圈；

S2、變張力轉(zhuǎn)速卷繞步驟：然后逐漸降低張力和轉(zhuǎn)速，持續(xù)卷繞N圈后中斷卷繞；其張力降至P2，轉(zhuǎn)速降至V2；

S3、恒張力轉(zhuǎn)速卷繞步驟：中斷卷繞后插入副卷針，在恒定張力P2、恒定轉(zhuǎn)速V2下卷繞；

S4、拔卷針步驟：切斷隔膜，然后收尾卷繞，最后抽出所述主卷針和副卷針。

優(yōu)選地，所述步驟S2中所述“然后逐漸低降低張力和轉(zhuǎn)速”具體包括如下步驟：將張力和轉(zhuǎn)速分成K檔，逐漸降低所述張力和轉(zhuǎn)速的檔位，其中，K的取值范圍為2-6。

優(yōu)選地，所述張力P1的范圍為4-8牛；所述張力P2的范圍為1-4牛。

優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)速V1的范圍為180-260轉(zhuǎn)/分鐘；所述轉(zhuǎn)速V2＝V1*n，其中，所述n的范圍為60％-80％。

優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)速V2的范圍為100-200轉(zhuǎn)/分鐘。

優(yōu)選地，所述步驟S2和步驟S3中的總卷繞圈數(shù)為M，所述步驟S2中N≤1/2M。

優(yōu)選地，所述M的范圍為6-14，所述N的范圍為3-7。

優(yōu)選地，所述副卷針的寬度為5-40mm，厚度為0.1-1.5mm。

優(yōu)選地，所述副卷針為非金屬材質(zhì)薄片或表面鍍鐵氟龍金屬薄片。

本發(fā)明第二方面提供了一種鋰離子電池制備方法，包括如下步驟：采用上述鋰離子電池極芯卷繞方法制作得到極芯；

然后封裝，真空烘烤，注液，化成，封口。

本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰離子電池極芯卷繞方法和鋰離子電池制備方法，將其極芯卷繞過(guò)程分成步驟S1、步驟S2、步驟S3和步驟S4，其步驟S1在較高張力和轉(zhuǎn)速下預(yù)卷，步驟S2采取變張力和轉(zhuǎn)速的方式卷繞，逐漸減低其張力和轉(zhuǎn)速，并在步驟S3中插入副卷針后再采取恒張力和轉(zhuǎn)速的方式進(jìn)行卷繞，最后步驟S4完成收尾卷繞和拔出卷針；由于其采用變張力和轉(zhuǎn)速的卷繞方式，并在插入副卷針后采用恒張力、恒轉(zhuǎn)速進(jìn)行卷繞，使主卷針的內(nèi)徑發(fā)生變化，極芯內(nèi)部的極片之間間隙變大，為后工序極片膨脹預(yù)留空間，避免了應(yīng)力集中現(xiàn)象，有效地降低電池起拱變形比例。同時(shí)，該種卷繞方式可提高卷繞速度，從而提升了鋰離子電池的生產(chǎn)效率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式中提供的鋰離子電池極芯卷繞流程圖；

圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式中提供的鋰離子電池極芯卷繞立體示意圖；

圖3是圖2中A處放大示意圖；

圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式中提供的鋰離子電池極芯卷繞工序圖。

其中，1、主卷針；2、副卷針；3、極芯；a、間隙。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例1

本例將對(duì)本發(fā)明公開(kāi)的鋰離子電池極芯卷繞方法進(jìn)行具體解釋說(shuō)明，結(jié)合圖1所示流程圖、圖2所示卷繞立體示意圖以及圖4所示的工序圖，包括如下步驟：

其卷繞設(shè)備包括單卷針工位卷繞設(shè)備和多卷針工位卷繞設(shè)備(比如雙卷針工位卷繞設(shè)備及三卷針工位卷繞設(shè)備)。其卷繞過(guò)程是相同的，僅僅在切斷隔膜的時(shí)間有差異。

S1、預(yù)卷步驟：從0時(shí)刻起，在卷繞機(jī)主卷針1伸出穿過(guò)隔膜，隔膜預(yù)卷半圈；然后從T1時(shí)刻起手動(dòng)或機(jī)器自動(dòng)插入負(fù)極片，在恒定張力P1、恒定轉(zhuǎn)速V1下預(yù)卷半圈；再插入正極片，在恒定張力P1、恒定轉(zhuǎn)速V1下預(yù)卷半圈；上述負(fù)極片和正極片的預(yù)卷統(tǒng)稱為極片預(yù)卷，該極片預(yù)卷完成時(shí)刻為T(mén)2時(shí)刻。所述張力P1的范圍為4-8牛；比如5牛。所述轉(zhuǎn)速V1的范圍為180-260轉(zhuǎn)/分鐘；比如一般采用200轉(zhuǎn)/分鐘。上述張力P1和轉(zhuǎn)速V1，可根據(jù)需要卷繞的極芯3參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，比如如果卷繞后極芯3的容量較大，也即極片的表面積對(duì)應(yīng)較大，則此時(shí)其張力可設(shè)置相對(duì)高些，轉(zhuǎn)速相對(duì)快些。反之，張力可相對(duì)低些，轉(zhuǎn)速相對(duì)慢些，但相對(duì)的，本例中，為加快卷繞速度，其張力P1和轉(zhuǎn)速V1均比傳統(tǒng)情況下的張力和轉(zhuǎn)速高。

S2、變張力轉(zhuǎn)速卷繞步驟：完成上述極片預(yù)卷后，從T2時(shí)刻起，逐漸降低張力和轉(zhuǎn)速，持續(xù)卷繞N圈后中斷卷繞；其張力降至P2，轉(zhuǎn)速降至V2；中斷時(shí)刻為T(mén)3。所述張力P2的范圍為1-4牛。所述轉(zhuǎn)速V2＝V1*n，其中，所述n的范圍為60％-80％。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)速V2的范圍為100-200轉(zhuǎn)/分鐘。比如，當(dāng)轉(zhuǎn)速V1采用200轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，V2采用150轉(zhuǎn)/分鐘，V2＝V1*75％。

S3、恒張力轉(zhuǎn)速卷繞步驟：從T3時(shí)刻中斷上述卷繞后，員工手動(dòng)或者自動(dòng)插入副卷針2，在恒定張力P2、恒定轉(zhuǎn)速V2下卷繞；這樣，在副卷針2插入處，就出現(xiàn)了圖3放大圖中清楚可見(jiàn)的間隙a。完成該S3步驟的時(shí)刻為T(mén)4時(shí)刻。其中，所述副卷針2的寬度為5-40mm，厚度為0.1-1.5mm。所述副卷針2為非金屬材質(zhì)薄片或表面經(jīng)過(guò)特殊處理(如鍍鉻、鍍鐵氟龍)的金屬薄片，比如采用 表面鍍鐵氟龍金屬薄片。如此，可避免極片之間的間隙過(guò)大，造成電池使用過(guò)程中析鋰，產(chǎn)生安全隱患。因鋰離子電池材料配方不同、外形尺寸不同，極片膨脹所需空間不同，因此，副針插入位置與規(guī)格有所差異。

所述步驟S2和步驟S3中的總卷繞圈數(shù)為M，該總?cè)?shù)根據(jù)極片長(zhǎng)度和上述主卷針1和副卷針2的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，一般該M的范圍為6-14圈。所述步驟S2中N≤1/2M。比如，所述N的范圍為3-7。

S4、拔卷針步驟：然后從T4時(shí)刻起，進(jìn)行收尾卷繞，至T5時(shí)刻完成該收尾卷繞，最后拔出所述主卷針1和副卷針2，即獲得所述極芯3。所謂的收尾卷繞為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。具體地。比如采用單卷針工位設(shè)備進(jìn)行卷繞時(shí)，在步驟S3完成后，設(shè)備切刀切斷隔膜，然后收尾卷繞，最后抽出所述主卷針和副卷針；當(dāng)采用多卷針工位設(shè)備進(jìn)行卷繞時(shí)，在第一個(gè)工位完成上述步驟S3后，卷針工位翻轉(zhuǎn)，下一個(gè)卷針工位的主卷針穿隔膜，同時(shí)設(shè)備切刀切斷隔膜，主卷針1進(jìn)行收尾卷繞，最后抽出所述主卷針1和副卷針2，即獲得所述極芯，下一個(gè)卷針工位重復(fù)如上步驟，以此類(lèi)推。

本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰離子電池極芯卷繞方法，將其卷繞過(guò)程分成步驟S1、步驟S2、步驟S3和步驟S4，其步驟S1在較高張力和轉(zhuǎn)速下預(yù)卷，步驟S2采取變張力和轉(zhuǎn)速的方式卷繞，逐漸減低其張力和轉(zhuǎn)速，并在步驟S3中插入副卷針2后再采取恒張力和轉(zhuǎn)速的方式進(jìn)行卷繞，最后步驟S4完成收尾卷繞和拔出卷針；由于其采用變張力和轉(zhuǎn)速的卷繞方式，并在插入副卷針2后采用恒張力、恒轉(zhuǎn)速進(jìn)行卷繞，使主卷針1的內(nèi)徑發(fā)生變化，極芯3內(nèi)部的極片之間間隙變大，為后工序極片膨脹預(yù)留空間，避免了應(yīng)力集中現(xiàn)象，有效地降低電池起拱變形比例。同時(shí)，該種卷繞方式可提高卷繞速度，從而提升了鋰離子電池的生產(chǎn)效率。

優(yōu)選地，所述步驟S2中所述“然后逐漸低降低張力和轉(zhuǎn)速”具體包括如下步驟：將張力和轉(zhuǎn)速分成K檔，逐漸降低所述張力和轉(zhuǎn)速的檔位，其中，K的取值范圍為2-6。比如，假設(shè)其張力P1為5牛，張力P2為2牛，轉(zhuǎn)速V1為200 轉(zhuǎn)分鐘；轉(zhuǎn)速V2為150轉(zhuǎn)/分鐘；則可將其分成如下幾檔：轉(zhuǎn)速依次為200轉(zhuǎn)/分鐘、190轉(zhuǎn)/分鐘、180轉(zhuǎn)/分鐘、170轉(zhuǎn)/分鐘、160轉(zhuǎn)/分鐘、150轉(zhuǎn)/分鐘；張力依次為5牛、張力依次為4.5牛、張力依次為4牛、張力依次為3.5牛、張力依次為3牛、張力依次為2.5牛、張力依次為2牛。

上述步驟S1中，其可預(yù)先在卷繞機(jī)上設(shè)定自動(dòng)卷繞的相關(guān)參數(shù)，即設(shè)置上述張力P1、P2、轉(zhuǎn)速V1、V2，設(shè)定各個(gè)卷繞的階段、以及中斷的時(shí)間，設(shè)定各檔位中的張力和轉(zhuǎn)速，卷繞機(jī)即自動(dòng)運(yùn)行，在如果該卷繞機(jī)為全自動(dòng)卷繞設(shè)備，則可自動(dòng)插入隔膜、正極片、負(fù)極片和中斷后插入副卷針2進(jìn)行卷繞。如果為半自動(dòng)卷繞機(jī)，則需在卷繞過(guò)程中，設(shè)備自動(dòng)插入隔膜、操作員手動(dòng)插入正極片、負(fù)極片和中斷后手動(dòng)插入副卷針2。

本例同時(shí)提供了一種鋰離子電池制備方法，包括如下步驟：采用上述鋰離子電池極芯卷繞方法制作得到極芯3；

然后封裝，真空烘烤，注液，化成，封口。本例中，上述封裝，真空烘烤、注液，化成，封口等，一般還可選擇性包括抽真空，分容等步驟。其均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，本例中僅涉及鋰離子電池極芯的卷繞方法。而所述卷繞方法已在上述進(jìn)行詳細(xì)解釋說(shuō)明，因此不再贅述。

在現(xiàn)有鋰離子電池制備過(guò)程中，為消除隔膜、極片可能產(chǎn)生的應(yīng)力，一般在卷繞前需要對(duì)隔膜和極片進(jìn)行烘烤，以消除應(yīng)力，同時(shí)，在電池注液前，還必須對(duì)封裝有極芯3的電芯進(jìn)行真空烘烤。而采用本發(fā)明提供的該電池制備方法，其在極芯3卷繞的過(guò)程中，采取了變張力、轉(zhuǎn)速，卷繞過(guò)程中采取插入副卷針2的方式，可有效消除極片之間的應(yīng)力，防止產(chǎn)生彎矩，造成極片扭曲，最終降低起拱比例。采用該極芯3卷繞方法，就無(wú)需在極芯3卷繞前對(duì)其隔膜進(jìn)行烘烤。

采用本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的該極芯卷繞方法和鋰離子電池制備方法，申請(qǐng)人統(tǒng)計(jì)采用該極芯卷繞方法制備得到的極芯3，封裝得到電池后，發(fā)現(xiàn)4個(gè)月內(nèi)的產(chǎn)品中，其起拱比例均為0，已完全消除起拱現(xiàn)象。

本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰離子電池極芯卷繞方法和鋰離子電池制備方法中，將其卷繞過(guò)程分成步驟S1、步驟S2、步驟S3和步驟S4，其步驟S1在較高張力和轉(zhuǎn)速下預(yù)卷，步驟S2采取變張力和轉(zhuǎn)速的方式卷繞，逐漸減低其張力和轉(zhuǎn)速，并在步驟S3中插入副卷針2后再采取恒張力和轉(zhuǎn)速的方式進(jìn)行卷繞，最后步驟S4完成收尾卷繞和拔出卷針；由于其采用變張力和轉(zhuǎn)速的卷繞方式，并在插入副卷針2后采用恒張力、恒轉(zhuǎn)速進(jìn)行卷繞，使主卷針1的內(nèi)徑發(fā)生變化，極芯3內(nèi)部的極片之間間隙變大，為后工序極片膨脹預(yù)留空間，避免了應(yīng)力集中現(xiàn)象，有效地降低電池起拱變形比例。同時(shí)，該種卷繞方式可提高卷繞速度，從而提升了鋰離子電池的生產(chǎn)效率。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。