本發(fā)明涉及一種電池極片裁切方法和包含該方法的電池芯組裝方法，具體而言，本發(fā)明涉及一種疊片型電池芯的電池極片裁切方法和包含該方法的電池芯組裝方法。

背景技術：

鋰離子電池是理想化學能源，具有體積小、電壓高、比能量高、充放電壽命長、無記憶效應、對環(huán)境污染小、快速充電、自放電率低等優(yōu)點。隨著電動交通工具市場規(guī)模的增長，具有高倍率放電性能的動力型鋰電池呈現(xiàn)出供不應求的趨勢，電池芯組裝精度和速度是其中一個主要的制約因素。

包含鋰離子電池在內，將活性材料做成膜片形狀的電池芯結構均為片狀的相對的正負極片，以及夾在中間的隔膜，膜片形狀的電池芯結構有卷繞和疊片兩種，兩種結構對應的組裝方法的優(yōu)缺點如下：

卷繞結構的電池芯的組裝工藝方法簡單易行，效率高，機械自動化容易，但卷繞結構的電池內部結構存在彎折，因此存在內部反應不均勻、彎折處易破裂、電池分布不均勻的問題，因此在交通工具上應用時易出現(xiàn)極片內部褶皺、彎折處破裂、局部發(fā)熱嚴重的現(xiàn)象，不能滿足動力電池安全性能需求。

疊片結構的電池從結構上解決了以上安全性能問題，且疊片結構會大幅度減少電池的內阻。此外疊片結構的電池設計靈活，可以做出非常規(guī)形狀的電池。但目前現(xiàn)有疊片結構電池的電極裁切、電池芯組裝工藝方法的機械全自動化難，設備成本高、生產控制難且組裝效率低。

因此必須對現(xiàn)有疊片結構的電池極片裁切方法和電池芯組裝工藝方法進行改進，提供一種易自動化、設備成本低、組裝效率高、定位精度高的疊片電池組裝工藝方法。

現(xiàn)有技術對比

傳統(tǒng)的電池芯疊片組裝工藝方法如下：

切片：切片方法與電池設計及涂布設計方式有關。圖1為例舉涂膜整卷極片(以下稱為極片膜卷)展開的片段示意圖，其中，空白區(qū)域即極耳留白 區(qū)域，這里不涂布活性材料；斜線陰影區(qū)域為涂布區(qū)域，這里為涂布了活性材料的區(qū)域，即反應的區(qū)域。根據(jù)本專利的關注點，切片的方法可以分成兩種類型。一種是極耳留白區(qū)域與涂布區(qū)域等寬，例舉極片如圖2所示。此種類型切片中一般采用分條加裁片或直接裁片的方式，也可以采用模切方式，采用模切方式時，刀模即為極片形狀。另一種是極耳區(qū)域與涂布區(qū)域不等寬，例舉極片如圖3所示。此種類型切片一般采用模切的方式，即采用極片形狀的刀模模切圖1所示的極片膜卷，以得到極片的切片。

清掃：當切片完成后，由于切片邊緣可能會存在掉料、落灰或毛刺，影響電池性能，因此需要將切片進行清掃。正負極的切片均需要進行本步驟。在自動化過程中，單片切片無法準確定位及運輸，因此一般需將切片進行整理，然后利用設備進行清掃。

疊片：按照電池設計取所述清掃后的切片，利用隔離紙將正極和負極隔開，進行多層層疊。根據(jù)隔離紙引入的機械方式或隔離紙設計結構，疊片的工藝方式有之字式、卷繞式和制袋式(參見圖4-圖6，其分別為之字式、卷繞式和制袋式的疊片工藝)。這里的卷繞式是指正極負極和隔離紙引入的方式，與上文所述的卷繞結構的電池芯不同。

焊接：將疊片完成的產品中正負極各自留白區(qū)域進行焊接，同時焊上極耳。

利用現(xiàn)有電池芯疊片組裝工藝方法，在自動化生產過程中存在以下問題：

1、制備大面積電池時，需切取大面積的極片，若要實現(xiàn)極耳區(qū)域與涂布區(qū)域不等寬時需提供大面積的模具，而大面積的模具增大了設備成本、生產成本，同時產品質量控制難度增加，會出現(xiàn)如極片變形、極片斜切甚至極片褶皺的現(xiàn)象。

2、極片層疊后需要進行定位整理，以便極片邊緣對齊，該過程往往會對極片邊緣形成不可逆破壞或使極片褶皺。

3、當極片較大時，極片易發(fā)生彎曲，因此層疊過程中精度難以控制，容易發(fā)生錯位，則產品的一致性難以保證。

4、采用傳統(tǒng)疊片組裝工藝方法，需對每片極片進行拾取操作，而單片極片的拾取自動化時連續(xù)性周期時間長，因此生產效率低、自動化成本高、生產控制難。

技術實現(xiàn)要素：

技術問題：

針對現(xiàn)有疊片電池芯組裝工藝方法速度與性能不能兼顧等方面的不足，本發(fā)明的一個目的是解決疊片電池芯組裝工藝繁雜、自動化成本高、產品一致性差、生產控制難且組裝效率低的技術問題。

技術方案

本專利提供的新型組裝工藝方法有別于傳統(tǒng)疊片工藝方法，其工序為：去廢、清掃、疊帶、分離及焊接。該工藝方法與傳統(tǒng)工藝方法的最大區(qū)別在于合理利用極片結構和多層走帶方式的結合，實現(xiàn)工序的簡并及連續(xù)性，大幅度降低設備自動化成本、生產成本，提高產品的成品率。

根據(jù)本發(fā)明的一個技術方案，其提供了一種新的電池極片裁切方法，該方法包括以下步驟：

a)極片膜卷設計

根據(jù)極片形狀在極片膜卷上設計出切割區(qū)域、保留區(qū)域、連接區(qū)域，其中，保留區(qū)域的形狀為極片在極片膜卷上周期相連排列的形狀，且相鄰的極片相連接的部分被稱為連接區(qū)域，切割區(qū)域為極片膜卷上去除保留區(qū)域后待切割的區(qū)域的形狀；

b)去廢切割及清掃

通過切除在上述的極片膜卷設計中的所述切割區(qū)域，而在極片膜卷上進行去廢切割，以得到想要的極片在極片膜卷上局部相連的結構，且極片膜卷的上述切割區(qū)域在切割后成為空隙區(qū)域；所述去廢切割的方式沒有特別限制，其非限制性實例包括模切、沖切、激光切割、圓刀模切方式；在去廢切割同時或者去廢切割之后，收集切除的切割區(qū)域部分，并清掃切口。

優(yōu)選地，所述去廢切割采用模切方式進行，其中，所述模切的刀模圖案與所述切割區(qū)域的形狀相對應；

優(yōu)選地，所述去廢切割采用激光切割的方式進行；

優(yōu)選地，所述去廢切割采用圓刀模切的方式進行；

其中，所述圓刀模切包括刀輥1和輔助輥4，

所述刀輥1上設置有刀模2，刀模2的位置根據(jù)所述極片膜卷設計而間歇設置，所述刀模2的形狀根據(jù)所述極片膜卷設計而設置；

優(yōu)選地，刀模2的中間鏤空，與輥內層相連，輥內層為中空輥3，連接外部抽氣管道以進行切口的清掃；

優(yōu)選地，在所述去廢切割的同時收集切除的切割區(qū)域部分；

根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，其進一步提供了一種電池芯組裝方法，該方法包含上述的電池極片裁切方法，還包括：

c)疊帶

將去廢切割后的局部相連的正極極片膜卷和負極極片膜卷以隔膜相間隔地隔開進行層疊得到相互連接的單電池芯，層疊完成后，將所述空隙區(qū)域位置的隔膜結合固定。結合固定的方式沒有限制，其可采用加熱方式、加壓方式，具體包括但不限于以下方法：膠黏、條狀熱封、電加熱點焊、超聲波點焊、激光焊接等。

d)分離及焊接

將在步驟c)中得到的相互連接的單電池芯沿所述連接區(qū)域切開從而分離，以得到單電池芯并進行極耳焊接。

切開的方式沒有特別限制，例如可采用分條、裁切、剪切或模切的方式。

分離和焊接的順序沒有特別限制，可以先分離再焊接，或者先焊接再分離，甚至可以同時進行。

所述極耳焊接方法沒有特別限制，可以采用本領域常規(guī)的方法，例如超聲波點焊、電加熱點焊、激光焊接等。優(yōu)選地，所述電池芯包括鋰離子電池電池芯或超級電容器電池芯。

有益效果

本發(fā)明的極片裁切方法和電池芯組裝方法改進了傳統(tǒng)疊片工藝，實現(xiàn)工序的簡并及連續(xù)性，大幅度降低設備自動化成本、生產成本、提高生產效率、增加產品的成品率及一致性。具體而言：

1、采用去廢切割的方式，模具的大小與極片面積大小不相關，因此模具可利用率高、且加工及更換簡單，因此設備成本低，使用靈活度高。同時由于切取部位面積小，產品質量控制容易，材料廢棄率低。

2、通過極片局部連接的設計來實現(xiàn)極片的連續(xù)走帶傳送，降低了電池芯組裝過程中工序復雜程度，從而降低設備自動化成品并使生產易于控制，提高產品質量。

3、通過極片局部連接的設計來實現(xiàn)極片與隔離紙相間層疊的疊帶方法，無需對單片極片進行操作，避免極片拾取、定位及對齊過程中對極片產生損傷。

4、疊帶后多層工件一起固定，避免工件傳送過程中引起的極片彎曲，并使多層層疊位置一致，保障了樣件精度及一致性，提高產品成品率。

5、在新型電池芯組裝工藝中，能夠實現(xiàn)加工、傳送一體化的自動化技術應用，從而用較低的成本解決傳統(tǒng)工藝中的疊片速度慢、連續(xù)性傳送周期長的問題。

附圖說明

圖1為涂膜之后，切片前的整卷極片(稱為極片膜卷)展開的片段例舉示意圖。

圖2為極耳留白區(qū)域與涂布區(qū)域等寬的極片的例舉示意圖。

圖3為極耳區(qū)域與涂布區(qū)域不等寬的極片的例舉示意圖。

圖4為之字式疊片工藝的示意圖。

圖5為卷繞式疊片工藝的示意圖。

圖6為制袋式疊片工藝的示意圖。

圖7為根據(jù)本發(fā)明的實施例1-3中的極片膜卷設計的示意圖。

圖8為根據(jù)本發(fā)明的實施例1-3的去廢切割之后的極片膜卷的示意圖。

圖9為點焊式制袋固定的設計方案圖(圖中空心小圓圈標示)及極耳超聲波焊接位置示意圖(圖中小方塊標示)。

圖10為根據(jù)本發(fā)明的實施例4的去廢切割之后的極片膜卷的示意圖。

圖11為根據(jù)本發(fā)明的實施例5的去廢切割之后的極片膜卷的示意圖。

圖12為在實施例3中所使用的圓刀模切的示意圖。

附圖標記

1 刀輥

2 刀模

3 中空輥

4 輔助輥

11 極耳留白區(qū)域

12 涂布區(qū)域

71 保留區(qū)域

72 切割區(qū)域

73 連接區(qū)域

81 空隙區(qū)域

具體實施方式

下面通過實施例對本發(fā)明的技術方案作詳細說明，本實施例在本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施工藝方法和具體設備原理，但本發(fā)明需保護的范圍不限于下述的實施例。

實施例1

涂膜之后，切片前的極片膜卷(以正極極片膜卷為例，負極極片膜卷類似處理)如圖1所示，擬完成的電池芯組裝示意圖如圖3所示。

該電池極片裁切方法的具體步驟如下：

a)極片膜卷設計

如圖7所示，根據(jù)圖3的極片形狀在極片膜卷上設計出切割區(qū)域72、保留區(qū)域71(包含涂布區(qū)域和上方的極耳留白區(qū)域)、連接區(qū)域73，其中，保留區(qū)域的形狀為極片在極片膜卷上周期相連排列的形狀，且相鄰的極片相連接的部分被稱為連接區(qū)域，切割區(qū)域為極片膜卷上去除保留區(qū)域后待切割的區(qū)域的形狀；

b)去廢切割及清掃

通過模切去除圖7中的所述切割區(qū)域以得到圖8所示的極片在極片膜卷上局部相連的結構，且極片膜卷的上述切割區(qū)域在切割后成為空隙區(qū)域81；在去廢切割之后清掃切口；

其中，所述模切的刀模圖案與所述切割區(qū)域72的形狀相對應；

c)疊帶

如圖9所示，將去廢切割后的局部相連的正極極片膜卷和負極極片膜卷以隔膜相間隔地隔開進行層疊得到相互連接的單電池芯，層疊完成后，將所述空隙區(qū)域位置的隔膜結合固定，即，在圖中空心小圓圈的部位以電加熱點焊固定；

d)分離及焊接

如圖9所示，在圖中極耳留白區(qū)域的小方塊部位以超聲波點焊焊接極耳，并將在步驟c)中得到的相互連接的單電池芯沿疊帶后的連接區(qū)域沖切分離；以得到單片電池芯；

然后進行常規(guī)的封裝、加液靜置、密封、化成等工藝，得到電池芯。

實施例2

涂膜之后，切片前的極片膜卷(以正極極片膜卷為例，負極極片膜卷類似處理)如圖1所示，擬完成的電池芯組裝示意圖如圖3所示。

除了采用激光切割去廢的方式代替模切去廢以外，以與實施例1相同的方式組裝電池芯。

實施例3

涂膜之后，切片前的極片膜卷(以正極極片膜卷為例，負極極片膜卷類似處理)如圖1所示，擬完成的電池芯組裝示意圖如圖3所示。

除了采用圓刀模切去廢的方式代替模切去廢以外，以與實施例1相同的方式組裝電池芯。

其中，所述圓刀模切的結構如圖12所示，其中，上輥為刀輥1，所述刀輥上設置有刀模2，刀模2根據(jù)上述的極片膜卷設計而間隔設置，所述刀模2的形狀與實施例1中所述的刀模形狀相同，間隔處可安裝毛刷或膠氈，進行斷口及表面清掃，刀模2的中間鏤空，與輥內層相連，輥內層為中空輥3，連接外部抽氣管道以進行切口的清掃；下輥為輔助輥，是雙層結構的圓輔助輥4，外層為輥套，內層為圓輥。

實施例4

涂膜之后，切片前的極片膜卷(以正極極片膜卷為例，負極極片膜卷類似處理)如圖1所示，擬完成的電池芯組裝示意圖如圖3所示。

除了進行極片膜卷設計，以使得模切之后的極片膜卷為如圖10所示的結構以外，以與實施例1相同的方式組裝電池芯。

實施例5

涂膜之后，切片前的極片膜卷(以正極極片膜卷為例，負極極片膜卷類似處理)如圖1所示，擬完成的電池芯組裝示意圖如圖2所示。

除了進行極片膜卷設計，以使得模切之后的極片膜卷為如圖11所示的結構以外，以與實施例1相同的方式組裝電池芯。

以上所述是根據(jù)本發(fā)明中所提供部分方法組合形成的實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，進行其它組合、省略、改進或潤飾使用方法，可以形成若干種實施方法，這些基于本發(fā)明原理形成的實施方法也應視為本發(fā)明的保護范圍。