一種圓柱型電池?zé)o極耳焊接的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圓柱型電池領(lǐng)域，尤其涉及一種圓柱型電池?zé)o極耳焊接的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的圓柱型電池-如18650圓柱型鋰離子電池，正負(fù)極片多采用單一極耳的設(shè) 計，無論極耳的位置如何設(shè)置，極耳的尺寸、極耳與極片金屬箱材、鋼殼以及蓋帽之間的焊 接狀態(tài)等都是影響電池物理內(nèi)阻的重要因素，焊接不良時甚至?xí)?dǎo)致電池的整體內(nèi)阻增加 至幾百毫歐。目前，即使采用類似軟包鋰電池多極耳設(shè)計結(jié)構(gòu)的某些圓柱型動力型產(chǎn)品，也 只能將內(nèi)阻降低至ΙΟπιΩ左右。而多極耳（兩極耳以上）結(jié)構(gòu)的設(shè)置，會對底焊、蓋板焊接 等工序帶來一定的不便，從而增加焊接不良的風(fēng)險和內(nèi)阻增大的幾率，進(jìn)一步的，還會因需 要加大折極耳的空間而損失一部分電池容量。此外，從電池的充放電和安全性能的角度來 看，高內(nèi)阻的電芯除了存在自放電較大的性能劣勢之外，還會在大電流放電的過程中產(chǎn)生 大量的熱，導(dǎo)致安全隱患。
[0003] 針對圓柱型電池-如18650圓柱型鋰離子電池物理內(nèi)阻較高的問題，目前主要從 以下幾個方面著手解決：1、基于金屬物理內(nèi)阻的計算原理R=P*L/S(其中，ρ是金屬材 料的固有電子導(dǎo)電率，L是金屬材料的長度，S是金屬材料的橫截面積），采用電子導(dǎo)電率更 高的金屬材料做極耳、降低極耳的長度、或增加極耳的橫截面積（即，使用更厚的極耳）來 降低極耳部分的物理內(nèi)阻；2、增加極耳的個數(shù)，以確保極片整體的物理內(nèi)阻最低；3、改善 極耳與極耳、極耳與鋼殼、極耳與蓋板之間的焊接效果，以降低焊接內(nèi)阻。然而，18650圓柱 型鋰離子電池領(lǐng)域現(xiàn)有使用的鋁極耳和鎳極耳的電子導(dǎo)電率較高、生產(chǎn)可加工性能優(yōu)良， 且在價格上存在很大優(yōu)勢，故改變極耳金屬材料的作法在短期內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)；減小極耳長度 會對焊接造成一定的不便；增厚極耳的厚度和增加極耳的個數(shù)會因鋼殼內(nèi)部空間有限而難 以實(shí)施；故優(yōu)化焊接效果、降低焊接內(nèi)阻即成為了該課題的主要改善方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種圓柱型電池?zé)o極耳焊接的制備方法，旨在同時解決現(xiàn) 有技術(shù)圓柱型電池采用極耳、尤其是超焊多極耳結(jié)構(gòu)時，導(dǎo)致的電池內(nèi)阻高、焊接效果不佳 以及空間容量損失的一系列問題。
[0005] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種圓柱型電池?zé)o極耳焊接制備方法，包括下述步驟：
[0006] 將正、負(fù)極片基材采用縱向間歇式涂膜，分切后分別得到一邊形成留白的正極片 和負(fù)極片；
[0007] 將正極片、隔膜、負(fù)極片依次進(jìn)行層疊后繞卷成卷芯，并使得正、負(fù)極片設(shè)置有留 白的一端分別置于所述隔膜兩長邊的外側(cè)、且所述隔膜邊緣外露有留白；
[0008] 將外露的留白箱材進(jìn)行拍平處理，形成平整光滑的正負(fù)極箱材臺面；
[0009] 使用帶凸臺的負(fù)極集流體壓置于所述卷芯的負(fù)極箱材臺面，進(jìn)行激光焊接形成負(fù) 極焊接焊點(diǎn)；使用帶中心孔的正極集流體壓置于所述卷芯的正極箱材臺面，進(jìn)行激光焊接 形成正極焊接焊點(diǎn)。
[0010] 本發(fā)明結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)可操作的情況進(jìn)行匯總分析和優(yōu)化，通過改善焊接效果實(shí)現(xiàn) 電池內(nèi)阻的降低。具體的，通過將卷芯經(jīng)過特殊的預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)正負(fù)極片上無超焊極耳、多 點(diǎn)狀接觸焊點(diǎn)的激光焊接方式，從而減少了傳統(tǒng)圓柱型電池制備過程中極片上超焊極耳的 工步，簡化其生產(chǎn)制成工藝，提高了生產(chǎn)效率。更重要的是，由于本發(fā)明不需使用特別設(shè)置 的極耳，避免了傳統(tǒng)圓柱型電池生產(chǎn)過程中由于極耳帶來的一系列內(nèi)阻增大的問題，且節(jié) 省傳統(tǒng)工藝中折曲極耳的空間，提升了圓柱型電池的能量密度和使用安全。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的正、負(fù)極片基材采用縱向間歇式涂膜示意圖；
[0012] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的正極片、隔膜和負(fù)極片層疊圖；
[0013] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的正極片、隔膜和負(fù)極片繞卷成卷芯的示意圖；
[0014] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1提供的負(fù)極集流體及焊接效果的形狀圖、實(shí)施例2提供的 負(fù)極集流體及焊接效果的形狀圖；
[0015] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例1提供的正極集流體及焊接效果的形狀圖；
[0016] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例2提供的正極集流體及焊接效果的形狀圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、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，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。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。
[0018] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種圓柱型電池?zé)o極耳焊接的制備方法，包括下述步驟：
[0019] S01.將正、負(fù)極片基材采用縱向間歇式涂膜，分切后分別得到一邊形成留白的正 極片和負(fù)極片；
[0020] S02.將正極片、隔膜、負(fù)極片依次進(jìn)行層疊后繞卷成卷芯，并使得正、負(fù)極片設(shè)置 有留白的一端分別置于所述隔膜兩長邊的外側(cè)、且所述隔膜邊緣外露有留白；
[0021] S03.將外露的留白箱材進(jìn)行拍平處理，形成平整光滑的正負(fù)極箱材臺面；
[0022] S04.使用帶凸臺的負(fù)極集流體壓置于所述卷芯的負(fù)極箱材臺面，進(jìn)行激光焊接形 成負(fù)極焊接焊點(diǎn)；使用帶中心孔的正極集流體壓置于所述卷芯的正極箱材臺面，進(jìn)行激光 焊接形成正極焊接焊點(diǎn)。
[0023] 具體的，上述步驟S01中，對正、負(fù)極片基材，進(jìn)行涂布時采用縱向間歇式涂布方 式，涂布俯視圖如附圖1所示，其中〇為一片完整的基材，05為涂布方向，02表示縱向間歇 式涂布的寬度，01表示邊緣留白寬度，03表示間涂縱向留白寬度，04所示的虛線表示基材 分切時的切刀位置。采用縱向間歇式涂布方式，一方面可以實(shí)現(xiàn)同一批次漿料無間斷的連 續(xù)涂布，提高了生產(chǎn)效率；另一方面，解決了傳統(tǒng)橫向間歇涂布方式在起涂和拖尾時造成的 厚度不均勻、進(jìn)而影響電池性能的問題。采用縱向間歇式涂布后的正負(fù)極片，直接分切即 可得到一邊留有形成留白一即空箱的正極片和負(fù)極片，省去了圓柱型電池制備中的制片工 藝、顯著提高了生產(chǎn)效率。此外，正極片和負(fù)極片形成的留白，可直接在后續(xù)工藝中經(jīng)過拍 平、激光焊接后形成焊接焊點(diǎn)，避免了超焊極耳、貼膠等工序，進(jìn)一步節(jié)省了時間成本。
[0024] 本發(fā)明實(shí)施例中，所述正、負(fù)極片基材種類的選用不受限制，可采用圓柱型電池領(lǐng) 域常用的正、負(fù)極片基材，如圓柱型鋰離子電池選用的正極鋁箱、負(fù)極銅箱。
[0025] 上述步驟S02中，將正極片、隔膜、負(fù)極片依次層疊的步驟中，需保證所述隔膜能 將正負(fù)極片中的涂覆部分完全分隔開，具體如附圖2所示，其中，1為負(fù)極片，2為隔膜，3為 正極片，11為負(fù)極留白，31為正極留白。所述隔膜長邊邊緣外露的留白寬度不受限制，以不 超過所述留白的總寬度為宜。將層疊好的正負(fù)極片與隔膜一同卷繞成卷芯，卷繞后的卷芯 如附圖3所示。
[0026] 上述步驟S03中，將外露的留白箱材31和11進(jìn)行拍平處理，形成平整光滑的正負(fù) 極箱材臺面。作為優(yōu)選實(shí)施例，所述拍平處理的方法為：
[0027] S31.將所述卷芯置于旋轉(zhuǎn)臺上，卷芯縱軸固定，啟動旋轉(zhuǎn)臺，使卷芯以卷芯縱軸為 中心、順時針或逆時針方向勻速旋轉(zhuǎn)；
[0028]S32.將具有垂直平面的硬質(zhì)件設(shè)置于卷芯留白的外圍，并使硬質(zhì)件的一縱向垂直 面朝向卷芯方向并與卷芯縱軸平行，硬質(zhì)件的一橫向垂直面朝下并與旋轉(zhuǎn)臺平行；
[0029]S33.將硬質(zhì)件由遠(yuǎn)離卷芯的方向向卷芯縱軸方向勻速推進(jìn)，且硬質(zhì)件的推進(jìn)方向 為直線型，使所述硬質(zhì)件在卷芯旋轉(zhuǎn)的同時對卷芯上端留白進(jìn)行拍平。
[0030] 具體的，上述步驟S31中，將圓柱型電池卷芯置于旋轉(zhuǎn)臺上，卷芯縱軸固定，使卷 芯轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)動軌跡不會發(fā)生偏離。該步驟中，所述卷芯旋轉(zhuǎn)的方向沒有要求，順時針或逆時 針旋轉(zhuǎn)均可，但是，要在整個圓柱型電池?zé)o極耳焊接的預(yù)處理方過程中，保持卷芯的旋轉(zhuǎn)方 向一致。
[0031] 本發(fā)明實(shí)施例中，所述旋轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速不宜過高，以避免后續(xù)對留白進(jìn)行拍平處理 時留白處金屬箱材破損、或金屬肩飛濺等，造成卷芯質(zhì)量的損壞。具體的，所述旋轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn) 速優(yōu)選為30-800轉(zhuǎn)/min，進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為200-500轉(zhuǎn)/min。
[0032] 上述步驟S32中，所述硬質(zhì)件的設(shè)置，是實(shí)現(xiàn)圓柱型電池?zé)o極耳焊接的關(guān)鍵。作為 優(yōu)選實(shí)施例，所述硬質(zhì)件為表面光滑平整的金屬、木質(zhì)、塑膠板、鋼化玻璃類硬質(zhì)件，當(dāng)然， 所述金屬包括合金。應(yīng)當(dāng)理解，上述硬質(zhì)件為優(yōu)選材質(zhì)的硬質(zhì)件，其他材質(zhì)的硬質(zhì)件也能用 于本發(fā)明實(shí)施例。進(jìn)一步地，所述硬質(zhì)件優(yōu)選為規(guī)則的長方體。具體的，可以為金屬棍、木 棍、或三合板、復(fù)合板、塑膠板、鋼化玻璃板材質(zhì)的硬質(zhì)件。進(jìn)一步地，所述硬質(zhì)件需要具有 一定強(qiáng)度和硬度，強(qiáng)度和硬度沒有強(qiáng)制要求，只需滿足在后續(xù)拍平處理過程中，保證拍平效 果平整密實(shí)、外形美觀的同時，不發(fā)生變形即可。當(dāng)然，所述硬質(zhì)件與卷芯接觸的垂直面均 為平面。
[0033] 所述硬質(zhì)件的位置設(shè)置于卷芯留白的外圍，在進(jìn)行拍平處理前，可不與所述卷芯 直接接觸，也可在不影響所述卷芯質(zhì)量的前提下，置于所述卷芯的最外圈。
[0034] 上述硬質(zhì)件中，為了提高拍平處理效率，并實(shí)現(xiàn)外觀平整、排列規(guī)則、整齊的效果， 所述硬質(zhì)件縱向垂直面的寬度優(yōu)選為1-1〇〇_，進(jìn)一步地，所述硬質(zhì)件縱向垂直面的寬度優(yōu) 選為20-40mm，更優(yōu)選為30mm;所述硬質(zhì)件橫向垂直面的寬度優(yōu)選為l-100mm，進(jìn)一步地，所 述硬質(zhì)件橫向垂直面的寬度優(yōu)選為20-40mm，更優(yōu)選為30mm，以便下述步驟S33推進(jìn)的過程 中，能大于卷芯橫切面的直徑，從而對留白進(jìn)行高效、美觀的拍平。
[0035] 進(jìn)一步的，所述硬質(zhì)件縱向垂直面的高度優(yōu)選為l_30mm，進(jìn)一步地，所述硬質(zhì)件縱 向垂直面的高度優(yōu)選為5-10mm，更優(yōu)選為7mm。更進(jìn)一步的，所述硬質(zhì)件朝下并與旋轉(zhuǎn)臺平 行的橫向垂直面置于卷芯留白的頂端和隔膜上邊緣之間，從而使得拍平高度小于卷芯留白