專利名稱：一種制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池制造技術領域，尤其涉及一種制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置和方法。
背景技術：
隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，攝像機、 筆記本電腦、數(shù)碼相機、便攜式DVD和手機等移動設備有了越來越廣泛的使用，因此，這些移動設備對作為其電源的電池的需求也越來越大。而鋰離子電池具有能量密度高、使用壽命長、自放電系數(shù)小、尺寸(長度、寬度和厚度)設計靈活以及綠色環(huán)保等優(yōu)點，已經(jīng)成為移動設備的最佳電源。鋰離子電池有兩種生產(chǎn)工藝疊片工藝和卷繞工藝。卷繞工藝由于具有生產(chǎn)工藝簡單、卷繞效率高、自放電小以及安全性能高等優(yōu)點，被大多數(shù)鋰離子電池生產(chǎn)廠商所采用。采用卷繞工藝制備的鋰離子電池包括具有卷繞結構的極片組和包裝殼。其中，如圖I所示，極片組由正極片21、負極片23和間隔于正極片21和負極片23之間的隔膜22按照一定疊放順序卷繞而成。但是，這種卷繞工藝制備的極片組具有緊密的卷繞結構；在充電過程中負極材料急劇膨脹，而負極片的兩側(cè)都被相鄰的正極片緊密的束縛；這種膨脹和束縛使得電芯內(nèi)部存在較大的應力，從而引起了電池的變形。為了解決電池由于負極膨脹而引起的變形，我們已提出在極片的轉(zhuǎn)角處手動涂覆碳酸乙烯酯的解決方案，從而在正極片21和負極片23之間制造卷繞間隙，當向電池內(nèi)注液時，碳酸乙烯酯溶解在電解液中，就給負極片預留了膨脹空間，從而消除了電池的內(nèi)部應力，解決了電池變形的問題。但此方法生產(chǎn)效率低，且涂覆層位置、形狀、大小和厚度控制精度差，無法在實際生產(chǎn)中應用。有鑒于此，確有必要提供一種制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置和使用該裝置制造鋰離子電池卷繞間隙的方法，采用該裝置和該方法能夠大大提高生產(chǎn)效率，而且得到的涂覆層的位置、形狀、大小和厚度都能夠得到精確的控制，最終很好的解決電池的變形問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于針對現(xiàn)有技術的不足，而提供一種制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置，采用該裝置能夠大大提高生產(chǎn)效率，而且得到的涂覆層的位置、形狀、大小和厚度都能夠得到精確的控制，最終很好的解決電池的變形問題。為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案一種制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置，包括極片傳動輪、隔膜傳動輪和卷繞機，還包括PLC控制器、編碼器、傳感器和涂覆機，所述PLC控制器分別與編碼器、傳感器和涂覆機電連接，所述編碼器分別與所述極片傳動輪、隔膜傳動輪、卷繞機和涂覆機連接，所述涂覆機設置有涂覆頭和控制系統(tǒng)。作為本發(fā)明制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置的一種改進，所述涂覆頭位于卷繞前的極片的正上方。
作為本發(fā)明制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置的一種改進，所述涂覆頭位于卷繞時極片的拐角處的外側(cè)。作為本發(fā)明制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置的一種改進，所述涂覆機內(nèi)盛裝有涂覆物。作為本發(fā)明制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置的一種改進，所述涂覆物為碳酸乙烯酯或干冰。相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明利用PLC控制器、編碼器、傳感器和涂覆機，通過編碼器和傳感器收集極片的走帶速度和走帶位移等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)反饋給PLC控制器，PLC控制器則控制涂覆機對極片的轉(zhuǎn)角處進行涂覆，從而實現(xiàn)對極片的精準涂布，得到的涂覆層的位置、形狀、大小和厚度都能夠得到精確的控制，而且采用該裝置對極片進行自動涂覆，以取 代現(xiàn)有技術中的手動涂覆，可以大大提高生產(chǎn)效率。 本發(fā)明的另一個目的在于提供一種采用上述裝置制造鋰離子電池卷繞間隙的方法，包括以下步驟第一步，將電池設計參數(shù)手動輸入PLC控制器中，同時將涂覆層的形狀和大小輸入涂覆機的控制系統(tǒng)中；第二步，PLC控制器根據(jù)輸入的參數(shù)計算極片的轉(zhuǎn)角位置，開始卷繞操作，同時PLC控制器收集來自編碼器和傳感器的信息，并計算極片相對于極耳的走帶位移；第三步，當極片的轉(zhuǎn)角走帶至涂覆頭的正下方或外側(cè)時(這里包括兩種情形對于卷繞前的極片，是當其轉(zhuǎn)角走帶至涂覆頭的正下方時；而對于處于卷繞過程中的極片，則是當涂覆頭位于極片的轉(zhuǎn)角處時，優(yōu)選的，涂覆頭的涂覆方向與極片的寬度方向一致，使涂覆頭能夠涂滿極片的轉(zhuǎn)角處)，PLC控制器發(fā)送指令給涂覆機，涂覆頭開始按照預定的形狀和大小涂覆涂覆物，得到涂覆層。作為本發(fā)明制造鋰離子電池卷繞間隙的方法的一種改進，所述極片包括正極片和負極片。作為本發(fā)明制造鋰離子電池卷繞間隙的方法的一種改進，第一步所述電池設計參數(shù)為極耳離第一轉(zhuǎn)角的距離a、負極片厚度h、正極片厚度t2、隔膜厚度t3、電芯寬度b和涂覆層厚度C。作為本發(fā)明制造鋰離子電池卷繞間隙的方法的一種改進，所述PLC控制器按照以下計算條件和公式計算轉(zhuǎn)角位置第一轉(zhuǎn)角位置a1=a ;第2轉(zhuǎn)角位置afai+b+Ui+t2+2*t3+c);第 η 轉(zhuǎn)角位置 Bn=CaJa2+. . . + (an~l) + (t1+t2+2*t3+c)。作為本發(fā)明制造鋰離子電池卷繞間隙的方法的一種改進，所述涂覆層的厚度為10 500um。相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的方法采用PLC控制器計算極片的轉(zhuǎn)角位置，采用涂覆機控制涂覆層的形狀、厚度和大小，并采用編碼器和傳感器收集極片的走帶速度和走帶位移等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)反饋給PLC控制器，PLC控制器則控制涂覆機對極片的轉(zhuǎn)角處進行涂覆，從而實現(xiàn)對極片的精準涂布，得到的涂覆層的位置、形狀、大小和厚度都能夠得到精確的控制，而且采用該方法對極片進行自動涂覆，以取代現(xiàn)有技術中的手動涂覆，可以大大提高生產(chǎn)效率?？傊?，本發(fā)明通過精確定位與精確涂覆，在保證電池性能的情況下，高效的制造了卷繞間隙，此間隙為電池充電時的負極膨脹提供了空間，釋放了電芯內(nèi)部應力，從而有效的解決了電池的變形問題。


下面結合說明書附圖和具體實施方式
，對發(fā)明及其有益技術效果進行詳細說明。圖I為現(xiàn)有技術卷繞工藝制備的極片組的轉(zhuǎn)角部位結構示意圖。圖2為本發(fā)明制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置的一種結構示意圖。圖3為本發(fā)明制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置的另一種結構示意圖。圖4為采用本發(fā)明的方法制備的極片組的轉(zhuǎn)角部位結構示意圖。圖5是采用本發(fā)明的方法制備的極片組組裝成電池后的轉(zhuǎn)角部位結構示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置?！嵤├齀 :請參見圖2，本實施例提供的制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置，包括極片傳動輪I、隔膜傳動輪2和卷繞機3，還包括PLC控制器4、編碼器5、傳感器6和涂覆機7，PLC控制器4分別與編碼器5、傳感器6和涂覆機7電連接，編碼器5分別與極片傳動輪I、隔膜傳動輪2、卷繞機3和涂覆機7連接，涂覆機7設置有涂覆頭8和控制系統(tǒng)。其中，編碼器5為高精度的編碼器5。其中，涂覆頭8位于卷繞前的極片的正上方。涂覆機7內(nèi)盛裝有涂覆物。涂覆物為碳酸乙烯酯或干冰。其中，碳酸乙烯酯本身就是電池所用電解液中的一種組成成分，其在室溫下就能固化成固態(tài)，而當把卷繞好的電極組放置在包裝袋內(nèi)并注入電解液后，碳酸乙烯酯會溶入電解液內(nèi)，因此完全不會對電池造成影響，同時還能在正極片11和負極片12之間形成間隙(如圖5所示)，以容納負極的膨脹，解決電池的變形問題。而干冰容易發(fā)生升華，當電池化成、產(chǎn)氣、除氣后，干冰升華成的氣體就會被排出，從而在正極片11和負極片12之間形成間隙(如圖5所示)，以容納負極的膨脹，解決電池的變形問題。實施例2 :請參見圖3，本實施例提供的制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置，包括極片傳動輪I、隔膜傳動輪2和卷繞機3，還包括PLC控制器4、編碼器5、傳感器6和涂覆機7，PLC控制器4分別與編碼器5、傳感器6和涂覆機7電連接，編碼器5分別與極片傳動輪I、隔膜傳動輪2、卷繞機3和涂覆機7連接，涂覆機7設置有涂覆頭8和控制系統(tǒng)。其中，編碼器5為高精度的編碼器5。其中，涂覆頭8位于卷繞時的極片的拐角處的側(cè)邊。涂覆機7內(nèi)盛裝有涂覆物。涂覆物為碳酸乙烯酯或干冰。本發(fā)明還提供了一種制造鋰離子電池卷繞間隙的方法。實施例I :第一步，將極耳離第一轉(zhuǎn)角的距離a、負極片厚度h、正極片厚度t2、隔膜厚度t3、電芯寬度b和涂覆層14厚度c等電池設計參數(shù)手動輸入PLC控制器4中，同時將涂覆層14的形狀和大小輸入涂覆機7的控制系統(tǒng)中，其中，涂覆層14厚度c為l(T500um。第二步，PLC控制器4根據(jù)輸入的參數(shù)按照以下計算條件和公式計算轉(zhuǎn)角位置第一轉(zhuǎn)角位置 a^a ;第 2 轉(zhuǎn)角位置 a2=al+b+{tl+ t2+2*t3+c);第 η 轉(zhuǎn)角位置 an= (B^a2+. . . +an_^ + (a^D + a^t^^+c)。啟動極片傳動輪I、隔膜傳動輪2以及卷繞機3，開始卷繞操作，同時PLC控制器4收集來自編碼器5和傳感器6的信息，并計算極片相對于極耳的走帶位移。
第三步，當極片的轉(zhuǎn)角走帶至涂覆頭8的正下方(如圖2所示，當然，若涂覆頭8和傳感器6不在同位置時，需要補償涂覆頭8和傳感器6的距離)時，PLC控制器4發(fā)送指令給涂覆機7，涂覆頭8開始按照預定的形狀和大小涂覆涂覆物，得到涂覆層14。同時編碼器5采集極片傳動輪I、隔膜傳動輪2和卷繞機3的速度信息，涂覆機7則收集來自編碼器5的信息，并計算極片的實時走帶速度，涂覆機7根據(jù)該速度調(diào)節(jié)涂覆速度和涂覆物流量，從而保證極片在非勻速走帶情況下涂覆層14也具有一致的形狀、大小和厚度，以達到高精度的控制。隨著走帶的進行和卷繞機3的運行，正極片11、負極片12和隔膜13卷繞成極片組，制備的極片組的轉(zhuǎn)角部位結構示意圖如圖4所示。涂覆機7的涂覆方式可以是壓力噴涂、涂刷、氣壓滴膠、噴墨打印、轉(zhuǎn)移涂布或擠壓涂布等方式。當涂覆物為碳酸乙烯酯時，碳酸乙烯酯在室溫下就能很快就能固化，而且由于碳酸乙烯酯本身就是電池所用電解液中的一種組成成分，當把卷繞好的電極組放置在包裝袋內(nèi)并注入電解液后，碳酸乙烯酯會溶入電解液內(nèi)，因此完全不會對電池造成影響，同時還能在正極片11和負極片12之間形成間隙(如圖5所示)，以容納負極的膨脹，解決電池的變形問題。而干冰容易發(fā)生升華，當電池化成、產(chǎn)氣、除氣后，干冰升華成的氣體就會被排出，從 而在正極片11和負極片12之間形成間隙(如圖5所示)，以容納負極的膨脹，解決電池的變形問題。需要說明的是，涂覆層14可連續(xù)設置于極片的各個轉(zhuǎn)角，也可以是無規(guī)律地間隙涂覆于極片的某些轉(zhuǎn)角。本發(fā)明的方法根據(jù)電芯設計參數(shù)精確計算極片轉(zhuǎn)角，并通過高精度的編碼器5精確計算極片的走帶位移從而保證了涂覆層14噴涂位置的精確性；另外，涂覆機7收集高精度的編碼器5的信號并計算出極片的實時走帶速度，據(jù)此自動調(diào)節(jié)噴涂參數(shù)，從而保證了涂覆層14的形狀、尺寸和厚度的一致性。除此之外，本方法在極片走帶的同時對極片進行噴涂處理，不耽誤極片的卷繞操作，從而保證了生產(chǎn)效率。涂覆層14在注液后能夠溶解在電解液中或者在化成除氣后去除，從而在正極片11和負極片12留下間隙，為電池充電時的負極膨脹提供了空間，以釋放電芯內(nèi)部應力，從而有效的解決了電池變形問題。實施例2 :本實施例的涂覆物以碳酸乙烯酯為例，在卷繞機3的卷針處空間足夠的情況下，也可以在卷繞的同時(卷針處)進行涂覆物的涂覆。請參見圖3，本實施例包括以下步驟第一步，將極耳離第一轉(zhuǎn)角的距離a、負極片厚度h、正極片厚度t2、隔膜厚度t3、電芯寬度b和涂覆層14厚度c等電池設計參數(shù)手動輸入PLC控制器4中，同時將涂覆層14的形狀和大小輸入涂覆機7的控制系統(tǒng)中，其中，涂覆層14厚度c為l(T500um。第二步，PLC控制器4根據(jù)輸入的參數(shù)按照以下計算條件和公式計算轉(zhuǎn)角位置 第一轉(zhuǎn)角位置apa ;第2轉(zhuǎn)角位置afai+b+h+ t2+2*t3+c);第η轉(zhuǎn)角位置BnKaJa2+
...+an^) + (an-l) + (t1+t2+2*t3+c)。啟動極片傳動輪I、隔膜傳動輪2以及卷繞機3,開始卷繞操作。 第三步，編碼器5采集極片傳動輪I、隔膜傳動輪2和卷繞機3的速度數(shù)據(jù)，涂覆機7則收集來自編碼器5的信息，通過傳感器6和編碼器5將極片相對于極耳的走帶信息和卷繞機3的轉(zhuǎn)動信息傳送至PLC控制器4，當卷繞機3的轉(zhuǎn)角剛好轉(zhuǎn)到涂覆頭8位置的時候，PLC控制器4發(fā)送指令給涂覆機7，涂覆頭8涂覆涂覆物至電芯轉(zhuǎn)角處，同時涂覆機7收集來自編碼器5的信息，并計算極片的實時走帶速度，涂覆機7根據(jù)該速度調(diào)節(jié)涂覆速度和涂覆物流量，從而保證極片在非勻速走帶情況下涂覆層14具有一致的形狀、大小和厚度，隨后碳酸乙烯酯(EC)涂覆層14迅速凝固并被卷入，EC作為填充物墊在正極片I和負極片2之間從而將外層的極片撐起來(如圖4所示)，隨著卷繞的進行，正極片11、負極片12和隔膜13最后形成極片組。注液后EC溶解于電解液中，從而制造了卷繞間隙(如圖5所示)，為電池充電時的負極膨脹提供了空間，以釋放電芯內(nèi)部應力，從而有效的解決了電池變形問題。因此本發(fā)明鋰離子電池制造卷繞間隙的方法也可以在卷繞的同時(卷針處)進行。需要說明的是，雖然本說明書僅僅以EC和干冰為例對本發(fā)明構思中的涂覆物進行說明，但是本領域的技術人員 根據(jù)本說明書的揭示，也可以采用其他物質(zhì)(升華、分解、溶解或溶脹于電解液，且不影響電池性能的物質(zhì))。另外，不排除采用相類似的方法對隔離膜進行涂覆處理，制造卷繞間隙解決變形的方法。根據(jù)上述說明書的揭示和教導，本發(fā)明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行適當?shù)淖兏托薷摹Ｒ虼?，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式
，對本發(fā)明的一些修改和變更也應當落入本發(fā)明的權利要求的保護范圍內(nèi)。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構成任何限制。
權利要求
1.一種制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置，包括極片傳動輪、隔膜傳動輪和卷繞機，其特征在于還包括PLC控制器、編碼器、傳感器和涂覆機，所述PLC控制器分別與編碼器、傳感器和涂覆機電連接，所述編碼器分別與所述極片傳動輪、隔膜傳動輪、卷繞機和涂覆機連接，所述涂覆機設置有涂覆頭和控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權利要求I所述的制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置，其特征在于所述涂覆頭位于卷繞前的極片的正上方。
3.根據(jù)權利要求I所述的制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置，其特征在于所述涂覆頭位于卷繞時極片的拐角處的外側(cè)。
4.根據(jù)權利要求I所述的制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置，其特征在于所述涂覆機內(nèi)盛裝有涂覆物。
5.根據(jù)權利要求4所述的制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置，其特征在于所述涂覆物為碳酸乙烯酯或干冰。
6.一種采用權利要求I至5任一項的裝置制造鋰離子電池卷繞間隙的方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步，將電池設計參數(shù)手動輸入PLC控制器中，同時將涂覆層的形狀和大小輸入涂覆機的控制系統(tǒng)中； 第二步，PLC控制器根據(jù)輸入的參數(shù)計算極片的轉(zhuǎn)角位置，開始卷繞操作，同時PLC控制器收集來自編碼器和傳感器的信息，并計算極片相對于極耳的走帶位移； 第三步，當極片的轉(zhuǎn)角走帶至涂覆頭的正下方或外側(cè)時，PLC控制器發(fā)送指令給涂覆機，涂覆頭開始按照預定的形狀和大小涂覆涂覆物，得到涂覆層。
7.根據(jù)權利要求6所述的制造鋰離子電池卷繞間隙的方法，其特征在于所述極片包括正極片和負極片。
8.根據(jù)權利要求7所述的制造鋰離子電池卷繞間隙的方法，其特征在于第一步所述電池設計參數(shù)為極耳離第一轉(zhuǎn)角的距離a、負極片厚度h、正極片厚度t2、隔膜厚度t3、電芯寬度b和涂覆層厚度C。
9.根據(jù)權利要求8所述的制造鋰離子電池卷繞間隙的方法，其特征在于所述PLC控制器按照以下計算條件和公式計算轉(zhuǎn)角位置 弟一轉(zhuǎn)角位直afa ； 第 2 轉(zhuǎn)角位置 afajb+(L+ t2+2*t3+c)；第 η 轉(zhuǎn)角位置 an= {al+a2+. . . + (an~l) + (t1+t2+2*t3+c)。
10.根據(jù)權利要求6所述的制造鋰離子電池卷繞間隙的方法，其特征在于所述涂覆層的厚度為l(T500um。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋰離子電池制造技術領域，尤其涉及一種制造鋰離子電池卷繞間隙的裝置，包括極片傳動輪、隔膜傳動輪和卷繞機，還包括PLC控制器、編碼器、傳感器和涂覆機，PLC控制器分別與編碼器、傳感器和涂覆機電連接，編碼器分別與極片傳動輪、隔膜傳動輪、卷繞機和涂覆機連接，涂覆機設置有涂覆頭和控制系統(tǒng)。相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明通過編碼器和傳感器收集極片的走帶速度和走帶位移等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)反饋給PLC控制器，PLC控制器則控制涂覆機對極片的轉(zhuǎn)角處進行涂覆，從而實現(xiàn)對極片的精準涂布，得到的涂覆層的位置、形狀、大小和厚度都能夠得到精確的控制，而且采用該裝置對極片進行自動涂覆，可以大大提高生產(chǎn)效率。
文檔編號H01M10/0587GK102903960SQ201210353269
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權日2012年9月21日
發(fā)明者趙義, 方宏新, 張柏清, 何平, 史仲, 向建輝 申請人:東莞新能源科技有限公司, 寧德新能源科技有限公司