方形軟包電池及其製造方法與流程
2023-05-25 12:29:11
本發明涉及軟包電池製造技術領域，特別是涉及方形軟包電池及其製造方法。
背景技術：
隨著經濟的不斷發展，各種智能設備被廣泛應用，智慧型手機、平板電腦等。為了便於攜帶，智能設備向著越來越輕薄的方向發展。為了使得智能設備更為輕薄，需要將智能設備的電池的體積減小。
一般的智能設備採用的電池為聚合物或軟包裝鋰離子電池，相對於傳統鋁殼方形鋰離子電池或者鋼殼圓形鋰離子電池，由於聚合物或軟包裝鋰離子電池較高的能量密度，以及具有較好的安全性能，因此，聚合物或軟包裝鋰離子電池能夠具有更小的體積，更為輕薄，更為適用於智能設備。
但是聚合物或軟包裝鋰離子電池也存在缺陷，鋰離子電池在充放電過程中，將容易生熱，導致電池正極片以及負極片的厚度將增加，正極片和負極片的體積膨脹，而聚合物軟包裝鋰離子電池的隔膜為高聚合物薄膜，由於隔膜具有外無活性的特點，且隔膜不參與充放電反應，該隔膜並不隨著充放電而膨脹或收縮，而隔膜是緊密卷繞在正極片以及負極片的外側，因而，隔膜限制了正極片以及負極片的膨脹，正極片以及負極片的膨脹導致隔膜的卷繞結構發生扭曲，尤其是正極片和負極片的厚度方向的扭曲最為明顯，如無合適的外力控制壓制下，聚合物軟包裝鋰離子電池扭曲程度嚴重，可能導致電池失效甚至發生安全事故。
傳統鋁殼鋰離子電池，由於其具有高強度鋁質外殼，能夠有效抑制內部正極片和負極片以及隔膜卷繞而成的電池卷芯的體積膨脹。聚合物或軟包裝鋰離子電池由於其外殼為軟質鋁塑膜，硬度較小，在很小的應力下即會發生變形，無法很好抑制內部的電池卷芯的膨脹，而對於智能設備由於其形狀大多具有矩形或者方形結構，因此需要將聚合物或軟包裝鋰離子電池製造為方形。方形的聚合物或軟包裝鋰離子電池的電芯在卷繞時是將正極片、負極片和隔膜卷繞在方形的支撐件上，由於卷繞中方形支撐件對各方向上的正極片、負極片以及隔膜具有不同的支撐力，當電芯卷繞成型後，卷芯內部的受力是不均勻的，因此在膨脹時，其在各方向上的膨脹力也是不均勻的，從而導致方形的聚合物或軟包裝鋰離子電池更容易由於充放電的膨脹而產生事故。
技術實現要素：
基於此，有必要針對傳統方形軟包電池充放電時容易因為正極和負極的膨脹而導致失效或者產生事故的缺陷，提供一種方形軟包電池的製造方法，以及採用該方形軟包電池的製造方法製造得到的方形軟包電池。
一種方形軟包電池的製造方法，包括：
將負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜依次堆疊並卷繞在圓形卷針的外側，在所述圓形卷針外側形成圓形卷芯；
使所述圓形卷針形變為多邊形卷針，帶動所述圓形卷芯形變為多邊形卷芯；
對所述多邊形卷芯施壓，形成方形卷芯。
在一個實施例中，所述對所述多邊形卷芯施壓，形成方形卷芯的步驟之後還包括：
將所述方形卷芯封裝，形成方形軟包電池。
在一個實施例中，在所述對所述多邊形卷芯施壓的步驟之前還包括：
從所述多邊形卷芯中將所述多邊形卷針取出。
在一個實施例中，所述將負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜依次堆疊並卷繞在圓形卷針的外側，在所述圓形卷針外側形成圓形卷芯的步驟包括：
將所述負極片、所述第一隔膜、所述正極片和所述第二隔膜依次堆疊抵接於所述圓形卷針的外側表面；
轉動所述圓形卷針，使得所述負極片、所述第一隔膜、所述正極片和所述第二隔膜卷繞在所述圓形卷針外側，形成所述圓形卷芯。
在一個實施例中，在所述將負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜依次堆疊並卷繞在圓形卷針的外側，在所述圓形卷針外側形成圓形卷芯的過程中，隨著所述圓形卷芯的卷繞層數的逐漸增加，卷繞力度逐漸減小。
在一個實施例中，所述對所述多邊形卷芯施壓，形成方形卷芯的步驟包括：
從兩個相對且平行的面對所述多邊形卷芯的兩側進行施壓，形成所述方形卷芯。
在一個實施例中，所述對所述多邊形卷芯施壓，形成方形卷芯的步驟包括：
從兩個相對且平行的第一面對所述多邊形卷芯的兩側進行一次施壓；
從與所述第一面垂直的兩個相對且平行的第二面對所述多邊形卷芯的兩側進行二次施壓，形成所述方形卷芯。
在一個實施例中，所述圓形卷針的材質為可形變材質。
在一個實施例中，所述將負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜依次堆疊並卷繞在圓形卷針的外側，在所述圓形卷針外側形成圓形卷芯的步驟包括：
將所述負極片、所述第一隔膜、所述正極片和所述第二隔膜的一邊對齊並依次堆疊，卷繞在所述圓形卷針的外側，在所述圓形卷針外側形成所述圓形卷芯。
一種方形軟包電池，採用上述任一實施例的所述方形軟包電池的製造方法製造得到。
上述方形軟包電池的製造方法，通過圓形卷針將負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜卷繞呈圓形卷芯，該圓形卷針對圓形卷芯的支撐力為沿著其圓周表面分布，使得各方向的支撐力更為均勻，而該圓形卷芯內部的受力更為均勻，隨後將圓形卷芯壓成方形卷芯，該成型後的方形卷芯內部各方向上的受力依然均勻，進而使得電池在充放電過程中引起的膨脹在各方向上的膨脹程度趨向一致，進而避免電池發生扭曲，有效提高了電池的可靠性和安全性。
附圖說明
圖1A為一實施例的方形軟包電池的製造方法的流程示意圖；
圖1B為另一實施例的方形軟包電池的製造方法的流程示意圖；
圖1C為另一實施例的方形軟包電池的製造方法的流程示意圖；
圖1D為另一實施例的方形軟包電池的製造方法的流程示意圖；
圖2A為一實施例的圓形卷針以及卷繞前的卷芯的結構示意圖；
圖2B為一實施例的圓形卷針以及圓形卷芯的結構示意圖；
圖2C為一實施例的多邊形卷針以及多邊形卷針的結構示意圖；
圖2D為一實施例的施壓時的方形卷針的結構示意圖；
圖3為一實施例的放卷裝置以及卷繞驅動裝置的連接結構示意圖。
具體實施方式
為了便於理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳實施例。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，並不限於本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容的理解更加透徹全面。
例如，一種方形軟包電池的製造方法，包括：將負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜依次堆疊並卷繞在圓形卷針的外側，在所述圓形卷針外側形成圓形卷芯；使所述圓形卷針形變為多邊形卷針，帶動所述圓形卷芯形變為多邊形卷芯；對所述多邊形卷芯施壓，形成方形卷芯。
例如，一種方形軟包電池，採用上述的所述方形軟包電池的製造方法製造得到。
如圖1A所示，在一個實施例中，提供了一種方形軟包電池的製造方法，包括：
步驟120，提供一可形變的圓形卷針。
具體地，如圖2A所示，該圓形卷針211具有圓形截面，例如，該圓形卷針211為圓柱狀，例如，該圓形卷針211為中部空心結構的圓柱狀，該圓形卷針211用於提供支撐，為卷芯的卷繞提供支撐或者提供支點，使得卷芯能夠繞該圓形卷針卷繞成型。
步驟140，將負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜依次堆疊並卷繞在所述圓形卷針的外側，在所述圓形卷針外側形成圓形卷芯。
具體地，卷芯的由負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜組成，第一隔膜和第二隔膜用於將負極片和正極片隔離，使得正極片和負極片相互絕緣，例如，該第一隔膜和第二隔膜為絕緣材質的隔膜，例如，所述隔膜包括聚乙烯多孔膜、聚丙烯多孔膜、聚乙烯聚丙烯的複合多孔膜或玻璃纖維膜。
本步驟中，請再次參見圖2A，將負極片231、第一隔膜221、正極片232和第二隔膜222依次對齊並層疊，由圓形卷針211上一預設位置開始卷繞，例如，將負極片231、第一隔膜221、正極片232和第二隔膜222依次對齊層疊，隨後沿圓形卷針211的圓周開始卷繞，例如，該圓形卷針轉動，帶動負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜卷繞在該圓形卷針的圓周表面。
具體地，卷繞成型的圓形卷芯如圖2B所示，卷繞在該圓形卷針211上的圓形卷芯240具有多層結構，例如，所述圓形卷芯240具有圓形截面，例如，卷繞在該圓形卷針211上的圓形卷芯240具有多層的卷芯層241，例如，每一卷芯層241具有圓形截面，例如，該圓形卷芯包括多層的負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜，例如，每一卷芯層包括負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜。
步驟160，使所述圓形卷針形變為多邊形卷針，帶動所述圓形卷芯形變為多邊形卷芯。又如，步驟160中，使所述圓形卷針形變為多邊形卷針，帶動所述圓形卷芯形變為多邊形卷芯，在帶動所述圓形卷芯形變為多邊形卷芯時，根據所述多邊形卷針的形狀，同步採用平壓機構對所述圓形卷芯施壓，使得所述圓形卷芯形變為多邊形卷芯；其中，平壓機構朝向所述圓形卷芯的施壓面，為與所述多邊形卷針的形狀相似的圖形的一對複合面，每對複合面包括兩個相鄰的表面，兩對複合面的四個表面共同組成所述施壓面；此時，該圓形卷芯內部受到多邊形卷針的形變的力，外部受到平壓機構的施壓面的壓力，從而有力於發生有序形變；並且，由於施壓面是開放式的，故不影響卷芯的進一步卷繞；即，先在所述圓形卷針外側形成初級的小型圓形卷芯，然後進一步形成終極的大型多邊形卷芯。
具體地，由於該圓形卷針為可形變的卷針，因此，該圓形卷針可形變為多邊形卷針，請參見圖2C，當該圓形卷針形變為多邊形卷針212後，由於其作為圓形卷芯的內部的支撐，帶動該圓形卷芯同步發生形變，使得該圓形卷芯形變為多邊形卷芯250，即該圓形卷芯內部受到多邊形卷針212的形變的力，使得圓形卷芯由內至外依次逐漸形變，從而使得各卷芯層依次形變為多邊形卷芯層，例如，如圖2C所示，該多邊形卷芯250具有多邊形結構，例如，該多多邊形卷芯具有多個多邊形截面的卷芯層。
值得一提的是，在另外的實施例中，該多邊形卷芯包括方形卷芯，也就是該圓形卷針可形變為方形卷針，帶動該圓形卷芯形變為方形卷芯。
步驟180，對所述多邊形卷芯施壓，形成方形卷芯。
成型的方形卷芯如圖2D所示，本步驟中，通過對該多邊形卷芯施壓，使得該多邊形卷芯形狀更為工整，具體地，由於該圓形卷針是在該圓形卷芯內部發生形變，因此，該圓形卷針形變時將受到圓形卷芯內部的阻力，該圓形卷針需要較大的驅動力進行形變，此外，由於該卷芯是由內至外進行形變，多邊形卷芯的外層形變效果不佳或者不明顯，因此，該圓形卷針形變後帶動的圓形卷芯的形變效果不明顯，該多邊形卷芯的形變不能完全形變為方形，因此，本步驟中，從外側對所述多邊形卷芯施壓，使得該多邊形卷芯由外之內受壓形變為方形卷芯，形變更為徹底，形狀更為工整。
例如，對所述多邊形卷芯的外側施壓，形成方形卷芯，例如，如圖2D所示，採用平壓機構310對所述多邊形卷芯施壓，形成所述方形卷芯260。通過對該多邊形卷芯的施壓，使得該多邊形卷芯的形變更為徹底，且施壓後的方形卷芯形狀更為工整，有效避免卷芯的局部凸起。
具體地，傳統的採用方形卷針卷繞而成的方形卷芯，由於方形卷針形狀上具有局部凸起的結構，無法像圓形卷針一樣，在圓周的各個方向均具有同樣的圓弧，因此，形成的圓形卷芯其內部壓力分布更為均勻，各卷芯層在各方向上的受力一致，因此，在壓成方形卷芯後，各卷芯層在各方向上依然能夠維持較為均勻的受力，在電池充放電過程中，由正極片和負極片受熱引起的膨脹，其膨脹方向不會集中於某一方向，使得電池在某一方向不會過度凸起或扭曲，進而使得電池的膨脹更為規律。
上述實施例，通過圓形卷針將負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜卷繞呈圓形卷芯，該圓形卷針對圓形卷芯的支撐力為沿著其圓周表面分布，使得各方向支撐力更為均勻，而該圓形卷芯內部的受力更為均勻，隨後將圓形卷芯壓成方形卷芯，該成型後的方形卷芯內部各方向上的受力依然均勻，進而使得電池在充放電過程中引起的膨脹在各方向上的膨脹程度趨向一致，進而避免電池發生扭曲，有效提高了電池的可靠性和安全性。
在一個實施例中，如圖1B所示，步驟180之前還包括：
步驟170，從所述多邊形卷芯中將所述多邊形卷針取出。
具體地，為了使得對多邊形卷芯的施壓效果更好，使得多邊形卷芯內部的壓力減小，使得方形卷芯能夠充分定型，在對多邊形卷芯施壓前，將多邊形卷針取出，使得已經成型的多邊形卷芯內部失去支撐，這樣，在對多邊形卷芯施壓時，能夠減小多邊形卷芯內部的阻力，使得該多邊形卷芯能夠充分形變為方形卷芯，使得方形卷芯的成型效果更佳。
在一個實施例中，如圖1C所示，步驟180之後還包括：
步驟190，將所述方形卷芯封裝，形成方形軟包電池。
本實施例中，將該成型的方形卷芯進行封裝，例如，採用封裝包對該風行卷芯進行封裝，並在封裝包內灌注電解液，隨後密封該封裝包，形成方形軟包電池。
值得一提的是，將負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜堆疊卷繞在圓形卷針上，可採用固定圓形卷針進行卷繞，也可以採用轉動圓形卷針的方式進行卷繞，一個實施例中，該圓形卷針固定，驅動負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜繞圓形卷針轉動，並卷繞在圓形卷針上，這樣需要大範圍轉動負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜，較為不便，而在另外的實施例中，轉動該圓形卷針，使得負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜被卷繞在該圓形卷針上。
具體地，在一個實施例中，如圖1D所示，步驟140包括：
步驟142，將所述負極片、所述第一隔膜、所述正極片和所述第二隔膜依次堆疊抵接於所述圓形卷針的外側表面。
具體地，本實施例中，首先將負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜堆疊並抵接於該圓形卷針的表面上，則該圓形卷針的抵接的位置為卷繞的初始的支撐位置，使得該負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜能夠被固定在圓形卷針上，進而能夠隨著圓形卷針而轉動並卷繞在圓形卷針上。
步驟144，轉動所述圓形卷針，使得所述負極片、所述第一隔膜、所述正極片和所述第二隔膜卷繞在所述圓形卷針外側，形成所述圓形卷芯。
具體地，本步驟中，由該圓形卷針對負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜進行驅動，進而使得負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜卷繞在圓形卷針的外側。
例如，如圖3所示，該圓形卷針211連接一卷繞驅動裝置(圖未示)，該卷繞驅動裝置驅動圓形卷針繞圓形卷針的圓心轉動，例如，提供放卷裝置320，該放卷裝置為第一隔膜221和第二隔膜222的供料裝置，該放卷裝置320的兩個放卷輥上分別卷繞有第一隔膜221和第二隔膜222，將放卷裝置320上的第一隔膜221和第二隔膜222拉出，並附在圓形卷針211上，由卷繞驅動裝置驅動圓形卷針211轉動，帶動放卷裝置320轉動，進而將第一隔膜221和第二隔膜222以及正極片和負極片卷繞在圓形卷針211上。
本實施例中的上述過程能夠有效提高圓形卷芯的卷繞效率，避免大範圍地轉動負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜，負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜僅需被動地隨著院系卷針轉動即可，有效節省卷繞空間以及降低卷繞成本。
在一個數量中，步驟140包括：將所述負極片、所述第一隔膜、所述正極片和所述第二隔膜的一邊對齊並依次堆疊，卷繞在所述圓形卷針的外側，在所述圓形卷針外側形成所述圓形卷芯。
具體地，本實施例中，負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜在對齊堆疊前，需要將負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜的一側邊對齊，避免由於負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜相互沒有對齊而造成的圓形卷芯的內部厚度不均勻，通過將上述負極片、第一隔膜、正極片和第二隔膜對齊後再堆疊，卷繞，能夠使得卷繞的形成的圓形卷芯的厚度更為均勻，進而使得圓形卷芯內部受力更為均勻。
在一個實施例中，步驟140中，隨著所述圓形卷芯的卷繞層數的逐漸增加，卷繞力度逐漸減小。
例如，隨著所述圓形卷芯的卷繞層數的逐漸增加，卷繞密度減小，例如，隨著所述圓形卷芯的卷芯層數的逐漸增加，各卷芯層之間的疏密度減小，又如，隨著所述圓形卷芯的卷芯層數的逐漸增加，各卷芯層之間的層距減小。應該理解的是，在卷芯進行卷繞時，放卷裝置上與卷繞驅動裝置之間的的第一隔膜和第二隔膜繃的越緊，也就是第一隔膜和第二隔膜在卷繞時的張力越大，則卷繞形成的圓形卷芯各層之間的疏密度越高，卷繞力度越大，這樣，各卷繞層之間相互的作用力越大；反之，放卷裝置上與卷繞驅動裝置之間的的第一隔膜和第二隔膜繃的越松，第一隔膜和第二隔膜在卷繞時的張力越小，則卷繞形成的圓形卷芯各層之間的疏密度越低，卷繞力度越小，這樣，各卷繞層之間相互的作用力越小。本實施例中，隨著所述圓形卷芯的卷繞層數的逐漸增加，卷繞力度逐漸減小，也就是圓形卷芯的各層之間的疏密度由內至外逐漸降低，圓形卷芯內緊外松，使得該圓形卷芯內部結構更為緻密緊湊，而隨著圓形卷芯的層數增加，外層的卷芯層疏密度降低，有利於膨脹時提供膨脹空間，避免由於過於緻密而導致壓力過大，進而引起卷芯變形，應該理解的是，由於該圓形卷芯是呈圓形卷繞，因此，能夠使得各層之間的疏密度能夠有序逐漸降低，而不至於造成局部疏密度降低過多而導致疏密度分布不均勻，進而在充放電膨脹時造成電池扭曲，能夠進一步提高電池的可靠性和安全性。
為了使得該多邊形卷芯能夠更為工整地形變為方形卷芯，在一個實施例中，步驟180包括：從兩個相對且平行的面對所述多邊形卷芯的兩側進行施壓，形成所述方形卷芯。例如，採用平壓機構從兩個相對且平行的面對所述多邊形卷芯的兩側進行施壓這樣，由於從兩個相對且相互平行的面對多邊形卷形的外側進行施壓，使得該多邊形卷芯至少兩個面被壓平，形成方形卷芯，使得該方形卷芯更為工整、規則。
在另外的實施例中，步驟180包括：從兩個相對且平行的第一面對所述多邊形卷芯的兩側進行一次施壓。從與所述第一面垂直的兩個相對且平行的第二面對所述多邊形卷芯的兩側進行二次施壓，形成所述方形卷芯。
本實施例中，採用平壓機構首先從兩個相對且平行的面對多邊形卷芯進行一次施壓，隨後從相鄰的垂直面上，對該多邊形的兩側進行二次施壓，使得該方形卷形的成型效果更佳，更為工整。
為了使得該方形卷芯成型效果更佳，在一個實施例中，步驟180包括：從四個面對所述多邊形卷芯的四側進行施壓，形成所述方形卷芯，其中，所述四個面中每兩個相鄰的面相互垂直。本實施例中，對從多邊形卷芯的外側的四個面同時對該多邊形卷芯進行施壓，使得多邊形卷芯在四個面上同時受力，進而使得該多邊形卷芯成型為方形卷芯的效果更佳。
為了使得該圓形卷針能夠產生形變，例如，所述圓形卷針的材質為可形變材質，例如，該圓形卷針的材質為鋁金屬，鋁金屬具有較低的硬度，能夠在受力的情況下產生形變，進而帶動圓形卷針形變。
在另外的實施例中，所述圓形卷針包括多個相互連接的子針塊，多個所述子針塊的外側表面為弧形面，且多個所述子針塊在靠近所述外側表面的位置依次相互鉸接，例如，該圓形卷針中部為空心結構，各所述子針塊之間相互鄰接，且各子針塊內側設置有鉸接部，相鄰鉸接部仙相互鉸接，各子針塊的外側表面為圓弧面，例如，該圓形卷針的各子針塊連接有驅動機構，該驅動機構用於驅動該各子針塊轉動，這樣，各子針塊相連即形成中部空心的圓柱狀，且各子針塊能夠在驅動機構的驅動下轉動使得圓形卷針產生形變，進而帶動圓形卷芯形變。
又如，在一個實施例中，提供一種方形軟包電池，其採用上述任一實施例所述方形軟包電池的製造方法製造得到。
應該說明的是，上述系統實施例中，所包括的各個模塊只是按照功能邏輯進行劃分的，但並不局限於上述的劃分，只要能夠實現相應的功能即可；另外，各功能模塊的具體名稱也只是為了便於相互區分，並不用於限制本發明的保護範圍。
另外，本領域普通技術人員可以理解實現上述各實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬體來完成，相應的程序可以存儲於可讀取存儲介質中。
以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。
以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。