一种方形二次电池电芯的卷绕方法技术

本发明专利技术涉及一种方形二次电池电芯的卷绕方法，属于二次电池制备技术领域。本发明专利技术的方形二次电池电芯的卷绕方法，包括以下步骤：将正极片、隔膜、负极片堆叠后进行卷绕；卷绕过程中，控制施加在正极片、隔膜、负极片上的张力独立地进行多次衰减；每相邻两次张力衰减之间，所述正极片、隔膜、负极片各自至多卷绕1圈。本发明专利技术的方形二次电池电芯的卷绕方法，通过在卷绕过程中分别减小施加在正极片、负极片和隔膜上的张力可以减少电芯中外圈极片与隔膜对内圈的束缚，为后续负极片膨胀以及隔膜收缩的产生的应力提供释放渠道，减弱电芯因反弹产生的形变，提高了电池的安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种方形二次电池电芯的卷绕方法
本专利技术涉及一种方形二次电池电芯的卷绕方法，属于二次电池制备

技术介绍
对于方形锂离子电池卷绕，由于采用方形或菱形的卷针结构，当卷针恒角速度转动时，在极片的行进方向上将产生类似正弦去向的速度分量，造成了电池极片和隔膜卷绕过程中的张力波动，使得电池卷绕过程中极片易拉断，从而限制了电池卷绕速度，影响电池生产效率。更重要的是电池卷绕过程中张力的松弛变化，容易产生电芯变形，特别是电芯烘烤后容易产生如图8的“S”变形，进而带来安全隐患。现有的解决方法主要有加厚卷针、卷绕过程中插片等。加厚卷针，虽然能减小卷绕过程中张力波动幅度和线速度波动幅度，但对电芯形变改善的效果不明显；采用卷绕过程插片法会较大的改善电芯的形变，但插片造成的间隙会影响电芯的能量密度及循环寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种方形二次电池电芯的卷绕方法，能够在不影响电芯能量密度及循环寿命的前提下较好地解决电芯在后续加工过程中因反弹引起的形变问题。为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种方形二次电池电芯的卷绕方法，包括以下步骤：将正极片、隔膜、负极片堆叠后进行卷绕；卷绕过程中，控制施加在正极片、隔膜、负极片上的张力独立地进行多次衰减；每相邻两次张力衰减之间，所述正极片、隔膜、负极片各自至多卷绕1圈。本专利技术的方形二次电池电芯的卷绕方法，通过在卷绕过程中分别减小施加在正极片、负极片和隔膜上的张力可以减少电芯外圈极片与隔膜对内圈的束缚，为后续负极片膨胀以及隔膜收缩的产生的应力提供释放渠道，减弱了电芯因反弹产生的形变，提高了电池的安全性能。本专利技术中的“至多卷绕1圈”是指卷绕不大于1圈的任何圈数，如1圈、1/2圈、1/10圈、1/300圈、1/10000圈等。初始卷绕过程中，卷绕半径较小，第一次张力衰减较大时，容易使极片和隔膜之间产生间隙。优选的，卷绕过程中，所述正极片、隔膜、负极片独立地在各自卷绕第1～9圈的过程中进行张力的第一次衰减；施加在正极片、负极片上的张力的第一次衰减均不大于0.67N/m；施加在隔膜上的张力的第一次衰减不大于0.34N/m。正极片、负极片、隔膜的卷绕圈数以各自开始卷绕时计数。合适的张力衰减梯度能够保证卷绕过程中正极片、负极片及隔膜的对齐程度，防止因对齐不良引发的电池安全风险。优选的，施加在正极片、隔膜、负极片上的张力独立地进行多次衰减的过程中，正极片、负极片的张力衰减均不大于0.67N/m/圈；隔膜的张力衰减不大于0.34N/m/圈。由于卷绕过程中，张力衰减量过小则减小电芯的形变量有限，过大则容易使正负极片与隔膜之间产生间隙，影响电芯的能量密度及循环寿命。因此，进一步优选的，施加在正极片、隔膜、负极片上的张力独立地进行多次衰减的过程中，正极片的张力衰减为0.27～0.67N/m/圈；负极片的张力衰减为0.27～0.67N/m/圈；隔膜的张力衰减为0.07～0.34N/m/圈。优选的，施加在正极片、隔膜、负极片上的张力独立地进行多次衰减的过程中，正极片、隔膜、负极片均每卷绕1圈进行一次张力的衰减。卷绕过程中张力越大卷绕的速度越快、效率越高，同时断带的风险也就越大。优选的，卷绕过程中，施加在正极片上的初始张力不大于53.70N/m；施加在负极片上的初始张力不大于53.70N/m。优选的，卷绕过程中，施加在隔膜上的初始张力不大于26.85N/m。优选的，相邻两次张力衰减中，后一次张力衰减的衰减量不小于前一次张力衰减的衰减量。采用这样的张力衰减方式的有益效果是电芯始终处于内紧外松状态，电芯内部极片受到外部极片的束缚力减小，内部极片反弹时不会引起电芯明显的形变。本专利技术的方形二次电池电芯的卷绕方法还包括：卷绕过程中，在隔膜与极片之间卷入若干段用于将隔膜和极片隔开的柔性材料薄片或柔性材料薄膜，卷绕结束后将电芯进行热压整形，再将柔性材料薄片或柔性材料薄膜从电芯中抽出。柔性材料薄片或柔性材料薄膜抽出后能在电芯中产生间隙，极片后续反弹产生的应力能够通过这些间隙得到释放。为了避免柔性材料造成极片与隔膜之间间隙过大，降低电池的能量密度及循环寿命，优选的，所述柔性材料薄膜、柔性材料薄片的厚度均不大于所述正极片的厚度。附图说明图1为本专利技术的实施例1的方形二次电池电芯的结构示意图；图2为本专利技术的实施例1中方形为二次电池电芯变形示意图；图3为本专利技术的实施例2中的方形二次电池电芯变形示意图；图4为本专利技术的实施例3中的方形二次电池电芯变形示意图；图5为本专利技术的实施例4中的方形二次电池电芯变形示意图；图6为本专利技术的实施例5中的方形二次电池电芯变形示意图；图7为采用本专利技术的实施例1～5卷绕的电芯制成的锂离子电池在45℃循环容量衰减曲线；图8为采用现有技术的卷绕方法卷绕的方形二次电池电芯烘烤后的“S”变形示意图；其中，1-隔膜，2-正极片，3-负极片。具体实施方式本专利技术提供了一种方形二次电池电芯的卷绕方法，包括以下步骤：将正极片、隔膜、负极片堆叠后进行卷绕；卷绕过程中，控制施加在正极片、隔膜、负极片上的张力独立地进行多次衰减；每相邻两次张力衰减之间，所述正极片、隔膜、负极片各自至多卷绕1圈。本专利技术的方形二次电池电芯的卷绕方法，通过在卷绕过程中分别减小施加在正极片、负极片和隔膜上的张力可以减少电芯外圈极片与隔膜对内圈的束缚，为后续负极片膨胀以及隔膜收缩的产生的应力提供释放渠道，减弱了电芯因反弹产生的形变，提高了电池的安全性能。本专利技术中的“至多卷绕1圈”是指卷绕不大于1圈的任何圈数，如1圈、1/2圈、1/10圈、1/300圈、1/10000圈等。本专利技术的方形二次电池电芯的卷绕方法适用于采用各种正极片、负极片及隔膜制备电芯时的卷绕，对正极片、负极片和隔膜没有特别的要求。典型的正极片包括正极集流体和设置在正极集流体上的正极涂层。典型的负极片包括负极集流体和设置在负极集流体上的负极涂层。典型的隔膜为高分子聚合物膜或陶瓷隔膜。所述陶瓷隔膜包括高分子聚合物膜基体和设置在高分子聚合物膜基体上的陶瓷层。所述高分子聚合物膜为聚烯烃多孔膜。优选的，卷绕过程中，所述正极片、隔膜、负极片独立地在各自卷绕第1～9圈的过程中进行张力的第一次衰减，如可以在各自卷绕第5圈或第8圈的过程中进行第一次衰减。卷绕过程中，施加在正极片、负极片上的张力的第一次衰减均不大于0.67N/m；施加在隔膜上的张力的第一次衰减不大于0.34N/m。正极片、负极片、隔膜的卷绕圈数以各自开始卷绕时计数。合适的张力衰减梯度能够保证卷绕过程中正极片、负极片及隔膜的对齐程度，防止因对齐不良引发的电池安全风险。优选的，施加在正极片、隔膜、负极片上的张力独立地进行多次衰减的过程中，正极片、负极片的张力衰减均不大于0.67N/m/圈；隔膜的张力衰减不大于0.34N/m/圈。由于卷绕过程中，张力衰减量过小则减小电芯的形变量有限，过大则容易使正负极片与隔膜之间产生间隙，影响电芯的能量密度及循环寿命。因此，进一步优选的，施加在正极片、隔膜、负极片上的张力独立地进行多次衰减的过程中，正极片的张力衰减为0.27～0.67N/m/圈；负极片的张力衰减为0.27～0.67N/m/圈；隔膜的张力衰减为0.07～0.34N/m/圈。优选的，施加在正极片、隔膜、负极片上的张力独立地进行多次衰减的过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方形二次电池电芯的卷绕方法，其特征在于：包括以下步骤：将正极片、隔膜、负极片堆叠后进行卷绕；卷绕过程中，控制施加在正极片、隔膜、负极片上的张力独立地进行多次衰减；每相邻两次张力衰减之间，所述正极片、隔膜、负极片各自至多卷绕1圈。

【技术特征摘要】
1.一种方形二次电池电芯的卷绕方法，其特征在于：包括以下步骤：将正极片、隔膜、负极片堆叠后进行卷绕；卷绕过程中，控制施加在正极片、隔膜、负极片上的张力独立地进行多次衰减；每相邻两次张力衰减之间，所述正极片、隔膜、负极片各自至多卷绕1圈。2.根据权利要求1所述的方形二次电池电芯的卷绕方法，其特征在于：卷绕过程中，所述正极片、隔膜、负极片独立地在各自卷绕第1～9圈的过程中进行张力的第一次衰减；施加在正极片、负极片上的张力的第一次衰减均不大于0.67N/m；施加在隔膜上的张力的第一次衰减不大于0.34N/m。3.根据权利要求1或2所述的方形二次电池电芯的卷绕方法，其特征在于：施加在正极片、隔膜、负极片上的张力独立地进行多次衰减的过程中，正极片、负极片的张力衰减均不大于0.67N/m/圈；隔膜的张力衰减不大于0.34N/m/圈。4.根据权利要求3所述的方形二次电池电芯的卷绕方法，其特征在于：施加在正极片、隔膜、负极片上的张力独立地进行多次衰减的过程中，正极片的张力衰减为0.27～0.67N/m/圈；负极片的张力衰减为0.27～0.67N/m/圈；隔膜的张力衰减为0.07～0.3...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛海超，韩裕汴，郭争光，赵炎，黄卫国，潘美泽，吕岩，
申请(专利权)人：中航锂电洛阳有限公司，中航锂电技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41