電芯卷繞體整形方法和設(shè)備、大容量鋰離子電池及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及用于風(fēng)能和太陽(yáng)能的貯能以及動(dòng)力用的大容量圓柱形鋰離子電池技術(shù)，具體說(shuō)是一種電芯卷繞體整形方法和設(shè)備、大容量鋰離子電池及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]化學(xué)電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置?；瘜W(xué)電池主要包括作為密封材料的殼體、殼體內(nèi)的電解質(zhì)溶液、浸在電解質(zhì)溶液中的正、負(fù)極片和隔板(膜)以及連接電極的導(dǎo)線或金屬連接片。正、負(fù)極片和它們之間的隔板(膜)卷繞在一起稱為電芯卷繞體，在可充電化學(xué)電池中，還進(jìn)一步包括進(jìn)行充電操作的電路板，而上述的電解質(zhì)溶液和正、負(fù)極片等被總稱為電芯?，F(xiàn)有鋰離子電池是化學(xué)電池的一種，鋰離子電池是以兩種不同的能夠可逆地嵌入及脫出鋰離子的嵌鋰化合物作為電池正極和負(fù)極的二次電化學(xué)體系裝置，充電時(shí)鋰離子從正極脫嵌，穿過(guò)電解質(zhì)和隔膜，嵌入到負(fù)極中。放電時(shí)鋰離子從負(fù)極脫嵌，通過(guò)電解質(zhì)和隔膜，嵌入到正極中，可由此循環(huán)反復(fù)。
[0003]隨著風(fēng)能、太陽(yáng)能的快速發(fā)展，其產(chǎn)生的電能由于不夠穩(wěn)定，易對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，因此建立相應(yīng)的蓄能電站勢(shì)在必行，因此需要可靠性高的大容量鋰離子電池用于蓄能，以貯存風(fēng)能、太陽(yáng)能所產(chǎn)生的電，蓄能電站對(duì)電池的要求很高，比如高可靠性以及長(zhǎng)使用壽命(10年以上)等，電動(dòng)汽車電池除了高可靠性以及長(zhǎng)使用壽命要求外，還需電池具有高倍率工作的能力，大容量圓柱形鋰離子電池具有高能量密度、制造工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但在技術(shù)上，大容量圓柱形鋰離子電池由于容量大(>4Ah安時(shí))，極片長(zhǎng)，不太適合用普通小容量圓柱形鋰離子電池的方法制造?，F(xiàn)有普通小容量圓柱形鋰離子電池(如型號(hào)為18650，1.4Ah ；26650,3.3Ah等)的正負(fù)極片制造時(shí)采用間隙涂布，間隙涂布的目的是為了焊接條狀極耳(鎳或鋁或銅材)，如果大容量圓柱形鋰離子電池也采用間隙涂布，則極片涂布與輥壓時(shí)速度慢，所需焊接的條狀極耳個(gè)數(shù)多，條狀極耳與涂布間隙處的焊接工作量大，并且需貼絕緣膠帶，工藝復(fù)雜，效率低，容量密度也由此被降低，因此大容量圓柱形鋰離子電池極片不適合采用間隙涂布。
[0004]現(xiàn)有的大容量圓柱形鋰離子電池，多采用全極耳式正、負(fù)極。比如專利號(hào)為CN202178322U的中國(guó)專利公開了 “一種全極耳引流電池”，專利號(hào)為CN202178323U的中國(guó)專利公開了 “一種全極耳圓柱電池”，這兩種電池都采用了全極耳式正、負(fù)極，即在正極集流體(通常為鋁箔)上涂布正極漿料時(shí)在一端邊緣預(yù)留一部分不涂布漿料的區(qū)域(正極光箔區(qū)10)，在負(fù)極集流體(通常為銅箔)上涂布負(fù)極漿料時(shí)在一端邊緣預(yù)留一部分不涂布漿料的區(qū)域(負(fù)極光箔區(qū)20)。正極片1、負(fù)極片2和隔膜3卷繞形成電芯卷繞體后，正極光箔區(qū)10的箔形體形成正極的極耳位端面，負(fù)極光箔區(qū)20的箔形體形成負(fù)極的極耳位端面，如圖1和圖2所示。極耳位端面需與集流板焊接在一起，以便電池的電流從集流板輸出。由于極耳位端面的箔形體厚度薄出?30微米)，柔軟易變形，與集流板焊接時(shí)，施加壓力會(huì)使整個(gè)箔形體變彎或變形，導(dǎo)致電芯卷繞體的極耳位端面直徑變大或外凸(如圖3所示)，造成電芯卷繞體無(wú)法裝入電池外殼或與電池外殼導(dǎo)通而短路，而且直接施加壓力在箔形體的端面，會(huì)導(dǎo)致端面變形不平整，端面的局部區(qū)域無(wú)法與集流板接觸焊接，導(dǎo)致焊接面積小，焊接強(qiáng)度低，電池內(nèi)阻大，因此有必要在集流板焊接前對(duì)電芯卷繞體的極耳位端面進(jìn)行整形。
[0005]現(xiàn)有的電芯卷繞體整形方法，主要有以下兩種:
[0006]1、將正極光箔區(qū)的箔形體和負(fù)極光箔區(qū)的箔形體分別用激光預(yù)切成條帶形狀，正極片、負(fù)極片和隔膜卷繞成電芯卷繞體后，這些條帶形狀的箔形體焊接到一個(gè)瓶蓋形的集流盤上。這種整形方法需要用激光將箔形體切成條帶形狀，工藝復(fù)雜，效率低，成本高，箔形體切成條帶形狀后其本體強(qiáng)度低，焊接到集流盤上易被拉斷，相對(duì)原有箔形體，承載電流小，可謂事倍功半。
[0007]2、專利號(hào)為CN102683634A，專利名稱為“一種大容量圓柱形鋰離子電池及其生產(chǎn)方法”的發(fā)明專利，采用高頻振蕩(例如超聲波)方式對(duì)鋰離子電池的極耳位端面進(jìn)行整形，該方法采用的機(jī)器的高頻頭制造成本高，使用壽命有限，相應(yīng)的高頻頭頻率調(diào)試復(fù)雜，頻率調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)。
[0008]基于上述兩種整形方法存在的缺陷，有必要尋找一種效率更高、加工更簡(jiǎn)單、成本更低、使用壽命更長(zhǎng)的電芯卷繞體整形方法和整形設(shè)備，并進(jìn)而改善大容量鋰離子電池的生產(chǎn)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種效率更高、加工更簡(jiǎn)單、成本更低的電芯卷繞體整形方法和整形設(shè)備，并進(jìn)而提供一種簡(jiǎn)便高效、生產(chǎn)成本低的大容量鋰離子電池生產(chǎn)方法。
[0010]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案一為:
[0011]電芯卷繞體整形方法，對(duì)電芯卷繞體的極耳位端面的箔形體進(jìn)行滾壓使極耳位端面的箔形體被壓縮成型，滾壓的同時(shí)在極耳位端面的周邊以及中心孔的孔壁施加壓力使極耳位端面的形狀保持不變。
[0012]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案二為:
[0013]電芯卷繞體整形設(shè)備，包括:電芯固定夾具、對(duì)稱設(shè)置在電芯固定夾具兩側(cè)的兩個(gè)整形夾具、驅(qū)動(dòng)兩個(gè)整形夾具相向或反向運(yùn)動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、以及驅(qū)動(dòng)兩個(gè)整形夾具正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述整形夾具包括外殼、頂針和多個(gè)滾子，所述外殼呈大端開口、小端封閉的喇叭狀，外殼的開口朝向電芯固定夾具，所述頂針固定在外殼的小端面上且沿外殼的中心線向開口方向延伸，所述多個(gè)滾子以外殼的中心線為軸均勻分布在頂針的周側(cè)，滾子的一端轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在外殼的側(cè)壁上，滾子的另一端依次設(shè)置有圓柱體和圓錐體，圓柱體的直徑大于圓錐體的底端直徑，圓柱體與圓錐體的連接處設(shè)有倒角，圓錐體的頂端朝向頂針。
[0014]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案三為:
[0015]大容量鋰離子電池生產(chǎn)方法，包括以下步驟:
[0016]I)電芯卷繞體制備:正極制漿-正極極片連續(xù)涂布-正極極片輥壓-正極極片分切-負(fù)極制漿-負(fù)極極片連續(xù)涂布-負(fù)極極片輥壓-負(fù)極極片分切-正、負(fù)極極片和隔膜卷繞成為電芯卷繞體；
[0017]2)電芯卷繞體的極耳位端面整形:對(duì)電芯卷繞體的極耳位端面的箔形體進(jìn)行滾壓使極耳位端面的箔形體被壓縮成型，滾壓的同時(shí)在極耳位端面的周邊以及中心孔的孔壁施加壓力使極耳位端面的形狀保持不變；
[0018]3)電池外殼裝配:集流板與整形后的極耳位端面的箔形體焊接，集流板的極耳與正或負(fù)極柱底部焊接-帶集流板的卷繞體入殼-電池殼體與端蓋激光焊接-真空干燥-注入電解液-化成與分容-打鋼珠封注液口。
[0019]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案四為:
[0020]大容量鋰離子電池，包括電池殼體、設(shè)置在電池殼體內(nèi)的電芯卷繞體、壓蓋電芯卷繞體兩端的集流板、通過(guò)極耳與集流板相連的極柱和電池兩極的端蓋，所述極柱包括正極極柱和負(fù)極極柱，所述端蓋包括正極端蓋和負(fù)極端蓋，所述集流板包括正極集流板和負(fù)極集流板；
[0021]所述正極極柱的材質(zhì)為鋁合金，負(fù)極極柱的材質(zhì)為銅鍍鎳，所述正極集流板的材質(zhì)為鋁合金，負(fù)極集流板的材質(zhì)為銅鍍鎳，正極集流板和負(fù)極集流板設(shè)有供電解液流入的進(jìn)液孔；
[0022]所述正極集流板的正極極耳與正極端蓋的正極極柱通過(guò)激光或超聲焊接固定，所述正極極耳的材質(zhì)為鋁合金；所述負(fù)極集流板的負(fù)