一种电池卷芯及其卷绕装置、方法和电池与流程

1.本发明涉及电池制造领域，具体而言，涉及一种电池卷芯及其卷绕装置、方法和电池。


背景技术：

2.大容量锂离子电池多采用卷绕工艺，因为卷绕工艺具有生产效率高、装配难度低和寿命末期安全性高的优点。然而，卷芯卷绕应力的存在会大幅影响卷芯的状态及后续的卷芯性能。为控制或降低应力，业内做了诸多尝试，如圆形卷针、变张力卷绕、涂胶隔膜及pattern辊等等，然而效果并不尽人意。
3.卷绕应力不良，例如卷芯s弯、极片褶皱、隔膜褶皱以及后续的卷芯形变等问题等现象可能带来极片黑斑、析锂、卷芯超厚、容量偏低和循环衰减等问题。
4.因此，如何解决卷绕应力的不良影响，从根源上消除应力的产生，从而提升卷芯的状态是目前需要解决的问题。
5.鉴于此，特提出本技术。


技术实现要素：

6.本发明的目的包括，例如，提供了一种电池卷芯及其卷绕装置、方法和电池，旨在改善背景技术提到的至少一种问题。
7.本发明的实施例可以这样实现：
8.第一方面，本发明提供一种卷芯卷绕装置，包括：
9.卷针组件、多组增厚片组以及增厚片控制机构；
10.卷针组件包括卷针和与卷针连接且用于控制卷针转动的卷针驱动机构；
11.多组增厚片组从靠近至远离卷针的轴线的方向依次分布为多层，每组增厚片组包括多个增厚片，卷芯卷绕装置工作时，每个增厚片具有工作状态和非工作状态两种状态；
12.非工作状态时，卷针工作，增厚片和卷针的工作部位在与卷针的轴线平行的平面上的投影不重合；
13.工作状态时，卷针工作，增厚片沿着与卷针长度方向平行的方向移动，移动至增厚片和卷针的工作部位在与卷针的轴线平行的平面上的投影重合；；
14.增厚片控制机构与每个增厚片配合设置，用于控制增厚片移动至其在卷针上的投影与卷针的工作部位重合。
15.在可选的实施方式中，卷芯卷绕装置还包括控制器，控制器与卷针驱动机构以及增厚片控制机构电连接；
16.控制器被配制成内置增厚片的动作程序，根据动作程序对增厚片控制机构下发指令使一组增厚片组内的所有增厚片移动；
17.动作程序为卷针驱动机构控制卷针转动到特定圈数后进行动作。
18.在可选的实施方式中，增厚片控制机构包括壳体和驱动组件；
19.壳体内部设置有多个增厚片通道，壳体的外壁上设置有多个增厚片进出口，多个增厚片通道与多个增厚片进出口一一对应连通，每个增厚片设置于一个增厚片通道内；
20.驱动组件为气压驱动组件或液压驱动组件，驱动组件用于驱动增厚片伸出增厚片通道或缩进增厚片通道；驱动组件与控制器通信连接，控制器被配制成控制驱动组件驱动增厚片进行伸缩动作。
21.在可选的实施方式中，驱动组件包括供风机构、多个通气阀和多个弹性件；
22.壳体远离增厚片进出口的一端设置有多个进气口，多个进气口一一对应与多个增厚片通道连通；
23.多个弹性件一一对应位于增厚片通道内，弹性件的一端连接于壳体远离增厚片进出口的一端，另一端与增厚片的一端连接；
24.每个进气口对应设置一个通气阀，供风机构与每个通气阀连接，通气阀和供风机构与控制器通信连接，控制器被配制成控制通气阀的打开或关闭，以及控制供风机构的打开或关闭；
25.可选地，增厚片与弹性件连接的一端设置有连接块，连接块与弹性件直接连接，连接块的边缘与增厚片通道的内壁相贴。
26.在可选的实施方式中，弹性件为弹簧或弹力绳。
27.在可选的实施方式中，所述壳体为圆环形，所述卷针驱动机构设置于所述壳体的圆环内，与所述壳体集成为一体。。
28.第二方面，本发明提供一种卷芯卷绕方法，包括：
29.采用如前述实施方式任一项的卷芯卷绕装置对极片和隔膜进行卷绕制成卷芯。
30.在可选的实施方式中，具体包括：
31.使卷针夹持隔膜预卷一周半后正极片、负极片入片；
32.在卷绕至指定圈数时，增厚片控制机构控制对应组的增厚片伸出至环绕卷针的工作部位，使增厚片贴于卷芯表面；
33.卷针继续转动，增厚片被卷入卷芯内，当所有的增厚片都埋入卷芯内后则卷绕完毕；
34.控制增厚片控制机构使增厚片移动至非工作状态；
35.使卷针和卷芯分离；
36.可选地，卷针驱动机构还能控制卷芯的伸缩，卷针夹持隔膜之前还包括：控制卷针驱动机构使卷芯伸出；
37.使卷针和卷芯分离的方式为，控制卷针驱动机构使卷芯缩回。
38.第三方面，本发明提供一种电池卷芯，采用如前述实施方式的卷芯卷绕方法卷绕得到。
39.第四方面，本发明提供一种电池，由如前述实施方式的电池卷芯制得。
40.本发明实施例的有益效果包括，例如：
41.卷芯卷绕装置和卷绕方法，由于增厚片以及增厚片控制机构的设置，在卷芯卷绕过程中，卷绕至指定圈数时，将对应层的增厚片移动至卷针的工作部位的外周与卷芯贴合，使增厚片卷入卷芯内；每隔几圈就移动一组增厚片卷入卷芯内，卷绕结束后抽离增厚片和卷针。如此能够从根源上消除卷绕应力，提升卷芯状态，解决卷芯应力带来的形变问题，从
而达到提升卷芯性能的效果。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
43.图1为本发明实施例提供的卷芯卷绕装置的卷针和增厚片伸出时的结构示意图；
44.图2为图1中壳体的右视图；
45.图3为增厚片位于增厚片进出通道内时的结构示意图；
46.图标：100-卷芯卷绕装置；111-卷针；120-增厚片；121-连接块；130-控制器；140-壳体；141-增厚片通道；142-增厚片进出口；151-供风机构；152-通气阀；153-弹性件。
具体实施方式
47.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
48.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
50.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
51.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
52.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
53.请参考图1-图3，本实施例提供了一种卷芯卷绕装置100，包括：
54.卷针组件、多组增厚片组以及增厚片120控制机构；
55.卷针组件包括卷针111和与卷针111连接且用于控制卷针111转动的卷针驱动机构；
56.多组增厚片组从靠近至远离卷针111的轴线的方向依次分布为多层，每组增厚片组包括多个增厚片120，卷芯卷绕装置100工作时，每个增厚片120具有工作状态和非工作状态两种状态；
57.非工作状态时，卷针111工作，增厚片120和卷针111的工作部位在与卷针111的轴
线平行的平面上的投影不重合；
58.工作状态时，卷针111工作，增厚片120沿着与卷针111长度方向平行的方向移动，移动至增厚片120和卷针111的工作部位在与卷针111的轴线平行的平面上的投影重合；
59.增厚片120控制机构与每个增厚片120配合设置，用于控制增厚片120移动至其在卷针111上的投影与卷针111的工作部位重合。
60.本技术中提到的卷针111的工作部位是指在卷绕时用于夹持和卷绕隔膜及极片的部位；此外，本技术提到的卷针组件为现有技术，该卷针组件只要能实现卷针111卷芯卷绕的功能即可，一些卷芯组件还能实现卷针111的伸缩，具有伸缩功能的卷针111，在工作之前是缩回在卷针驱动机构内的，工作时，其伸出卷针驱动机构，卷绕完毕后再缩回卷针驱动机构，其具体结构与现有的卷针组件相同，故在本技术中不做过多赘述，且附图也仅仅只是示意，并未公开其具体细节。
61.本发明提供的卷芯卷绕装置100，由于增厚片120以及增厚片120控制机构的设置，在卷芯卷绕过程中，卷绕至指定圈数时，将对应层的增厚片120移动至卷针111的工作部位的外周与卷芯贴合，使增厚片120卷入卷芯内；每隔几圈就移动一组增厚片120卷入卷芯内，卷绕结束后抽离增厚片120和卷针111。如此能够从根源上消除卷绕应力，提升卷芯状态，解决卷芯应力带来的形变问题，从而达到提升卷芯性能的效果。
62.具体地，本发明每组增厚片组中的增厚片120数量为2、3、4、5、6、7或8等。在图示的方案中每组增厚片组中的增厚片120数量为4个。
63.优选地，卷芯卷绕装置100还包括控制器130，控制器130与卷针驱动机构以及增厚片120控制机构电连接；
64.控制器130被配制成内置增厚片120的动作程序，根据动作程序对增厚片120控制机构下发指令使一组增厚片组内的所有增厚片120移动；
65.动作程序为卷针驱动机构控制卷针111转动到特定圈数后进行动作。
66.控制器130与卷针驱动机构以及增厚片120控制机构电连接的设置，能够实现智能化卷芯卷绕，提高卷绕效率。
67.控制器130的内置程序例如设置当极片卷绕1、3、5...n、n+2、n+4...时增厚片120控制机构驱动增厚片120伸出，使增厚片120埋入卷芯中；又或者当极片卷绕2、4、6...n、n+2、n+4...时增厚片120控制机构驱动增厚片120伸出，使增厚片120埋入卷芯中。
68.优选地，增厚片120控制机构包括壳体140和驱动组件；
69.壳体140内部设置有多个增厚片通道141，壳体140的外壁上设置有多个增厚片进出口142，多个增厚片通道141与多个增厚片进出口142一一对应连通，每个增厚片120设置于一个增厚片通道141内；
70.驱动组件为气压驱动组件或液压驱动组件，驱动组件用于驱动增厚片120伸出增厚片通道141或缩进增厚片通道141；驱动组件与控制器130通信连接，控制器130被配制成控制驱动组件驱动增厚片120进行伸缩动作。
71.驱动组件可以为气压驱动组件或液压驱动组件，其具体结构可以参考现有的气压缸和液压缸，而增厚片120则对应活塞杆。气压缸和液压缸为现有技术，在此则不作过多赘述。
72.在本技术的一些实施方式中，具体地，驱动组件的结构例如：包括供风机构151、多
个通气阀152和多个弹性件153；
73.壳体140远离增厚片进出口142的一端设置有多个进气口，多个进气口一一对应与多个增厚片通道141连通；
74.多个弹性件153一一对应位于增厚片通道141内，弹性件153的一端连接于壳体140远离增厚片进出口142的一端，另一端与增厚片120的一端连接；
75.每个进气口对应设置一个通气阀152，供风机构151与每个通气阀152连接，通气阀152和供风机构151与控制器130通信连接，控制器130被配制成控制通气阀152的打开或关闭，以及控制供风机构151的打开或关闭。
76.当卷芯卷到控制器130内置程序设定圈数时，控制器130控制对应的通气阀152打开，风进入增厚片通道141内，推动增厚片120移出增厚片通道141，使增厚片120埋入卷芯中。当卷芯卷绕完成后，供风机构151停止工作，增厚片通道141内的风排出，增厚片120在弹性件153拉力的作用下缩回增厚片通道141内。
77.进一步地，增厚片120与弹性件153连接的一端设置有连接块121，连接块121与弹性件153直接连接，连接块121的边缘与增厚片通道141的内壁相贴。
78.连接块121与通道内壁相贴的设置不易漏气，便于气体通入增厚片通道141内后推动增厚片120。
79.具体地，增厚片120的材质为不锈钢或铝合金材质，表面镀有聚四氟材料；此外，增厚片120可以有多种厚度可选，可根据要制备的电池的具体大小和型号拆装不同的增厚片120。
80.进一步地，弹性件153可以为最常见的弹簧或弹力绳。
81.进一步地，为了提高实现装置的整体性，使装置使用方便，所述壳体140为圆环形，所述卷针驱动机构设置于所述壳体140的圆环内，与所述壳体140集成为一体。
82.本发明实施例提供的卷芯卷绕方法，包括：
83.采用本发明实施例提供的卷芯卷绕装置100对极片和隔膜进行卷绕制成卷芯。
84.进一步地，使用的卷针组件为卷针111具有伸缩功能的组件，卷绕方法具体包括：
85.控制卷针驱动机构使卷芯伸出，使卷针111夹持隔膜预卷一周半后正极片、负极片入片；
86.在卷绕至指定圈数时，增厚片120控制机构控制对应组的增厚片120伸出至环绕卷针111的工作部位，使增厚片120贴于卷芯表面；
87.卷针111继续转动，增厚片120被卷入卷芯内，当所有的增厚片120都埋入卷芯内后则卷绕完毕；
88.控制增厚片120控制机构使增厚片120移动至非工作状态；
89.控制卷针驱动机构使卷芯缩回。
90.本发明实施例提供的卷芯的卷绕方法，由于采用本发明实施例提供的卷绕装置进行卷芯卷绕，卷绕过程中在指定的卷绕圈数将增厚片120埋入卷芯内，能够有效消除卷绕应力，提升卷芯状态，解决卷芯应力带来的形变问题，从而达到提升卷芯性能的效果。
91.本发明实施例还提供了一种电池卷芯，其采用本发明实施例提供的卷芯卷绕方法卷绕得到。
92.本发明实施例还提供了一种电池，由本发明实施例提供的卷芯制得。
93.实验例
94.实验组：正极片为磷酸铁锂正极、负极片为石墨负极，隔膜为pe基膜。将该正极片、负极片和隔膜卷绕成卷芯，卷绕过程中在第2、4、6、8...16、18、20周时分别埋入4片0.5mm厚的增厚片，将该卷芯制成280ah电池。
95.对照组：将与实验组相同的正极片、负极片以及隔膜采用现有的卷绕方法卷绕得到卷芯，将该卷芯制成280ah电池。此处所说的现有的卷绕方法是指与实验组的卷绕方法相比，区别仅在于卷绕过程中不埋入增厚片。
96.收集实验组和对照组卷芯的相关数据及电芯满电和充放电10周后的拆解数据，将实验结果记录至表1中。
97.表1实验组和对照组的电化学性能测试结果
[0098][0099][0100]
从表1可看出，采用本方法制得的卷芯s弯程度明显降低，卷芯冷压后的厚度大幅降低，卷芯热压后的厚度也明显低于对照组；将对照组和实验组的卷芯经组装、化成和分容等工序制成电芯，将他们进行满充拆解或进行0.5c/0.5c充放电10周再进行拆解，实验组的卷芯厚度也都明显低于对照组；将卷芯展开后发现：对照组卷芯内圈的负极片具有明显的褶皱，且越往内圈褶皱越严重，而实验组的卷芯整条负极片几乎没有褶皱出现，这说明采用本发明提供的卷绕方法能够解决卷绕过程中应力不良的问题。
[0101]
综上，本发明提供的卷芯卷绕装置100和卷绕方法，由于增厚片120以及增厚片120控制机构的设置，在卷芯卷绕过程中，卷绕至指定圈数时，将对应层的增厚片120移动至卷针111的工作部位的外周与卷芯贴合，使增厚片120卷入卷芯内；每隔几圈就移动一组增厚片120卷入卷芯内，卷绕结束后抽离增厚片120和卷针111。如此能够从根源上消除卷绕应力，提升卷芯状态，解决卷芯应力带来的形变问题，从而达到提升卷芯性能的效果。
[0102]
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种卷芯卷绕装置，其特征在于，包括：卷针组件、多组增厚片组以及增厚片控制机构；所述卷针组件包括卷针和与卷针连接且用于控制卷针转动的卷针驱动机构；所述多组增厚片组从靠近至远离所述卷针的轴线的方向依次分布为多层，每组所述增厚片组包括多个增厚片，所述卷芯卷绕装置工作时，每个所述增厚片具有工作状态和非工作状态两种状态；非工作状态时，所述卷针工作，所述增厚片和所述卷针的工作部位在与所述卷针的轴线平行的平面上的投影不重合；工作状态时，所述卷针工作，所述增厚片沿着与所述卷针长度方向平行的方向移动，移动至所述增厚片和所述卷针的工作部位在与所述卷针的轴线平行的平面上的投影重合；所述增厚片控制机构与每个所述增厚片配合设置，用于控制所述增厚片移动至其在卷针上的投影与所述卷针的工作部位重合。2.根据权利要求1所述的卷芯卷绕装置，其特征在于，所述卷芯卷绕装置还包括控制器，所述控制器与所述卷针驱动机构以及所述增厚片控制机构电连接；所述控制器被配制成内置所述增厚片的动作程序，根据所述动作程序对所述增厚片控制机构下发指令使一组所述增厚片组内的所有增厚片移动；；所述动作程序为所述卷针驱动机构控制所述卷针转动到特定圈数后进行动作。3.根据权利要求2所述的卷芯卷绕装置，其特征在于，所述增厚片控制机构包括壳体和驱动组件；所述壳体内部设置有多个增厚片通道，所述壳体的外壁上设置有多个增厚片进出口，所述多个增厚片通道与所述多个增厚片进出口一一对应连通，每个所述增厚片设置于一个所述增厚片通道内；所述驱动组件为气压驱动组件或液压驱动组件，所述驱动组件用于驱动所述增厚片伸出所述增厚片通道或缩进所述增厚片通道；所述驱动组件与所述控制器通信连接，所述控制器被配制成控制所述驱动组件驱动所述增厚片进行伸缩动作。4.根据权利要求3所述的卷芯卷绕装置，其特征在于，所述驱动组件包括供风机构、多个通气阀和多个弹性件；所述壳体远离所述增厚片进出口的一端设置有多个进气口，所述多个进气口一一对应与所述多个增厚片通道连通；所述多个弹性件一一对应位于所述增厚片通道内，所述弹性件的一端连接于所述壳体远离所述增厚片进出口的一端，另一端与所述增厚片的一端连接；每个所述进气口对应设置一个通气阀，所述供风机构与每个所述通气阀连接，所述通气阀和所述供风机构与所述控制器通信连接，所述控制器被配制成控制所述通气阀的打开或关闭，以及控制所述供风机构的打开或关闭；可选地，所述增厚片与所述弹性件连接的一端设置有连接块，所述连接块与所述弹性件直接连接，所述连接块的边缘与所述增厚片通道的内壁相贴。5.根据权利要求4所述的卷芯卷绕装置，其特征在于，所述弹性件为弹簧或弹力绳。6.根据权利要求3所述的卷芯卷绕装置，其特征在于，所述壳体为圆环形，所述卷针驱动机构设置于所述壳体的圆环内，与所述壳体集成为一体。
7.一种卷芯卷绕方法，其特征在于，包括：采用如权利要求1～6任一项所述的卷芯卷绕装置对极片和隔膜进行卷绕制成卷芯。8.根据权利要求7所述的卷芯卷绕方法，其特征在于，具体包括：使所述卷针夹持隔膜预卷一周半后正极片、负极片入片；在卷绕至指定圈数时，所述增厚片控制机构控制对应组的所述增厚片伸出至环绕所述卷针的工作部位，使所述增厚片贴于所述卷芯表面；所述卷针继续转动，所述增厚片被卷入所述卷芯内，当所有的所述增厚片都埋入所述卷芯内后则卷绕完毕；控制所述增厚片控制机构使所述增厚片移动至所述非工作状态；使所述卷针和所述卷芯分离；可选地，所述卷针驱动机构还能控制所述卷芯的伸缩，所述卷针夹持所述隔膜之前还包括：控制所述卷针驱动机构使所述卷芯伸出；使所述卷针和所述卷芯分离的方式为，控制所述卷针驱动机构使所述卷芯缩回。9.一种电池卷芯，其特征在于，采用如权利要求7或8所述的卷芯卷绕方法卷绕得到。10.一种电池，其特征在于，由如权利要求9所述的电池卷芯制得。

技术总结
本发明的实施例提供了一种电池卷芯及其卷绕装置、方法和电池，涉及电池制造领域。本发明提供的一种卷芯卷绕装置，包括：卷针组件、多组增厚片组以及增厚片控制机构；卷针组件包括卷针和与卷针连接且用于控制卷针转动的卷针驱动机构；多组增厚片组从靠近至远离卷针的轴线的方向依次分布为多层，每组增厚片组包括多个增厚片；工作状态时，卷针工作，增厚片沿着与卷针长度方向平行的方向移动，移动至增厚片和卷针的工作部位在与卷针的轴线平行的平面上的投影重合。卷绕方法，采用上述卷芯卷绕装置卷绕制卷芯。电池卷芯，采用上述的卷绕方法制得。电池，采用上述电池卷芯制得。本发明提供的卷绕装置和卷绕方法，能够消除卷绕过程中产生的应力。的应力。的应力。


技术研发人员：杨广元 许彬 杨亦双 胡学平 杨庆亨 侯建华
受保护的技术使用者：江苏中兴派能电池有限公司
技术研发日：2023.07.18
技术公布日：2023/9/6