阅读说明：本技术 一种卷针、卷绕式电芯及卷绕式电芯的生产工艺 (Winding needle, winding type battery cell and production process of winding type battery cell ) 是由 张勇 张海生 蒋濛 胡庆波 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种卷针,为绝缘刚性材质的柱状针体。该卷针为由绝缘刚性材质制成的柱状针体,卷针卷绕于隔膜和极耳中并随电芯封装入电池壳体中,避免了现有技术中卷针拔出的操作,确保卷绕电芯的对齐度,从而克服现有述中银卷针拔出带来的电芯缺陷；电芯内部短路时,卷针和卷绕体同时上行顶压电池盖帽上的安全阀,实现快速泄压,改善现有中心针与电芯存在间隙脱离的缺陷；充放电过程中发热快,卷绕张力导致电芯的极片变形并向电芯内圈挤压,导致隔膜会出现松动甚至坍塌,与中心针相比,卷针与隔膜之间无间隙,卷针能为电芯提供良好的支撑作用,降低隔膜松动或坍塌几率。本发明还公开了一种包含卷针的卷绕式电芯以及该卷绕式电芯的生产工艺。(The invention discloses a winding needle which is a columnar needle body made of an insulating rigid material. The winding needle is a columnar needle body made of an insulating rigid material, is wound in the diaphragm and the tab and is packaged into the battery shell along with the battery cell, so that the operation of pulling out the winding needle in the prior art is avoided, the alignment degree of the wound battery cell is ensured, and the defect of the battery cell caused by pulling out the silver winding needle in the prior art is overcome; when the inside of the battery core is short-circuited, the winding needle and the winding body simultaneously move upwards to press a safety valve on the battery cap, so that the quick pressure relief is realized, and the defect that the existing center needle is separated from the battery core in a gap is overcome; the charge-discharge in-process is generated heat soon, and winding tension leads to the pole piece of electric core to warp and to electric core inner circle extrusion, leads to the diaphragm can appear becoming flexible even collapse, compares with central needle, and zero clearance between book needle and the diaphragm rolls up the needle and can provide good supporting role for electric core, reduces that the diaphragm is not hard up or the probability of collapsing. The invention also discloses a winding type battery cell comprising the winding needle and a production process of the winding type battery cell.)

一种卷针、卷绕式电芯及卷绕式电芯的生产工艺

技术领域

本发明涉及锂电池生产技术领域，具体涉及一种卷针、卷绕式电芯及卷绕式电芯的生产工艺。

背景技术

卷针是制备卷绕式电芯的主要工具之一。现有技术中的卷针如CN206441823U、CN101212069A所公开的，多由不锈钢材质的两个卷针单元组合而成，卷针单元分别包括针体和固定座，固定座的作用在于将针体固定连接至卷绕设备上。卷绕时将隔膜穿入两个卷针单元的针体之间夹紧，两半卷针的组装平面均与隔膜贴合，合并为一个圆柱体或者近似圆柱的整体，固定座与卷绕机连接，卷绕机驱动卷针旋转并导入正极极片和负极极片，电芯卷绕完成后将卷针拔出。

目前电芯卷绕过程中存在以下问题：由于卷针与隔膜之间的摩擦力，卷针拔出过程会产生以下电芯缺陷：隔膜造成一定损伤、带出卷芯内层隔膜、拔针后隔膜的内圈出现褶皱变形、破坏卷芯对齐度。特别在卷绕自动一体机上卷绕圆柱形极片较长的电池，使用具有三氧化二铝涂层的隔膜更容易出现隔膜抽出不良，对卷绕后产品的良率影响很大，增加了制作成本。

改进的技术方案主要包括以下两种：第一、在卷针内设置连通的气孔，拔出卷针是向卷针充气，使卷针与内层隔膜气胀，减小卷针与内层隔膜的接触面积和摩擦力；第二、在卷针表面设置低摩擦系数的高分子材料层如聚四氟乙烯或者聚氨酯。但上述两种结构的卷针同样还需要进行拔针操作，拔针导致的电芯缺陷无法根本解决。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种卷针，该柱状卷针可置留于电芯中，克服卷针拔出损伤隔膜的缺陷。

为了实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种卷针，其特征在于，为绝缘刚性材质的柱状针体。

优选的技术方案为，所述柱状针体的两端面上设置有装夹孔，所述装夹孔用于与电芯卷绕装置的卷针夹具相配合。

优选的技术方案为，所述柱状针体中设置有通孔。

优选的技术方案为，所述通孔之间连通和/或所述通孔与所述装夹孔之间连通。

本发明的目的之二在于提供一种卷绕式电芯，包括由两层极片和两层隔膜交替层叠卷绕而成的卷绕体，其特征在于，还包括卷针，所述卷针为绝缘刚性材质的柱状针体，所述卷针与所述卷绕体的内圈隔膜固定连接。

优选的技术方案为，所述柱状针体的两端面上设置有装夹孔，所述装夹孔用于与电芯卷绕装置的卷针夹具相配合。

优选的技术方案为，所述卷针的端面与所述卷绕体的隔膜齐平。

本发明的目的之三在于提供一种卷绕式电芯的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1，固定连接卷针与内层隔膜的端部；

S2，将两层极片和两层隔膜交替层叠卷绕于卷针的外周；所述两层隔膜包括所述内层隔膜。

优选的技术方案为，所述卷针与内层隔膜的固定连接为粘接。

优选的技术方案为，所述柱状针体的两端面上设置有装夹孔，所述S2中卷针的装夹孔与电芯卷绕装置的卷针夹具可拆卸式固定连接。

本发明的优点和有益效果在于：

该卷针为由绝缘刚性材质制成的柱状针体，上述针体卷绕于隔膜和极耳中并随电芯封装入电池壳体中，避免了现有技术中卷针拔出的操作，确保卷绕电芯的对齐度，从而克服现有述中银卷针拔出带来的电芯缺陷；

电芯内部短路时，卷针和卷绕体同时上行顶压电池盖帽上的安全阀，实现快速泄压，改善现有中心针与电芯存在间隙脱离的缺陷；

充放电过程中发热快，卷绕张力导致电芯的极片变形并向电芯内圈挤压，导致隔膜会出现松动甚至坍塌，与中心针相比，卷针与隔膜之间无间隙，卷针能为电芯提供良好的支撑作用，降低隔膜松动或坍塌几率。

附图说明

图1是实施例1卷针沿中心轴的剖视图；

图2是实施例2卷针沿中心轴的剖视图；

图3是实施例3卷针沿中心轴的剖视图；

图4是实施例4卷绕式电芯的端面结构示意图；

图5是实施例4卷绕式电芯沿卷针中心轴的剖视图；

图中：1、针体；2、装夹孔；3、第一通孔；4、第二通孔；5、卷绕体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

绝缘刚性材料

绝缘刚性材料的选择包括但不限于无机绝缘材料、有机绝缘材料、由无机绝缘材料和有机绝缘材料混合而成的混合绝缘材料或者上述材料通过层叠、包覆得到的复合材料。基于电池自重考虑，优选的绝缘刚性材料为高分子有机绝缘材料或者含有无机绝缘填料的绝缘塑料，绝缘刚性材料包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、环氧树脂、硅氧树脂、ABS工程塑料、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯等，进一步优选的绝缘刚性材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯，更进一步的优选为与隔膜材质相同的聚乙烯或聚丙烯。

柱状针体

由于该卷针并不需要拔出，因此柱状针体的横截面根据卷芯的形状确定，可为现有技术中常用的圆形、椭圆形、边数大于三的多边形、端角圆滑过渡的多边形、扁平形等等。上述的柱状针体为一体式的针体，或为两个以上的针体分部组装固定连接而成。优选的，柱状针体为一体式的针体。

装夹孔

装夹孔的作用在于与电芯卷绕装置的卷针夹具相配合，使卷针固定在卷针夹具之间且随卷针夹具旋转。

具体的，卷针为正圆形、椭圆形、边数大于三的多边形、端角圆滑过渡的多边形，装夹孔为正六边形孔，该正六边形孔的中心轴与卷针的中心轴相重合；卷针为扁平形，卷针上的装夹孔的数量不限于两个，需要根据卷针夹具的装夹稳定性确定。

通孔

通孔的常见形式包括两种：第一种是与柱状针体的轴向一致的第一通孔，第一通孔连通装夹孔，第一通孔的数量可以为一个或者多个，第一通孔的数量为一个且第一通孔的中心轴与卷针的中心轴相重合，第一通孔的孔口与装夹孔组合成阶梯孔状；第二种是设置在柱状针体侧面之间的第二通孔，即第二通孔的孔口位于柱状针体的侧面上。进一步的，通孔之间相互连通和/或通孔与装夹孔连通。

通孔的作用在于：第一，增加电芯中电解液的注入量；第二、加快电芯中心部分电解液的流通和锂离子的传输；第三、电解液经由通孔的流动能加快电芯散热。

进一步的，第一通孔为锥台状通孔，第一通孔的电芯盖帽端孔口小于电芯钢壳端孔口。上述结构的电芯发生短路时，第一通孔中的气体作用于第一通孔侧面，有助于将含有卷针的卷绕式电芯加速推向盖帽安全阀。

两层极片与两层隔膜交替层叠卷绕而成的卷绕体

两层极片与两层隔膜交替层叠的顺序通常为：内层隔膜、极片、外层隔膜、极片，进一步的，常用的层叠顺序为内层隔膜、正极片、外层隔膜、负极片。卷绕顺序是：首先将内层隔膜送入卷绕设备进行卷绕、然后依次送入正极片或负极片，沿卷绕体的轴向，隔膜长于正负极片，负极片长于正极片，以防止卷绕体轴向上的正负极片接触。

卷绕体与卷针的轴向长度

通常的，在卷绕式电芯中，正极片卷的轴向长度＞负极片卷的轴向长度大于隔膜卷的轴向长度，卷针的轴向长度大于负极片卷的轴向长度。上述卷绕式电芯生产过程中，卷针夹具的拔出不可避免的也会损伤隔膜和/或负极片，为了克服上述缺陷，进一步的，卷针的轴向长度等于隔膜卷的轴向长度，即卷针的端面与隔膜齐平。卷针的端面与隔膜齐平还有助于短路状态下卷针与盖帽安全阀直接接触。

卷针与内层隔膜端部的固定连接

卷针与内层隔膜端部的固定连接包括可拆卸式固定连接和不可拆卸式的固定连接，基于一体式的柱状针体卷针，优选的固定连接方式为粘接。基于两个以上的针体分部组装固定连接而成的卷针，常用的固定连接方式可为粘接，或者将内层隔膜端部夹持于针体分部之间。

电芯卷绕装置

电芯卷绕装置的选择范围包括手动卷绕装置和自动半自动卷绕装置，上述的手动卷绕装置和自动半自动卷绕装置中均设置有卷针夹具，卷针的两端可拆卸式固定连接于卷针夹具中。

实施例1

如图1所示，实施例1的卷针为实心的一体式圆柱状针体，柱状针体1的两端面上设置有装夹孔2，装夹孔2为正六边形孔，正六边形装夹孔2的中心轴与针体1的中心轴相重合。

实施例2

如图2所示，实施例2基于实施例1，区别在于，柱状针体的两装夹孔之间设置有第一通孔3，第一通孔3的两端孔口与装夹孔2连通。

实施例3

如图3所示，实施例3基于实施例2，区别在于，柱状针体上还设置有第二通孔4，第二通孔4的一孔口位于针体1的周向侧面上，另一孔口与第一通孔3相通。

实施例4

如图4-5所示，实施例4是基于实施例1的卷绕式电芯，包括实施例1的卷针以及设置于卷针外的卷绕体5，卷绕体5由两层极片和两层隔膜交替层叠卷绕而成，柱状针体的端面与所述卷绕体的隔膜齐平。

实施例4卷绕式电芯的生产工艺包括：

S1：将实施例1的卷针装夹于卷绕设备的卷针夹具上，确保卷针随卷针夹具旋转；

S2：将内层隔膜的端部固定于卷针上；

S3：按照内层隔膜、正极片、外层隔膜、负极片顺序依次导入卷绕体中，内层隔膜、正极片、外层隔膜、负极片层叠且随卷针的旋转逐层卷绕，在卷绕收尾处用所述负极片包覆正极片。

具体的，上述卷绕式电芯的生产工艺中，作为等效替换方案，S1和S2步骤可以互换。进一步的，实施2和实施例3的卷针替代实施例4中的卷针，达到优化散热和加速锂离子交换等改进效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。