[发明专利]一种多极耳卷绕型锂离子电池极耳位置精确定位的方法

说明书

本发明公开了一种多极耳卷绕型锂离子电池极耳位置精确定位的方法，一，多极耳卷芯卷绕时，建立极耳定位的理想物理模型；二，根据步骤一中所建的理想物理模型，推导出每层极耳的统一数学表达形式；三，对物理模型进行实际条件的引入，在统一数学表达式中引入修正因子，对最后的数学表达式进行数值修正；四，以极耳的位置编号为自变量，将实际工况下的设计参数，设计参数包括极耳中心距、卷针宽度、纠偏因子、正负极片的厚度、隔离膜的厚度，代入最终的数学表达式，计算出每个极耳的精确位置。本发明可以精确地确定卷绕体每层极耳的位置，保证正极极耳和负极极耳各自的重合性，避免由于极耳位置确定的偏差。

技术领域

本发明涉及一种多极耳卷绕型锂离子电池极耳位置精确定位的方法。

背景技术

自1990年Sony公司将锂离子电池首次推向商业市场以来，这类电池以高电压、高功率、长寿命和无污染等优点，迅速适应了微电子和环保的要求，席卷整个电池市场，成为智能手机、笔记本电脑等多种先进便携式电子产品的理想配备电源。随着电子设备的高速发展，高科技的电子设备对锂离子电池提出了越来越苛刻的性能要求；尤其是现在的航模航拍、汽车启停和电动汽车等市场的迅猛发展，对锂离子电池的倍率性能提出了更高的要求。然而，传统的单极耳设计严重约束了锂离子电池放电平台的发挥和提高，严重降低了电池的输出功率密度；同时，单极耳的设计电池内阻很大，大电流放电时，会产生大量的物理热和化学热，致使电池温度急剧上升，严重的会出现内部电解液溅出，甚至燃烧爆炸。故为了提高锂离子电池的高倍率放电特性和使用安全性，通常采用多极耳的结构设计。

现在聚合物锂离子电池多极耳电芯的设计中有两种电芯结构：叠片结构和卷绕式结构。叠片结构中，每个极片都是用相应的正极片刀模或负极片刀模冲切而来的；每片极片上都会冲有极耳。叠片的难点：1、对叠片设备的精度要求很高，正负极膜片层叠时不能出现错位；2、如果正负极发生错位，即负极膜区未能完全覆盖正极膜区，很难用普通的X-Ray检测技术进行预先检测和报警，无法做到有效风险管控。卷绕式结构中，电池的正负极膜片各只有一个极片，卷绕时正负极以隔离膜相隔后逐层围绕转芯旋转；每层的极耳都是在涂布时涂布宽度方向上预留的空白集流体冲切出来的。卷绕结构的特点：1、卷绕设备简单，技术成熟，很难出现负极膜区包不住正极膜区的错位现象；2、出现膜区错位，很容易用普通的X-Ray检测技术进行预先检测和报警，控制风险。多极耳卷绕结构的难点：卷绕体中，内层片段宽度较窄，外层片段的宽度相对较宽，内层和外层上极耳之间的距离是不断增大的，不是一个定值；为了确保卷绕体的每层正极极耳或每层负极极耳能重合，就要细致考虑由卷芯内部到外部每个层段上极耳冲切的精确位置。现有的做法是工程师按照自己的工作经验及制样过程中不断的手动调试来确定每层极耳的冲切位置：1、此法太依赖于工程师的经验和工程师对设备工序能力的理解；2、同时多极耳位置的精确确定需要不断的试错和调整，周期太长，降低生产效率和延长产品开发周期，达不到预先设计的目的；3、无法面对多种型号的多极耳电芯设计，工作量更大，耗时更长；4、无法保证精确度。多极耳卷绕结构中，极耳位置的精确定位至关重要，如果不能精确定位，极片卷绕时相邻层的极耳就会出现错位，随着卷绕的层数增加，这种位错就更严重，不但影响极耳中心距，甚至会出现极耳“围栏”现象，导致最终的卷绕体报废。

发明内容

本发明提供了一种多极耳卷绕型锂离子电池极耳位置精确定位的方法，它可以精确地确定卷绕体每层极耳的位置，保证正极极耳和负极极耳各自的重合性，避免由于极耳位置确定的偏差。

本发明采用了以下技术方案：一种多极耳卷绕型锂离子电池极耳位置精确定位的方法，其特征是它包括以下步骤：

步骤一，多极耳卷芯卷绕时，建立极耳定位的理想物理模型；

步骤二，根据步骤一中所建的理想物理模型，推导出每层极耳的统一数学表达形式；

步骤三，对物理模型进行实际条件的引入，在统一数学表达式中引入修正因子，对最后的数学表达式进行数值修正；