CN102456861A

CN102456861A - 一种软包装锂离子电池的排气装置

Info

Publication number: CN102456861A
Application number: CN2011104309059A
Authority: CN
Inventors: 郑丁; 张兴国; 史离全; 董峰; 张景国; 茹永军
Original assignee: Wanxiang Group Corp; Wanxiang Electric Vehicle Co Ltd
Current assignee: Wanxiang A123 Systems Asia Co Ltd
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: CN102456861B

Abstract

本发明公开了一种软包装锂离子电池的排气装置，旨在提供一种能够降低生产成本、提高电池使用性能的排气装置。它包括下模、上模及设置在电池上与电池内部连通的排气管柱，所述排气管柱设于正负极耳之间；排气管柱外侧面上设有第一热熔材料层，排气管柱通过热封与封装电池的铝塑膜连为一体。

Description

一种软包装锂离子电池的排气装置

技术领域

本发明涉及一种排气装置，具体涉及一种应用于叠片式的软包装锂离子电池的排气装置。

背景技术

锂离子电池在生产过程中需要进行化成，化成是通过一定的充放电制式对锂离子电池进行激活的过程。锂离子电池在化成过程中会产生气体，这些气体需要从电池内部排放出去，否则将会影响锂离子电池的性能。目前对于软包装锂离子电池的排气方式，一般都是采用气囊式，即在用铝塑膜封装电芯时，除完全封住电芯外还预留一部分铝塑膜形成气囊，用于储存化成时产生的气体。在锂离子电池化成结束后切除气囊并进行封装。这种方法的缺点是浪费铝塑膜，增加锂离子电池的生产成本；另外该方式对化成过程中产生的气体也不能彻底排除，影响电池的使用寿命及供电稳定性。为了解决现有方法对铝塑膜造成浪费的问题，一些方案也对此做了一些改进。例如，中国专利公开号CN102117936A，公开日2011年07月06日，发明创造的名称为软包装锂离子电池化成方法，该申请案公开了一种软包装锂离子电池化成方法,电芯用铝塑膜包装后留有注液管,化成过程中,采用回流装置对铝塑膜内腔抽真空,再用惰性气体回压电解液,最后热封注液管。该方法用于软包装锂离子电池化成, 虽然解决了对铝塑膜造成浪费的问题，但该方案本身的设备成本高，使得锂离子电池的生产成本提高。另一方面对于采用铝塑膜封装的叠片式软包装锂离子电池，在化成过程中采用对铝塑膜内腔抽真空的方式来排除气体,即使电池内部产生负压从而抽出气体，由于铝塑膜硬度低在抽除气体的过程中对操作工艺要求很高，否则容易使得铝塑膜产生凹陷及起皱现象从而影响电池质量。

发明内容

本发明目的是为了克服软包装锂离子电池采用气囊式的排气方式对铝塑膜造成浪费，增加锂离子电池的生产成本；以及气囊式的排气方式对化成过程中产生的气体不能彻底排除，影响锂离子电池质量的问题，提供一种能够有效降低生产成本、并彻底排除化成过程中产生的气体，提高电池使用寿命及供电稳定性的软包装锂离子电池排气装置。

本发明的技术方案是：

一种软包装锂离子电池的排气装置，包括下模、上模及设置在电池上与电池内部连通的排气管柱，所述排气管柱设于正负极耳之间；排气管柱外侧面上设有第一热熔材料层，排气管柱通过热封与封装电池的铝塑膜连为一体。本方案的排气管柱通过模具进行热封，将排气管柱外侧面上设置的第一热熔材料层与用于封装电池的铝塑膜表面的塑料膜连为一体，使排气管柱外侧面与铝塑膜之间具有良好的密封性。同时该方案的锂离子电池可以通过排气管柱进行注液；在注液完毕后将锂离子电池放置在上模和下模内进行化成；由于锂离子电池置于上下模的模腔内，因此在化成过程中软包装锂离子电池不会产生膨胀，而化成过程中产生的气体将会由排气管柱排出；当化成结束后，开模并对排气管柱进行封口。另一方面，由于正负极耳与锂离子电池内部的电芯是相互连接的，在化成过程中产生的部分气体会附着在正负极耳与电芯的连接部位不易排出；而一般的软包装锂离子电池在化成过程中设置的排气口的位置一般都是在电池的侧面上，使得正负极耳与电芯的连接部位的气体更不易排出。这样锂离子电池在充放电过程中，正负极耳与电芯的连接部位的小气泡会影响锂离子在正负极之间移动，从而影响锂离子电池的使用性能。本方案排气装置的排气管柱设置在正负极耳之间，可以快速有效的将正负极耳与电芯的连接部位的气体排出到电池外部。

作为优选，排气管柱为金属管，排气管柱中部外侧面上设有一圈向内凹陷的环形凹陷，且位于环形凹陷上部的排气管柱内侧面上设有第二热熔材料层，所述第二热熔材料层的熔点高于第一热熔材料层。由于第二热熔材料层的熔点高于第一热熔材料层，在排气管柱与铝塑膜之间通过热封进行密封连接时，设于排气管柱内侧面上设有第二热熔材料层不会溶化在排气管柱的通孔内形成封口。在化成结束后，由于排气管柱内侧面上还具有第二热熔材料层，可以通过热封对排气管柱进行封口，在热封时第二热熔材料层溶化并在排气管柱内侧面上的环形凹陷处聚集形成封口。

作为优选，排气装置还包括：支撑架、竖直设置在支撑架上部的气缸本体；所述气缸本体内部设有活塞，气缸本体顶部设有开关阀及竖直的液压缸或气压缸；所述液压缸或气压缸的缸体与气缸本体密封连接，液压缸或气压缸的活塞杆与活塞连接；所述活塞上设有导液管，导液管上下两端分别位于气缸本体内外两侧；导液管上端口处位于气缸本体内部设有上端开口的储液罐，导液管下端口设有活接头；所述气缸本体位于下模、上模的上方；所述下模上设有上端开口的模腔；且上模的横截面积小于下模模腔的开口面积，所述上模通过连接杆与活塞相连接，上模边缘设有向上延伸的台阶，且台阶的边缘处设有向下伸出的卡勾；所述下模外侧面上相对于卡勾设有卡槽。由于锂离子电池内部的极片与极片之间的阻力、电解液的粘度及界面出处的电解液表面张力，使得化成过程中电池内部产生的部分气体难以排出到电池外部。但通过该方案的排气装置可以将化成过程中电池内部产生的气体彻底排出。在锂离子电池化成结束后，首先关闭开关阀使电池内部通过排气管柱和导液管与汽缸本体的内部空腔连接为一个封闭的空腔；接着通过液压缸使活塞向下移动，从而带动上模一起下移；在上模下移的过程中对软包装锂离子电池进行挤压，同时在活塞下移的过程中汽缸本体内的气压会形成负压；通过上模对软包装锂离子外部的挤压力和汽缸本体内部空腔的负压对电池内部形成的吸力，使软包装锂离子电池内部的极片与极片之间的间隙内的电解液通过排气管柱和导液管进入到储液罐内，在电解液由电池内部进入到储液罐的过程中电解液内的小气泡会被破坏，从电解液中排出。在气体排出电解液后，通过液压缸使活塞上移；由于上模设有卡勾、下模外侧面上设有卡槽在活塞下移的过程中上模的卡勾与下模外侧面上的卡槽会卡合；在活塞上移的过程中会带动上模、下模及上模和下模内的锂离子电池一起上移；在活塞上移的过程中汽缸本体内的气压会逐渐增大将储液罐内的电解液回压到电池内部。通过这个过程对锂离子电池内部残留的气体进行彻底的排除。

作为优选，位于电池内部的排气管柱的外侧面、下端面及位于环形凹陷下部的排气管柱内侧面上设有耐电解液腐蚀的耐腐蚀塑料层。由于排气管柱为金属管并与锂离子电池内部的电解液接触，在充放电过程中可能会导致正负极耳之间产生短路；因此，在位于电池内部的排气管柱的外侧面、下端面及位于环形凹陷下部的排气管柱内侧面上设有耐电解液腐蚀的塑料层，将金属材质的排气管柱与电解液隔开，避免充放电过程中导致正负极耳之间产生短路。

作为优选，卡勾下部水平的设有用于配合卡接的卡接面，所述卡槽上部水平的设有用于配合卡接的支撑面，所述卡接面位于上模下端面的下方，且卡接面与上模下端面之间的间距和支撑面与下模上端面之间的间距相同。这样在活塞带动上模、下模及上模和下模内的锂离子电池一起上移时，使得上模的下端面与下模的上端面齐平；而且下模上设置的模腔的大小及形状被设置为与放置的锂离子电池的大小及形状相同，使得在上模和下模在上移的过程中上模和下模形成的封闭模腔的大小与被上模挤压前的锂离子电池大小相同，因此在将储液罐内的电解液回压到电池内部后，可使锂离子电池的形状恢复到化成前的状态。

作为优选，所述储液罐呈漏斗状。储液罐呈漏斗状便于电解液回流。

作为优选，排气装置还包括铝塑膜制成的气囊袋，所述气囊袋上设有软管，软管与开关阀外端口密封连接。化成过程中电池内部产出的气体及汽缸本体内部的气体可以收集在气囊袋内，避免排放到空气中。同时该气囊袋可以重覆使用。

本发明的有益效果是：能够彻底排除化成过程中电池内部产生的气体，同时降低生产成本、提高电池使用性能。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是本发明的排气管柱处的一种结构示意图。

图3是图1中A处的结构示意图。

图4是本发明的一种软包装锂离子电池的排气装置在排气过程中的一种结构示意图。

图5是本发明的一种软包装锂离子电池的排气装置在回压电解液过程中的一种结构示意图。

图中：下模1、电池2、上模3、排气管柱4、支撑架5、汽缸本体6、活塞7、液压缸8、开关阀9、导液管10、活塞杆11、连杆12、储液罐13、连接杆14、第一热熔材料层15、环形凹陷16、第二热熔材料层17、耐腐蚀塑料层18、正极耳19、负极耳20、台阶21、卡勾22、卡槽23、卡接面24、支撑面25、活接头26。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，一种软包装锂离子电池的排气装置，包括下模1、上模3、支撑架5、设置在电池2上与电池内部连通的排气管柱4及竖直设置在支撑架上部的汽缸本体6。汽缸本体6位于下模、上模的上方。汽缸本体6顶部设有开关阀9及竖直的液压缸8。所述液压缸8的缸体通过焊接与汽缸本体6密封连接，液压缸的活塞杆11通过n字型的连杆12与活塞7连接。所述汽缸本体6内部设有活塞7，活塞上设有导液管10。导液管10上下两端分别位于汽缸本体内外两侧，导液管上端口处位于汽缸本体内部设有上端开口的呈漏斗状的储液罐13，导液管下端口设有活接头26。储液罐位于n字型的支柱12下方。所述下模1上设有上端开口的模腔，模腔的大小及形状被设置为与放置的锂离子电池的大小及形状相同。所述上模3的横截面积小于下模1模腔的开口面积，上模3可在下模的模腔内上下移动。上模3通过连接杆14与活塞7相连接。排气装置还包括铝塑膜制成的气囊袋，所述气囊袋上设有软管，软管与开关阀通过螺纹连接。

如图1、图3所示，上模3边缘设有向上延伸的台阶21，且台阶的边缘处设有向下伸出的卡勾22。该台阶21用于限制上模在下模的模腔内的下移距离。所述台阶21的高度小于电池高度的五分之一。下模1外侧面上相对于卡勾设有卡槽23。所述卡勾22下部水平的设有用于配合卡接的卡接面24，所述卡槽23上部水平的设有用于配合卡接的支撑面25。所述卡接面24位于上模下端面的下方，且卡接面24与上模下端面之间的间距和支撑面25与下模上端面之间的间距相同。

如图2所示，所述排气管柱4为金属管。排气管柱4设于正极耳19与负极耳20之间。排气管柱外侧面上设有第一热熔材料层15，排气管柱通过热封与封装电池的铝塑膜连为一体。排气管柱4中部外侧面上设有一圈向内凹陷的环形凹陷16，且位于环形凹陷16上部的排气管柱内侧面上设有第二热熔材料层17，所述第二热熔材料层的熔点高于第一热熔材料层。位于电池内部的排气管柱的外侧面、下端面及位于环形凹陷下部的排气管柱内侧面上设有耐电解液腐蚀的耐腐蚀塑料层18。具体说是，排气管柱4的下端面与电池2内部的顶面齐平，排气管柱的下端面和位于环形凹陷16下部的排气管柱内侧面上设有耐电解液腐蚀的耐腐蚀塑料层18。

具体操作方法如下：

第一：将注液完毕后的电池2放置在下模1的模腔内，并开启开关阀9使汽缸本体6的内部空腔与铝塑膜制成的气囊袋连通。

第二，通过液压缸8使活塞7向下移动，当上模3的下端面与下模的上端面齐平时，也就是上模的下端面与电池的上表面接触时，活塞7停止移动使上模和下模维持在该状态下；同时上模的卡勾22会卡入下模的卡槽23中；然后将排气管柱4和导液管10通过活接头26密封连接，如图1所示。

第三，开始化成，由于受到上模和下模的限制，在化成过程中软包装锂离子电池不会产生膨胀，而化成过程中产生的气体将会由排气管柱排出。

第四，在化成完成后，关闭开关阀9使电池2内部腔体通过排气管柱4和导液管10与汽缸本体6的内部空腔连接为一个封闭的空间，如图1所示。

第五，通过液压缸8使活塞7继续向下移动，并带动上模3在下模1的模腔内下移直至上模边缘的台阶21与下模的上端面接触，活塞7停止移动，如图4所示。而在上模3下移的过程中会对电池2进行挤压，使软包装锂离子电池发生形变；同时在活塞7下移的过程中，由于电池2内部腔体通过排气管柱4和导液管10与汽缸本体6的内部空腔连接为一个封闭的空间，使得汽缸本体的内部空腔会形成负压；通过上模3对电池2外部的挤压力和汽缸本体6内部空腔的负压对电池2内部腔体形成的吸力，使软包装锂离子电池2内部的极片与极片之间的间隙内的电解液通过排气管柱4和导液管10进入到储液罐13内。在电解液由电池内部进入到储液罐的过程中电解液内的小气泡会在电解液流动过程中被破坏，并从电解液中排出。

第六，控制液压缸8使活塞7向上移动并带动上模3在下模1的模腔内上移，当上模3的下端面与下模的上端面齐平时，由于在活塞7下移的过程中上模的卡勾22已卡入下模的卡槽23中，上模的卡勾22的卡接面24与下模的卡槽的支撑面25接触将下模与上模连接为一体；此后，活塞7带动上模3向上移动的过程中，上模会带动下模及下模内的电池一起上移，如图5所示。在活塞上移的过程中汽缸本体6内的气压会逐渐增大将储液罐13内的电解液回压到电池2内部，直至电解液完全回压到电池内部，活塞7停止移动。

第七，对排气管柱4进行热封，使排气管柱内侧面上设置的第二热熔材料层17溶化，并在排气管柱的通孔内形成封口；然后开模取出电池。

Claims

1.一种软包装锂离子电池的排气装置，其特征是，包括下模、上模及设置在电池上与电池内部连通的排气管柱，所述排气管柱设于正负极耳之间；排气管柱外侧面上设有第一热熔材料层，排气管柱通过热封与封装电池的铝塑膜连为一体。

2.根据权利要求1所述的一种软包装锂离子电池的排气装置,其特征是，所述排气管柱为金属管，排气管柱中部外侧面上设有一圈向内凹陷的环形凹陷，且位于环形凹陷上部的排气管柱内侧面上设有第二热熔材料层，所述第二热熔材料层的熔点高于第一热熔材料层。

3.根据权利要求1所述的一种软包装锂离子电池的排气装置, 其特征是，所述排气装置还包括：支撑架、竖直设置在支撑架上部的气缸本体；所述气缸本体内部设有活塞，气缸本体顶部设有开关阀及竖直的液压缸或气压缸；所述液压缸或气压缸的缸体与气缸本体密封连接，液压缸或气压缸的活塞杆与活塞连接；所述活塞上设有导液管，导液管上下两端分别位于气缸本体内外两侧；导液管上端口处位于气缸本体内部设有上端开口的储液罐，导液管下端口设有活接头；所述气缸本体位于下模、上模的上方；所述下模上设有上端开口的模腔；且上模的横截面积小于下模模腔的开口面积，所述上模通过连接杆与活塞相连接，上模边缘设有向上延伸的台阶，且台阶的边缘处设有向下伸出的卡勾；所述下模外侧面上相对于卡勾设有卡槽。

4.根据权利要求2所述的一种软包装锂离子电池的排气装置,其特征是，所述位于电池内部的排气管柱的外侧面、下端面及位于环形凹陷下部的排气管柱内侧面上设有耐电解液腐蚀的耐腐蚀塑料层。

5.根据权利要求3所述的一种软包装锂离子电池的排气装置, 其特征是，所述卡勾下部水平的设有用于配合卡接的卡接面，所述卡槽上部水平的设有用于配合卡接的支撑面，所述卡接面位于上模下端面的下方，且卡接面与上模下端面之间的间距和支撑面与下模上端面之间的间距相同。

6.根据权利要求3或5所述的一种软包装锂离子电池的排气装置, 其特征是，所述储液罐呈漏斗状。

7.根据权利要求3或5所述的一种软包装锂离子电池的排气装置, 其特征是，所述排气装置还包括铝塑膜制成的气囊袋，所述气囊袋上设有软管，软管与开关阀外端口密封连接。