CN102612767A - 用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置，包括：容器，在该容器中容纳至少一个电池组电池；以及振荡和转动元件，其能够同时使所述容器振荡和转动。

Description

用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于增强二次电池中的电解质的浸渍(impregnation)的装置和方法，更具体而言，涉及如下一种用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置和方法，其具有一种改进结构使得注满电解质的电池组电池能够同时转动和振荡。
背景技术
近来，随着对便携式电气或电子器件的激增的需求，对二次电池的需求也迅速增加。尤其是，锂二次电池由于其高存储容量引起了人们的广泛关注。
同时，由于环境问题日益成为令人担忧的问题，针对全球变暖的解决方案也受到热切和持续的讨论。为了减少车辆使用的矿物燃料(其是全球变暖的主要原因)，环境友好的电动车辆或混合动力车辆正变得高度商业化。这样的电动车辆或混合动力车辆需要大容量的二次电池。因此，需要一种新的方法来确保用于电动车辆或混合动力车辆的二次电池的容量或安全性。
然而，随着二次电池趋于具有较大容量以及二次电池的电极板具有增大的元件尺寸，电解质的润湿性能(wetting capability)变得越来越重要。在制造二次电池时，电解质的不完全的浸渍(或者电解质的不完全的润湿)降低二次电池的容量。此外，电极会变得不规则，导致其成为更加严重的问题，使得电极的反应集中在局部区域。在这种情况下，在该局部区域会挤压出锂金属，这会导致与二次电池的安全性相关的严重问题。而且，如果电极板具有增大的尺寸，用于使电解质润湿的时间相对增加，这使得二次电池的生产率降低。此外，电解质的较差润湿加速二次电池的退化，即使电池的其他状况很好，仍导致二次电池的使用寿命缩短。
发明内容
技术问题
本发明旨在解决现有技术的问题，因此本发明的目标之一在于提供一种用于通过改进结构来增强电解质的浸渍的装置和方法，所述装置和方法增加二次电池的使用寿命并增强电解质的润湿(或者电解质的浸渍)使得二次电池的最终产品具有均匀特性。
技术方案
一方面，本发明提供了一种用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置，包括：容器(tray)，在该容器中容纳至少一个电池组电池；以及振荡和转动元件，其能够同时使所述容器振荡和转动。
优选地，所述振荡和转动元件包括：腔室，所述容器被安装至该腔室；振荡构件，其安装至所述腔室以使所述容器以预定振荡频率振荡；以及转动构件，其用于使腔室以预定转动次数转动。
优选地，所述腔室包括：主体，该主体具有开口，所述容器穿过该开口移入或移出所述主体；以及盖，其联接至所述主体以覆盖所述开口。
优选地，所述装置进一步包括：铰链，其用于将所述盖的一端联接至所述主体；以及钩，其用于将所述盖的另一端选择性地联接至所述主体。
优选地，所述腔室包括：圆柱体的壳；以及多个板，其安装至所述壳以确保一个用于所述容器振荡的空间。
优选地，作为一种替代方案，所述腔室包括一个大体长方体的主体，该主体用于容纳所述容器以确保一个用于所述容器振荡的空间。
优选地，所述转动构件包括：转动轴，其安装至所述腔室的两端；支撑架，其用于支撑所述转动轴；以及驱动源，其用于转动所述转动轴。
优选地，作为一种替代方案，所述转动构件包括：转动轴，其安装至所述腔室的底面；以及驱动源，其用于转动所述转动轴。
优选地，所述驱动源具有能够产生顺时针和逆时针的转动的步进电动机。
优选地，所述振荡构件包括至少一个振荡器，其安装至所述腔室使得所述振荡器紧贴至所述容器。
优选地，所述容器还包括一个容器盖，其用于固定所述电池组电池。
优选地，所述装置还包括安装至所述容器的加热构件。
优选地，所述加热构件包括多个加热丝，所述加热丝安装至所述容器的底部和/或分隔部。
优选地，所述加热构件被加热至约40℃到约60℃范围内的温度。
另一方面，本发明提供了一种用于增强二次电池中的电解质的浸渍的方法，包括：(a)在容器中容纳至少一个电池组电池，在将电解质注射到所述电池组电池中之后，将所述电池组电池密封；(b)将所述容器容纳在一个能够振荡和转动的腔室中；以及(c)同时使所述腔室以预定转动次数转动以及使所述腔室以预定振荡频率振荡。
优选地，所述方法进一步包括提前将所述容器加热至一个预定的温度范围。
优选地，在步骤(c)中，所述腔室的转动方向可在顺时针和逆时针方向之间变化，以及所述腔室的转动速度是可控的。
再一方面，本发明提供了一种根据上述方法制造的二次电池。
有益效果
从根据本发明的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置和方法，预期获得如下效果：
首先，由于同时振荡和转动，电池组电池在短时间内被注射进入电池组电池的电解质浸渍，确保在电极板的整个表面上的均匀湿润。从而，当对二次电池执行充电/放电循环时，可在电极板的整个区域上发生均匀的电极反应。
第二，可通过以最佳方式保持或控制腔室的转动和/或振荡条件，改善润湿电解质的过程。改善的润湿允许二次电池的容量相对增加。
第三，可能提前防止出现不规则的电极状态，防止了电极反应集中在局部区域。这可改善二次电池的安全性。
第四，用于润湿电解质的过程时间可相对缩短，这使得改善了二次电池的生产率。
附图说明
本发明的其他目的和方面将从下面参考附图对实施方案的描述中变得明了，在附图中：
图1是示意性示出根据本发明的第一实施方案的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置的截面图；
图2是示意性示出图1的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置的横截面图；
图3是示意性示出根据本发明的一个优选实施方案的容器的主要部分的立体图；
图4是示出容器的变形例的局部截面图，该容器可用于根据本发明的用来增强二次电池中的电解质的浸渍的装置；以及
图5是示意性示出根据本发明的第二实施方案的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置的截面图。
具体实施方式
下面的详细描述中使用的术语仅为了方便起见，而非限制本发明。术语诸如“右”、“左”、“顶面”和“底面”代表了其在附图中指出的各自方向。术语诸如“向内”和“向外”分别代表了朝向或远离各自指定的装置、系统或构件的几何中心的方向。术语诸如“前”、“后”、“上”和“下”以及相关的词语或词组代表了其在附图中指出的位置和方位，不意在限制本发明。这样的术语包括上面列出的词语，以及它们的派生词和同义词。
在下文中，将参考附图详细描述根据本发明的一个优选实施方案的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置和方法。
图1是示意性示出根据本发明的第一实施方案的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置的截面图；图2是示意性示出图1的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置的横截面图；以及，图3是示意性示出根据本发明的一个优选实施方案的容器的基本部分的立体图。
参照图1到图3，根据本发明的第一实施方案的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置100包括：容器10，在该容器中容纳了多个电池组电池1；以及振荡和转动元件30，其能够使容器10振荡和转动。
容器10具有一容纳空间，在该容纳空间中可布置至少一个电池组电池1，每个电池组电池具有电极组件。容器10可被布置在腔室20中，如稍后进一步解释的。容器10包括：容器主体11，其具有底部14和分隔部16；以及容器盖13，其用于覆盖容器主体11的顶部。底部14由大体平板状形成以构成容器10的容纳空间12。分隔部16用于容纳以一行或多行排列的多个电池组电池1。分隔部16被安装为与底部14大体垂直。优选地，容器10整体由具有良好导热性的金属材料制成。然而，在容纳空间12中，容器10的一部分(未示出)与每个电池组电池1的接头或者引线接触。这部分优选被替代为非金属材料(例如，增强塑料等)以防止与接头或引线发生短路。
电池组电池1配备有电极组件以及用于电极组件的电路装置。此外，电池组电池1在电解质注射到其中之后被密封。换言之，在通过使用单独的电解质注射装置(未示出)将电池组电池1注满电解质之后，将电池组电池1密封。然后，在根据这个实施方案的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置100中，每个电池组电池1被容纳在容器10中，然后使容器10振荡和转动以增大注射进入电池组电池1的电解质的浸渍速率。
包括在电池组电池1中的电极组件具有如下结构，其中依次布置着阴极板、隔板和阳极板。所述阴极板、隔板和阳极板被布置至少一次以上。阴极板是通过如下方法制造的：即，为具有铝箔形状的阴极集电器涂覆以诸如锂钴氧化物的阴极活性材料，然后将其干燥并压制。阳极板是通过如下方法制造的：即，为具有铜箔形状的阳极集电器涂覆以诸如碳基活性材料的阳极活性材料，然后将其干燥并压制。电极组件可具有如下的所谓凝胶卷(jelly-roll)状，其中卷状的阴极板和阳极板被卷成螺旋形样式且卷状隔板被插入在阴极板和阳极板之间。或者，电极组件可具有如下堆叠形状，其中阴极板、隔板和阳极板依次以预定尺寸堆叠。换言之，应理解的是，电极组件可具有本领域公知的任意形状。
振荡和转动元件30包括：腔室20，容器10可被安装至该腔室；振荡构件40，其被安装至腔室20使得容器10以预定振荡频率振荡；以及转动构件50，其用于使腔室20以预定转动次数转动。
腔室20具有圆柱形壳22，以及安装至壳22的多个板24，以确保足够大的内部空间使得容器10可自由地在该内部空间中振荡。换言之，由板24在腔室20内形成的内部空间与容器10充分间隔开，使得容器10在通过振荡构件40振荡时不会妨碍板24。壳22是构成腔室20的圆柱形外观的框架。板24在形状上类似于壳22内部的容器10的外观，但是所述板具有较大尺寸。此外，腔室20包括：主体21，该主体具有开口(未示出)，容器10可穿过该开口而移入或移出腔室20；以及盖23，该盖联接至主体21以覆盖该开口。这里，盖23优选地被铰接至主体21以选择性地打开或关闭主体21的开口。为此，盖23的一端通过铰链25联接至主体21，盖23的另一端通过钩27选择性地联接至主体21。
振荡构件40使得位于腔室20内的容器10以预定振荡频率振荡。振荡构件40具有安装至腔室20的多个振荡器42a和42b。振荡器42a和42b由水平振荡器42a和竖直振荡器42b组成，水平振荡器42a被安装至布置在腔室20的两侧的侧板24a，竖直振荡器42b被分别安装至朝向腔室20布置的底板24b和形成盖23的盖板24c。至少布置一对水平振荡器42a和竖直振荡器42b。至少一对振荡器42a和42b可协同运行或单独运行以使容器10振荡。
每个振荡器42a和42b均包括：驱动器，其用于产生转动力；振荡发生元件，其被所述驱动器驱动以产生具有相反相位频率的振荡；以及弹簧，其用于放大由振荡发生元件产生的具有特定频率的振荡，并将所放大的振荡传输至经受振荡的物体，即容器10，如本领域人员公知的。为了方便，基于如下假设示出这个实施方案，即，驱动器分别安装至腔室20的板24a、24b和24c，以及弹簧分别安装在板24a、24b和24c的内侧。此外，可与容器10相接触的接触板26安装在每个弹簧的末端处。该接触板26被插入在容器10的外壁中所形成的凹槽(未示出)内，使得容器10在被安装到腔室20内时，该容器可固定就位。
同时，对于本领域技术人员明了的是，除了振荡器42a和42b，振荡构件40还可进一步包括本领域已知的或将知的其他各种振荡装置(诸如振动器)，所述振荡装置的功能与振荡器42a和42b类似。此外，本领域普通技术人员可改变安装在腔室20内的振荡器42a和42b的位置、数目和运行模式。此外，在这个实施方案中示出了一对振荡器42a和42b被布置到基于容器10的两侧的每一侧或者上表面和下表面的每一侧。然而，还可能的是，容器10被固定至腔室20的右侧和左侧中的任一侧、腔室20的前侧和后侧中的任一侧，或者腔室20的上侧和下侧中的任一侧，而振荡器42a和42b中仅有一个被安装至腔室20的上述侧面的另一侧。
转动构件50在容器10安装到腔室20内时使腔室20转动，从而容器10可转动。转动构件50包括：转动轴52，其安装至腔室20的两端；一对支撑架54，其用于支撑转动轴52；以及驱动源56，其用于使转动轴52以预定转动次数转动。驱动源56具有电动机(例如，步进电动机或伺服电动机)，其可产生顺时针和逆时针的转动。从而，对于本领域技术人员明了的是，即使驱动源56可产生恒定转动，驱动源56产生的转动速度也可根据需要来控制。在驱动源56和转动轴52之间设置具有预定减速比的齿轮58。然而，在驱动源56具有减速电动机的情况下，驱动源可直接连接至转动轴52，如本领域普通技术人员明了的。转动轴52通过轴承51被支撑架54支撑。
图4是示出容器的改型实施例的局部截面图，该容器可用于根据本发明的用来增强二次电池中的电解质的浸渍的装置。在图4中，与图3相比，相似的参考数字表示具有相似功能的相似元件。
参照图4，改进的容器10′包括加热构件60，其用于将容纳在容器10′中的电池组电池1保持或控制在预定温度范围内，以便进一步增大注射进入电池组电池1中的电解质的浸渍速率。
加热构件60可以是安装至底部14和分隔部16的加热丝或加热棒。插入凹槽(未示出)在底部14和分隔部16中形成，以便将加热构件60安装在该插入凹槽中。此外，可能的是将容器10分为两个部分，并且将具有加热丝或加热棒的加热构件60插入在容器10的这两个部分之间。选择加热构件60的材料和结构以使得加热构件60可被保持或控制在约40℃到约60℃之间的温度范围内。此外，优选的是，控制元件(未示出)用于驱动加热构件60并控制加热构件60的温度。
在下文中，将描述根据本发明的第一实施方案的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置100的操作，如下所示。
首先，多个电池组电池1被容纳在容器10中。打开腔室20的盖23，并且通过开口将容器10放入腔室20中。在容器10被放到腔室20中之后，闭合所述盖23。
接下来，如果运行振荡和转动元件30，振荡构件40驱动所述振荡器42a和42b，并且振荡器42a和42b使容器10沿水平和/或竖直方向振荡。由于容器10的振荡，容纳在容器10中的电池组电池1振荡，使得可使注射进入电池组电池1的电解质以相对较高的速度浸渍电池组电池1。
同时，转动构件50可以在上述振荡构件40运行的同时运行。在其他情况下，振荡构件40和转动构件50可以选择性地运行。如果转动构件50运行时，驱动源56运行以使转动轴52以预定速度转动。相应地，腔室20被转动，从而布置在腔室20中的容器10基于水平布置的转动轴52被转动。这里，腔室20可持续或间断转动。此外，腔室20可转动小于360°。即使当腔室20如上所述通过转动构件50保持转动时，容纳在容器中的电池组电池1借助于振荡构件40振荡。此外，由于腔室20通过转动构件50的转动，以及由于最终形成的容器10的转动，注射进入电池组电池1的电解质的浸渍速率可无关于自重或振荡构件40的振荡而增加。
最后，在经历了足够时间后，停止振荡和转动元件30的运行。此外，打开腔室20的盖23，并且通过开口将容器10从腔室20中分离出。这个过程可被包括在电池组电池1的老化过程中，或者可在老化过程之前进行。在老化过程之后，对电池组电池1执行最终的熔融加工等。
图5是示意性示出根据本发明的第二实施方案的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置的截面图。在图5中，与图1至图3相比，相似的参考数字表示具有相似功能的相似元件。
根据这个实施方案的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置200包括腔室120，其用于容纳容器10，并且腔室120具有长方体形状，而前一实施方案的腔室具有圆柱体形状。此外，转动构件150被安装至长方体腔室120的下侧以使腔室120转动。
这个实施方案的腔室120具有带有开口上部的大体长方体的主体121，以确保其中可容纳所述容器10的足够空间。主体121被配置使得多个嵌板或板彼此相互连接。主体121的上部是开口的以形成开口末端，使得容器10可通过该开口末端进入主体121内或离开主体121。
这个实施方案的转动构件150包括：转动轴152，其安装至腔室120的底面；以及驱动源56，其安装至水平构架153以使转动轴152转动。换言之，转动轴152——其安装在腔室120的底面124和水平板153之间——可通过轴承(未示出)转动。
同时，在这个实施方案中，振荡构件40包括水平振荡器46a和竖直振荡器46b，其中水平振荡器46a分别安装至腔室120的两侧122，而竖直振荡器46b仅安装至腔室120的底面124。
根据这个实施方案，容器10被容纳在处于敞口状态的长方体腔室120内，以及位于腔室120下方的转动构件150使腔室120以水平方向转动。从而，安装在腔室120中的容器10以水平方向转动，容纳在容器10中的电池组电池1也以水平方向转动。同时，电池组电池1通过振荡构件40振荡。以这样的方式，可增大注射进入电池组电池1的电解质的浸渍速率。
这个实施方案的装置200以类似于第一实施方案的装置的方式工作。然而，与第一实施方案不同，由于转动构件150的水平转动，腔室140在水平面上转动。
在未示出的其他改型实施方案中，对于本领域普通技术人员应明了的是，在根据本发明的用于增强电解质的浸渍的装置中使用的振荡构件和转动构件可被配置为一个整体元件，而非单独部件。换言之，可在其中容纳所述容器的所述腔室下方提供一个能够同时振荡和转动的振荡和转动轴。如果腔室被固定至所述振荡和转动轴的一端，所述腔室可根据振荡和转动轴的振荡和转动轨迹以预定模式进行振荡和转动。在这样的情况中，振荡和转动轴可具有双轴结构，使得其可在振荡和转动时，增大或减小其长度。
上述说明和附图示出了本发明的优选实施方案，应理解，在不偏离如所附权利要求限定的本发明的主旨和范围的情况下，可做出许多添加、修改、组合和/或替代。具体地，本领域普通技术人员应明了，在本发明的范围内，通过使用其他元件、材料和组件，本发明可被以不同的具体形状、结构、布置或速率来实施。本领域普通技术人员还应明了，可借助对结构、布置、速率、材料以及组件的许多修改来具体适应本发明原理内的特定环境或运行状态。此外，在本说明书中描述的特征可被单独使用或者结合其他特征使用。例如，涉及一个实施方案描述的任何特征可与另一实施方案中描述的其他特征结合使用，或者用作另一实施方案中描述的其他特征的替代。由此，所公开的实施方案不应被理解为限制本发明，而是以所有方面示出了本发明，并且本发明的范围被限定在所附的权利要求中，而不受限于详细描述。
本领域普通技术人员将理解，在本发明的范围内可对本发明做出各种修改和变化。这样的修改和变化中的一些已在上文被讨论，其他修改和变化对于本领域技术人员将是明了的。
本发明已被详细描述。然而，应理解的是，所述详细描述和具体实施例尽管指示了本发明的优选实施方案，但是其仅通过示例方式被给出，因为对于本领域普通技术人员而言，从所述详细描述中将明了在本发明的主旨和范围内的各种修改和变化。

Claims (19)

1.一种用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置，包括：
容器，在该容器中容纳至少一个电池组电池；以及
振荡和转动元件，其能够同时使所述容器振荡和转动。
2.根据权利要求1所述的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置，其中所述振荡和转动元件包括：
腔室，所述容器被安装至该腔室；
振荡构件，其安装至所述腔室以使所述容器以预定振荡频率振荡；以及
转动构件，其用于使腔室以预定转动次数转动。
3.根据权利要求2所述的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置，其中所述腔室包括：
主体，其具有开口，所述容器穿过该开口移入或移出所述主体；以及
盖，其联接至所述主体以覆盖所述开口。
4.根据权利要求3所述的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置，进一步包括：
铰链，其用于将所述盖的一端联接至所述主体；以及
钩，其用于将所述盖的另一端选择性地联接至所述主体。
5.根据权利要求3所述的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置，其中所述腔室包括：
圆柱体的壳；以及
多个板，其安装至所述壳以确保一个用于所述容器振荡的空间。
6.根据权利要求2所述的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置，其中所述腔室包括一个大体长方体的主体，该主体用于容纳所述容器以确保一个用于所述容器振荡的空间。
7.根据权利要求3所述的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置，其中所述转动构件包括：
转动轴，其安装至所述腔室的两端；
支撑架，其用于支撑所述转动轴；以及
驱动源，其用于转动所述转动轴。
8.根据权利要求6所述的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置，其中所述转动构件包括：
转动轴，其安装至所述腔室的底面；以及
驱动源，其用于转动所述转动轴。
9.根据权利要求7所述的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置，其中所述驱动源具有能够产生顺时针和逆时针的转动的步进电动机。
10.根据权利要求2所述的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置，其中所述振荡构件包括至少一个振荡器，所述至少一个振荡器安装至所述腔室，使得所述振荡器紧贴至所述容器。
11.根据权利要求1所述的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置，其中所述容器还包括一个容器盖，其用于固定所述电池组电池。
12.根据权利要求1所述的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置，还包括安装至所述容器的加热构件。
13.根据权利要求13所述的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置，其中所述加热构件包括多个加热丝，所述加热丝安装至所述容器的底部和/或分隔部。
14.根据权利要求12所述的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的装置，其中所述加热构件被加热至约40℃到约60℃范围内的温度。
15.一种用于增强二次电池中的电解质的浸渍的方法，包括：
(a)在容器中容纳至少一个电池组电池，在将电解质注射到所述电池组电池中之后，将所述电池组电池密封；
(b)将所述容器容纳在一个能够振荡和转动的腔室中；以及
(c)同时使所述腔室以预定转动次数转动以及使所述腔室以预定振荡频率振荡。
16.根据权利要求15所述的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的方法，进一步包括：
提前将所述容器加热至一个预定的温度范围。
17.根据权利要求15所述的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的方法，其中，在步骤(c)中，所述腔室的转动方向可在顺时针和逆时针方向之间变化，以及所述腔室的转动速度是可控的。
18.根据权利要求15所述的用于增强二次电池中的电解质的浸渍的方法，其中，在步骤(c)中，所述腔室沿水平方向和竖直方向振荡。
19.一种根据权利要求15所述的方法制造的二次电池。
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