CN103236514B - 电池注液装置及电池注液方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电池生产技术领域，提供了一种电池注液装置及电池注液方法。上述电池注液装置包括上储液容器、下储液容器、注液泵、第一抽真空泵以及第二抽真空泵，注液泵与上储液容器之间设置有第一阀门，上储液容器与下储液容器之间设置有第二阀门；电池注液装置还包括用于与干燥气源连接的第一气源连接管和第二气源连接管，第一抽真空泵及第一气源连接管与上储液容器之间设置有第三阀门，第二抽真空泵及第二气源连接管与下储液容器之间设置第四阀门。电池注液方法采用上述的电池注液装置。本发明所提供的电池注液装置及电池注液方法，其提升了注液效率及降低了生产成本，且减少电解液的挥发，安全性佳。

Description

电池注液装置及电池注液方法

技术领域

本发明属于电池生产技术领域，尤其涉及一种电池注液装置及电池注液方法。

背景技术

锂离子电池作为一种新型储能电源，具有能量高、工作电压高、工作温度范围宽、体积小、贮存寿命长等优点，已成为新一代绿色环保电池，迅速成为电源市场的新庞，并正在逐渐取代镍氢电池、镍氢电池。随着能源的紧缺和世界环保方面的压力，大容量动力蓄电池逐渐形成动力电源的主力；因不会造成二次污染且不具有记忆效应等，逐渐成为动力电源未来市场应用的首选。锂离子动力电池在混合动力车、电动汽车、电动自行车、电动手工机具市场，太阳能LED路灯储能设备、现代军事装备、通信等方面得到广泛的应用。成为未来发展的一个重要方向。

但锂离子电池也有如下缺点：

由于锂离子对水敏感，固对环境要求高，要保证环境的湿度在6％以下；电解液易挥发，易吸水，特别是六氟磷酸锂在吸水后会变成氢氟酸，对人体有很大的害处，在生产过程中加注电解液是一道非常重要的环节，在注液过程中首先要保证环境的湿度在6％以下，然后加淀过程中必须保证不能有泄漏。电芯吸收过程应该尽可能的短.锂离子电池的注液工序一直是锂离子电池制造工艺中的一道瓶颈，目前锂离子电池电芯茌注电解液过程中，存在注液量不精准，产量低，成本高，以及因电解液的泄漏而造成的电解液挥发、对操作人员的呼吸道存在伤害。在现有的技术中，主要有以下三种：

一：泡液，就是直接将电芯浸泡在电解液中，这种注液方式的优点是设备简单，成本低，不要维护，只要找个容器装电解液即可，缺点是存在注液量不精准，浪费太大，外观太差，电池外壳到处部是电解液，只适合直径18mm以下的小电池，大电池由于卷芯大，渗透慢根本无法用此方法，通用性差且效率低。

二：采用先注电解液，后抽真空的方式(辅助吸收，缩短吸收时间)，先将电芯人工插入电池盒中，再在电芯上插套杯，再后用注液泵将电解液通过注液头注入装电解液的容器中，最后注好液的电池放入真空箱中抽真空，放干燥气，如此循环，直到电解液完全吸收为止.这种注液方式的优点是设备简单，成本低，维护方便.真空箱可以做得较大，一次可放几千电池，整体效率较高.缺点是单个电池在真空箱中抽真空放干燥气循环时间长，如32650型的电池要90分钟以上，同样存在效率低成本高的问题，且电解液挥发量大，以及电解液的强挥发、强腐蚀性，对操作人员的呼吸道存在伤害。

三：采用的是先抽真空，后注电解液的方式，这种注液方式的优点是，先抽缺点是真空后注电解液，单体电池时间较短。缺点是，要密封的位置太多，密封圈太多，每个电芯对应的就有多达11处密封的位置，而每一个密封的位簧都有可能成为一个泄漏点，氮气孔、真空孔、密封杆过孔都必须完全密封，容易漏气，维护不便.由于密封问题很难解决，所以一般也不可能集成太多的电池一块注液，如目前市面上部分81位转盘式注液机上应用的就是这种注液方式，每个工位一般只有一排(8个电芯)整机只集成了64只电芯。集成了更多的电池后，泄漏的机率大大的增加，机器根本无法使用，可靠性差。

综上，现有技术中的电池注液装置及电池注液方法，存在效率低、成本高、可靠性差、不便于使用的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池注液装置及电池注液方法，旨在解决现有技术中电池注液装置及电池注液方法，存在效率低、成本高、可靠性差、不便于使用的问题。

本发明提供了一种电池注液装置，包括上储液容器、连接于所述上储液容器且用于与电池连接的下储液容器、用于向所述上储液容器注电解液的注液泵、用于将所述上储液容器抽真空的第一抽真空泵以及用于将所述下储液容器抽真空的第二抽真空泵，所述注液泵与第一抽真空泵分别连接于所述上储液容器，且所述注液泵与所述上储液容器之间设置有第一阀门，所述上储液容器与所述下储液容器之间设置有第二阀门；所述电池注液装置还包括用于与干燥气源连接的第一气源连接管和第二气源连接管，所述第一抽真空泵及所述第一气源连接管与所述上储液容器之间设置有第三阀门，所述第二抽真空泵及第二气源连接管与所述下储液容器之间设置第四阀门；将电池连接于下储液容器，关闭所述第二阀门、第三阀门和第四阀门，打开第一阀门，通过注液泵向上储液容器注入电解液；注液结束后，关闭第一阀门，第二阀门保持关闭，打开第三阀门和第四阀门，启动第一抽真空泵和第二抽真空泵将上储液容器和下储液容器抽至真空；关闭第三阀门和第四阀门，第一阀门保持关闭，打开第二阀门，上储液容器里的电解液在重力的作用下，经过下储液容器慢慢注入电池；静置后，第一阀门和第二阀门、第三阀门关闭，第四阀门打开，通过第四阀门注入干燥气，然后开始再次静置；静置后，保持第一阀门和第二阀门、第三阀门关闭，第四阀门打开，第二抽真空泵启动开始第二次抽真空；静置后，保持第一阀门和第二阀门、第三阀门关闭，第四阀门打开，通过第四阀门注入干燥气，然后开始再次静置。

具体地，所述下储液容器的下端设置有出液口，所述电池注液装置还包括用于承托电池的底板，所述底板设置于所述出液口下端，所述底板上连接有用于驱动所述底板升降并使所述底板上的电池对接于所述出液口的升降驱动件。

具体地，所述出液口处连接有密封套。

具体地，所述注液泵通过第一连通管连接于所述上储液容器的上端，所述第一阀门设置于所述第一连通管。

具体地，所述上储液容器设置于所述下储液容器的上方，所述上储液腔的下端通过第二连通管连通于所述下储液腔的上端，所述第二阀门设置于所述第二连通管。

具体地，所述第一抽真空泵通过第一抽气管连通于所述上储液容器，所述第三阀门设置于所述第一抽气管；所述第二抽真空泵通过第二抽气管连通于所述下储液容器，所述第四阀门设置于所述第二抽气管。

具体地，所述第一气源连接管的一端与第一干燥气瓶连接，另一端通过所述第三阀门连通于所述上储液容器；所述第二气源连接管的一端与第二干燥气瓶连接，另一端通过所述第四阀门连通于所述下储液容器。

具体地，所述上储液容器和所述下储液容器由不锈钢或者耐电解液腐蚀的金属非金材料制成；

具体地，所述注液泵为电动泵或气动泵。

本发明还提供了一种电池注液方法，采用上述的电池注液装置，包括以下步骤，

(A)将电池连接于下储液容器，关闭所述第二阀门、第三阀门和第四阀门，打开所述第一阀门，通过注液泵向所述上储液容器注入电解液；

(B)向所述上储液容器注入电解液结束后，关闭第一阀门，第二阀门保持关闭，打开第三阀门和第四阀门，启动第一抽真空泵和第二抽真空泵将所述上储液容器和下储液容器抽至-0.07至-0.1Mpa；

(C)关闭第三阀门和第四阀门，第一阀门保持关闭，打开第二阀门，上储液容器中的电解液在重力的作用下注入电池；

(D)静置后，第一阀门和第二阀门、第三阀门关闭，第四阀门打开，通过第四阀门注入干燥气，使上储液容器和下储液容器的压力升到0.3至0.5Mpa，然后开始再次静置；

(E)静置后，保持第一阀门和第二阀门、第三阀门关闭，第四阀门打开，第二抽真空泵启动开始第二次抽真空至-0.07至-0.1Mpa；

(F)静置后，保持第一阀门和第二阀门、第三阀门关闭，第四阀门打开，通过第四阀门注入干燥气，然后开始再次静置。

本发明所提供的电池注液装置及电池注液方法，其通过控制各阀门的开或关或相互切换，可以方便地实现电池的注液、抽真空、充干燥气，其结构简单、密封可靠，不会发生泄露的情况，而且上储液容器和下储液容器的真空度相同，电解液是靠重力作用慢慢向下流动，不会产生飞溅，电解液不会在二次抽真空时被吸走，可以有效减少电解液的浪费，减少电解液的挥发，从而防止电解液对作业人员的损害，并在注液过程中增加惰性气体难形成正压力，使电解液加速进入电池，减少注液时间，提升了注液效率及降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电池注液装置的平面示意图；

图2是本发明实施例提供的电池注液装置的局部立体示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种电池注液装置，可用于为锂电池等电池注电解液，包括上储液容器20、连接于上储液容器20且用于与电池60连接的下储液容器40、用于向上储液容器20注电解液的注液泵10、用于将上储液容器20抽真空的第一抽真空泵(图中未示出)以及用于将下储液容器40抽真空的第二抽真空泵(图中未示出)，注液泵10与第一抽真空泵分别连接于上储液容器20，且注液泵10与上储液容器20之间设置有第一阀门11，上储液容器20与下储液容器40之间设置有第二阀门30；电池注液装置还包括用于与干燥气源连接的第一气源连接管81和第二气源连接管92，第一抽真空泵及第一气源连接管81与上储液容器20之间设置有第三阀门80，第二抽真空泵及第二气源连接管92与下储液容器40之间设置第四阀门90。第一抽真空泵可通过第一抽气管82连接于第三阀门80，第一气源连接管81可与第一抽气管82合并后共同连接于第三阀门80，也可各通过一个第三阀门80连接于上储液容器20。第二抽真空泵可通过第二抽气管91连接于第四阀门90，第二气源连接管92可与第二抽气管91合并后共同连接于第四阀门90，也可各通过一个第四阀门90连接于下储液容器40。注液泵10可以为精密的计量泵，具体应用中，注液泵10可连接于用于提供电解液的容器或管道，可先将电池60连接于下储液容器40，关闭第二阀门30、第三阀门80和第四阀门90，打开第一阀门11，通过注液泵10向上储液容器20注入电解液；注液结束后，关闭第一阀门11，第二阀门30保持关闭，打开第三阀门80和第四阀门90，启动第一抽真空泵和第二抽真空泵将上储液容器20和下储液容器40抽至真空；关闭第三阀门80和第四阀门90，第一阀门11保持关闭，打开第二阀门30，上储液容器20里的电解液在重力的作用下，经过下储液容器40慢慢注入电池60；静置后，第一阀门11和第二阀门30、第三阀门80关闭，第四阀门90打开，通过第四阀门90注入干燥气，然后开始再次静置；静置后，保持第一阀门11和第二阀门30、第三阀门80关闭，第四阀门90打开，第二抽真空泵启动开始第二次抽真空；静置后，保持第一阀门11和第二阀门30、第三阀门80关闭，第四阀门90打开，通过第四阀门90注入干燥气，然后开始再次静置。本发明所提供的电池注液装置，通过控制四个阀门的开或者关的相互切换，可实现电池60的注液，抽真空，充干燥气，简单方便，现有技术中其它先抽真空后注液的装置都是先同时对下储液杯和电芯抽真空，而后密封杆下降堵住下储液杯，而后上下储液杯之间的阀门打开，电解液进入下储液杯和电芯。本所提供的电池注液装置省去了密封杆，上储渡容器、下储渡容器和电池60同时抽真空，抽真空结束后，阀门打开，电解液在重力的作用下慢慢注入电芯。由于本发明提供的电池注液装置在上储渡容器、下储渡容器之间只有一道阀门，省去了密封杆，将密封的位置减少到只有两处，因此可最大限度的防止电解液泄漏，可靠性大为提高，可一次性对多组电池进行注液，可靠性佳。同时电解液在重力的作用下慢慢注入电芯，可防止电解液飞溅及防止二次抽真空时被抽走，有效地减少电解液浪费，减少电解液的挥发，从而防止电解液对作业人员的损害，并在注液过程中增加惰性气体难形成正压力，使电解液加速进入电池，减少注液时间，提升了注液效率及降低了生产成本。

具体地，如图1和图2所示，下储液容器40的下端设置有出液口，电池60和开口朝上并可对接于出液口。电池注液装置还包括用于承托电池60的底板70，底板70设置于出液口的下端，底板70上连接有用于驱动底板70升降并使底板70上的电池60对接于出液口的升降驱动件，以使电池60可以向上运动并对接于下储液容器40的出液口。底板70可以一次承载多个电池，相应地，上储液容器20、下储液容器40也可以相应设置有多个。升降驱动件可以气缸或油缸或直线电机或丝杆传动机构等。

具体地，如图1和图2所示，出液口处连接有密封套50，密封套50可套设或卡设于出液口的边缘。密封套50作为密封胶头，其可由三元乙炳或其它耐电解液腐蚀的橡胶制成。

具体地，如图1和图2所示，注液泵10通过第一连通管21连接于上储液容器20的上端，第一阀门11设置于第一连通管21的中段，以控制电解液注入上储液容器20。

具体地，如图1和图2所示，上储液容器20设置于下储液容器40的上方，上储液腔的下端通过第二连通管22连通于下储液腔的上端，第二阀门30设置于第二连通管22的中段，以控制上储液容器20与下储液容器40是否连通，可以单独对上储液容器20与下储液容器40进行抽真空、充干燥气。

具体地，如图1和图2所示，第一抽真空泵通过第一抽气管82连通于上储液容器20，第三阀门80设置于第一抽气管82；第二抽真空泵通过第二抽气管91连通于下储液容器40，第四阀门90设置于第二抽气管91。

具体地，如图1和图2所示，第一气源连接管81的一端与第一干燥气瓶连接，另一端通过第三阀门80连通于上储液容器20；第一干燥气瓶与第一抽真空泵共同通过第三阀门80连通于上储液容器20。第二气源连接管92的一端与第二干燥气瓶连接，另一端通过第四阀门90连通于下储液容器40，第二干燥气瓶与第二抽真空泵共同通过第四阀门90连通于上储液容器20。当然，可以理解地，第三阀门80和第四阀门90可以各设置有两个，第一干燥气瓶与第一抽真空泵可以各通过一个第三阀门80连通于上储液容器20，第二干燥气瓶与第二抽真空泵可以各通过一个第四阀门90连通于下储液容器40，也属于本发明的保护范围。

优选地，上储液容器20和下储液容器40由不锈钢或者其它耐电解液腐蚀的金属非金材料制成，例如氯丁橡胶或其它改性塑料等，以保证不被电解液腐蚀。底板70可由不锈钢或者其它耐电解液腐蚀的金属非金材料制成，以保证不被电解液腐蚀

优选地，注液泵10为电动泵或气动泵，例如齿轮泵和螺杆泵、蠕动泵、海霸泵各种精密计量泵等，可以实现精密计量。

优选地，如图1和图2所示，控制电解液流量通断的第一阀门11、第二阀门30，控制气体流量通断的第三阀门80、第四阀门90可由一个齿条，多个齿轮，拨杆，中间带孔球阀芯，中间带孔上、下密封圈组成一组齿轮阀，再由多组齿轮阀组成一个注液单元。

优选地，拨杆、球阀芯可用牌号为306的不锈钢制成，保证防腐要求，上、下密封圈可由铁氟龙等材料制作以保证防腐性能，且耐磨性和润滑情况佳。

本发明实施例还提供了电池注液方法，采用上述的电池注液装置，包括以下步骤，

(A)将电池60连接于下储液容器40，关闭第二阀门30、第三阀门80和第四阀门90，打开第一阀门11，通过注液泵10向上储液容器20注入电解液，注液泵10可以定量向上储液容器20注入电解液。具体应用中，先将电池60成组放置于可升降的底板70上，底板70上升使电池60对接于下储液容器40的出液孔并保持该处的密封。

(B)向上储液容器20注入电解液结束后，关闭第一阀门11，第二阀门30保持关闭，打开第三阀门80和第四阀门90；启动第一抽真空泵和第二抽真空泵将上储液容器20和下储液容器40抽直空，可抽真空至-0.8至-0.9Mpa。

(C)关闭第三阀门80和第四阀门90，第一阀门11保持关闭，打开第二阀门30，上储液容器20中的电解液在重力的作用下注入电池60。

(D)静置，静置时间可以为3至5分钟。

(E)第一阀门11和第二阀门30、第三阀门80关闭，第四阀门90打开，通过第四阀门90注入干燥气。

(F)使上储液容器20和下储液容器40的压力上升，使电解液加速进入电池60，减少注液时间，压力可上升到0.4至0.5Mpa，然后开始再次静置。

(G)静置后，静置时间可以为3至5分钟，保持第一阀门11和第二阀门30、第三阀门80关闭，第四阀门90打开，第二抽真空泵启动开始第二次抽真空。

(H)抽真空至-0.8至-0.9Mpa，静置后，静置时间可以为3至5分钟，保持第一阀门11和第二阀门30、第三阀门80关闭，第四阀门90打开，通过第四阀门90注入干燥气，使上储液容器20和下储液容器40的压力上升，使电解液加速进入电池60，减少注液时间，压力可上升到0.4至0.5Mpa，然后开始再次静置。

(I)循环(G)、(H)5-6次(费时约50-60分钟)电解液便可完全渗透到电芯里。

(J)底板70可下降复位，注液完成的电池60可自底板70上取走，为下一次注液做准备。

本发明所提供的电池注液装置及电池注液方法，其通过控制各阀门的开或关或相互切换，可以方便地实现电池的注液、抽真空、充干燥气，其结构简单、密封可靠，不会发生泄露的情况，而且上储液容器20和下储液容器40的真空度相同，电解液是靠重力作用慢慢向下流动，不会产生飞溅，电解液不会在二次抽真空时被吸走，可以有效减少电解液的浪费，减少电解液的挥发，从而防止电解液对作业人员的损害，并在注液过程中增加惰性气体难形成正压力，使电解液加速进入电池，减少注液时间，提升了注液效率及降低了生产成本。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.电池注液装置，其特征在于：包括上储液容器、连接于所述上储液容器且用于与电池连接的下储液容器、用于向所述上储液容器注电解液的注液泵、用于将所述上储液容器抽真空的第一抽真空泵以及用于将所述下储液容器抽真空的第二抽真空泵，所述注液泵与第一抽真空泵分别连接于所述上储液容器，且所述注液泵与所述上储液容器之间设置有第一阀门，所述上储液容器与所述下储液容器之间设置有第二阀门；所述电池注液装置还包括用于与干燥气源连接的第一气源连接管和第二气源连接管，所述第一抽真空泵及所述第一气源连接管与所述上储液容器之间设置有第三阀门，所述第二抽真空泵及第二气源连接管与所述下储液容器之间设置第四阀门；将电池连接于下储液容器，关闭所述第二阀门、第三阀门和第四阀门，打开第一阀门，通过注液泵向上储液容器注入电解液；注液结束后，关闭第一阀门，第二阀门保持关闭，打开第三阀门和第四阀门，启动第一抽真空泵和第二抽真空泵将上储液容器和下储液容器抽至真空；关闭第三阀门和第四阀门，第一阀门保持关闭，打开第二阀门，上储液容器里的电解液在重力的作用下，经过下储液容器慢慢注入电池；静置后，第一阀门和第二阀门、第三阀门关闭，第四阀门打开，通过第四阀门注入干燥气，然后开始再次静置；静置后，保持第一阀门和第二阀门、第三阀门关闭，第四阀门打开，第二抽真空泵启动开始第二次抽真空；静置后，保持第一阀门和第二阀门、第三阀门关闭，第四阀门打开，通过第四阀门注入干燥气，然后开始再次静置。

2.如权利要求1所述的电池注液装置，其特征在于：所述下储液容器的下端设置有出液口，所述电池注液装置还包括用于承托电池的底板，所述底板设置于所述出液口下端，所述底板上连接有用于驱动所述底板升降并使所述底板 上的电池对接于所述出液口的升降驱动件。

3.如权利要求2所述的电池注液装置，其特征在于：所述出液口处连接有密封套。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电池注液装置，其特征在于：所述注液泵通过第一连通管连接于所述上储液容器的上端，所述第一阀门设置于所述第一连通管。

5.如权利要求1至3中任一项所述的电池注液装置，其特征在于：所述上储液容器设置于所述下储液容器的上方，所述上储液腔的下端通过第二连通管连通于所述下储液腔的上端，所述第二阀门设置于所述第二连通管。

6.如权利要求1至3中任一项所述的电池注液装置，其特征在于：所述第一抽真空泵通过第一抽气管连通于所述上储液容器，所述第三阀门设置于所述第一抽气管；所述第二抽真空泵通过第二抽气管连通于所述下储液容器，所述第四阀门设置于所述第二抽气管。

7.如权利要求1至3中任一项所述的电池注液装置，其特征在于：所述第一气源连接管的一端与第一干燥气瓶连接，另一端通过所述第三阀门连通于所述上储液容器；所述第二气源连接管的一端与第二干燥气瓶连接，另一端通过所述第四阀门连通于所述下储液容器。

8.如权利要求1至3中任一项所述的电池注液装置，其特征在于：所述上储液容器和所述下储液容器由不锈钢或者耐电解液腐蚀的金属非金材料制成。

9.如权利要求1至3中任一项所述的电池注液装置，其特征在于：所述注液泵为电动泵或气动泵。

10.电池注液方法，其特征在于：采用如权利要求1至9中任一项所述的电池注液装置，包括以下步骤，

(A)将电池连接于下储液容器，关闭所述第二阀门、第三阀门和第四阀门，打开所述第一阀门，通过注液泵向所述上储液容器注入电解液；

(B)向所述上储液容器注入电解液结束后，关闭第一阀门，第二阀门保持关闭，打开第三阀门和第四阀门，启动第一抽真空泵和第二抽真空泵将所述上储液容器和下储液容器抽至-0.07至-0.1Mpa；

(C)关闭第三阀门和第四阀门，第一阀门保持关闭，打开第二阀门，上储液容器中的电解液在重力的作用下注入电池；

(D)静置后，第一阀门和第二阀门、第三阀门关闭，第四阀门打开，通过第四阀门注入干燥气，使上储液容器和下储液容器的压力升到0.3至0.5Mpa，然后开始再次静置；

(E)静置后，保持第一阀门和第二阀门、第三阀门关闭，第四阀门打开，第二抽真空泵启动开始第二次抽真空至-0.07至-0.1Mpa；

(F)静置后，保持第一阀门和第二阀门、第三阀门关闭，第四阀门打开，通过第四阀门注入干燥气，然后开始再次静置。