CN103245592B - 测量电池非水电解液浸润性的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测量电池非水电解液浸润性的方法及装置。在所述测量方法中，电池包括壳体、置于壳体中的带有正负极柱的电芯、以及注入到壳体中并浸润电芯的非水电解液，在非水电解液浸润壳体中的电芯完成之后，通过测量装置电连接于电池的电芯的正负极柱，以测量电芯的正负极柱之间的电压来预估非水电解液浸润性。所述测量装置包括：测量机构，在电解液浸润壳体中的电芯完成之后测量电芯的正负极柱之间的电压，以预估非水电解液浸润性。本发明可以直接有效地表征电池非水电解液浸润性；测量装置结构简单，测量效率高；测量方法简单，属于非破坏性检测，可以实现100%实时在线检测；对于浸润不良的电芯可以进行再静置处理，以提高非水电解液浸润性。

Description

测量电池非水电解液浸润性的方法及装置

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种测量电池非水电解液浸润性的方法及装置。

背景技术

锂离子电池具有高工作电压和高能量密度，广泛地应用于电子设备和器材等领域。这种高能量密度可以直接由其容量值反映，而容量的高低受到电芯浸润程度的影响。因此，找到一种快速准确便捷的方式表征电芯的浸润程度显得十分重要。

目前软包装电芯的浸润程度常用两种方法间接表征：一种是直接将化成前的电芯拆解并肉眼观察非水电解液的浸润程度，但其无法实现在线检测并且是破坏性检测；另一种是在电芯完成容量后分析容量数据间接反映电芯的浸润程度，但其无法挽救浸润不良的电芯，只能报废，浪费成本。

中国专利授权公开号CN101311703B公开了测量非水电解质（也可称为非水电解液）电池润湿性的方法及装置，通过将电容频谱仪的测量端子电连接于所述电极组件的正极和负极，来测量正极和负极之间的电容值；通过所测得的电容值估计所述电极组件中电解质的润湿性（亦即浸润性）。从原理上讲，阻抗主要包括欧姆阻抗+离子阻抗+电子阻抗，该专利的本质是直接测量正负极上的电容值，再换算成阻抗值；该阻抗值主要包括欧姆阻抗和离子阻抗，而欧姆阻抗基本不变（或者说变化不大），此时表征浸润性最主要的就是要说明离子阻抗的变化趋势，而离子阻抗的影响因素很多，诸如温度、压力等，所以这一方法很难直接且有效地表征非水电解液浸润性。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种测量电池非水电解液浸润性的方法及装置，其能直接且有效地表征出电池非水电解液浸润性。

为了实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种测量电池非水电解液浸润性的方法，其中电池包括壳体、置于壳体中的带有正负极柱的电芯、以及注入到壳体中并浸润电芯的非水电解液，在非水电解液浸润壳体中的电芯完成之后，通过测量装置电连接于电池的电芯的正负极柱，以测量电芯的正负极柱之间的电压来预估非水电解液浸润性。

为了实现上述目的，在第二方面，本发明提供了一种测量电池非水电解液浸润性的装置，其包括：测量机构，在电解液浸润壳体中的电芯完成之后测量电芯的正负极柱之间的电压，以预估非水电解液浸润性。

本发明的有益效果如下：

通过直接测量浸润后的电池的电压，可以直接有效地表征电池非水电解液浸润性；测量装置结构简单，测量效率高；测量方法简单，属于非破坏性检测，可以实现100%实时在线检测；对于浸润不良的电芯可以进行再静置处理，以提高非水电解液浸润性，从而提高产品的良率。

附图说明

图1是根据本发明的测量电池非水电解液浸润性的装置的立体图；

图2是软包装锂离子电池的立体图。

其中，附图标记说明如下：

1测量机构                            34上料用移动支架

11测量用料盒                      35上料用移动支架驱动装置

12测量用导轨                      36上料用吸盘

13测量用移动支架                  37上料用吸盘驱动装置

14测量用移动支架驱动装置        4分组机构

15扫码器                          41分组用料盒

16触手                            42分组用移动支架

17触手驱动装置                    43分组用移动支架驱动装置

18电压测量装置                    44分组用吸盘

19计算机                           45分组用吸盘驱动装置

2载物平台                         5电池

3上料机构                            51壳体

31转盘                               511条形码

32上料料盒                        52电芯

33滑轨                               521正负极柱

具体实施方式

下面参照附图来详细说明根据本发明的测量电池非水电解液浸润性的方法及装置。

首先说明根据本发明第一方面的测量电池非水电解液浸润性的方法。

如图2所示，电池5包括壳体51、置于壳体51中的带有正负极柱521的电芯52、以及注入到壳体51中并浸润电芯52的非水电解液，在根据本发明的测量电池非水电解液浸润性的方法中，在非水电解液浸润壳体51中的电芯52完成之后，通过测量装置电连接于电池5的电芯52的正负极柱521，以测量电芯52的正负极柱521之间的电压来预估非水电解液浸润性。

在根据本发明所述的测量电池非水电解液浸润性的方法中，优选地，注入的非水电解液浸润装入在壳体51中的电芯52时，浸润温度为45℃～85℃。

在根据本发明所述的测量电池非水电解液浸润性的方法中，优选地，注入的非水电解液浸润装入在壳体51中的电芯52时，浸润时间不小于30h。

在根据本发明所述的测量电池非水电解液浸润性的方法中，优选地，当通过测量装置测得的电芯52的正负极柱521之间的电压不小于200mV时，非水电解液的浸润性满足要求。

根据本发明第一方面的测量电池非水电解液浸润性的方法利用电芯的化成前电压（后称ICFV）与电芯静置时间的强正相关性表征软包装锂离子电池的电芯的浸润程度，电芯在注液后，正负极柱之间形成电位，产生电势差即电压，随着静置时间的延长该值会逐渐上升最后趋于稳定，正好是浸润逐渐变好的过程。在浸润一定时间之后，采用本发明第一方面的测量电池非水电解液浸润性的方法直接测量电芯的正负极柱之间的电压，能准确有效地反映电池非水电解液浸润性。

其次说明根据本发明第二方面的测量电池非水电解液浸润性的装置。

图2所示，电池5包括壳体51、置于壳体51中的带有正负极柱521的电芯52、以及注入到壳体51中并浸润电芯52的非水电解液，如图1所示，测量电池非水电解液浸润性的装置包括：测量机构1，在电解液浸润壳体51中的电芯52完成之后测量电芯52的正负极柱521之间的电压，以预估非水电解液浸润性。

在根据本发明所述的测量电池非水电解液浸润性的装置中，优选地，如图2所示电池5可在壳体51上标有条形码511；如图1所示，所述测量电池非水电解液浸润性的装置还可包括载物平台2。

在测量机构1的一个实施例中，如图1所示（并结合图2），测量机构1可包括：测量用料盒11，设置于载物平台2上用于容纳待测量的电池5；两个测量用导轨12，固定设置于载物平台2上方；测量用移动支架13，两端分别滑动连接在两个测量用导轨12上；测量用移动支架驱动装置14，连接于测量用移动支架13以驱动测量用移动支架13沿两个测量用导轨12滑动到测量用料盒11上方；扫码器15，连接于测量用移动支架13，用于扫描电池5的壳体51上的条形码511；多个触手16，连接于测量用移动支架13；触手驱动装置17，连接于所述多个触手16并针对待测量的一个电池5驱动相应的两个触手16在竖直方向向下运动，以使所述两个触手16接触所述待测量的一个电池5的电芯52的正负极柱521并进而测量该电池5的电芯52的正负极柱521之间的电压；电压测量装置18，电连接于所述多个触手16且测量所述相应两个触手16电接触的该电池5的电芯52的正负极柱521之间的电压；以及计算机19，通信连接于测量用移动支架驱动装置14、扫码器15、触手驱动装置17和电压测量装置18并存储扫码器15扫描的电池5的条形码511以及电压测量装置18测得的该电池5的电芯52的正负极柱521之间的电压。其中，电压测量装置18可以为电压计或者任何公知的用于测量电压的装置。

在测量机构1中，测量用移动支架驱动装置14可为气缸；触手驱动装置17可为气缸。

在根据本发明所述的测量电池非水电解液浸润性的装置中，如图1所示，优选地，所述测量电池非水电解液浸润性的装置还可包括：上料机构3，位于载物平台2上且位于测量机构1的一侧。

在上料机构3的一个实施例中，如图1所示，上料机构3包括：转盘31，能够转动地设置于载物平台2上；上料料盒32，设置于转盘31上，以容纳待测量的电池5并在转盘31的带动下旋转；两个滑轨33，固定设置于载物平台2上方；上料用移动支架34，两端分别滑动连接在两个滑轨33上；上料用移动支架驱动装置35，连接于上料用移动支架34且通信连接于计算机19，以驱动上料用移动支架34沿两个滑轨33滑动到测量用料盒11上方；上料用吸盘36，设置于上料用移动支架34；以及上料用吸盘驱动装置37，通信连接于计算机19并连接于上料用吸盘36，以在计算机19的控制下驱动上料用吸盘36升降而从上料料盒32中吸走待测量的电池5并将该待测量的电池5放入到测量机构1的测量用料盒11内。具体地，当上料用移动支架34水平滑动到上料料盒32上方时，上料用吸盘驱动装置37驱动上料用吸盘36、上料用吸盘36吸走上料料盒32中的待测量的电池5并随着上料用移动支架34沿两个滑轨33的滑动而将上料用吸盘36吸出的待测量的电池5放入到测量机构1的测量用料盒11内。

在上料机构3中，上料用移动支架驱动装置35可为气缸；上料用吸盘驱动装置37可为气缸。转盘31在载物平台2上转动可以通过电动机或任何其他公知的装置来进行。

在根据本发明所述的测量电池非水电解液浸润性的装置中，如图1所示，优选地，所述测量电池非水电解液浸润性的装置还可包括：分组机构4，位于载物平台2上且位于测量机构1的另一侧。

在分组机构4的一个实施例中，如图1所示，分组机构4包括：两个分组用料盒41，设置于载物平台2上并分别用于容纳浸润合格的电池5和浸润不合格的电池5；分组用移动支架42，两端分别滑动连接在上料机构3的两个滑轨33上；分组用移动支架驱动装置43，连接于分组用移动支架42且通信连接于计算机19，以驱动分组用移动支架42沿上料机构3的两个滑轨33滑动；分组用吸盘44，设置于分组用移动支架42；以及分组用吸盘驱动装置45，通信连接于计算机19且连接于分组用吸盘44，以在计算机19的控制下驱动分组用吸盘44升降和沿分组用移动支架42滑动，以从测量用料盒11中吸走完成测量的电池5并将该完成测量的电池5放入到两个分组用料盒41其中之一。

在分组机构4中，分组用移动支架驱动装置43可为气缸；分组用吸盘驱动装置45可以为双气缸，一个气缸控制分组用吸盘44沿分组用移动支架42滑动，另一个气缸控制分组用吸盘44在竖直方向上升降。

在根据本发明所述的测量电池非水电解液浸润性的装置中，与计算机19的通信可以为有线连接或无线连接。

下面参照图1和图2来简单说明一下根据本发明所述的测量电池非水电解液浸润性的装置的操作。

将待测量的电池5放入上料料盒32；启动转盘31带动上料料盒32转动，当上料料盒32已在上料用移动支架34下方时，转盘31停止转动；当上料料盒32未在上料用移动支架34下方时，计算机19通信上料用移动支架驱动装置35，上料用移动支架驱动装置35驱动上料用移动支架34沿两个滑轨33滑动到测量用料盒11上方，转盘31停止转动；在上料用移动支架34已处于上料料盒32上方时，计算机19通信上料用吸盘驱动装置37，上料用吸盘驱动装置37驱动上料用吸盘36下降，上料用吸盘36吸走上料料盒32中的待测量的电池5，然后上料用吸盘36上升以使吸出的待测量的电池5的底部脱离上料料盒32，吸盘驱动装置37停机；

之后，计算机19通信上料用移动支架驱动装置35，上料用移动支架驱动装置35驱动上料用移动支架34沿两个滑轨33滑动，当上料用移动支架34运动到测量机构1的测量用料盒11处时，扫码器15扫描电池5的壳体51上的条形码511并将条形码511的信息通信传递给计算机19；当上料用移动支架34运动到测量机构1的测量用料盒11上方时，计算机19通信上料用吸盘驱动装置37，上料用吸盘驱动装置37驱动上料用吸盘36下降，上料用吸盘36将待测量的电池5释放到测量用料盒11，然后上料用吸盘36上升，吸盘驱动装置37停机；然后，上料用移动支架驱动装置35驱动上料用移动支架34沿两个滑轨33向上料料盒32方向滑动，以进行下一个待测量的电池5的上料；

当测量用料盒11已放入有待测量的电池5时，计算机19通信触手驱动装置17，触手驱动装置17驱动相应的两个触手16在竖直方向向下运动到测量用料盒11中，所述两个触手16接触所述待测量的一个电池5的电芯52的正负极柱521而与电压测量装置18形成电导通，触手驱动装置17停止操作，此时与电压测量装置18测量该电池5的电芯52的正负极柱521之间的电压并通信给计算机19并基于该电压评估量电池非水电解液浸润性；电压测量完成之后，触手驱动装置17启动，以驱动所述两个触手16上升回位；由此完成电压检测工作；

接着，计算机19通信分组用移动支架驱动装置43，分组用移动支架驱动装置43驱动分组用移动支架42水平滑动到测量机构1的测量用料盒11上方，如果此时分组用吸盘44在竖直方向上未对准完成测量的电池5，则计算机19通信分组用吸盘驱动装置45且分组用吸盘驱动装置45驱动分组用吸盘44沿分组用移动支架42滑动，以使分组用吸盘44对准完成测量的电池5；如果此时分组用吸盘44在竖直方向上已对准完成测量的电池5，则计算机19通信分组用吸盘驱动装置45且分组用吸盘驱动装置45不驱动分组用吸盘44沿分组用移动支架42滑动；在分组用吸盘44对准测量用料盒11中的完成测量的电池5时，计算机19通信分组用吸盘驱动装置45且分组用吸盘驱动装置45驱动分组用吸盘44下降、吸走测量用料盒11中的完成测量的电池5，分组用吸盘驱动装置45驱动分组用吸盘44上升，以使从测量用料盒11中吸出的完成测量的电池5离开测量用料盒11；

之后，分组用移动支架驱动装置43驱动分组用移动支架42水平滑动到两个分组用料盒41上方，依据计算机19评估量电池非水电解液浸润性确定完成测量的电池5将要被放置的分组用料盒41；如果此时分组用吸盘44在竖直方向上未对准相应的分组用料盒41，则计算机19通信分组用吸盘驱动装置45且分组用吸盘驱动装置45驱动分组用吸盘44沿分组用移动支架42滑动，以使分组用吸盘44对准相应的分组用料盒41；如果此时分组用吸盘44在竖直方向上已对准相应的分组用料盒41，则计算机19通信分组用吸盘驱动装置45且分组用吸盘驱动装置45不驱动分组用吸盘44沿分组用移动支架42滑动；在分组用吸盘44对准相应的分组用料盒41时，计算机19通信分组用吸盘驱动装置45且分组用吸盘驱动装置45驱动分组用吸盘44下降，以将吸出的电池5放入到相应的分组用料盒41中；最后分组用吸盘驱动装置45驱动分组用吸盘44上升而回位处于待命状态。

最后给出根据本发明所述的测量电池非水电解液浸润性的方法及装置的实施例和对比例。

实施例1

选取容量为1570mAh电池先进行室温静置20h，然后45℃静置6h，再室温静置6h的模式；，浸润完成之后，利用根据本发明所述的测量电池非水电解液浸润性的装置来测量电池的电芯的正负极柱之间的电压（ICFV）。

实施例2

选取容量为2790mAh电池先进行室温静置15h，然后45℃静置6h，再室温静置6h的模式；其后面步骤同实施例1。

实施例3

选取容量为3600mAh电池先进行室温静置20h，然后60℃静置7h，再室温静置6h的模式；其后面步骤同实施例1。

实施例4

选取容量为4020mAh电池先进行室温静置18h，然后60℃静置7h，再室温静置6h的模式；其后面步骤同实施例1。

实施例5

选取容量为4750mAh电池先进行室温静置20h，然后85℃静置5h，再室温静置6h的模式；其后面步骤同实施例1。

对比例1

选取容量为1570mAh电池进行室温静置32h的模式；其他同实施例1。

对比例2

选取容量为2790mAh电池进行60℃静置20h的模式；其后面步骤同对比例1。

对比例3

选取容量为3600mAh电池先进行室温静置20h，然后40℃静置6h，再室温静置6h的模式；其后面步骤同对比例1。

对比例4

选取容量为4020mAh电池先进行75℃静置6h，再室温静置6h的模式；其后面步骤同对比例1。

对比例5

选取容量为4750mAh电池先进行室温静置20h，然后90℃静置6h，再室温静置6h的模式；其后面步骤同对比例1。

为了说明实施例1-5和对比例1-5的测试结果，除了采用本发明所述的测量电池非水电解液浸润性的装置测量电池的电芯的正负极柱之间的电压（即为实测电压）之外，还对实施例1-5和对比例1-5浸润后的样品进行容量测试和拆解目测，其中容量测试过程为：将浸润完成的电池置于杭可机上，静置3min；之后以0.5C的恒定电流充电至4.3V，再以0.05C电流恒压充电至4.3V；之后静置3min；然后，以0.5C放电至3.0V；接着以0.5C的恒定电流充电至3.87V，在以0.05C电流恒压充电至3.87V，之后静置3min，此时测得的电池的容量即为实测容量。

表1实施例1-5及对比例1-5的参数及测量结果

从表1可以看出，实施例1-5的电池完成浸润后，ICFV均大于200mV，实施例1-5的电池的容量均超过规格容量，且拆解目测发现电芯极片未有空白区，这说明实施例1-5的电池已经完全浸润（即电池非水电解液浸润性合格）。而对比例1-5的电池完成浸润后，ICFV均小于200mV，对比例1-5的电池的容量均未达到规格容量，且拆解目测发现电芯极片有空白区，这说明对比例1-5的电池未完全浸润（即电池非水电解液浸润性不合格）。

综上所述，采用根据本发明所述测量电池非水电解液浸润性的方法及装置直接测量浸润后的电池的电压，可以直接有效地表征电池非水电解液浸润性；测量装置结构简单且自动化程度高，测量效率高；测量方法简单，属于非破坏性检测，可以实现100%实时在线检测；对于浸润不良的电芯可以进行再静置处理，以提高非水电解液浸润性，从而提高产品的良率。

此外，尽管在本文中以锂离子软包装电池作为具体对象进行了非水电解液浸润性的测量，但是本发明所述的测量电池非水电解液浸润性的方法及装置可以适用于任何适合测量电池非水电解液浸润性的情形，具体判断电池非水电解液浸润性的电压（ICFV）的值可以根据具体情况进行确定。

Claims (10)

1.一种测量电池非水电解液浸润性的方法，电池(5)包括壳体(51)、置于壳体(51)中的带有正负极柱(521)的电芯(52)、以及注入到壳体(51)中并浸润电芯(52)的非水电解液，其特征在于，在非水电解液浸润壳体(51)中的电芯(52)完成之后，通过测量装置电连接于电池的电芯(52)的正负极柱(521)，以测量电芯(52)的正负极柱(521)之间的化成前电压来预估非水电解液浸润性。

2.根据权利要求1所述的测量电池非水电解液浸润性的方法，其特征在于，注入的非水电解液浸润装入在壳体(51)中的电芯(52)时，浸润温度为45℃～85℃。

3.根据权利要求1所述的测量电池非水电解液浸润性的方法，其特征在于，注入的非水电解液浸润装入在壳体(51)中的电芯(52)时，浸润时间不小于30h。

4.根据权利要求1所述的测量电池非水电解液浸润性的方法，其特征在于，当通过测量装置测得的电芯(52)的正负极柱(521)之间的电压不小于200mV时，非水电解液浸润性满足要求。

5.一种测量电池非水电解液浸润性的装置，电池(5)包括壳体(51)、置于壳体(51)中的带有正负极柱(521)的电芯(52)、以及注入到壳体(51)中并浸润电芯(52)的非水电解液，其特征在于，所述测量电池非水电解液浸润性的装置包括：

测量机构(1)，在电解液浸润壳体(51)中的电芯(52)完成之后测量电芯(52)的正负极柱(521)之间的化成前电压，以预估非水电解液浸润性。

6.根据权利要求5所述的测量电池非水电解液浸润性的装置，其特征在于，

电池(5)在壳体(51)上标有条形码(511)；

所述测量电池非水电解液浸润性的装置还包括载物平台(2)；

测量机构(1)包括：

测量用料盒(11)，设置于载物平台(2)上用于容纳待测量的电池；

两个测量用导轨(12)，固定设置于载物平台(2)上方；

测量用移动支架(13)，两端分别滑动连接在两个测量用导轨(12)上；

测量用移动支架驱动装置(14)，连接于测量用移动支架(13)以驱动测量用移动支架(13)沿两个测量用导轨(12)滑动到测量用料盒(11)上方；

扫码器(15)，连接于测量用移动支架(13)，用于扫描电池(5)的壳体(51)上的条形码(511)；

多个触手(16)，连接于测量用移动支架(13)；

触手驱动装置(17)，连接于所述多个触手(16)并针对待测量的一个电池(5)驱动相应的两个触手(16)在竖直方向向下运动，以使所述两个触手(16)接触所述待测量的一个电池(5)的电芯(52)的正负极柱(521)并进而测量该电池(5)的电芯(52)的正负极柱(521)之间的电压；

电压测量装置(18)，电连接于所述多个触手(16)且测量所述相应两个触手(16)电接触的该电池(5)的电芯(52)的正负极柱(521)之间的电压；以及

计算机(19)，通信连接于测量用移动支架驱动装置(14)、扫码器(15)、触手驱动装置(17)和电压测量装置(18)并存储扫码器(15)扫描的电池(5)的条形码(511)以及电压测量装置(18)测得的该电池(5)的电芯(52)的正负极柱(521)之间的电压。

7.根据权利要求6所述的测量电池非水电解液浸润性的装置，其特征在于，所述测量电池非水电解液浸润性的装置还包括：

上料机构(3)，位于载物平台(2)上且位于测量机构(1)的一侧。

8.根据权利要求7所述的测量电池非水电解液浸润性的装置，其特征在于，上料机构(3)包括：

转盘(31)，能够转动地设置于载物平台(2)上；

上料料盒(32)，设置于转盘(31)上，以容纳待测量的电池(5)并在转盘(31)的带动下旋转；

两个滑轨(33)，固定设置于载物平台(2)上方；

上料用移动支架(34)，两端分别滑动连接在两个滑轨(33)上；

上料用移动支架驱动装置(35)，连接于上料用移动支架(34)且通信连接于计算机(19)，以驱动上料用移动支架(34)沿两个滑轨(33)滑动到测量用料盒(11)上方；

上料用吸盘(36)，设置于上料用移动支架(34)；以及

上料用吸盘驱动装置(37)，通信连接于计算机(19)并连接于上料用吸盘(36))，以在计算机(19)的控制下驱动上料用吸盘(36)升降而从上料料盒(32)中吸走待测量的电池(5)并将该待测量的电池(5)放入到测量机构(1)的测量用料盒(11)内。

9.根据权利要求6所述的测量电池非水电解液浸润性的装置，其特征在于，所述测量电池非水电解液浸润性的装置还包括：

分组机构(4)，位于载物平台(2)上且位于测量机构(1)的另一侧。

10.根据权利要求9所述的测量电池非水电解液浸润性的装置，其特征在于，分组机构(4)包括：

两个分组用料盒(41)，设置于载物平台(2)上并分别用于容纳浸润合格的电池(5)和浸润不合格的电池(5)；

分组用移动支架(42)，两端分别滑动连接在上料机构(3)的两个滑轨(33)上；

分组用移动支架驱动装置(43)，连接于分组用移动支架(42)且通信连接于计算机(19)，以驱动分组用移动支架(42)沿上料机构(3)的两个滑轨(33)滑动；

分组用吸盘(44)，设置于分组用移动支架(42)；以及

分组用吸盘驱动装置(45)，通信连接于计算机(19)且连接于分组用吸盘(44)，以在计算机(19)的控制下驱动分组用吸盘(44)升降和沿分组用移动支架(42)滑动，以从测量用料盒(11)中吸走完成测量的电池(5)并将该完成测量的电池(5)放入到两个分组用料盒(41)其中之一。