CN104669596A - 用于锂离子电池包装膜的气压成形模具和气压成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于锂离子电池包装膜的气压成形模具和气压成形方法，以克服采用现有的凹凸模具对锂离子电池所用的软包材料进行冲压成形所导致的成形不均匀的问题。气压成形模具包括凹模、支撑板和密封条，其中，支撑板内开有从其一个板面贯穿至另一板面的通气孔，密封条固定或可拆卸地设于凹模或支撑板的表面上，以在凹模与支撑板接触时使得凹模与支撑板的接触处密封。气压成形方法利用上述气压成形模具来对铝塑复合膜进行气压成形。本发明的气压成形模具和气压成形方法能够使冲压成形更为均匀，可应用于软包锂离子电池生产领域。

Description

用于锂离子电池包装膜的气压成形模具和气压成形方法

技术领域

本发明涉及软包锂离子电池生产领域，尤其涉及一种用于锂离子电池包装膜的气压成形模具和气压成形方法。

背景技术

目前，现有的软包锂离子电池包装膜的成形技术中，通常采用机械凹凸模具对锂离子电池所用的软包材料进行冲压成形，容易导致包装膜成形不均匀，而且冲压后的包装材料变薄较为严重。此外，这种传统的凹凸模具的结构相对较复杂。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明提供了一种用于锂离子电池包装膜的气压成形模具和气压成形方法，以至少解决采用现有的凹凸模具对锂离子电池所用的软包材料进行冲压成形所导致的成形不均匀的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于锂离子电池包装膜的气压成形模具，包括凹模、支撑板和密封条，其中，支撑板内开有从其一个板面贯穿至另一板面的通气孔，密封条固定或可拆卸地设于凹模或支撑板的表面上，以在凹模与支撑板接触时使得凹模与支撑板的接触处密封。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于锂离子电池包装膜的气压成形方法，该气压成形方法利用气压成形模具实现，气压成形模具包括凹模、支撑板和密封条，其中，支撑板内开有从其一个板面贯穿至另一板面的通气孔，密封条固定或可拆卸地设于凹模或支撑板的表面上；气压成形方法包括：将铝塑复合膜平铺在气压成形模具的凹模与支撑板之间，其中，凹模的凹槽部分所在的凹模表面与支撑板的板面相对放置，且铝塑复合膜的面积覆盖凹槽部分的开口面积；采用预定压力将凹模与支撑板压紧，以通过密封条使凹模与支撑板的接触处密封；通过通气孔向凹槽部分内通入具有预定压强的气体，并使该气体在预定压强下保持预定时间；当预定时间结束时，将该气体从凹槽部分内卸除；以及将凹模与支撑板分离，以取出成形后的铝塑复合膜。

上述根据本发明实施例的用于锂离子电池包装膜的气压成形模具和气压成形方法，其利用高压气体对锂离子电池所用的软包材料进行成形，能够实现至少以下益处之一：使冲压成形更为均匀；减轻变形材料减薄程度；简化模具结构；密封效果好；减轻甚至完全消除铝塑复合膜成形后的反弹使后继的折边工艺基础尺寸减小，同样空间电池容量更大；在高压气体冲压成形的同时，辅以高温成形，使成形的效果更好，成形速度快、效率高；不易造成材料损害；成形过程中的操作较安全；增加锂离子电池使用过程中的安全性；以及提高企业生产优率。

通过以下结合附图对本发明的最佳实施例的详细说明，本发明的这些以及其他优点将更加明显。

附图说明

本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中：

图1是示出根据本发明实施例的用于锂离子电池包装膜的气压成形模具的一个示例的结构示意图；

图2是示出凹模的凹槽部分的侧壁与底部夹角的一个示例的示意图；

图3是示出气压成形模具在使用时的工作状态图；

图4A是示出利用现有技术所得到的成形后的铝塑复合膜的侧壁与底端的夹角的示意图，图4B是利用本发明的气压成形模具所得到的铝塑复合膜的侧壁与底端的夹角的示意图；以及

图5是示出根据本发明实施例的用于锂离子电池包装膜的气压成形方法的一个示例性处理的流程图。

本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以便有助于提高对本发明实施例的理解。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本发明的实施例提供了一种用于锂离子电池包装膜的气压成形模具，包括凹模、支撑板和密封条，其中，支撑板内开有从其一个板面贯穿至另一板面的通气孔，密封条固定或可拆卸地设于凹模或支撑板的表面上，以在凹模与支撑板接触时使得凹模与支撑板的接触处密封。

图1是示出根据本发明实施例的用于锂离子电池包装膜的气压成形模具的一个示例。如图1所示，用于锂离子电池包装膜的气压成形模具包括凹模1、支撑板2和密封条3。

支撑板2内开有从其一个板面贯穿至另一板面的通气孔2-1，密封条3固定或可拆卸地设于凹模1或支撑板2的表面上，以在凹模1与支撑板2接触时使得凹模1与支撑板2的接触处密封。其中，通气孔2-1可以开在支撑板2的中心位置，也可以位于其他位置，只要保证在使用模具时从通气孔2-1通入的气体能进入凹槽部分1-1即可。

根据一种实现方式，在凹模1的凹槽部分1-1所在的凹模表面上设有用于放置密封条3的环状槽。该环状槽沿凹槽部分1-1的外周设置一圈。需要注意的是，环状槽的形状可以是圆环形，也可以是方形环或矩形环等其他形状环。

此外，根据另一种实现方式，也可以在支撑板2的一个板面上设置用于放置密封条3的环状槽，来代替在凹模1上设置上述环状槽。该环状槽的形状可以是圆环形，也可以是方形环或矩形环等其他形状环，在使用时，当凹模1与支撑板2接触时，该环状槽能够围绕凹槽部分1-1的外周。

图3是上述气压成形模具在使用时的工作状态图，如图3所示，在气压成形模具工作时，凹模1与支撑板2将会接触，通过位于二者之间、设置在凹槽部分1-1的外周外侧一圈的密封条3，当凹模1与支撑板2压紧时，使二者的接缝处密封的效果较好。

密封条3可以采用有弹性的材料制成，例如PU聚氨脂橡胶或金属橡胶等。在具体应用时，密封条3的截面尺寸可以稍大于环形槽的截面尺寸，这样，当将密封条3放置到环形槽内时，使密封条3发生一定的弹性形变，从而达到固定位置的效果，在支撑板和凹模合模后，起到较好的密封作用。

目前，现有的用于软包锂离子电池包装膜生产的凹凸模具中的凹模，其侧壁与底部的夹角均为直角，对应地，其侧壁倾角为0°。其中，凹槽部分的侧壁倾角是指其侧壁与底面垂线之间所成角度。在本发明的气压成形模具中，如图2所示，凹槽部分1-1的侧壁与底部的夹角α'不仅能够做成直角，还可以做成锐角。在凹槽部分1-1的侧壁与底部的夹角α'为锐角的情况下，凹槽部分1-1的侧壁向凹槽部分1-1的内部倾斜。也就是说，凹槽部分1-1的侧壁与底部的夹角α'可以在(70°,90°)之间取值，或者取值为90°。相应地，当α'取值为(70°,90°)时，α则为(20°,0°)。

在一个优选实施例中，凹槽部分1-1的侧壁可以被设置成向凹槽部分1-1的内部倾斜，且凹槽部分1-1的侧壁倾角α可以为(0°,20°]内的任意值，比如5°、10°等。

换句话说，当凹槽部分1-1的侧壁与底部的夹角α'为锐角时，凹槽部分1-1的开口为内收式开口，也就是开口面积小于凹槽部分1-1的底部面积。当凹槽部分1-1的侧壁与底部的夹角α'为直角时，凹槽部分1-1的开口为直上直下式开口。

相比之下，传统的凹凸模具的凹模凹槽部分无法将其侧壁与底部的夹角做成(0°,90°)之间，这是由于凹凸模具的机械工作原理所致。相比之下，本发明的凹模凹槽部分的侧壁与底部的夹角能够在(0°,90°)之间取值，能够使得成形后的铝塑复合膜的侧壁与底端的夹角小于90°(不考虑材料成形后本身反弹)。

如图4A所示，传统的凹模凹槽部分的外张式开口所得到的铝塑复合膜的侧壁与底端的夹角通常要大于90°(成形后反弹)；而利用本发明的气压成形模具进行铝塑复合膜成形，如图4B所示，通过凹模1的凹槽部分的内收式开口(即通过凹槽部分的侧壁向内倾斜的倾角的设置)能够通过铝塑复合膜的变形来部分或完全抵消铝塑复合膜成形后的反弹，使成形后的铝塑复合膜的侧壁与底端的夹角无限接近于90°，从而能够使后继的折边工艺基础尺寸减小，同样空间电池容量更大，也就是能够大幅度减小图4A中凹槽部分的侧壁与铅垂线的夹角φ，例如减小为0°，甚至可以得到如图4B所示的负值。

需要说明的是，凹模1的凹槽部分1-1具有四个侧壁，其四个侧壁的倾角可以设置为相同，也可以设置为不同，例如，可以将左右两侧倾角设置为预定角一，而将前后两侧倾角设置为预定角二，且预定角一与预定角二不同。

其中，在凹槽部分1-1的四个侧壁中，左右侧壁通常是指与锂离子电池左右侧对应的侧壁，而前后侧壁通常是指与锂离子电池前后侧对应的侧壁。这里，锂离子电池的左右两侧是指其长边所在侧，其左右两侧常被制成圆弧状的侧面；锂离子电池的前后两侧是指其短边所在侧，其前后两侧则常被制成平面型的端面；锂离子电池的上下两侧是指电池面积最大的两个侧面所在侧。类似地，

根据一种实现方式，凹模1的凹槽部分1-1的槽深可以被设置成等于锂离子电池包装膜成形后的预设厚度。例如，待包装的锂离子电池厚度为5mm，其预期包装膜成形后的预设厚度为6mm，则可将凹槽部分1-1的槽深设为6mm。

此外，根据一种实现方式，凹模1的凹槽部分1-1的槽底面与其左右两侧的连接部分的倒角半径可以被设置成等于待包装的锂离子电池裸电芯厚度的一半。此外，凹模1的凹槽部分1-1的槽底面与其前后两侧的连接部分的倒角半径可以被设置成0.6-1.5mm之间的任意值。

根据其他实现方式，本发明的气压成形模具还可以包括加热装置(图中未示出)，该加热装置设置在凹模1和支撑板2的预定距离范围内，以在气压成形模具工作时对该模具进行加热。由此，在高压气体冲压成形的同时，辅以高温成形，能够使得成形的效果更好，成形速度快、效率高。

需要说明的是，本发明并不限制加热装置的类型和结构的具体样式，能够对凹模1和支撑板2进行加热的各种类型和结构的加热装置都应在本发明的保护范围内。

此外，本发明的实施例还提供了一种用于锂离子电池包装膜的气压成形方法。该气压成形方法利用气压成形模具实现，气压成形模具包括凹模、支撑板和密封条，其中，支撑板内开有从其一个板面贯穿至另一板面的通气孔，密封条固定或可拆卸地设于凹模或支撑板的表面上；气压成形方法包括：将铝塑复合膜平铺在气压成形模具的凹模与支撑板之间，其中，凹模的凹槽部分所在的凹模表面与支撑板的板面相对放置，且铝塑复合膜的面积覆盖凹槽部分的开口面积；采用预定压力将凹模与支撑板压紧，以通过密封条使凹模与支撑板的接触处密封；通过通气孔向凹槽部分内通入具有预定压强的气体，并使该气体在预定压强下保持预定时间；当预定时间结束时，将该气体从凹槽部分内卸除；以及将凹模与支撑板分离，以取出成形后的铝塑复合膜。图5示出了上述气压成形方法的一个示例性处理。

需要说明的是，本发明的气压成形方法所利用的气压成形模具可以与上文所描述的气压成形模具具有相同的结构和功能，这里不再详述。

下面结合图3-5来描述如何使用上述气压成形模具得到成形的锂离子电池包装膜。

首先，在步骤S510中，将铝塑复合膜4平铺在凹模1与支撑板2之间。其中，凹模1的凹槽部分1-1所在的凹模表面与支撑板2的板面相对放置，且铝塑复合膜4的平铺位置能够使得铝塑复合膜4的面积覆盖住(即不小于)密封条3所围成的面积。另外，通气孔2-1例如可以开在支撑板2的中心位置(但不限于此)。

根据一种实现方式，在步骤S510中，可以将支撑板2放置在凹模1下方(如图3所示)，在使用时，先将铝塑复合膜4平铺在支撑板2的上板面上，然后使凹模1下行至与支撑板2接触。

根据另一种实现方式，在步骤S510中，也可以将凹模1放置在支撑板2下方(可以参考将图3旋转180°后的图)，在使用时，先将铝塑复合膜4平铺在凹模1的具有凹槽部分1-1的一面上，然后使支撑板2下行至与凹模1接触。

在步骤S520中，采用预定压力将凹模1与支撑板2压紧。其中，预定压力例如可以根据经验值来设定，也可以通过试验的方法来确定。比如，预定压力的值可以等于预设的压强值乘以预设面积的乘积的值，预设的压强值例如可以在[1.5,4.0]MPa内取值，例如取值为2MPa，而预设面积例如可以为凹模1的底面面积。这样，通过密封条3，能够使凹模1与支撑板2的接触处密封。

在步骤S530中，通过通气孔2-1向凹槽部分1-1内通入具有预定压强的气体，并使该气体在预定压强下保持预定时间。

预定压强例如可以在[1.5,4.0]MPa气压范围内取值。气体的压强过低，难以达到高压冲压成形的效果，而且冲压成形时间长；而气体的压强过高，可能会造成材料损害，而且容易导致操作不安全。因此，在[1.5,4.0]MPa范围内取值的高压气体能够使得高压冲压成形的效果较好，冲压成形时间短，不易造成材料损害，并且操作相对较为安全。

预定时间例如可以在(0,4]秒范围内取值。时间过短，难以达到成形效果；而时间过长，可能会造成材料损害。因此，气体保持(0,4]秒范围的高压，能够使得高压冲压成形的效果较好，不易造成材料损害。

当预定时间结束时，在步骤S540中将凹槽部分1-1内的气体排出。然后，在步骤S550中，将凹模1与支撑板2相分离，取出成形后的铝塑复合膜。

此外，根据另一种实现方式，上述气压成形方法还可以包括如下步骤：在操作期间将气压成形模具的温度控制在预定温度。由此，在高压气体冲压成形的同时，辅以高温成形，能够使得成形的效果更好，成形速度快、效率高。其中，该预定温度可以根据经验值来设定，也可以通过试验的方法来确定，这里不再详述。

上述本发明的用于锂离子电池包装膜的气压成形模具或气压成形方法，其利用高压气体对锂离子电池所用的软包材料进行成形，能够使冲压成形更为均匀，减轻变形材料减薄程度，从而能够提高企业生产优率，以及增加锂离子电池使用过程中的安全性。此外，相比于传统的机械凹凸模具，本发明的气压成形模具结构更为简单，从而简化了模具结构。

下面将描述利用本发明的气压成形模具及气压成形方法来进行成形的两个应用示例。

在一个应用示例中，电池厚度为2.6mm，选择80μm厚度的铝塑复合膜，采用气压成形方法，设置为单坑成形，制作相应的气压成形模具，凹模左右两侧倾角α为14°(相当于图2中的α'为76°)，前后两侧倾角为8°(图中未示出)，凹槽部分的槽深为2.6mm(该例子中铝塑复合膜的厚度对于电池厚度来说可以忽略不计)。凹槽部分的槽底面与其左右两侧的连接部分的倒角半径为1.3mm，其槽底面与其前后两侧的连接部分的倒角半径为0.9mm。在凹模凹槽部分的外周设置一圈环形槽，该环形槽的截面为半圆形、截面半径为3mm，采用直径7mm的PU聚氨脂橡胶密封圈作为密封条。此外，采用高压气体氮气作为填充物，气压控制在2.5MPa，保压3s后泄压成形。

在另一个应用示例中，电池厚度为8.0mm，选择115μm厚度的铝塑复合膜，采用气压成形方法，设置为单坑成形，制作相应的气压成形模具，凹模左右两侧倾角α为8°(相当于图2中的α'为82°)，前后两侧倾角为5°(图中未示出)，凹槽部分的槽深为8.2mm。凹槽部分的槽底面与其左右两侧的连接部分的倒角半径为4.0mm，其槽底面与其前后两侧的连接部分的倒角半径为1.2mm。在支撑板的一个板面上的、与凹模凹槽部分对应的区域的外周设置一圈环形槽，该环形槽的截面为长宽为4x2mm矩形，采用截面为5x5mm的金属橡胶密封圈作为密封条。此外，采用高压氩气作为填充物，气压控制在2.0MPa，同时在模具上设置加热装置，将工作时的模具温度控制在85℃，保压2s后泄压成形。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种用于锂离子电池包装膜的气压成形模具，其特征在于，所述气压成形模具包括凹模、支撑板和密封条，其中，所述支撑板内开有从其一个板面贯穿至另一板面的通气孔，所述密封条固定或可拆卸地设于所述凹模或所述支撑板的表面上，以在所述凹模与所述支撑板接触时使得所述凹模与所述支撑板的接触处密封。

2.根据权利要求1所述的气压成形模具，其特征在于：

在所述凹模的凹槽部分所在的凹模表面上设有用于放置所述密封条的环状槽；或者在所述支撑板的板面上设有用于放置所述密封条的环状槽。

3.根据权利要求1所述的气压成形模具，其特征在于，所述凹槽部分的侧壁向所述凹槽部分的内部倾斜，且倾角在(0°,20°)之间。

4.根据权利要求1所述的气压成形模具，其特征在于，所述凹槽部分的槽深被设置成等于所述锂离子电池包装膜成形后的预设厚度。

5.根据权利要求1所述的气压成形模具，其特征在于：

所述凹槽部分的槽底面与所述凹槽部分的左右两侧的连接部分的倒角半径设成等于待包装的锂离子电池裸电芯厚度的一半；和/或

所述凹槽部分的槽底面与所述凹槽部分的前后两侧的连接部分的倒角半径设成0.6-1.5mm之间的任意值。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的气压成形模具，其特征在于，所述气压成形模具还包括加热装置，所述加热装置设置在所述凹模和所述支撑板的预定距离范围内。

7.一种用于锂离子电池包装膜的气压成形方法，其特征在于，所述气压成形方法利用气压成形模具实现，所述气压成形模具包括凹模、支撑板和密封条，其中，所述支撑板内开有从其一个板面贯穿至另一板面的通气孔，所述密封条固定或可拆卸地设于所述凹模或所述支撑板的表面上；所述气压成形方法包括：

将铝塑复合膜平铺在所述凹模与所述支撑板之间，其中，所述凹模的凹槽部分所在的凹模表面与所述支撑板的板面相对放置，且所述铝塑复合膜的面积覆盖所述凹槽部分的开口面积；

采用预定压力将所述凹模与所述支撑板压紧，以通过所述密封条使所述凹模与所述支撑板的接触处密封；

通过所述通气孔向所述凹槽部分内通入具有预定压强的气体，并使所述气体在所述预定压强下保持预定时间；

当所述预定时间结束时，将所述气体从所述凹槽部分内卸除；以及

将所述凹模与所述支撑板分离，以取出成形后的铝塑复合膜。

8.根据权利要求7所述的气压成形方法，其特征在于，

向所述凹槽部分内通入的气体的压强在[1.5,4.0]MPa范围内。

9.根据权利要求7所述的气压成形方法，其特征在于，

所述预定时间在(0,4]秒范围内。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的气压成形方法，其特征在于，所述气压成形方法还包括步骤：

在操作期间将所述气压成形模具的温度控制在预定温度。