CN105552299B - 注液机及其注液单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注液机及其注液单元，包括机台、升降装置、电磁阀组、电芯定位夹具、至少两个注液单元及向各所述注液单元注液的注液泵，所述注液单元位于所述电芯定位夹具的上方，所述升降装置驱动所述注液单元升降，所述注液单元包括注嘴、容量室、液体管及气体孔，所述容量室的下部与注嘴相通，所述容量室的上部与气体孔相通，所述液体管的上部向上伸出，所述液体管的下部向下伸入所述容量室，所述液体管、气体孔及容量室相通，各所述注液单元的气体孔头尾依次串联而形成气体通路；所述电磁阀组具有多个电磁阀，所述电芯定位夹具具有定位空间。注液机能用普通泵一个周期对大批量电芯同时精确注液，极大提高了注液效率和降低了注液成本。

Description

注液机及其注液单元

技术领域

本申请涉及一种注液机。

背景技术

锂电池(电芯)包括外壳、卷芯及电解液，外壳包括壳体和盖帽，盖帽具有一个与盖板(为外壳的一部分)绝缘的铆钉(电极)，外壳把卷芯、电解液封闭起来，卷芯由正极片、隔膜、负极片一同卷绕而成，对铝壳电池，正极片通过正连接导体从内部与外壳相连接，把卷芯的正极引到外壳，负极片通过负连接导体与盖帽的铆钉(电极)相连接，把卷芯的负极引出到电池外壳外面。壳体从形状分有方体和圆柱体两种，从材料分有铝壳和钢壳两种。方体电芯盖帽设有注液孔，电芯化成后用钢珠封住注液孔，使电芯内部与外界空气隔绝。

现在锂电池灌注电解液有两种方式：倒吸式和注液式，这两种方法都需要先把电芯内部抽真空，然后充氮气把电解液压入电芯内，为提高电芯容量和循环次数，常需要采取多次灌注、抽真空、注氮气等工艺，费时费力。对需要精确注液的高容量电芯，需要采用能定量注液的注液泵，具体是，把电芯放入密封箱里，在电芯注液孔设置容量杯，容量杯与电芯内空间相通，用注液泵把一定量电解液注到容量杯里，然后把密封箱抽真空，电芯里的气体穿过容量杯里的电解液逸出，电芯内空间也逐渐变成真空，待达到一定真空度后，给密封箱通入一定压力的氮气，容量杯里的电解液就被压入电芯内空间。定量注液泵比较贵，便宜的都要几千元人民币一台，对批量电芯，比如700个电芯，不可能做到一个电芯对应一台注液泵，因此现在的注液机注液效率就比较低，一个周期注液也就顶多十几、二十个电芯。

发明内容

本发明提供一种新的注液机。

本发明提供一种注液机，包括机台、升降装置、电磁阀组、电芯定位夹具、至少两个注液单元及向各所述注液单元注液的注液泵，所述升降装置、电芯定位夹具及电磁阀组设于所述机台，所述注液单元位于所述电芯定位夹具的上方，所述升降装置驱动所述注液单元升降，所述注液单元包括注嘴、容量室、液体管及气体孔，所述容量室的下部与注嘴相通，所述容量室的上部通过连通孔与气体孔相通，所述连通孔的内径小于所述容量室中部的内径，所述液体管的上部向上伸出，所述液体管的下部向下伸入所述容量室，所述液体管、气体孔及容量室相通，各所述注液单元的气体孔头尾依次串联而形成气体通路；所述电磁阀组具有多个电磁阀，其具有第一接口及第二接口，所述气体通路的一端与所述第一接口连通，所述气体通路的另一端与所述第二接口连通；所述电芯定位夹具具有定位空间；所述机台还设有注液泵、截止阀及集管箱，所述注液泵通过所述截止阀给所述集管箱供液，各所述注液单元的液体管通过与其对应的连接管与所述集管箱连通。

所述连通孔还包括具有上下贯穿的突管孔的突管，所述突管自所述气体孔的下表面向上延伸。

连通孔可以不向上伸出气体孔的下表面，即连通孔可以设于气体孔下表面和容量室上部的顶表面之间；连通孔也可以向上伸出气体孔的下表面，即连通孔可以包括自气体孔下表面向上延伸的突管。

所述电芯定位夹具包括多个挡板，各所述挡板围出所述定位空间，且其中至少一个所述挡板与气缸连接。

挡板中，可以有部分挡板固定或者全部都活动。通过气缸驱动挡板移动，能够实现对定位空间大小的调整。

升降装置包括框架、横梁及升降气缸，升降气缸固定于机台，升降气缸的轴端与框架连接，横梁固定于框架，注液单元固定于横梁。在升降气缸的作用下，注液单元可以升降。

液体管与连接软管连接后，液体管与外界空气隔离。

容量室可以在注液单元内部上下延伸，气体孔可以左右贯穿注液单元。注嘴位于注液单元的底部。

注嘴上可以套有密封圈。

所述液体管穿过所述连通孔，且所述液体管的外径小于所述连通孔的内径。

当连通孔包括突管时，液体管向下穿过该突管的突管孔后伸入容量室。

通过设置突管，可以精确计量。

在另一种结构中，液体管通过专门的通孔伸入容量室，而不需要通过连通孔。

所述容量室包括上容量室及下容量室，且所述上容量室和下容量室滑动配合或螺纹配合。通过该滑动配合或螺纹配合，可以调整容量室的大小。

所述容量室包括检测室，所述检测室安装有液面传感器。

所述电磁阀组包括真空电磁阀、氮气电磁阀、电解液回收电磁阀、排气电池阀及负压电磁阀，所述第一接口设于所述电解液回收电磁阀，所述第二接口设于氮气电磁阀，所述真空电磁阀、排气电池阀和负压电磁阀均与所述氮气电磁阀或电解液回收电磁阀并联。

所述机台还设有截止阀及集管箱，所述注液泵通过所述截止阀给所述集管箱供液，各所述注液单元的液体管通过与其对应的连接管与所述集管箱连通。即，一个注液泵可以通过多个并联连接管向对应数量注液单元供液。

一种注液机的注液单元，包括注嘴、容量室、液体管及气体孔，所述容量室的下部与注嘴相通，所述容量室的上部通过连通孔与气体孔相通，所述连通孔的内径小于所述容量室中部的内径，所述液体管的上部向上伸出，所述液体管的下部向下伸入所述容量室，所述液体管、气体孔及容量室相通。

本发明的有益效果是：可以取消价格昂贵的定量注液泵，能用普通泵一个周期对大批量电芯同时精确注液，极大提高了注液效率和降低了注液成本。

附图说明

图1是本实施方式注液机的总体结构示意图；

图2是本实施方式注液机的电芯定位夹具的立体结构示意图；

图3是本实施方式注液机的注液单元的结构示意图(液体管穿过连通孔)；

图4是本实施方式的注液单元改进的主视示意图；

图5是本实施方式的注液单元改进的左视示意图；

图6是图5的调节板、螺栓的左视示意图；

图7是本实施方式的注液单元的另一种结构示意图(液体管与连通孔分两路)

图8是本实施方式的注液机的管路连接示意图；

图9是本实施方式注液机的容量室上下部分螺旋连接的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1至图8所示，本实施方式注液机包括电气控制箱8、机台1、升降装置2、注液单元3、电芯定位夹具4及电磁阀组9。

如图1所示，升降装置2包括框架5、横梁6及升降气缸7。升降气缸7套端垂直固定在机台1平面上，升降气缸7轴端与框架5固定并驱动框架5上下移动，横梁6固定在框架5上且位置可调节。注液单元3固定在横梁6上且位置可上下左右调节。横梁6和注液单元3位置均可调节，可为各种不同型号的电芯注液。注液单元在横梁上下可调节是为了适应不同高度的电芯注液和适应注液单元注嘴与电芯注液孔的距离的精细调节。

如图2所示，电芯定位夹具4固定在机台1平面上，包括固定挡板10、活动挡板11及活动挡板气缸12。固定挡板10有两块呈90度夹角并均与机台1平面垂直，活动挡板11有两块呈90度夹角并均与机台1平面垂直，活动挡板11由活动挡板气缸12驱动，一组电芯13(一组可以含有多排、每排可以含有多个电芯)放入这四个挡板中间，两个活动挡板11把这组电芯推到固定挡板10和把电芯13对齐固定定位。固定挡板和活动挡板围出能够定位电芯的定位空间40。

如图3至图7及图9所示，注液单元3包括注嘴14、注嘴弹性密封圈15、容量室16、气体孔17、液体管22及连通孔45，容量室16下方与注嘴孔20相通，容量室16上方通过连通孔45与气体孔17相通。连通孔包括突管19，突管19设置在气体孔17里面，突管高于气体孔17下表面32并低于气体孔的上表面44，突管具有上下贯穿的突管孔21。液体管22穿过带突管19的连通孔45伸进到容量室16上方，液体管22与气体孔17、容量室16相通，与外界空气隔离，容量室16形状可以为中部为圆柱体形，下部为漏斗形、上部为倒漏斗形。电解液可通过液体管22注入到容量室16里。在注嘴14向下压住电芯13后与外界空气密封隔离，每个注嘴14都具有一个环形密封圈15，在注嘴14向下压住电芯13后使注嘴孔20与外界空气密封隔离和运行时防止泄露。注液单元3的突管19不是必须的，即气体孔17可以通过连通孔45与容量室16上方连通，连通孔45上端与气体孔下表面32平齐(如图9所示)。连通孔45内径远小于容量室16中部内径，且具有适当的高度。突管孔21是连通孔45在气体孔17内的延伸(如图7所示)。

如图8所示，电解液注液泵34出口加装一个截止阀35，在注液泵停止运行期间，截止阀35把集管箱36与注液泵34出口之间的管路关闭，防止系统抽真空、打氮气时，把液体管22的电解液抽出来、压回去。

当液体管穿过连通孔给容量室充液时，液体管外径不能与连通孔内径相近，要远小于连通孔内径，以方便容量室在接受电解液过程中排出容量室原来存在的气体。注液时，气体孔连通的排气电磁阀要通电打开或开启负压电磁阀，以排出电解液进入容量室后占用空间被驱赶出来的气体。

连通孔的内径为两毫米左右并远小于容量室中部的内径，并且连通孔的突管的壁厚尽可能薄，尤其在端面的壁厚越薄越好。在液体管给容量室注满电解液后，多余的电解液通过连通孔溢出流到气体孔下面后再流回到电解液回收容器内。对注液单元，起溢流作用的连通孔内径越细小，突管壁厚越薄，突管端面面积就越小，突管端面积的电解液高一点、低一点相对容量室的电解液来说占比很小了，因此，这种注液单元的重复精度非常好，重复注液的一致性精度也非常好，把注液单元的容量校准后，每次注液的精度就有保证。这样就可以用一台普通注液泵(不要求具有定量功能)通过几十、几百根软管连接到对应数量的注液单元给对应数量的电芯精确注液。

注嘴孔直径为一毫米左右，有适当的高度，远小于容量室中部的内径，是为了给容量室充电解液时，注液孔具有毛细管效应使电解液能悬浮在容量室里而不向下流进电芯里。

容量室高度也有限制，若注液量很大，尽量使容量室中部内径变大。容量室高了，在给容量室充电解液时，随着液面提高，注嘴孔的静压力就会增大，电解液就容易向下流进电芯里，造成注液不准。

如图7所示，液体管22可以设置专门通路抵达容量室16里，没有借道带突管19的连通孔45。

为能检测每个注液单元充满电解液，在图3的基础上做的改进如图4所示，在容量室16顶部设置一个检测室23，在检测室23顶面安装一个液面开关、液面传感器24。检测室23与突管孔21相通，为保证注液精度，要求用尺寸尽量小的液面开关、传感器，相应地，检测室23空间也尽可能小。并且，液面开关动作后，注液泵不立即关断，而是保持通电一小段时间，确保容量室电解液能从突管溢出，从而确保注液精度。如图9所示，液面开关、传感器24也可以设置在气体孔17里，位于连通孔45(突管孔21)之上适当高度位置。当连通孔、突管孔没有电解液溢出时，液面开关、传感器没有感应信号，当连通孔、突管孔溢出电解液时，传感器有感应信号。即，液面传感器向下伸入气体孔内并位于连通孔上方，当有电解液溢出时，传感器即有感应信号。

为能根据不同电芯型号提供不同的注液量，在图3的基础上做的改进如图4、图5、图6所示，把容量室16分成上下两部分，上部分25下端设置凹矩形槽26和安装O形密封圈27，使上部分25能与下部分28上下相对移动且密封，上部分25插入下部分28的深浅就可以调节容量室16的体积。在下部分28上端两侧延伸两个垂直(相对机台平面)的调节板29，调节板29开有上下方向的长条形孔30，在上部分25的上端相应设置两个水平螺栓31(相对机台平面)，用螺母33把调节板29固定在螺栓31上，也就使容量室16上下两部分相固定了。容量室的上部分称为上容量室41，热容量室的下部分称为下容量室42，上容量室和下容量室滑动配合，使下容量室可以相对上容量室上下移动，从而实现对容量室容量的调节。检测室23位于上容量室41的上部。

如图9所示，容量室16上部分25设置外螺纹，下部分28设置内螺纹，旋转下部分28，容量室下部分28可以相对容量室上部分25上下移动，可以调节容量室16的容量。容量室上、下部分的螺纹间隙用密封胶密封。

如图8所示，每个注液单元的气体孔17头尾依次串联连通起来，这样构成一个具有两端的气体通路，把这两端连到电磁阀组上。电磁阀组可以包括真空电磁阀K3、氮气电磁阀K2、电解液回收电磁阀K1、排气电池阀K4、负压电磁阀K5，气体通路两端的一端与电解液回收电磁阀K1连接，另一端与氮气电磁阀K2连接，真空电磁阀K3、排气电池阀K4、负压电磁阀K5可以任意与电解液回收电磁阀K1或氮气电磁阀K2并联。电解液回收电池阀K1与电解液回收容器相通，排气电磁阀与外界空气相通。当然，一个气体通路注液单元的数量也不能太多，若注液单元数量很多，可合理分成几个并联气体通路。注液泵34通过截止阀35给集管箱36供液，集管箱36通过一根根软管37与对应数量的注液单元3的液体管22连通。为保证每个注液单元容量室注满时间尽量一致，每根软管37的长度相同。构成气体通路的所有注液单元的气体孔17距机台水平台面的高度可以一致。

电气控制箱按工序控制各种电磁阀(升降装置气缸、活动挡板气缸、氮气、真空、电解液回收、排气电磁阀、负压电磁阀)和注液泵马达。

如图1至图9所示，注液单元3固定在升降装置2框架5的横梁6上，随升降气缸7的气缸轴上下移动，注液单元3在上位置(初始位置)时，方便电芯放入电芯定位夹具4里，注液单元3在下位置(工作位置)时，每个注嘴孔20与电芯13注液孔相对、注嘴的密封圈15承受一定的压力而变形，确保密封效果与外界空气隔离和防止泄露，电芯内部空间通过注嘴孔20与气体孔17、液体管22相通，通过控制电磁阀组和注液泵马达，接受外部抽真空、注氮气、容量室充液、排气、负压、电芯注液、残液回收等的作业。

注液机工作过程如下：

1、把电芯放入电芯定位夹具里，两个活动挡板气缸电磁阀推进线圈通电，把两个活动挡板向里推进，把电芯压紧和定位。

2、升降气缸电磁阀下降线圈通电，使注液单元向下移动，注嘴压住电芯注液孔。

4、按工艺要求，真空电磁阀、氮气电磁阀交替通电工作，把电芯湿气排除。

5、氮气电磁阀工作，电芯充入氮气，为注液单元充液预备。

6、氮气电磁阀断电，注液泵通电，同时排气电磁阀工作，给容量室充入电解液，待液面开关全部显示注满液后，注液泵延时工作一小段时间后断电，排气电磁阀也断电。为确保容量室充液过程中，容量室电解液不向下流到电芯里，造成电芯注液不准，可以充液过程中，在容量室充液完成1/5-1/4后，把排气电磁阀关闭，开启负压电磁阀，保持注液单元气体孔一定的负压，抵消容量室电解液液面上升导致注嘴孔静压的上升。

7、真空电磁阀通电，把电芯里的氮气抽成真空，为电芯注液预备。

8、真空电磁阀断电，氮气电磁阀通电，把容量室的电解液压进电芯里。电芯注液。

9、在容量室电解液排空后，氮气电磁阀保持通电，回收电磁阀开始通电，把残留在气体孔里的电解液吹到电解液回收容器里。

10、升降气缸电磁阀向下线圈断电，升降气缸电磁阀向上线圈通电，注液单元向上移动复位。

11、活动挡板气缸电磁阀推进线圈断电，活动挡板气缸后退线圈通电，活动挡板后退复位。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种注液机，其特征在于，包括机台、升降装置、电磁阀组、电芯定位夹具、至少两个注液单元及向各所述注液单元注液的注液泵，所述升降装置、电芯定位夹具及电磁阀组设于所述机台，所述注液单元位于所述电芯定位夹具的上方，所述升降装置驱动所述注液单元升降，所述注液单元包括注嘴、容量室、液体管及气体孔，所述容量室的下部与注嘴相通，所述容量室的上部通过连通孔与气体孔相通，所述连通孔的内径小于所述容量室中部的内径，所述液体管的上部向上伸出，所述液体管的下部向下伸入所述容量室，所述液体管、气体孔及容量室相通，各所述注液单元的气体孔头尾依次串联而形成气体通路；所述电磁阀组具有多个电磁阀，所述电磁阀组具有第一接口及第二接口，所述气体通路的一端与所述第一接口连通，所述气体通路的另一端与所述第二接口连通；所述电芯定位夹具具有定位空间；所述机台还设有注液泵、截止阀及集管箱，所述注液泵通过所述截止阀给所述集管箱供液，各所述注液单元的液体管通过与其对应的连接管与所述集管箱连通。

2.如权利要求1所述的注液机，其特征在于，所述电芯定位夹具包括多个挡板，各所述挡板围出所述定位空间，且其中至少一个所述挡板与气缸连接。

3.如权利要求1所述的注液机，其特征在于，所述连通孔还包括具有上下贯穿的突管孔的突管，所述突管自所述气体孔的下表面向上延伸。

4.如权利要求1所述的注液机，其特征在于，所述液体管穿过所述连通孔，且所述液体管的外径小于所述连通孔的内径。

5.如权利要求1所述的注液机，其特征在于，所述容量室包括上容量室及下容量室，且所述上容量室和下容量室滑动配合或螺纹配合。

6.如权利要求1所述的注液机，其特征在于，所述容量室包括检测室，所述检测室安装有液面传感器。

7.如权利要求1所述的注液机，其特征在于，所述电磁阀组包括真空电磁阀、氮气电磁阀、电解液回收电磁阀、排气电池阀及负压电磁阀，所述第一接口设于所述电解液回收电磁阀，所述第二接口设于氮气电磁阀，所述真空电磁阀、排气电池阀和负压电磁阀均与所述氮气电磁阀或电解液回收电磁阀并联。

8.一种注液机的注液单元，其特征在于，包括注嘴、容量室、液体管及气体孔，所述容量室的下部与注嘴相通，所述容量室的上部通过连通孔与气体孔相通，所述连通孔的内径小于所述容量室中部的内径，所述液体管的上部向上伸出，所述液体管的下部向下伸入所述容量室，所述液体管、气体孔及容量室相通。

9.如权利要求8所述的注液单元，其特征在于，所述连通孔还包括具有上下贯穿的突管孔的突管，所述突管设于所述气体孔内，所述突管自所述气体孔的下表面向上延伸。

10.如权利要求8或9所述的注液单元，其特征在于，所述液体管穿过所述连通孔，且所述液体管的外径小于所述连通孔的内径。