CN105826612A - 一种二次锂电池的封边方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种二次锂电池的封边方法，包括以下步骤：(1)绘制二次锂电池待封边的电池边缘的3D模型，将所述3D模型输入3D打印机；(2)将待封边二次锂电池定位至3D打印区域，并使二次锂电池在所述3D打印区域内的相对位置固定；(3)3D打印机根据所述3D模型进行所述电池边缘的模拟并设定打印路径；(4)在所述3D打印机的打印头内装入封边胶，所述打印头按照设定的打印路径运动并同时进行至少一次打印，打印出的封边胶包裹住所述电池边缘；(5)使封边胶固化；本申请的封边方法相比于传统设备贴胶纸，适用范围更广，可施用于任何形状任何型号的电池；使异形边电池封边大规模批量生产成为现实。

Description

一种二次锂电池的封边方法
技术领域
本发明涉及二次锂电池制造技术领域，具体涉及一种二次锂电池的封边方法。
背景技术
二次锂电池裸电芯被上下两个外包装包覆后，在包覆的界面会存在很细的铝层，铝层裸露有导致电器元件短路的风险，封边工艺就是用胶条或者胶水覆盖该铝层，防止露铝发生。传统的单折边及双折边都是应用于形状规则的矩形电池。
单折边工艺指的是胶水由喷枪控量喷在露铝的断面，然后进行单次折边。或者先进行折边然后用胶条将折边后露铝的断面贴封。双折边工艺指的是两次折边将露铝的断面包裹在第二次折边的区域内，达到封边的目的。现有的单折边及双折边工艺都局限于形状规则的矩形电池，设备只需要做到电芯定位、涂胶(包胶)、折边即可。当电池变为异形或者复杂结构时，设备会因设计问题无法在外包装边缘做直线运动，胶水或胶条无法完整的包覆在断面，产生露铝风险。所以传统方案无法应用于非常规形状的电芯。鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本申请的目的在于提供一种二次锂电池的封边装置及封边方法，将胶封和3D打印相结合，解决了异形边折边困难的瓶颈。
本申请的具体技术方案为：
一种二次锂电池的封边方法，包括以下步骤：
(1)绘制二次锂电池待封边的电池边缘的3D模型，将所述3D模型输入3D打印机；
(2)将待封边二次锂电池定位至3D打印区域，并使二次锂电池在所述3D打印区域内的相对位置固定；
(3)3D打印机根据所述3D模型进行所述电池边缘的模拟并设定打印路径；
(4)在所述3D打印机的打印头内装入封边胶，所述打印头按照设定的打印路径运动并同时进行至少一次打印，打印出的封边胶包裹住所述电池边缘；
(5)对封边胶进行固化处理。
优选的，步骤(1)还包括根据所述电池边缘的尺寸，设定打印宽度。
优选的，将所述待封边二次锂电池定位至所述3D打印区域之前，对所述二次锂电池的电池边缘进行整形切边。
优选的，在步骤(4)中，所述打印头包括一对设有涂胶针头并对称设置的涂胶注射器，打印时，一对所述涂胶注射器的涂胶针头分别紧邻所述电池边缘的两侧，并以相同的移动速率和出胶速度同时沿所述打印路径运动，在所述电池边缘的两侧打印上体积均匀的胶体。
优选的，所述涂胶针头的移动速率为5～100mm/s；出胶速度为0.2～4mm3/s。
优选的，所述封边胶的粘度为200mPa·s～400mPa·s。
优选的，所述封边胶为光固化胶或热固化胶；所述光固化胶优选为UV光固化胶，更优选为丙烯酸树脂胶黏剂；所述热固化胶优选为丙烯酸胶黏剂。
优选的，所述光固化胶的固化条件为在100～500cd紫外光照条件下固化5～10秒；所述热固化胶的固化条件为在160℃～180℃条件下固化12～20分钟。
优选的，步骤(5)完成后，在涂布有固化的所述封边胶的所述电池边缘涂折边胶，当所述折边胶半固化时，进行单折边，单折边后进行完全固化。
优选的，所述折边胶为厌氧胶，优选为双甲基丙烯酸三缩四乙二醇酯厌氧胶或甲基丙烯酸羟乙酯厌氧胶。
本发明提供的技术方案可以达到以下有益效果：
本申请的封边方法相比于传统设备贴胶纸，适用范围更广，可施用于任何形状任何型号的电池。工艺开发难度和设备成本大大降低，只需改变内置模型便可改变行动轨迹，且设备稳定性高。使异形边电池封边大规模批量生产成为现实。
附图说明
图1为根据本申请实施例的二次锂电池封边方法中二次锂电池、夹具和打印头的装配关系立体图；
图2为根据本申请实施例的二次锂电池封边方法中打印头对电池边缘涂胶局部A放大图；
图3为根据本申请实施例的二次锂电池封边方法中二次锂电池、夹具和打印头的装配关系侧视图；
图4为根据本申请实施例的二次锂电池封边方法的二次锂电池、夹具和打印头的装配关系局部放大侧视图；
图5为根据本申请实施例中单折边后电池的截面示意；
附图标记，
1，二次锂电池；
11，负极极耳；
12，正极极耳；
13，电池边缘；
2，夹具；
21，吸盘；
3，打印头；
31，涂胶注射器；
32，涂胶针头；
33，封边胶；
4，折边胶。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明提供的技术方案及所给出的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
文中所述“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”均以附图中的电池的放置状态为参照。
本申请所涉及的二次锂电池的封边方法，主要包括以下步骤：
(1)绘制二次锂电池1待封边的电池边缘13的3D模型，将3D模型输入3D打印机；
(2)将待封边二次锂电池1定位至3D打印区域，并使二次锂电池1在3D打印区域内的相对位置固定；
(3)3D打印机根据3D模型进行电池边缘13的模拟并设定打印路径；
(4)在3D打印机的打印头3内装入封边胶33，打印头3按照设定的打印路径运动并同时进行至少一次打印，打印出的封边胶33包裹住电池边缘13；
(5)使封边胶33固化。
上述方案通过将封边胶33与3D打印相结合，3D打印机可以将粘度一定的封边胶33模拟二次锂电池1的形状制作出契合的胶层，保证异形二次锂电池1的边缘都被胶水完美覆盖，达到封边的目的，防止露铝发生。
根据上述封边方法所涉及的设备主要包括：定位固定装置、3D打印机、3D打印机的打印头3即涂胶结构，以及被包装袋包装好的二次锂电池1(包括正极极耳12、负极极耳11、电池边缘13)，如图1和图3所示。
步骤(1)中，按照电池边缘13的尺寸绘制相应的3D模型。通常选用3D制图软件绘制电池边缘13的3D模型，进行二次锂电池1外包装边缘的模拟。3D制图软件可以是任意的制图软件，如SolidWorks、ProE、AutoCAD、CATIA等。
较佳的，步骤(1)还包括根据电池边缘13尺寸，设计合适的打印宽度。
根据设计的打印宽度选择合适内径的针头，针头内径不同，单次打印的涂胶宽度也会改变；当打印宽度过宽时，可采用至少两次的多次打印，即沿相同路径重复涂胶，以保证对电池边缘进行有效包裹。
以使用内径0.41mm的蓝色标准针头为例，打印宽度小于500μm时，采用单次打印涂胶；当打印宽度大于500μm时，进行至少两次打印涂胶，并保证多次打印的胶体连接平整。
较佳的，在将待封边二次锂电池1定位至3D打印区域之前，对待封边二次锂电池1进行整形切边；按照图纸尺寸要求，切除多余的铝塑膜封边，公差要求根据产品要求适当调整；整形切边的方法为切刀切边或冲压方式切边。
较佳的，二次锂电池1整形切边保证切边完整没有毛刺、没有边缘起伏。
步骤(2)中，采用夹具2将二次锂电池1定位固定至3D打印区域内。
较佳的，使用能提供真空压的夹具2，如图1、图2和图4所示，包括真空控制腔和与真空控制腔连接的多个吸盘21。夹具2在二次锂电池1大平面的两侧对称设置，夹具2的吸盘21作用于二次锂电池1的大平面，真空控制腔抽真空产生负压，从而使二次锂电池1被两侧的吸盘21吸附固定住。
将待封边二次锂电池1定位至3D打印区域后，二次锂电池1在3D打印区域内的相对位置固定不动，3D打印机可使用图像传感器(CCD)寻找电池边缘13的外轮廓进行路径模拟，也可以使用已存的路径程序。由于同一形状的二次锂电池1在3D打印区域内的相对位置是固定的，所以在3D打印区域内的外轮廓也是一致的，所以只需要对第一块二次锂电池1的外轮廓进行模拟，设定路径即可。
作为本申请的一种改进，如图1-4所示，打印头3包括一对设有涂胶针头32的涂胶注射器31，一对涂胶注射器31对称设置(如附图中的上下对称设置)，打印时，一对涂胶注射器31的涂胶针头32分别紧邻电池边缘13的两侧；将选定的封边胶33注入涂胶注射器31中，两个涂胶注射器31由3D打印机的运动控制设备控制，并给予一定稳定的压力，以相同的移动速率和出胶速度同时沿打印路径运动，从涂胶针头32向电池边缘13施涂封边胶33，在电池边缘13的两侧留下体积均匀的胶体，包裹住电池边缘13。
较佳的，涂胶针头32的移动速率为5～100mm/s；出胶速度为0.2～4mm3/s。
较佳的，本申请涂胶针头32的内径为0.21～1.43mm。
作为本申请的改进，封边胶33粘度为200mPa·s～400mPa·s。粘度过低的胶水将造成液体柱断开，导致胶体不连续，或液体流过断面而形成缺口，造成露铝。粘度过高的胶水会导致流动性降低，液体不能顺畅的流至断面，造成断面部分露铝。同时，对于某些带有狭窄细缝涂胶的区域，胶体粘度过大会导致窄细缝被胶堵死，在以后的折边或使用过程中产生潜在的风险。
作为本申请的改进，步骤(4)所用封边胶33为光固化胶或热固化胶。光固化胶或热固化胶，进入紫外光环境或热环境进行即可完全固化，成型速度快。在大批量生产的过程中，固化速度将影响单位时间出产二次锂电池1的效率，且其他方式成型，如低温固化，在折边过程和烫边过程中可能会导致胶水开裂或融化，使断面保护失效。
其中，光固化胶优选UV光固化胶，如丙烯酸树脂胶黏剂。丙烯酸树脂胶黏剂主要成分是丙烯酸树脂、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸羟乙酯和二氧化硅等。
较佳的，热固化胶优选丙烯酸胶黏剂。
较佳的，光固化胶的固化条件为在100～500cd紫外光照条件下固化5～10秒。
较佳的，热固化胶的固化条件为在160℃～180℃条件下固化12～20分钟。
作为本申请的一种改进，封边过程还包括单折边步骤：如图5所示，在涂布有固化的封边胶33的电池边缘13涂折边胶4，待折边胶4半固化时，进行单折边工艺，折边后进行完全固化，以保证单折后的边不会开胶。
较佳的，本申请折边胶4为厌氧胶，包括双甲基丙烯酸三缩四乙二醇酯厌氧胶，甲基丙烯酸羟乙酯厌氧胶等。
实施例1：
1.被包装袋包装的待封边二次锂电池1如图1所示，二次锂电池1大面呈L形；电池边缘13的宽度为2.5mm，电池边缘13待封边的设计宽度为0.4mm；首先采用3D制图软件绘制待封边的电池边缘13的3D模型，将3D模型输入3D打印机，并选定打印头3的涂胶针头32为内径为0.41mm的针头；
2.采用切刀进行切边，切除多余的铝塑膜封边，并保证切边完整没有毛刺、没有边缘起伏；
3.使用夹具2将整形切边后的待封边二次锂电池1定位至3D打印区域内并使二次锂电池1大面水平放置，使二次锂电池1在3D打印区域内的相对位置固定；
4.3D打印机根据前述的3D模型进行电池边缘13的模拟并设定打印路径；
5.在涂胶注射器31中装配粘度为374mPa·s的丙烯酸树脂UV光固化胶；启动打印时，一对涂胶注射器31的涂胶针头32分别紧邻电池边缘13的两侧，打印机的运动控制设备同时控制两个涂胶注射器31运动，并给与涂胶注射器31一稳定的压力，使两个涂胶注射器31的涂胶针头32按照前述的打印路径、以相同的移动速率100mm/s和出胶速度4mm3/s同时沿电池边缘13的轨迹运动，从涂胶针头32向电池边缘13施涂封边胶33，在电池边缘13的两侧留下体积均匀的胶体，两侧的胶体形成封闭结构，包裹住电池边缘13；
6.夹具2携带已封边的二次锂电池1进入UV光环境进行胶水固化7秒，达到完全固化；
7.在前述涂布有固化的封边胶33的电池边缘13处涂粘结力良好的甲基丙烯酸羟乙酯厌氧胶，待胶水半固化的时候进行单折边工艺，折边后进行完全固化，保证单折后的边不会开胶。
进行下个相同形状二次锂电池1的封边时，只需将待封边二次锂电池1装入夹具2定位固定，即可按与第一个二次锂电池1相同的路径进行打印涂胶。若进入下一个二次锂电池1的形状与上述二次锂电池1的形状不相同，那么就需要按照上述封边方法的步骤重新进行打印涂胶。
实施例2
1.被包装袋包装的待封边二次锂电池1如图1所示，二次锂电池1大面呈L形；电池边缘13的宽度为2.5mm，电池边缘13待封边的设计宽度为0.4mm；首先采用3D制图软件绘制待封边的电池边缘13的3D模型，将3D模型输入3D打印机，并选定打印头3的涂胶针头32为内径为0.41mm的针头；
2.采用切刀进行切边，切除多余的铝塑膜封边，并保证切边完整没有毛刺、没有边缘起伏；
3.使用夹具2将整形切边后的待封边二次锂电池1定位至3D打印区域内并使二次锂电池1大面水平放置，使二次锂电池1在3D打印区域内的相对位置固定；
4.3D打印机根据前述的3D模型进行电池边缘13的模拟并设定打印路径；
5.在涂胶注射器31中装配粘度为374mPa·s的UV光固化胶；进行两次重复打印涂胶；每次打印涂胶，涂胶注射器31移动速率相同，均为100mm/s，出胶速度也相同，均为4mm3/s，电池边缘13两侧的注射针头同时沿设计宽度的边缘轨迹运动，从注射针头向该宽度边缘的待封边位置施涂封边胶33，在电池边缘13的两侧留下体积均匀的胶体，在电池边缘13最外侧，胶体在电池边缘13切边后的断面形成封闭结构，包裹住断面，两次打印涂胶重叠，如此，能够更加有效的对电池边缘进行包裹；
6.夹具2携带已封边的二次锂电池1进入UV光环境进行胶水固化7秒，达到完全固化；
7.在前述涂布有固化的封边胶33的电池边缘13处涂粘结力良好的反甲基丙烯酸羟乙酯厌氧胶，待胶水半固化的时候进行单折边工艺，折边后进行完全固化，保证单折后的边不会开胶。
进行下一个相同形状二次锂电池1的封边时，只需将待封边二次锂电池1装入夹具2固定固定，即可按与第一个二次锂电池1相同的路径进行打印涂胶。若进入下一个二次锂电池1的形状与上一个二次锂电池1的形状不相同，那么就需要按照上述封边方法的步骤重新进行打印涂胶。
本申请虽然以较佳实施例公开如上，但并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本申请构思的前提下，都可以做出若干可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种二次锂电池的封边方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)绘制二次锂电池待封边的电池边缘的3D模型，将所述3D模型输入3D打印机；
(2)将待封边二次锂电池定位至3D打印区域，并使二次锂电池在所述3D打印区域内的相对位置固定；
(3)3D打印机根据所述3D模型进行所述电池边缘的模拟并设定打印路径；
(4)在所述3D打印机的打印头内装入封边胶，所述打印头按照设定的打印路径运动并同时进行至少一次打印，打印出的封边胶包裹住所述电池边缘；
(5)对封边胶进行固化处理。
2.根据权利要求1所述的封边方法，其特征在于，步骤(1)还包括根据所述电池边缘的尺寸，设定打印宽度。
3.根据权利要求1所述的封边方法，其特征在于，将所述待封边二次锂电池定位至所述3D打印区域之前，对所述二次锂电池的电池边缘进行整形切边。
4.根据权利要求1所述的封边方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述打印头包括一对设有涂胶针头并对称设置的涂胶注射器，打印时，一对所述涂胶注射器的涂胶针头分别紧邻所述电池边缘的两侧，并以相同的移动速率和出胶速度同时沿所述打印路径运动，在所述电池边缘的两侧打印上体积均匀的胶体。
5.根据权利要求4所述的封边方法，其特征在于，涂胶针头的移动速率为5～100mm/s；出胶速度为0.2～4mm3/s。
6.根据权利要求1所述的封边方法，其特征在于，所述封边胶的粘度为200mPa·s～400mPa·s。
7.根据权利要求1所述的封边方法，其特征在于，所述封边胶为光固化胶或热固化胶；所述光固化胶优选为UV光固化胶，更优选为丙烯酸树脂胶黏剂；所述热固化胶优选为丙烯酸胶黏剂。
8.根据权利要求7所述的封边方法，其特征在于，所述光固化胶的固化条件为在100～500cd紫外光照条件下固化5～10秒；所述热固化胶的固化条件为在160℃～180℃条件下固化12～20分钟。
9.根据权利要求1所述的封边方法，其特征在于，步骤(5)完成后，在涂布有固化的所述封边胶的所述电池边缘涂折边胶，当所述折边胶半固化时，进行单折边，单折边后进行完全固化。
10.根据权利要求9所述的封边方法，其特征在于，所述折边胶为厌氧胶，优选为双甲基丙烯酸三缩四乙二醇酯厌氧胶或甲基丙烯酸羟乙酯厌氧胶。
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