CN106486698B - 软包电池封装设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种软包电池封装设备。该设备包括机台及设置在机台上的封印机构；封印机构包括封头组件、与封头组件相连的用于带动封头组件运动的动力组件、分别与封头组件和动力组件相连的控制组件；封头组件包括上下相对设置的上封头和下封头；还包括制冷机构；制冷机构包括制冷组件和制冷传导板；制冷组件设置在机台上方；制冷传导板设置在制冷组件上方，用于放置软包电池；制冷传导板位于上封头和下封头之间的侧边，以使放置在制冷传导板上的软包电池的气袋边缘预封边位于上封头和下封头之间。该软包电池封装设备可有效减少热辐射效应，避免气袋内层熔化，以达到节省原材料、控制产品质量的目的。
Description
技术领域
本发明涉及软包电池生产设备领域，尤其涉及一种软包电池封装设备。
背景技术
软包装锂离子电池以其能量密度高、循环寿命好等优点而受到越来越多厂家的重视。软包装锂离子电池在化成过程中，电解液会与活性物质发生界面反应，在活性物质表面形成一层薄膜，即SEI膜。在SEI膜形成过程中，会产生一定量的气体。为了消除这些气体，一般在电池主体401的侧面保留一个气袋402，气袋402的高度与电池主体401的高度相同(如图1所示)，气袋402的宽度一般为40-80mm，图2中气袋402的宽度为50mm。电池主体401注入电解液后，不能立即形成封装，而是在真空环境下，沿气袋402边缘的预封边403先进行预封，待电池化成完毕后，再进行成型封装并切除气袋402。
在预封过程中，因封头温度较高(170-190℃)，往往会将热量传递给与预封边403相邻的气袋402未封区域，使得该部分气袋402的内层材质(如聚丙烯)发生一定程度的融化，待破除真空后，在大气压力的作用下，该部分内层融化的气袋402会发生粘连现象，这种现象称为热幅射效应。热幅射效应大大减小有效的气袋402尺寸，为了维持气袋402足够的气袋402空间，传统的做法是直接加长气袋402，这种做法极大地浪费原材料(铝塑膜)。而且，这种传统的封装工艺使得气袋402靠近封头一侧发生粘合，粘合区域宽度最大可达20mm，难以控制，严重影响批量产品的一致性，不利于保障产品质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中软包电池预封过程中产生的热辐射效应，导致原材料浪费且影响产品质量的缺陷，提供一种可有效减少热幅射效应的软包电池封装设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种软包电池封装设备，包括机台及设置在所述机台上的封印机构；
所述封印机构包括封头组件、与所述封头组件相连的用于带动所述封头组件运动的动力组件、分别与所述封头组件和所述动力组件相连的控制组件；
所述控制组件用于控制所述动力组件和所述封头组件对软包电池的气袋边缘的预封边进行封装，所述封头组件包括上下相对设置的上封头和下封头；
还包括制冷机构；所述制冷机构包括制冷组件和制冷传导板；所述制冷组件设置在所述机台上方；所述制冷传导板设置在所述制冷组件上方，用于放置所述软包电池；
所述制冷传导板位于所述上封头和下封头之间的侧边，以使放置在所述制冷传导板上的软包电池的气袋边缘的预封边位于所述上封头和下封头之间。
优选地，所述制冷组件包括半导体制冷组件；所述半导体制冷组件包括设置在所述制冷传导板下方的半导体制冷片、与半导体制冷片相连的温度控制元件。
优选地，所述制冷机构还包括设置在所述半导体制冷片下方的散热底板和设置在所述散热底板下方的散热风扇。
优选地，所述散热底板包括若干间隔设置的散热翅片，所述散热翅片之间形成用于放置所述温度控制元件的避空位。
优选地，所述半导体制冷片包括吸热面和放热面；所述吸热面和放热面上均涂覆导热硅胶，所述吸热面紧靠所述制冷传导板并固定，所述放热面紧靠所述散热底板并固定。
优选地，所述制冷机构还包括设置在所述散热底板上方的隔热板；所述隔热板与所述制冷传导板一侧接触，并使所述隔热板上表面与所述制冷传导板上表面平齐。
优选地，所述制冷机构还包括电池定位组件；所述电池定位组件包括定位板和限位螺栓；所述定位板上设有两个滑动槽；所述隔热板和/或制冷传导板设有与所述滑动槽对应的两组限位孔；所述限位螺栓穿过所述滑动槽与所述限位孔，以将所述定位板固定在所述隔热板和/或制冷传导板上。
优选地，所述制冷机构还包括设置在所述散热底板靠近所述封头组件的一端下方的支撑板，以使所述散热底板倾斜设置。
优选地，所述制冷机构还包括设置在半导体制冷组件靠近所述封头组件的一端的耐高温隔热件。
优选地，还包括设置在所述机台上与所述机台配合以形成密闭空间的外罩、设置在所述机台上的密封组件和抽真空组件，所述控制组件与所述密封组件和抽真空组件相连并控制其工作。
本发明与现有技术相比具有如下优点：采用本发明所提供的软包电池封装设备，通过在机台上设置可用于放置软包电池的制冷机构，以使封印机构对气袋边缘的预封边进行压合过程中，封头组件产生的热量通过制冷机构上的制冷传导板导出，使气袋内层温度达不到熔点，从而避免气袋内层熔化，以达到节省原材料、控制产品质量的目的。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是软包电池中的电池主体及气袋的一示意图。
图2是软包电池中的电池主体及气袋的另一示意图。
图3是本实用新型一实施例中软包电池封装设备的立体图。
图4是图3中制冷机构的立体图。
图5是图4的俯视图。
图6是图5中A-A线的剖面图。
图中：100、机台；110、外罩；200、封印机构；210、封头组件；211、上封头；212、下封头；220、动力组件；300、制冷机构；310、半导体制冷组件；311、半导体制冷片；320、制冷传导板；330、电池定位组件；331、定位板；3311、滑动槽；332、限位螺栓；333、限位孔；340、散热底板；341、散热翅片；342、避空位；350、散热风扇；360、隔热板；370、支撑板；380、耐高温隔热件；401、电池主体；402、气袋；403、预封边。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
图3-图6示出本发明一实施例中的软包电池封装设备。该软包电池封装设置包括机台100、设置在机台100工作面上的封印机构200。封印机构200包括封头组件210、与封头组件210相连的用于带动封头组件210运动的动力组件220、分别与封头组件210和动力组件220相连的控制组件(图中未示出)。如图1所示，控制组件用于控制动力组件220和封头组件210对软包电池的气袋402边缘的预封边403进行封装。
具体地，封头组件210包括上下相对设置的上封头211和下封头212，封装时，将电池气袋402朝向封头组件210放置，使气袋402边缘的预封边403处于上封头211和下封头212之间，控制组件控制动力组件220使上封头211和下封头212压合，并控制上封头211和下封头212加热，以达到预封效果。本例中，可以将下封头212固定设置在机台100上，动力组件220与上封头211相连并控制其工作即可。动力组件220包括但不限于气缸，用于在控制组件的作用下控制上封头211和下封头212相向移动，以达到压合目的。
可以理解地，该软包电池封装设备还包括设置在机台100上并与机台100配合以形成密闭空间的外罩110、设置在机台100上的密封组件(图中未示出)和抽真空组件(图中未示出)，控制组件与密封组件和抽真空组件相连并控制其工作。本例中，机台100呈方形设置，外罩110呈棱台形设置，外罩110的一边与机台100的一边相连并可绕机台100转动。可以理解地，密封组件可以采用包括设置在外罩110边缘的橡胶凸起、设置在机台100边缘的与橡胶凸起配合以达到密封效果的橡胶凹槽的结构，也可以采用其他结构。
工作时，将电池的气袋402边缘的预封边403放置在上封头211和下封头212之间，使外罩110闭合到机台100上，并通过密封组件使其外罩110与机台100之间形成密闭空间；再控制抽真空组件进行抽真空，使其真空度达到预设值后；再控制动力组件220带动下封头212下向运动，与上封头211压合；压合时间达到预设值后，控制上封头211向上运动；最后破真空，打开外罩110，取出电池即可。
如图3所示，该软包电池封装设备还包括设置在机台100上的制冷机构300，用于降低软包电池表面温度，避免因温度过高导致软包电池气袋402的内层发生粘连的热辐射效应。具体地，制冷机构300包括制冷组件(图中未示出)和制冷传导板320。其中，制冷组件设置在机台100上方；制冷传导板320设置在制冷组件上方，用于放置软包电池。本例中，制冷传导板320可以是厚度为2～5mm的铝板，也可以采用其他导热性能良好的物质制作而成。
具体地，制冷传导板320被设置在上封头211和下封头212之间的侧边，以使放置在制冷传导板320上的软包电池的气袋402边缘的预封边403位于上封头211和下封头212之间。所谓侧边指制冷传导板320并非位于上封头211和下封头212的正中位置，而是相对上封头211和下封头212之间侧边(左侧或右侧)，如此，当软包电池在制冷传导板320上时，上封头211和下封头212不会直接热封制冷传导板320；而是热封位于上封头211和下封头212之间放置在制冷传导板320上的软包电池的气袋402边缘的预封边403。
具体地，制冷组件可以是半导体制冷组件310，也可以是冷却循环水冷却装置，或者以冷媒为介质的蒸发器。本例中，半导体制冷组件310包括设置在制冷传导板320下方的半导体制冷片311、与半导体制冷片311相连的温度控制元件(图中未示出)。在封装过程中，温度控制元件实时监控制冷传导板320表面温度，并控制半导体制冷片311工作，以使制冷传导板320表面温度达到预设值，从而及时将封头组件210封装时产生的热量导走，降低软包电池气袋402表面温度，避免气袋402内层熔化，从而降低热辐射效应。
可以理解地，由于半导体制冷片311工作时会产生一定的热量，为避免其产生的热量传导至与其相连的制冷传导板320，导致制冷传导板320的温度升高，在半导体制冷片311下方还设有的散热底板340，用以及时将半导体制冷片311产生的热量导走。
具体地，半导体制冷片311的吸热面和放热面均涂覆导热硅胶，半导体制冷片311的吸热面紧靠制冷传导板320并固定，放热面紧靠散热底板340并固定。导热硅胶具有超强的导热性能，可加快其导热效果；而且，导热硅胶具有不会固体化且其粘结性能强的特性，可以保证半导体制冷片311与制冷传导板320和散热底板340紧密连接；并且，导热硅胶不会导电，可以避免出现电路短路问题。
具体地，散热底板340可以采用导热性能良好的铝板制作而成，也可以采用其他材料制成。如图4、图6所示，散热底板340包括若干间隔设置的散热翅片341，散热翅片341之间形成用于放置温度控制元件的避空位342。可以理解地，为了加快散热底板340的散热效果，还可以在散热底板340下方设置散热风扇350。
如图4、图6所示，制冷机构300还包括设置在散热底板340上方的隔热板360，隔热板360与制冷传导板320一侧接触，并使隔热板360上表面与制冷传导板320上表面平齐，用以防止散热底板340的热量传导给制冷传导板320。
如图4、图6所示，制冷机构300还包括设置在半导体制冷组件310靠近封头组件210的一端的耐高温隔热件380。耐高温隔热件380与靠近封头组件210的制冷传导板320、半导体制冷片311、散热底板340的一端接触。工作时，软包电池的气袋402边缘的预封边403延伸出耐高温隔热件380，在封装过程中，耐高温隔热件380起到隔热效果。本例中，耐高温隔热件380优选采用厚度为3～8mm的石棉板，成本低且隔热效果好。
如图4所示，该软包电池封装设备还包括设置在散热底板340靠近封头组件210一端下方的支撑板370，以使散热底板340倾斜设置，相应地，散热底板340上远离支撑板370一端的若干散热翅片341由短而长，与支撑板370相对设置。
可以理解地，在封装过程中，为避免软包电池内的电解液泄露，可以将制冷机构300和封印机构200倾斜设置。本例中，在散热底板340下方一端设置支撑板370，可使散热底板340上的制冷传导板320倾斜设置，软包电池放置在制冷传导板320上，容易出现往下滑动现象。为避免电池滑落，制冷机构300还设有电池定位组件330。
如图3、图5所示，电池定位组件330包括定位板331和限位螺栓332。定位板331上设有两个滑动槽3311；隔热板360和/或制冷传导板320设有与滑动槽3311对应的两组限位孔333；限位螺栓332穿过滑动槽3311与限位孔333，以将定位板331固定在隔热板360和/或制冷传导板320上。工作时，将图1所示软包电池的I侧放置在靠近定位板331一面，II侧靠近封头组件210。可以理解地，定位板331的位置可根据电池型号大小自行调整，即根据I侧与II侧之间的距离确定。可以理解地，可以通过将限位螺栓332固定在限位孔333上，以确定较大的调整范围，再通过调整限位螺栓332上的滑动槽3311的位置以实现距离的微调。
该软包电池封装设备工作过程包括如下步骤：
S1：将电池的气袋402边缘的预封边403放置在上封头211和下封头212之间，使外罩110闭合到机台100上，并通过密封组件使其外罩110与机台100之间形成密闭空间。
S2：控制抽真空组件进行抽真空，使其真空度达到预设值，封装前真空度预设值优选为-30～-90kpa。
S3：控制动力组件220推动上封头211向下运动，与下封头212压合，压合时间达到预设值后，控制上封头211向上运动。具体地，压合过程中，上封头211和下封头212的温度控制在170～190℃，上封头211和下封头212压合时间优选为1～5s，采用半导体制冷组件310制冷，控制制冷传导板320的温度在80℃以下。
S4：破除真空，打开外罩110，取出软包电池。
可以理解地，该软包电池封装设备在压合期间，上封头211和下封头212之间的热量传递给气袋402的未封装区域，置于制冷传导板320上方的气袋402吸收到的热量及时被温度较低的制冷传导板320带走，使气袋402内层温度达不到其熔点，从而在破除真空后，也不会发生气袋402粘连现象，进而消除热辐射效应。可以理解地，封印机构200中的控制组件实时监控上封头211和下封头212的温度和真空度，温度控制元件实时监控制冷传导板320的温度，在这些参数未达到预设值时，不控制其工作。
以生产503030AGJ-450mAh电池为例，在封装前真空度为-0.6Mpa,上封头211和下封头212的温度为180℃，压合时间为3s,控制制冷传导板320的温度为70℃的情况下，采用传统的封装设备和本实施例的提供的软包电池封装设备进行试验，并比对两者的热辐射尺寸值(见表一)，其中，改善后热辐射尺寸为采用本实施例所提供的软包电池封装设备对应的热辐射尺寸。
如表一所示，采用本发明所提供软包电池封装设备的电池封装过程中顶封边更短，顶封效果更为理想，顶封边宽度可以控制得更窄，在1.5mm以下，与传统软包电池封装设备相比，可减少热辐射效应区域宽度将近10mm,使得气袋402预留尺寸可以减少10mm,节省铝塑膜用量11.0％，进而节省电池生产成本。
表一热辐射效应实验中热辐射尺寸值
| 编号 | 改善后热辐射尺寸(mm) | 未改善热辐射尺寸(mm) |
| 1 | 1.46 | 11.9 |
| 2 | 2.03 | 13.9 |
| 3 | 1.49 | 12.8 |
| 4 | 1.61 | 10.1 |
| 5 | 0.89 | 9.6 |
| 6 | 1.11 | 11.3 |
| 7 | 0.97 | 10.2 |
| 8 | 1.09 | 13.2 |
| 9 | 1.35 | 13.1 |
| 10 | 1.47 | 10.2 |
| 11 | 0.93 | 13.8 |
| 12 | 1.91 | 11 |
| 13 | 2.01 | 10.6 |
| 14 | 1.17 | 11.3 |
| 15 | 1.23 | 10.1 |
| 16 | 1.14 | 12.4 |
| 17 | 1.35 | 10.6 |
| 18 | 2.09 | 9.5 |
| 19 | 1.47 | 10.4 |
| 20 | 1.18 | 9.35 |
| 最大值 | 2.09 | 13.9 |
| 最小值 | 0.89 | 9.35 |
| 均值 | 1.3975 | 11.2675 |
本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换和等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。
Claims (10)
1.一种软包电池封装设备，包括机台(100)及设置在所述机台(100)上的封印机构(200)；
所述封印机构(200)包括封头组件(210)、与所述封头组件(210)相连的用于带动所述封头组件(210)运动的动力组件(220)、分别与所述封头组件(210)和所述动力组件(220)相连的控制组件；
所述控制组件用于控制所述动力组件(220)和所述封头组件(210)对软包电池的气袋边缘的预封边(403)进行封装，所述封头组件(210)包括上下相对设置的上封头(211)和下封头(212)；
其特征在于，还包括制冷机构(300)；所述制冷机构(300)包括制冷组件和制冷传导板(320)；所述制冷组件设置在所述机台(100)上方；所述制冷传导板(320)设置在所述制冷组件上方，用于放置所述软包电池；
所述制冷传导板(320)位于所述上封头(211)和下封头(212)之间的侧边，以使放置在所述制冷传导板(320)上的软包电池的气袋边缘的预封边(403)位于所述上封头(211)和下封头(212)之间。
2.根据权利要求1所述的软包电池封装设备，其特征在于，所述制冷组件包括半导体制冷组件(310)；所述半导体制冷组件(310)包括设置在所述制冷传导板(320)下方的半导体制冷片(311)、与半导体制冷片(311)相连的温度控制元件。
3.根据权利要求2所述的软包电池封装设备，其特征在于，所述制冷机构(300)还包括设置在所述半导体制冷片(311)下方的散热底板(340)和设置在所述散热底板(340)下方的散热风扇(350)。
4.根据权利要求3所述的软包电池封装设备，其特征在于，所述散热底板(340)包括若干间隔设置的散热翅片(341)，所述散热翅片(341)之间形成用于放置所述温度控制元件的避空位(342)。
5.根据权利要求3所述的软包电池封装设备，其特征在于，所述半导体制冷片(311)包括吸热面和放热面；所述吸热面和放热面上均涂覆导热硅胶，所述吸热面紧靠所述制冷传导板(320)并固定，所述放热面紧靠所述散热底板(340)并固定。
6.根据权利要求3所述的软包电池封装设备，其特征在于，所述制冷机构(300)还包括设置在所述散热底板(340)上方的隔热板(360)；所述隔热板(360)与所述制冷传导板(320)一侧接触，并使所述隔热板(360)上表面与所述制冷传导板(320)上表面平齐。
7.根据权利要求6所述的软包电池封装设备，其特征在于，所述制冷机构(300)还包括电池定位组件(330)；所述电池定位组件(330)包括定位板(331)和限位螺栓(332)；所述定位板(331)上设有两个滑动槽(3311)；所述隔热板(360)和/或制冷传导板(320)设有与所述滑动槽(3311)对应的两组限位孔(333)；所述限位螺栓(332)穿过所述滑动槽(3311)与所述限位孔(333)，以将所述定位板(331)固定在所述隔热板(360)和/或制冷传导板(320)上。
8.根据权利要求3所述的软包电池封装设备，其特征在于，所述制冷机构(300)还包括设置在所述散热底板(340)靠近所述封头组件(210)的一端下方的支撑板(370)，以使所述散热底板(340)倾斜设置。
9.根据权利要求3所述的软包电池封装设备，其特征在于，所述制冷机构(300)还包括设置在半导体制冷组件(310)靠近所述封头组件(210)的一端的耐高温隔热件(380)。
10.根据权利要求2-9任一项所述的软包电池封装设备，其特征在于，还包括设置在所述机台(100)上与所述机台(100)配合以形成密闭空间的外罩(110)、设置在所述机台(100)上的密封组件和抽真空组件，所述控制组件与所述密封组件和抽真空组件相连并控制其工作。
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