CN106654376A - 浸润电芯的设备 - Google Patents

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柴明
朱健桦
吕忱
蒋浩民
张丕军
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Abstract

本发明提供了一种浸润电芯的设备，该电芯为软包锂电池电芯，该设备包括：布置为与电芯的两个外侧面的铝塑膜分别吸合的吸盘；以及配置为能够驱动吸盘相对离开预定距离并能够驱动吸盘对电芯的两个外侧面施加预定压力的驱动部件。本发明的实施例由于采用了驱动装置以及吸盘拉动和压紧电芯的两侧，因此加速了电芯内部的气泡破裂，提高了电解液浸润效率。

Description

浸润电芯的设备
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，并且更具体地，涉及一种浸润电芯的设备。
背景技术
锂离子二次电池具有能量密度高、体积小、放点平台特性佳、循环寿命长、无记忆效应且绿色无污染等特点，在电子产品、电动工具、新能源汽车和储能电站领域有着广阔的应用前景。
锂离子电池的生产过程包括制浆、涂布、压延、分条、裁片、叠片、极耳焊接、热封、注液、电解液含浸、化成分容等，其中电解液浸润在锂电池生产的诸多工序中耗费时间最长，因为充分的静置可以保证电解液在电极表面进行彻底的微反应，形成牢固的SEI(solid electrolyte interface，固体电解质界面)膜，避免大基团嵌入电极内部造成活性物质脱落和电池容量跳水，从而保证电池的循环寿命。充分的静置还能全面浸润电极表面，减小电极无效面积，提高电池容量。通常，工厂通过将注液完成后的电池敞口放置于干燥房内24小时以上进行静置，干燥房运营维护成本极高，长时间的静置浪费大量资源，降低生产效率。
现有技术中有一种方法提高生产效率，将锂电池进行电解液注液后一次抽真空并进行预封处理并进入静置阶段。在该工艺中，注液完成后一次抽真空、预封存在两个问题：1、一次抽真空造成未被吸收的电解液分布不均；2、电芯注液后电解液与电极接触的过程中会发生化学反应产生气体，从而会解除一次抽真空对电芯压紧的力或者破坏真空度，造成真空失效。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了另一种不同的浸润电芯的设备，能够提高电解液浸润效率。
本发明的电芯为软包锂电池电芯，该设备包括：布置为与电芯的两个外侧面的铝塑膜分别吸合的吸盘，配置为能够驱动吸盘相对离开预定距离并能够驱动吸盘对电芯的两个外侧面施加预定压力的驱动部件。
根据本发明的实施例，该设备还包括控制器，控制器配置为以预定次数重复执行以下控制过程：控制驱动部件驱动吸盘相对离开预定距离以拉开或撑起电芯的两个外侧面的铝塑膜并保持第一预定时间；控制驱动部件驱动吸盘对电芯的两个外侧面施加压力从而以预定压强压紧电芯并保持第二预定时间。
根据本发明的实施例，控制器配置为每次执行控制过程时应用独立的预定压强、第一预定时间和第二预定时间。
根据本发明的实施例，控制器配置为应用的预定距离为3-10mm，第一预定时间为5-60分钟，预定压强为0.5-50KPa，第二预定时间为5-60分钟，预定次数为2-10。
根据本发明的实施例，控制器配置为应用的预定距离为5-8mm，第一预定时间为10-40分钟。
根据本发明的实施例，控制器配置为应用的预定压强为2-30KPa，第二预定时间为10-40分钟。
根据本发明的实施例，控制器配置为应用的预定压强为5-20KPa，第二预定时间为20-30分钟。
根据本发明的实施例，控制器配置为应用的预定次数为3-5。
根据本发明的实施例，当预定次数大于等于2时，控制器配置为每次执行控制过程时应用逐渐增加的压力压紧电芯，其中第二次以后每次应用的预定压强比前一次应用的预定压强增加50％至100％。
根据本发明的实施例，驱动部件的动力源为压缩空气与真空泵或为电机，驱动部件为汽缸。
本发明的实施例由于采用了驱动装置以及吸盘拉动和压紧电芯的两侧，因此加速了电芯内部的气泡破裂，同时提高了电解液浸润效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实 施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明的一个实施例的浸润电芯的设备的示意性结构图。
附图标记说明
1-气囊
2-吸盘
3-驱动装置
4-电芯
5-动力源
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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的一部分实施例，而不是全部实施例。
在锂电池的生产过程中，电芯在注液时不能过量注入电解液，即，注液的量与电极吸附的电解液的量应当相等，电解液在电芯内部电极与隔膜层之间存在类毛细现象，假设隔膜与电极层间距为d，电解液与电极和隔膜之间的接触角为θ，电解液密度为ρ，表面张力系数为σ，重力加速度为g，则电解液在隔膜与电极之间可以上升的高度 (k是公式系数)。由此可见，减小隔膜与电极层间距d可以提高h，从而改善电解液浸润效果。
同时，由于电芯通常具有许多层，在浸润时，电解液从外向内浸润，外部浸润后，内部未浸润的干燥部分即相当于液面下的气泡。对于液面下的气泡存在以下受力平衡：若对电芯施加外力p，则气泡的受力平衡变为
外力p变大时，气泡的直接R变小的同时pg变大；
外力p变小时，气泡的直接R变大的同时pg变小；
当外力p变化幅度较大或者反复变化的时候，气泡破裂的可能性大大增加，从而本发明通过施加外力驱逐电芯内部的气泡，改善浸润效果。
下面将结合附图以及上述两种原理来对本发明的实施例进行说明。
图1为根据本发明的一个实施例的浸润电芯的设备的示意性结构图。电芯为软包锂电池电芯，图1的设备包括：布置为与电芯4的两个外侧面的铝塑膜分别吸合的吸盘2，配置为能够驱动吸盘2相对离开预定距离并能够驱动吸盘2对电芯4的两个外侧面施加预定压力的驱动部件3。
应理解，驱动部件3的动力源优选地为压缩空气与真空泵或电机，驱动部件3可以是液压缸或汽缸等，但并不限于此。优选地，本实施例中将汽缸作为驱动部件3。图中还示出了电芯的铝塑膜形成的气囊1以及为驱动部件3提供动力的动力源5。
本发明的实施例由于采用了驱动装置以及吸盘拉动和压紧电芯的两侧，根据上述的原理，能够通过重复拉动和压紧电芯来改变电芯内隔膜与电极层间距d和对电芯重复施加外力p，因此加速了电芯内部的气泡破裂，改变了未被吸收的电解液的分布，从而提高了电解液浸润效率。另外，本发明实施例的方案可以方便地便于较大规模实施，提高了生产效率。
本发明的上述浸润电芯的设备可以通过手动操作驱动源5来控制驱动部件3对吸盘2的拉开和压紧操作以及其间的静置操作。同时，可选地，作为另一实施例，该设备还包括控制器(未图示)以实现操作过程自动化。具体而言，控制器可以配置为以预定次数重复执行以下控制过程：控制驱动部件3驱动吸盘2相对离开预定距离以拉开或撑起电芯4的两个外侧面的铝塑膜并保持第一预定时间；控制驱动部件3驱动吸盘2对电芯4的两个外侧面施加压力从而以预定压强压紧电芯并保持第二预定时间。
应理解，上述操作过程中由于在拉开吸盘和压紧吸盘时均保持了预定的时间，使得浸润过程更加充分。
根据本发明的实施例，控制器配置为每次执行控制过程时应用独 立的预定压强、第一预定时间和第二预定时间，也即，每次重复拉开吸盘和压紧吸盘可以应用不同的预定压强、第一预定时间和第二预定时间，也可以每次重复上述操作时应用不同的预定压强但采用相同的第一预定时间和第二预定时间，其相互之间并不存在制约关系。
根据本发明的一个实施例，控制器可以配置为应用的预定距离为3-10mm，第一预定时间为5-60分钟，预定压强为0.5-50KPa，第二预定时间为5-60分钟，预定次数为2-10。
根据本发明的另一实施例，控制器可以配置为应用的预定距离为5-8mm，第一预定时间为10-40分钟。
根据本发明的一个实施例，控制器可以配置为应用的预定压强为2-30KPa，第二预定时间为10-40分钟。
根据本发明的再一实施例，控制器可以配置为应用的预定压强为5-20KPa，第二预定时间为20-30分钟。
根据本发明的实施例，控制器可以配置为应用的预定次数为3-5。
根据本发明的实施例，当预定次数大于等于2时，控制器可以配置为每次执行上述控制过程时应用逐渐增加的压力压紧电芯，其中第二次以后每次应用的预定压强可以比前一次应用的预定压强增加50％至100％。
根据本发明的实施例，驱动部件的动力源为压缩空气与真空泵或为电机，驱动部件为汽缸。
下面将基于图1的结构来具体描述根据本发明的浸润电芯的方法优选的实施例以及与比较例之间的对比数据。
<实施例1>
动力源5为压缩空气与真空泵或电机，驱动部件为气缸3。
步骤一：将软包的锂电池电芯按照设计注液量进行注液；
步骤二：吸盘2在气缸3的作用下拉开电芯的铝塑膜5毫米，静置30分钟；
步骤三：吸盘2在气缸3的作用下以5KPa的压强挤压电芯，静置30分钟；
步骤四：吸盘2在气缸3的作用下拉开电芯的铝塑膜5毫米，静置30分钟；
步骤五：吸盘2在气缸3的作用下以8.3KPa的压强挤压电芯，静置30分钟；
步骤六：吸盘2在气缸3的作用下拉开电芯的铝塑膜5毫米，静置30分钟；
步骤七：吸盘2在气缸3的作用下以16.7KPa的压强挤压电芯，静置30分钟；
步骤八：将电芯预封，再静置7小时。
<实施例2>
动力源5为压缩空气与真空泵，驱动部件为气缸3。
步骤一：将软包的锂电池电芯按照设计注液量进行注液；
步骤二：吸盘2在气缸3的作用下拉开电芯的铝塑膜5毫米，静置分钟30分钟；
步骤三：吸盘2在气缸3的作用下以0.83KPa的压强挤压电芯，静置分钟30分钟；
步骤四：吸盘2在气缸3的作用下拉开电芯的铝塑膜5毫米，静置分钟30分钟；
步骤五：吸盘2在气缸3的作用下以1.67KPa的压强挤压电芯，静置30分钟；
步骤六：吸盘2在气缸3的作用下拉开电芯的铝塑膜5毫米，静置30分钟；
步骤七：吸盘2在气缸3的作用下以5KPa的压强挤压电芯，静置30分钟；
步骤八：将电芯预封，再静置7小时。
<实施例3>
动力源5为压缩空气与真空泵。
步骤一：将软包的锂电池电芯按照设计注液量进行注液；
步骤二：吸盘2在气缸3的作用下拉开电芯的铝塑膜5毫米，静置分钟30分钟；
步骤三：吸盘2在气缸3的作用下以16.7KPa的压强挤压电芯，静置分钟30分钟；
步骤四：吸盘2在气缸3的作用下拉开电芯的铝塑膜5毫米，静 置分钟30分钟；
步骤五：吸盘2在气缸3的作用下以33.3KPa的压强挤压电芯，静置30分钟；
步骤六：吸盘2在气缸3的作用下拉开电芯的铝塑膜5毫米，静置30分钟；
步骤七：吸盘2在气缸3的作用下以50KPa的压强挤压电芯，静置30分钟；
步骤八：将电芯预封，再静置7小时。
应理解，上述本实施例中分别在步骤三、步骤五和步骤七中依次采用了逐渐增加的压强对电芯进行挤压，但本发明对此不作限定，每次也可以采用相同的压强对电芯进行挤压。
比较例1：
步骤一：将软包电池的电芯按照设计注液量进行注液；
步骤二：抽真空预封并进行常温常压静置10h。
比较例2：
步骤一：将软包电池按照设计注液量进行注液；
步骤二：抽真空预封并进行常温常压静置20h。
在电芯完成了其它工艺后，为了评价不同工艺对电解液浸润效果的影响，各取10个电芯在手套箱内进行拆解，检查电芯内部电极是否存在未被浸润的区域。
表1列举出了上述实施例1-3以及比较例1和2中分别随机拆解抽取电芯内部存在干燥区域的个数的比较结果。
表1实施例与比较例的结果比较
由表1可以看出，采用根据本申请的电解液浸润软包装锂电池电芯的方法，与比较例的常规方法相比，在相同的浸润时间时，本申请的浸润效果得到了显著的提高。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种浸润电芯的设备，其特征在于，所述电芯为软包锂电池电芯，所述设备包括：
布置为与所述电芯的两个外侧面的铝塑膜分别吸合的吸盘，
配置为能够驱动所述吸盘相对离开预定距离并能够驱动所述吸盘对所述电芯的两个外侧面施加预定压力的驱动部件。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括控制器，所述控制器配置为以预定次数重复执行以下控制过程：
控制所述驱动部件驱动所述吸盘相对离开预定距离以拉开或撑起所述电芯的两个外侧面的铝塑膜并保持第一预定时间；
控制所述驱动部件驱动所述吸盘对所述电芯的两个外侧面施加压力从而以预定压强压紧所述电芯并保持第二预定时间。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述控制器配置为每次执行所述控制过程时应用独立的所述预定压强、所述第一预定时间和所述第二预定时间。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述控制器配置为应用的所述预定距离为3-10mm，所述第一预定时间为5-60分钟，所述预定压强为0.5-50KPa，所述第二预定时间为5-60分钟，所述预定次数为2-10。
5.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述控制器配置为应用的所述预定距离为5-8mm，所述第一预定时间为10-40分钟。
6.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述控制器配置为应用的所述预定压强为2-30KPa，所述第二预定时间为10-40分钟。
7.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述控制器配置为应用的所述预定压强为5-20KPa，所述第二预定时间为20-30分钟。
8.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述控制器配置为应用的所述预定次数为3-5。
9.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，当所述预定次数大于等于2时，所述控制器配置为每次执行所述控制过程时应用逐渐增加的压力压紧所述电芯，其中第二次以后每次应用的所述预定压强比前一次应用的所述预定压强增加50％至100％。
10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述驱动部件的动力源为压缩空气与真空泵或为电机，所述驱动部件为汽缸。
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