CN107994260B - 分容设备及分容方法 - Google Patents
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Abstract
分容设备及分容方法，该分容设备包括：盛装发黑液的储液槽，电芯浸泡于储液槽内的发黑液中，电芯的极柱露出于储液槽内的发黑液液面；分容夹具，位于所述储液槽上方；分容控制模块，所述分容控制模块的充、放电线通过分容夹具与电芯的极柱连接。本发明在分容的同时将电芯浸泡在发黑液中，通过整合生产工序，在不增加工时的情况下可于容量分选工序同步完成电芯表面清洗及发黑处理，不仅提高了生产效率，还提高了产品的包装性能。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池制造技术领域，尤其涉及一种铁壳或铝壳等金属壳体电芯生产制造过程中使用的分容设备及分容方法。
背景技术
在相同工艺条件下，批量生产的单体锂离子电池的容量通常都会存在差异。若将容量不同的单体锂离子电池组合成电池组使用，在电池组充放电的过程中会出现一部分单体锂离子电池过充、而另一部分单体锂离子电池充电不饱和的情况，影响单体电池及电池组的使用寿命。因此在锂离子电池化成后一般还要分容，对电池进行容量分选和性能筛选，获取产品的质量数据，从而在批量电池中分出容量符合标准的合格品和容量不达标的非合格品。
合格的锂离子电池出厂后在使用过程中，外壳可能会发生被腐蚀或磨损的现象，对外壳的绝缘性能产生不良影响。因此，如何在保持高的生产效率的同时对电池的外包装性能进行改善是各厂商要解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种生产效率高并可提升电芯外包装性能的分容设备。
本发明的另一目的是提供一种效率高并能提升电芯包装性能的分容方法。
为了实现上述第一目的，本发明采取如下的技术解决方案：
分容设备，包括：盛装发黑液的储液槽，电芯浸泡于储液槽内的发黑液中，电芯的极柱露出于储液槽内的发黑液液面；分容夹具，位于所述储液槽上方；分容控制模块，所述分容控制模块的充、放电线通过分容夹具与电芯的极柱连接。
在前述技术方案的基础上，所述分容夹具包括旋转夹持部和限位夹持部，所述电芯设置于所述旋转夹持部和限位夹持部之间；所述分容控制模块的充、放电线接至所述旋转夹持部和限位夹持部内；所述旋转夹持部由旋转驱动单元驱动，带动电芯绕分容夹具的夹持轴线转动。
在前述技术方案的基础上，所述储液槽上设置有隔板，所述分容夹具设置于所述隔板上，所述隔板上设置有供电芯穿过的通槽。
在前述技术方案的基础上，还包括用于使储液槽内发黑液流动的循环泵，以及用于过滤储液槽内发黑液的滤网。
在前述技术方案的基础上，还包括用于获取储液槽内发黑液温度的温度计和/或用于获取储液槽内发黑液PH值的PH计。
在前述技术方案的基础上，还包括调节储液槽内发黑液温度的温控装置，所述温控装置包括加热器和/或制冷器。
在前述技术方案的基础上，所述储液槽为环形槽。
在前述技术方案的基础上，所述储液槽的侧壁上设置有溢流口，所述溢流口内设置有单向阀，所述储液槽外设置有溢液槽。
为了实现上述第二目的，本发明采取如下的技术解决方案：
一种分容方法，包括以下步骤：
将电芯浸泡于储液槽内的发黑液中，所述电芯的极柱露出于储液槽内的发黑液液面；
将所述电芯与分容控制模块的充、放电线电连接，所述分容控制模块向电芯进行充、放电，开始分容，分容的同时电芯始终浸泡于储液槽内的发黑液中；
分容完成后，取出电芯。
在前述技术方案的基础上，将电芯装入分容夹具中，使电芯部分浸泡于储液槽内的发黑液中；
分容的同时分容夹具使电芯绕分容夹具夹持的轴线旋转，旋转过程中电芯保持部分浸泡于储液槽内的发黑液中；
分容完成后，电芯停止旋转，取出电芯。
在前述技术方案的基础上，还包括设置所述电芯的旋转速度v≥360°/t，t为分容过程的时长。
在前述技术方案的基础上，还包括通过设置循环泵及滤网，在分容的同时或分容完成后对储液槽中的发黑液进行过滤。
在前述技术方案的基础上，还包括通过设置于储液槽内的温度计，获取储液槽内发黑液的温度，当发黑液的温度高于或低于阈值时，通过温控装置调节储液槽内发黑液的温度。
在前述技术方案的基础上，还包括通过设置于储液槽内的PH计，获取储液槽内发黑液的PH值，当PH值过低时添加或者更换发黑液。
由以上技术方案可知，本发明通过整合生产工序，将电芯浸泡在发黑液中进行分容，在不增加工时的情况下，于容量分选工序同步完成电芯表面清洗及发黑处理，不仅提高了生产效率，而且通过发黑处理可以在电芯外壳表面形成一层性能优异、均匀的黑色氧化物薄膜，增强外壳的耐腐蚀性、耐磨性和绝缘性，提高了产品的包装性能，分容完成后即可直接在上面喷涂产品规格、正负极、商标等信息，有利于缩短整个产品生产周期。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中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为本发明实施例1的俯视图；
图2为本发明实施例1隔板下方的局部结构示意图；
图3为本发明实施例1分容夹具的结构示意图；
图4为本发明实施例3的局部结构示意图。
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。
具体实施方式
发黑是一种化学表面处理的手段，常用的发黑方法有碱性加温发黑和碱性常温发黑两种。其原理是将待处理工件浸入强氧化性的化学溶液(发黑液)中，使金属表面产生一层陶瓷化的氧化膜，从而隔绝空气，达到防锈目的。发黑处理所使用的发黑液的主要成分一般是氢氧化钠和亚硝酸钠，可从市场直接购买。发黑处理可以增强金属表面性能，例如耐磨、耐腐蚀和绝缘性能，但目前还没有厂商将发黑工艺应用于电池表面进行处理。
本发明方法的基本思路是：在对电池进行分容的同时，使电池浸泡于发黑液中同步进行发黑处理，分容完成的同时在电池外壳表面形成可以隔绝空气的氧化膜，从而提升电池外壳的外包装性能。
以上是本发明的核心思想，下面结合附图对本发明进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。需要说明的是，附图采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例的分容设备包括储液槽1、分容夹具2、分容控制模块3、旋转驱动单元4及隔板5。储液槽1内盛装有发黑液。本实施例的储液槽1为环形槽体，在储液槽1内设置有循环泵6和滤网60，通过循环泵6的作用，可以使发黑液在环形的储液槽1内单向缓慢流动。发黑液循环流动经过滤网60时可以将电芯外表面的固体大颗粒过滤掉，实现对电芯的清洗，同时保持发黑液洁净。本实施例中在储液槽1内设置了两台循环泵6及两组滤网60，在储液槽1的两端分别设置一台循环泵6和一组滤网60。可以理解，循环泵6及滤网60的数量可以根据储液槽1容积的大小而改变，设置的位置也可以根据设置的数量进行相应变化。
如图3所示，作为本发明的一种优选实施方式，本实施例在储液槽1的侧壁上设置有溢流口(未标号)，溢流口内设置有单向阀7，单向阀7可让储液槽1内多余的液体向外流出。在储液槽1外侧与溢流口对应的位置设置有溢液槽8，通过溢流口和单向阀7实现对储液槽1内液位的控制。当储液槽1内发黑液超过标准液位高度时，即超过溢流口所在位置时，储液槽1内的发黑液即可通过单向阀7排出至溢液槽8内，避免储液槽1内液体太满而溢出，引起电芯短路，或对外部设施造成污染。
隔板5设置于储液槽1上，分容夹具2设置于隔板5上并位于储液槽1上方。隔板5上可以设置多个分容夹具2，每一分容夹具2夹持一个电芯。本实施例的电芯被分容夹具夹持时，电芯的轴线(分容夹具夹持的轴线)与隔板5平行(亦即与储液槽内发黑液的液面平行)。隔板5上与电芯对应的位置开设有通槽5a，使被分容夹具2夹持的电芯可以穿过隔板5，部分浸入到储液槽1的发黑液中，同时保持电芯的极柱露出于发黑液液面，从而避免极柱与发黑液相接触造成电芯短路。
如图3所示，分容夹具2包括固定在隔板5上的旋转夹持部2-1和限位夹持部2-2，本实施例的旋转夹持部2-1和限位夹持部2-2均为轴套，旋转夹持部2-1和限位夹持部2-2同轴并沿轴线间隔布置。电芯由旋转夹持部2-1和限位夹持部2-2支承，电芯两端的极柱分别伸至旋转夹持部2-1和限位夹持部2-2内。旋转夹持部2-1由旋转驱动单元4驱动旋转，从而带动电芯绕自身轴线(分容夹具夹持的轴线)旋转。本实施例的旋转驱动单元4为电机。优选的，旋转夹持部2-1和限位夹持部2-2在隔板5上的位置可调，通过调整旋转夹持部2-1在水平方向和竖直方向上的位置，来适应不同型号尺寸的电芯。
一个分容控制模块3与一分容夹具2电连接，控制一个电芯的充放电。本实施例的分容控制模块3的充、放电线9接至分容夹具2的旋转夹持部2-1和限位夹持部2-2内。当电芯安装到分容夹具2上后，电芯的极柱便可与分容控制模块3的充、放电线9电连接。分容控制模块3为现有分容柜内常规使用的分容控制模块，其内设置有电流源、电压表等，用于对电芯进行充放电控制，并通过测试线采集电芯充放电时的电压数据。更进一步的，分容控制模块还可以兼顾控制电机的转速，可以理解，电机的控制也可以采用独立的控制模块控制。
由于分容过程的耗时远高于发黑处理的耗时，而发黑时间越长，发黑效果越好，因此可控制电芯绕分容夹具夹持的轴线旋转一周的时间略小于分容过程所需时间，当分容结束时，电芯正好可以至少旋转一周，使电芯外壳周壁上都能生成氧化膜。电芯的旋转速度根据分容时间进行设置。例如，以常规的1C分容程序来说，分容完成所需时间至少为3小时，则电芯旋转的速度为360°/(60*3)＝2°/分钟。即，电芯旋转速度v＝360°/t，其中t为分容的时长。当电芯旋转速度≥v时，分容完成时电芯可至少旋转一周，实现电芯表面都能形成氧化膜。
在本实施例中，分容设备还包括PH计10、温度计11及温控装置。PH计10设置于储液槽1内，用于测量储液槽1中发黑液的PH值，实时监控发黑液的酸碱度。发黑液的PH值参考范围是9～11，当PH值过低时根据发黑液的使用周期添加或者更换发黑液。温度计11设置于储液槽1内，用于测量储液槽1中发黑液的温度。温控装置包括加热器12和制冷器13，加热器12可对储液槽1内的发黑液进行加热升温，制冷器13可对储液槽1内的发黑液进行冷却降温。通过温度计11获取发黑液的温度，当发黑液的温度高于或低于阈值时，通过温控装置进行调节，使发黑液温度与浸泡在发黑液中的电芯温度大体相当，达到恒温分容的目的，防止分容过程获得的数据受到外界温度的影响。发黑处理可在常温或高温下进行，为保障分容过程获得的容量数据可信度高，发黑液的液温可控制在25℃左右。
进一步的，分容设备还包括电脑14，电脑14通过数据线15与分容控制模块3相连，可以读取分容过程中的电压数据，同时电脑14还通过数据线15与PH计10、温度计11及温控装置相连，可以读取分容过程中的PH值数据及温度数据，然后将数据进行显示或输出。
下面对本发明的分容方法进行详细说明，分容的步骤具体如下：
将电芯装入分容夹具2中，使电芯部分浸泡于储液槽1内的发黑液中，本实施例电芯的极柱分别伸入分容夹具2的旋转夹持部2-1和限位夹持部2-2内，电芯与充、放电线实现电连接；
分容控制模块3向电芯进行充、放电，开始分容；
旋转驱动单元4驱动分容夹具2带动电芯绕分容夹具夹持的轴线缓慢旋转；可以理解，电芯旋转速度越慢越好，只需保证在整个正常分容过程中转动大于一圈即可，使整个过程准静态，利于发黑液工作；
分容完成后，电芯停止旋转，取出电芯。
由于发黑液一般采用氢氧化钠和亚硝酸钠，发黑液呈碱性，因此在电芯旋转发黑过程中，还可以完成电芯的表面清洗，而无需增加额外的工时。
实施例2
本实施例与实施例1不同的地方在于：本实施例的储液槽为方形或圆形的槽体。隔板放置于储液槽上，电芯安装于分容夹具上后，部分浸泡于储液槽内的发黑液中(保证电芯极柱不与发黑液相接触)。储液槽外设置有外置式循环泵，外置式循环泵内设置有滤网，并通过管道与储液槽内连通。分容时可关闭循环泵，储液槽内发黑液不流动，分容完成后再开启外置式循环泵，起到清洁发黑液的作用。
实施例3
前述实施例中的电芯为圆柱形电芯，电芯的极柱分别位于电芯的两端，由于极柱不能与发黑液相接触，因此通过设置可带动电芯旋转的分容夹具，使电芯部分浸泡在发黑液中进行分容。本实施例与前述实施例不同的地方在于：本实施例的电芯为方形铝壳电池，正、负极柱都在电芯的同一端(顶端)，此时可将电芯整体浸泡在发黑液中，只保持电芯的顶部露出于发黑液，即电芯的极柱露出于发黑液即可(如图4所示)。本实施例的分容夹具(未图示)只有实现电芯的极柱与充、放电线之间电连接的作用，没有使电芯旋转的作用，分容夹具可采用鳄鱼夹等导电连接件来实现电芯极柱和分容控制模块的充、放电线的连接。更进一步的，为了防止电芯倾倒，分容夹具可以采用与隔板或储液槽相固定的具有夹持功能的连接件对电芯起固定的作用的同时起电连接的作用，但也可以像本实施例一样分容夹具只有电连接的作用，电芯的固定通过设置于储液槽底部的定位块16实现。
本发明在分容时将电芯浸泡于发黑液中，在分容时同步进行清洗和发黑工艺，分容完成后即可在电芯外壳上生成一层金属氧化物绝缘膜，从而提高电芯表层对酸、碱等化学腐蚀的抗性以及外壳的抗锈能力，还能提升表面硬度，使电芯更耐磨，并使电芯外壳具有良好的绝缘性能，减少电芯意外短路的发生。同时经过发黑处理后，就可在均匀的发黑膜上直接喷涂产品商标、信息作为外包装，不会产生套标损坏等问题，综合提高了外包装性能。
本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其它部分的不同之处，各个部分之间相同或相似部分互相参见即可。这些零部件之间的组合关系并不只是实施例所公开的形式，对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。
Claims (14)
1.分容设备，其特征在于，包括：
盛装发黑液的储液槽，电芯浸泡于储液槽内的发黑液中，电芯的极柱露出于储液槽内的发黑液液面；
分容夹具，位于所述储液槽上方；
分容控制模块，所述分容控制模块的充、放电线通过分容夹具与电芯的极柱连接。
2.如权利要求1所述的分容设备，其特征在于：所述分容夹具包括旋转夹持部和限位夹持部，所述电芯设置于所述旋转夹持部和限位夹持部之间；所述分容控制模块的充、放电线接至所述旋转夹持部和限位夹持部内；所述旋转夹持部由旋转驱动单元驱动，带动电芯绕分容夹具的夹持轴线转动。
3.如权利要求1或2所述的分容设备，其特征在于：所述储液槽上设置有隔板，所述分容夹具设置于所述隔板上，所述隔板上设置有供电芯穿过的通槽。
4.如权利要求1或2所述的分容设备，其特征在于：还包括用于使储液槽内发黑液流动的循环泵，以及用于过滤储液槽内发黑液的滤网。
5.如权利要求1所述的分容设备，其特征在于：还包括用于获取储液槽内发黑液温度的温度计和/或用于获取储液槽内发黑液PH值的PH计。
6.如权利要求1或2或5所述的分容设备，其特征在于：还包括调节储液槽内发黑液温度的温控装置，所述温控装置包括加热器和/或制冷器。
7.如权利要求1或2或5所述的分容设备，其特征在于：所述储液槽为环形槽。
8.如权利要求1所述的分容设备，其特征在于：所述储液槽的侧壁上设置有溢流口，所述溢流口内设置有单向阀，所述储液槽外设置有溢液槽。
9.一种分容方法，其特征在于，包括以下步骤：
将电芯浸泡于储液槽内的发黑液中，所述电芯的极柱露出于储液槽内的发黑液液面；
将所述电芯与分容控制模块的充、放电线电连接，所述分容控制模块向电芯进行充、放电，开始分容，分容的同时电芯始终浸泡于储液槽内的发黑液中；
分容完成后，取出电芯。
10.如权利要求9所述的分容方法，其特征在于：将电芯装入分容夹具中，使电芯部分浸泡于储液槽内的发黑液中；
分容的同时分容夹具使电芯绕分容夹具夹持的轴线旋转，旋转过程中电芯保持部分浸泡于储液槽内的发黑液中；
分容完成后，电芯停止旋转，取出电芯。
11.如权利要求10所述的分容方法，其特征在于：还包括设置所述电芯的旋转速度v≥360°/t，t为分容过程的时长。
12.如权利要求9或10或11所述的分容方法，其特征在于：还包括通过设置循环泵及滤网，在分容的同时或分容完成后对储液槽中的发黑液进行过滤。
13.如权利要求9或10或11所述的分容方法，其特征在于：还包括通过设置于储液槽内的温度计，获取储液槽内发黑液的温度，当发黑液的温度高于或低于阈值时，通过温控装置调节储液槽内发黑液的温度。
14.如权利要求9或10或11所述的分容方法，其特征在于：还包括通过设置于储液槽内的PH计，获取储液槽内发黑液的PH值，当PH值过低时添加或者更换发黑液。
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