CN111540959A - 电解液加热装置及真空注液系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及真空注液技术领域，尤其涉及一种电解液加热装置及真空注液系统。该电解液加热装置包括加热箱，所述加热箱包括加热箱本体和加热管，所述加热管包括输入管部、加热管部和输出管部，所述加热管部设置在所述加热箱本体的内部，所述加热管部包括至少一个螺旋管部；所述输入管部的一端与所述加热管部连接，所述输入管部的另一端穿过所述加热箱本体伸出至所述加热箱本体的外部；所述输出管部的一端与所述加热管部连接，所述输出管部的另一端穿过所述加热箱本体伸出至所述加热箱本体的外部。采用该电解液加热装置对电解液进行预加热，能够有效提高电解液对锂离子电池的浸润性能。

Description

电解液加热装置及真空注液系统
技术领域
本发明涉及真空注液技术领域，尤其涉及一种电解液加热装置及真空注液系统。
背景技术
锂离子电池生产过程中，注液作为一个重要工序，直接影响电池的使用性能。现有技术的注液是在室温下完成的，存在如下缺陷：
一、注液温度为20℃～30℃，在较大的温度变化区间内，电解液密度会随温度产生较大的波动变化。为方便计量，真空注液机采用体积计量的方式代替称重，因此在实际注液过程中，会造成锂离子电池注液量波动大，电池一致性变差。
二、随着对电池容量以及容量密度的要求越来越高，电池正负极片的尺寸增大，以及极片的压实密度的提高，电解液对极片浸润越来越难，极片未被充分浸润区域容量发挥低，进而造成电池低容。而且充放电过程中，极片未被充分浸润区域会过充过放，导致电解液被氧化还原，从而降低循环使用寿命，甚至引发电池安全失效。
目前，工业大规模的注液解决方案是真空加压及之后的高温长时间静置。真空加压注液的特点是真空将极片材料孔隙中的气体排出，再通过加压分散电解液，但真空对极片中间位置及高压实极片浸润效果经常达不到预期标准。虽然高温长时间静置会在一定程度上提高浸润效果，但会使极片粉料脱离基材，使电池失效,并且降低生产效率。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种电解液加热装置及真空注液系统，能够提高电解液对锂离子电池的浸润性能。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种电解液加热装置，包括加热箱，所述加热箱包括加热箱本体和加热管，所述加热管包括输入管部、加热管部和输出管部，所述加热管部设置在所述加热箱本体的内部，所述加热管部包括至少一个螺旋管部；所述输入管部的一端与所述加热管部连接，所述输入管部的另一端穿过所述加热箱本体伸出至所述加热箱本体的外部；所述输出管部的一端与所述加热管部连接，所述输出管部的另一端穿过所述加热箱本体伸出至所述加热箱本体的外部。
进一步地，所述加热箱包括两个，两个所述加热箱分别为第一加热箱和第二加热箱，所述第一加热箱的所述加热箱本体与所述第二加热箱的所述加热箱本体的间隔设置，所述第一加热箱的所述输出管部与所述第二加热箱的所述输入管部连接。
进一步地，还包括保温输出部，所述保温输出部包括电解液输出管和设置在所述电解液输出管外部的保温壳体，所述保温壳体与所述第二加热箱的所述加热箱本体连接；所述电解液输出管的一端与所述第二加热箱的所述输出管部连接，所述电解液输出管的另一端穿过所述保温壳体伸出至所述保温壳体的外部。
进一步地，所述第一加热箱的所述输出管部与所述第二加热箱的所述输入管部之间通过连接管相连，所述连接管上分别设有第一温度计和第一电磁阀；所述电解液输出管上分别设有第二温度计和第二电磁阀。
进一步地，所述第一加热箱的所述加热管部的外周面上设有多个钢片组件，各所述钢片组件沿所述加热管部的长度延伸方向依次间隔设置；各所述钢片组件分别包括多个钢片，多个所述钢片均匀环设在所述加热管部的外周面上。
进一步地，所述第二加热箱的所述加热管部的外周面上套设有多个钢环，各所述钢环沿所述加热管部的长度延伸方向依次间隔设置。
进一步地，所述加热箱本体的内部和所述保温壳体的内部均填充有液体导热介质；所述保温输出部还包括导热介质输入管和导热介质输出管，所述导热介质输入管和所述导热介质输出管分别与所述保温壳体相连通。
进一步地，所述加热箱本体包括从内至外依次设置的电加热层和保温层。
进一步地，所述加热箱本体的内部设有两个螺旋桨，其中一个所述螺旋桨与所述加热箱本体的顶部连接，另一个所述螺旋桨与所述加热箱本体的底部连接。
本发明实施例还提供一种真空注液系统，包括真空注液机以及上述实施例的电解液加热装置，所述电解液加热装置与所述真空注液机相连。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
本发明实施例提供的电解液加热装置，通过加热箱能够对注液前的电解液进行预加热，电解液通过加热管输送至加热箱本体的内部进行加热，其中加热管包括依次连接的输入管部、加热管部和输出管部，输入管部用于将电解液输送至加热箱本体的内部，加热管部用于通过加热箱本体传递的热量加热电解液，输出管部用于将电解液输送至加热箱本体的外部，其中加热管部包括至少一个螺旋管部，通过设置螺旋管部能够有效增大电解液与加热管部的接触面积，从而提高了对电解液的加热效果。由此，采用本发明实施例的电解液加热装置对电解液进行预加热，能够有效提高电解液对锂离子电池的浸润性能。
本发明实施例提供的真空注液系统，将电解液加热装置与真空注液机相连，通过电解液加热装置对电解液进行预加热后，再由真空注液机进行真空注液操作，从而有效提高了电解液的扩散速度，提升了锂离子电池的注液效率和极片吸液率，进而改善了锂离子电池内部电解液分布的均匀性，提升了锂离子电池的电性能，提高了锂离子电池的循环寿命。
附图说明
图1是本发明实施例电解液加热装置的结构示意图；
图2是本发明实施例电解液加热装置中钢片的布置示意图；
图3是本发明实施例电解液加热装置中钢环的布置示意图。
图中：
1：第一加热箱；11：第一加热箱本体；12：第一加热管；13：第一液体导热介质；14：第一螺旋桨；15：第二螺旋桨；111：第一电加热层；112：第一保温层；121：第一输入管部；122：第一加热管部；123：第一输出管部；1221：第一螺旋管部；1222：直线管部；
2：第二加热箱；21：第二加热箱本体；22：第二加热管；23：第二液体导热介质；24：第三螺旋桨；25：第四螺旋桨；211：第二电加热层；212：第二保温层；221：第二输入管部；222：第二加热管部；223：第二输出管部；2221：第二螺旋管部；
3：保温输出部；31：电解液输出管；32：保温壳体；33：第三液体导热介质；34：导热介质输入管；35：导热介质输出管；
4：连接管；5：第一温度计；6：第一电磁阀；7：第二温度计；8：第二电磁阀；9：钢片；10：钢环。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
本发明实施例提供一种电解液加热装置，包括至少一个加热箱，加热箱包括加热箱本体和加热管，其中加热管包括输入管部、加热管部和输出管部，加热管部设置在加热箱本体的内部，加热管部包括至少一个螺旋管部。输入管部的一端与加热管部连接，输入管部的另一端穿过加热箱本体伸出至加热箱本体的外部。输出管部的一端与加热管部连接，输出管部的另一端穿过加热箱本体伸出至加热箱本体的外部。
本发明实施例的电解液加热装置，通过加热箱能够对注液前的电解液进行预加热，电解液通过加热管输送至加热箱本体的内部进行加热，其中输入管部用于将电解液输送至加热箱本体的内部，加热管部用于通过加热箱本体传递的热量对电解液进行加热，输出管部用于将电解液输从加热箱本体的内部输出。其中，通过设置至少一个螺旋管部能够有效增大电解液与加热管部的接触面积，从而提高了对电解液的加热效果。
由此，采用本发明实施例的电解液加热装置对电解液进行预加热，能够有效提高电解液对锂离子电池的浸润性能。
具体来说，根据实际使用需求，加热管部可以包括一个、两个或两个以上的螺旋管部。当加热管部包括两个或两个以上的螺旋管部时，各螺旋管部之间依次连接。
具体来说，根据实际使用需求，电解液加热装置可以包括一个、两个或两个以上的加热箱。当电解液加热装置包括两个或两个以上的加热箱时，各加热箱之间通过加热管依次连接，电解液依次经过各加热管进行加热，从而提高了对电解液的加热效果，使得电解液能够更加精确的加热至预定要求温度。下面以电解液加热装置包括两个加热箱为例进行具体说明。
如图1所示，在一种具体实施例中，电解液加热装置包括两个加热箱，设定这两个加热箱分别为第一加热箱1和第二加热箱2，通过第一加热箱1和第二加热箱2，能够对注液前的电解液进行预加热。
其中，第一加热箱1包括第一加热箱本体11和第一加热管12，第一加热管12包括依次连通的第一输入管部121、第一加热管部122和第一输出管部123，第一加热管部122包括依次连通的三个第一螺旋管部1221，相邻的两个第一螺旋管部1221之间通过直线管部1222相连通。电解液在第一加热管12中流动输送，通过第一加热箱本体11能够对第一加热管12中的电解液进行加热。通过设置三个第一螺旋管部1221，能够有效增大电解液与第一加热管12的接触面积，进而提升电解液在第一加热箱1中的加热效果。
其中，第二加热箱2包括第二加热箱本体21和第二加热管22，第二加热管22包括依次连通的第二输入管部221、第二加热管部222和第二输出管部223，第二加热管部222包括一个第二螺旋管部2221。
其中，第二加热箱本体21与第一加热箱本体11间隔设置，第二输入管部221与第一输出管部123相连通。经过第一加热管12加热后的电解液进入第二加热管22流动输送，通过第二加热箱本体21能够对第二加热管22中的电解液进行加热。通过设置一个第二螺旋管部2221能够有效增大电解液与第二加热管22的接触面积，进而提升电解液在第二加热箱2中的加热效果。
通过第一加热箱1对电解液进行加热后，电解液的温度能够比加热前大幅度上升10～15℃。通过第二加热箱2能够对电解液进行小幅度精准加热，使电解液在第一加热箱1加热后的温度基础上进一步升高0～5℃，进而使得从第二加热箱2输出的电解液的实际温度能够达到预定的注液温度范围。
在本发明的进一步实施例中，该电解液加热装置还包括保温输出部3，保温输出部3包括电解液输出管31和设置在电解液输出管31外部的保温壳体32。
其中，保温壳体32安装在第二加热箱本体21的外侧壁上。第二输出管部223的一端穿过第二加热箱本体21的侧壁与电解液输出管31的一端连通，电解液输出管31的另一端穿过保温壳体32伸出至保温壳体32的外部。
也即，依次经过第一加热箱1和第二加热箱2进行加热后的电解液进入保温输出部3，电解液从第二加热管22流入至电解液输出管31，通过保温壳体32能够对加热后的电解液进行保温，使得电解液能够保持在预定温度要求范围内。
在本发明的具体实施例中，第一加热箱本体11的内部填充有第一液体导热介质13，第一加热箱本体11能够对第一液体导热介质13进行加热，进而通过第一液体导热介质13对第一加热管12中的电解液进行加热。其中，第一液体导热介质13可以采用导热油。
在本发明的具体实施例中，第二加热箱本体21的内部填充有第二液体导热介质23，第二加热箱本体21能够对第二液体导热介质23进行加热，进而通过第二液体导热介质23对第二加热管22中的电解液进行加热。其中，第二液体导热介质23可以采用导热油。
在本发明的具体实施例中，保温壳体32的内部填充有第三液体导热介质33，保温壳体32能够对第三液体导热介质33进行保温，进而通过第三液体导热介质33对电解液输出管31中的电解液进行保温。其中，第三液体导热介质33可以采用导热油。
在本发明的具体实施例中，保温输出部3还包括导热介质输入管34和导热介质输出管35，导热介质输入管34和导热介质输出管35分别与保温壳体32相连通。也即，预定温度的第三液体导热介质33能够从导热介质输入管34中输入至保温壳体32中，并从导热介质输出管35中输出，实现了第三液体导热介质33在保温壳体32中的循环流动，进而使电解液输出管31中的电解液能够保持在预定温度要求范围内。
在本发明的进一步实施例中，第一加热箱本体11的内部设有第一螺旋桨14和第二螺旋桨15，第一螺旋桨14与第一加热箱本体11的顶板连接，第二螺旋桨15与第一加热箱本体11的底板连接。在第一螺旋桨14和第二螺旋桨15的旋转推动作用下，能够使第一液体导热介质13在第一加热箱本体11的内部循环流动，加快了热量的传导速率。
在本发明的进一步实施例中，第二加热箱本体21的内部设有第三螺旋桨24和第四螺旋桨25，第三螺旋桨24与第二加热箱本体21的顶板连接，第四螺旋桨25与第二加热箱本体21的底板连接。在第三螺旋桨24和第四螺旋桨25的旋转推动作用下，能够使第二液体导热介质23在第二加热箱本体21的内部循环流动，加快了热量的传导速率。
在本发明的进一步实施例中，第一输出管部123与第二输入管部221之间通过连接管4相连通，在连接管4上分别设有第一温度计5和第一电磁阀6。经过第一加热管12加热后的电解液通过连接管4输送至第二加热管22。通过第一温度计5能够对连接管4中的电解液进行温度测量。通过第一电磁阀6能够控制连接管4中电解液的流动状态。
此外，电解液输出管31上分别设有第二温度计7和第二电磁阀8。通过第二温度计7能够对电解液输出管31中的电解液进行温度测量。通过第二电磁阀8能够控制电解液输出管31中电解液的流动状态。
在本发明的具体实施例中，如图1和图2所示，第一加热管部122的外周面上设有多个钢片组件，各钢片组件沿第一加热管部122的长度延伸方向依次间隔设置。其中，各钢片组件分别包括多个钢片9，多个钢片9均匀环设在第一加热管部122的外周面上。通过设置多个钢片组件，能够快速的吸收第一液体导热介质13的热量，用于对第一加热管12中的电解液进行大幅度快速加热。
在本发明的具体实施例中，如图1和图3所示，第二加热管部222的外周面上套设有多个钢环10，各钢环10沿第二加热管部222的长度延伸方向依次间隔设置。通过设置多个钢环10，能够缓慢的吸收第二液体导热介质23的热量，用于对第二加热管22中的电解液进行小幅度缓慢加热，进而便于精准控制从第二加热管22输出的电解液的温度。
在本发明的具体实施例中，第一加热箱本体11包括从内至外依次设置的第一电加热层111和第一保温层112。其中，第一电加热层111用于对第一液体导热介质13进行加热，第一保温层112用于对第一液体导热介质13进行保温。
在本发明的具体实施例中，第二加热箱本体21包括从内至外依次设置的第二电加热层211和第二保温层212。其中，第二电加热层211用于对第二液体导热介质23进行加热，第二保温层212用于对第二液体导热介质23进行保温。
在本发明的具体实施例中，保温壳体32包括第三保温层。其中，第三保温层用于对第三液体导热介质33进行保温。
本发明实施例还提供一种真空注液系统，包括真空注液机和电解液加热装置，该电解液加热装置采用上述实施例的电解液加热装置，电解液加热装置与真空注液机相连。
本发明实施例的真空注液系统，将电解液加热装置与真空注液机相连，通过电解液加热装置对电解液进行预加热后，再由真空注液机进行真空注液操作，从而有效提高了电解液的扩散速度，提升了锂离子电池的注液效率和极片吸液率，进而改善了锂离子电池内部电解液分布的均匀性，提升了锂离子电池的电性能，提高了锂离子电池的循环寿命。
在使用时，将电解液加热装置的电解液输出管31与真空注液机的入口相连。当第二温度计7检测的电解液温度达到预定温度要求时，开启第二电磁阀8，电解液通过电解液输出管31输送至真空注液机进行真空注液操作。
分别采用现有技术和本发明实施例的真空注液系统进行注液操作，并进行吸液率测试。化成后，再进行锂离子电池的循环寿命测试。
其中，吸液率测试方法如下：锂离子电池的电芯注液前，正极片、负极片和隔膜的质量之和为M1。锂离子电池的电芯注液后，正极片、负极片和隔膜的质量之和为M2，则吸液率＝(M2-M1)/M1×100％。
其中，循环寿命判定标准为：循环至初始容量80％的最后一周。
吸液率测试和循环寿命测试结果如下表1。
表1
案例 吸液率(％) 循环寿命(周)
实施例 39.17 3586
对比例 11.15 2362
在表1中，实施例表示采用本发明实施例的真空注液系统进行注液操作获取的吸液率测试和循环寿命测试数据。对比例表示采用现有技术进行注液操作获取的吸液率测试和循环寿命测试数据。由上述测试结果可知，采用本发明实施例的真空注液系统，能够有效提高极片吸液率，提高锂离子电池的循环寿命。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电解液加热装置，其特征在于，包括加热箱，所述加热箱包括加热箱本体和加热管，所述加热管包括输入管部、加热管部和输出管部，所述加热管部设置在所述加热箱本体的内部，所述加热管部包括至少一个螺旋管部；所述输入管部的一端与所述加热管部连接，所述输入管部的另一端穿过所述加热箱本体伸出至所述加热箱本体的外部；所述输出管部的一端与所述加热管部连接，所述输出管部的另一端穿过所述加热箱本体伸出至所述加热箱本体的外部。
2.根据权利要求1所述的电解液加热装置，其特征在于，所述加热箱包括两个，两个所述加热箱分别为第一加热箱和第二加热箱，所述第一加热箱的所述加热箱本体与所述第二加热箱的所述加热箱本体的间隔设置，所述第一加热箱的所述输出管部与所述第二加热箱的所述输入管部连接。
3.根据权利要求2所述的电解液加热装置，其特征在于，还包括保温输出部，所述保温输出部包括电解液输出管和设置在所述电解液输出管外部的保温壳体，所述保温壳体与所述第二加热箱的所述加热箱本体连接；所述电解液输出管的一端与所述第二加热箱的所述输出管部连接，所述电解液输出管的另一端穿过所述保温壳体伸出至所述保温壳体的外部。
4.根据权利要求3所述的电解液加热装置，其特征在于，所述第一加热箱的所述输出管部与所述第二加热箱的所述输入管部之间通过连接管相连，所述连接管上分别设有第一温度计和第一电磁阀；所述电解液输出管上分别设有第二温度计和第二电磁阀。
5.根据权利要求2所述的电解液加热装置，其特征在于，所述第一加热箱的所述加热管部的外周面上设有多个钢片组件，各所述钢片组件沿所述加热管部的长度延伸方向依次间隔设置；各所述钢片组件分别包括多个钢片，多个所述钢片均匀环设在所述加热管部的外周面上。
6.根据权利要求2所述的电解液加热装置，其特征在于，所述第二加热箱的所述加热管部的外周面上套设有多个钢环，各所述钢环沿所述加热管部的长度延伸方向依次间隔设置。
7.根据权利要求3所述的电解液加热装置，其特征在于，所述加热箱本体的内部和所述保温壳体的内部均填充有液体导热介质；所述保温输出部还包括导热介质输入管和导热介质输出管，所述导热介质输入管和所述导热介质输出管分别与所述保温壳体相连通。
8.根据权利要求1所述的电解液加热装置，其特征在于，所述加热箱本体包括从内至外依次设置的电加热层和保温层。
9.根据权利要求1所述的电解液加热装置，其特征在于，所述加热箱本体的内部设有两个螺旋桨，其中一个所述螺旋桨与所述加热箱本体的顶部连接，另一个所述螺旋桨与所述加热箱本体的底部连接。
10.一种真空注液系统，其特征在于，包括真空注液机以及如权利要求1至9任一项所述的电解液加热装置，所述电解液加热装置与所述真空注液机相连。
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