CN112688033B - 一种圆柱电芯注液装置及注液方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电芯技术领域，公开一种圆柱电芯注液装置及注液方法。圆柱电芯注液装置包括注液嘴和注液管组件，注液嘴一端连通电芯注液口，另一端连通外部抽真空装置和加压装置；注液管组件通过注液口插设于电芯，注液管组件的出液端延伸至电芯的底部，进液端连通外部注液设备、抽真空装置和加压装置。该装置使得电解液分布均匀。注液方法包括S1：将注液管组件伸入电芯；S2：将电芯内部抽至第一预设真空度，并保压第一预设时间后解除抽真空；S3：对电芯内部充入氮气至第一预设压力，然后抽真空至第二预设真空度；S4：注入电解液；S5：将电芯内部抽至第三预设真空度，并保压第二预设时间；S6：通入氮气至电芯达到第二预设压力。该方法能够提高浸润性。

Description

一种圆柱电芯注液装置及注液方法

技术领域

本发明涉及电芯技术领域，尤其涉及一种圆柱电芯注液装置及注液方法。

背景技术

圆柱锂离子电芯的注液方式一般为将电解液从电芯上部的注液口注入，通过加压和抽真空循环使电解液向下浸润，为了提高浸润性，通常会增加真空-加压的循环次数或者增加注液时间来实现。但是上述的注液方法存在以下问题：上面的电解液在气压和重力的作用向下移动，底部的电解液在毛细作用下向上移动，在电解液的移动过程中电芯中部会出现气体并无法排出，从而导致电芯内部的极片上出现电解液分布不均匀或者部分区域未浸润(干渠)等现象，这种现象一旦形成就无法消除。电解液分布不均匀会影响电芯性能的一致性，如阻抗和正负极片的电流密度分布不均匀，甚至在循环过程中极片中间出现析锂而造成电芯寿命加速衰减或出现安全隐患。

为了匹配不同的应用场景，圆柱电芯的结构不断变长，如70mm、140mm、280mm及以上尺寸等，而电芯长度越长，电解液分布不均匀的现象就会越明显，因此注液方式的突破尤为重要。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种圆柱电芯注液装置，电解液从电芯底部向上浸润，使得电解液分布均匀，提高浸润性。

本发明的目的还在于提供一种如上述所述的圆柱电芯注液装置的注液方法，使电解液分布均匀，提高浸润性。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种圆柱电芯注液装置，包括：

注液嘴，一端连通于电芯的注液口，另一端用于连通外部抽真空装置和加压装置；

注液管组件，所述注液管组件通过所述注液口插设于所述电芯的卷芯中心孔中，所述注液管组件的出液端延伸至所述电芯的底部，进液端伸出所述注液口以及所述注液嘴并能够连通外部注液设备、抽真空装置和加压装置。

作为一种圆柱电芯注液装置的优选方案，所述注液管组件包括：

外管和内管，所述内管置于所述外管内，所述内管被配置为能够沿所述外管的轴向方向移动以伸出或缩回所述外管。

作为一种圆柱电芯注液装置的优选方案，所述内管的底端呈封闭状态且外周壁上开设有出液口；

当所述内管伸出所述外管时，所述出液口露出；

当所述内管缩回所述外管时，所述出液口被所述外管封堵。

作为一种圆柱电芯注液装置的优选方案，所述出液口设置有多个，多个所述出液口沿所述内管的圆周方向间隔且均匀分布。

作为一种圆柱电芯注液装置的优选方案，所述出液口距离所述底端端面的高度范围为4-5mm。

作为一种圆柱电芯注液装置的优选方案，所述注液管组件还包括：

第一气孔，开设于所述外管管壁上；

第二气孔，开设于所述内管管壁上并位于所述出液口的上方，所述第二气孔被配置为能被所述外管的管壁封堵以及能与所述第一气孔正对连通。

作为一种圆柱电芯注液装置的优选方案，所述第一气孔沿所述外管的延伸方向间隔设置有多个，所述第二气孔沿所述内管的延伸方向间隔设置有多个，每个所述第一气孔被配置为均能够与一个所述第二气孔(25)对应连通。

一种如上述任一项技术方案所述的圆柱电芯注液装置的注液方法，包括如下步骤：

S1：将所述注液管组件伸入所述电芯的卷芯中心孔底部；

S2：通过所述注液嘴和所述注液管组件将所述电芯内部抽至第一预设真空度，并保压第一预设时间后解除抽真空；

S3：通过所述注液嘴和所述注液管组件对所述电芯内部充入氮气至第一预设压力以置换剩余空气，再次抽真空至第二预设真空度，所述第二预设真空度小于所述第一预设真空度；

S4：从所述注液管组件的进液端注入电解液；

S5：通过所述注液嘴和所述注液管组件将所述电芯内部缓慢抽至第三预设真空度，并保压第二预设时间，所述第二预设时间大于所述第一预设时间；

S6：通过所述注液嘴和所述注液管组件通入氮气至所述电芯内部达到第二预设压力。

作为一种注液方法的优选方案，所述注液管组件包括外管和内管，所述内管置于所述外管内，所述内管的底端呈封闭状态且外周壁上开设有出液口，所述步骤S1具体包括：

S11：将所述外管伸入所述电芯的卷芯中心孔中，并伸出所述内管使得所述出液口露出并位于所述电芯的底部。

作为一种注液方法的优选方案，所述注液管组件还包括第一气孔和第二气孔，所述第一气孔开设于所述外管管壁上，所述第二气孔开设于所述内管管壁上并位于所述出液口的上方，所述步骤S5具体包括步骤：

S51：将所述内管缩回所述外管内使得所述出液口被所述外管的管壁封堵；

S52：旋转所述内管使得所述第一气孔与所述第二气孔正对连通；

S53：通过所述注液嘴和所述注液管组件将所述电芯内部缓慢抽至所述第三预设真空度。

本发明的有益效果为：

本发明提供一种圆柱电芯注液装置，包括注液嘴和注液管组件，注液嘴的一端连通于电芯的注液口，另一端用于连通外部抽真空装置和加压装置，注液管组件通过注液口插设于电芯的卷芯中心孔中，注液管组件的出液端延伸至电芯的底部，进液端伸出注液口及注液嘴并能够连通外部注液设备、抽真空装置和加压装置，通过抽真空装置和加压装置从注液嘴和注液管组件的进液端对电芯内部抽真空和加压，并通过外部注液设备将电解液从注液管组件的出液端注入电芯的底部，底部的电解液在毛细作用下向上移动，浸润电芯内部的极片，使得电解液分布均匀，避免出现干渠现象，提高浸润性，从而提高电芯性能的一致性。

本发明还提供一种如上述所述的圆柱电芯注液装置的注液方法，通过使用上述的圆柱电芯注液装置对电芯底部进行注液，使得电解液能够充分浸润电芯内部的极片。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的圆柱电芯注液装置与电芯的装配图；

图2是本发明实施例提供的圆柱电芯注液装置的内管的俯视图；

图3是本发明实施例提供的圆柱电芯注液装置的内管的主视图；

图4是本发明实施例提供的圆柱电芯注液装置的外管的俯视图；

图5是本发明实施例提供的圆柱电芯注液装置的外管的主视图；

图6是本发明实施例提供的注液方法的流程图。

图中：

1-注液嘴；

2-注液管组件；21-外管；22-内管；23-出液口；24-第一气孔；25-第二气孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”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。对于本领域的普通技术人员而言，可以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之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1所示，本实施例提供一种圆柱电芯注液装置，该圆柱电芯注液装置包括注液嘴1和注液管组件2，注液嘴1的一端连通于电芯的注液口，另一端用于连通外部抽真空装置和加压装置，注液管组件2通过注液口插设于电芯的卷芯中心孔中，注液管组件2的出液端延伸至电芯的底部，进液端伸出注液口及注液嘴1并能够连通外部注液设备、抽真空装置和加压装置。通过抽真空装置和加压装置从注液嘴1和注液管组件2的进液端对电芯内部抽真空和加压，并通过外部注液设备将电解液从注液管组件2的出液端注入电芯的底部，底部的电解液在毛细作用下向上移动，浸润电芯内部的极片，使得电解液分布均匀，避免出现干渠现象，提高浸润性，从而提高电芯性能的一致性。

具体地，注液嘴1上开设有抽气加压口，抽气加压口分别通过管道连通于外部的抽真空装置和加压装置。抽气加压口优选设置有两个，两个抽气加压口分别位于注液管组件2的进液端的两侧，使得抽真空或加压时，电芯内部的气流分布均匀，从而使得电解液分布均匀。

优选地，注液嘴1采用吸盘式注液嘴1，提高注液嘴1和注液口连接处的密封性，隔绝外部环境，使得外部抽真空装置和加压装置与电芯内部构成密闭空间。

具体地，注液管组件2包括外管21和内管22，内管22置于外管21内，内管22被配置为能够沿外管21的轴向方向移动以伸出或缩回外管21。通过调整内管22伸出外管21的长度可以适应不同长度的电芯，即当电芯长度较长时，内管22伸出外管21以使内管22的出液端位于电芯的底部，从而使得电解液从电芯底部开始向上浸润。

优选地，外管21和内管22均采用玻璃材质或者塑料材质制成。

示例性地，当圆柱电芯为18650电芯时，外管21的长度为67mm、外径为3mm、内径为2.8mm以及壁厚为0.1mm，内管22的长度为63mm、外径为2.8mm、内径为2.6mm以及壁厚为0.1mm，外管21的外径与电芯的卷芯中心孔相适配。当然，在其它实施例中，外管21和内管22的尺寸根据实际情况设计。

进一步地，内管22的底端呈封闭状态且外周壁上开设有出液口23；当内管22伸出外管21时，所述出液口23露出；当内管22缩回外管21时，出液口23被外管21封堵。当需要进行注液时，将内管22伸出使出液口23露出，电解液从出液口23进入电芯内部，当不需要注液时，将内管22缩回使得出液口23被外管21的管壁封堵住。

优选地，出液口23设置有多个，多个出液口23沿内管22的圆周方向间隔且均匀分布，使得电解液在电芯底部分布均布，从而使得电解液浸润均匀。

可选地，出液口23距离内管22底端端面的高度范围为4-5mm。

如图1-图5所示，注液管组件2还包括第一气孔24和第二气孔25，第一气孔24开设于外管21管壁上，第二气孔25开设于内管22管壁上并位于出液口23的上方，第二气孔25被配置为能被外管21的管壁封堵以及能与第一气孔24正对连通。当注液时，内管22伸出外管21，出液口23露出，第一气孔24和第二气孔25错位封闭，电解液从出液口23进入电芯底部；注液完成后，内管22缩回外管21内，出液口23被外管21封堵，避免电解液被抽进内管22，并旋转内管22使得第一气孔24与第二气孔25正对连通，通过注液嘴1和注液管组件2对电芯内部进行抽真空，将注液时残留在电芯内部的气体排出，避免气体电解液分布不均，出现干渠现象；抽真空完成后通过注液嘴1和注液管组件2对电芯内部加压，使得电解液充分浸润。当抽真空时部分气流会通过第一气孔24和第二气孔25从电芯内部横向流向内管22，当加压时部分气流会通过第一气孔24和第二气孔25从内管22横向流向电芯内部，气流横向流动能够提供一定的压力使得电解液在极片的截面方向上渗透浸润，提高浸润性。

优选地，第一气孔24沿外管21的延伸方向间隔设置有多个，多个第二气孔25沿内管22的延伸方向间隔设置有多个，每个第一气孔24被配置为均能够与第二气孔25对应连通，以增大气流对极片施加横向压力的范围，使得极片上的电极液均能够充分浸润。

优选地，第一气孔24和第二气孔25的直径相等，保证注液顺畅。可选地，第一气孔24或第二气孔25的直径范围为0.4mm-0.5mm。

通过在电芯底部注液并设置第一气孔24和第二气孔25，解决了电芯电解液分布不均的问题和电芯注液过程中内部气体残留的问题，同时还能实现对电芯极片的横向加压，提高浸润性，从而提高电芯的生产一致性，解决电芯充放电过程中的电流密度不均的问题，提升电芯的容量、阻抗、循环寿命以及安全性能。

如图6所示，本实施例还提供一种上述的圆柱电芯注液装置的装置方法，包括以下步骤：

S1：将注液管组件2伸入电芯的卷芯中心孔底部；

具体地，步骤S1包括：

S11：将外管21伸入电芯的卷芯中心孔中，并伸出内管22使得出液口23露出并位于电芯的底部；

将注液管组件2的出液口23置于电芯的内底部能够使得电解液从电芯的底部开始向上浸润，减少注液时在电芯内部产生的气体，从而提高浸润性。

S2：通过注液嘴1和注液管组件2将电芯内部抽至第一预设真空度，并保压第一预设时间后解除抽真空；

在步骤S2中，将注液嘴1和注液管组件2均与抽真空装置连通，通过抽真空装置对电芯内部抽真空。在注液前先进行抽真空，排空电芯内部的气体，能够减小注液时的空气阻力和电解液的浸润阻力，使得电解液能够顺利浸润。

优选地，电芯内部真空度最高不超过150Kpa，加压压力最高不超过1Mpa。

本实施例中，第一预设真空度为90Kpa-110Kpa，第一预设时间为1min-2min。当然，在其它实施例中，电芯内部的真空度、保压时间和电芯内部的正压均可以根据实际情况进行调整。

S3：通过注液嘴1和注液管组件2对电芯内部充入氮气至第一预设压力以置换剩余空气，再次抽真空至第二预设真空度，第二预设真空度小于第一预设真空度；

在步骤S3中，将注液嘴1和注液管组件2均与加压装置连通，通过加压装置向电芯内部充入氮气。经过步骤S2抽真空后，避免电芯内部残留空气，对电芯内部充入氮气置换剩余的空气，使得残留的空气彻底排出电芯，置换完成后再次抽真空，将氮气也排出电芯内部，保持电芯内部的真空度，减小注液阻力和电解液的浸润阻力。

本实施例中，第一预设压力为90Kpa-110Kpa，第二预设真空度为45Kpa-55Kpa。

S4：从注液管组件2的进液端注入电解液；

在步骤S4中，电解液从内管22的出液口23进入电芯底部。

S5：通过注液嘴1和注液管组件2将电芯内部缓慢抽至第三预设真空度，并保压第二预设时间，第二预设时间大于第一预设时间；

本实施例中，第三预设真空度为90Kpa-110Kpa，第二预设时间为5min-6min。

具体地，步骤S5包括：

S51：将内管22缩回外管21内使得出液口23被外管21的管壁封堵；

S52：旋转内管22使得第一气孔24与第二气孔25正对连通；

S53：通过注液嘴1和注液管组件2将电芯内部缓慢抽至第一预设真空度。

在注液完成后，首先将出液口23封堵然后将第一气孔24和第二气孔25正对连通，再次对电芯内部抽真空，以排出注液时产生的气体，并能够加快电解液的浸润速度和浸润效果。且此时，会有部分气流从电芯内部横向流经第一气孔24和第二气孔25并从注液管组件2排出电芯，气流对极片的横向挤压作用，能够提高电解液的浸润效果。

S6：通过注液嘴1和注液管组件2通入氮气至电芯内部达到第二预设压力。

在将注液后的气体排出后，再次向电芯内部充入氮气，使得电芯内部的压力正常，电芯内部具有一定的压力，也能够加快电解液的浸润速度和提高电解液的浸润效果。且此时，会有部分气流从注液管组件2的内部流经第二气孔25和第一气孔24横向挤压电芯极片，从而提高电极液的浸润效果。

本实施例中，第二预设压力为0.4Mpa-0.6Mpa。

优选地，循环步骤S5和步骤S6，本实施例中，将步骤S5和步骤S6循环5次，使得电解液充分且彻底地浸润至电芯极片的各个部位。

在注液完成后，可以通过以下检测方法来判断电解液是否分布均匀：

在电解液中添加铜盐或铁盐等标记元素，注液后解剖电芯，拆解出正负极片以及隔膜，通过观察其颜色、X射线能谱分析(EDS)或电感耦合等离子光谱发生仪(ICP)等方式检测正负极片或者隔膜的不同区域中的元素含量，从而判断电解液是否分布均匀。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种圆柱电芯注液装置，其特征在于，包括：

注液嘴（1），一端连通于电芯的注液口，另一端用于连通外部抽真空装置和加压装置；

注液管组件（2），所述注液管组件（2）通过所述注液口插设于所述电芯的卷芯中心孔中，所述注液管组件（2）的出液端延伸至所述电芯的底部，进液端伸出所述注液口以及所述注液嘴（1）并能够连通外部注液设备、抽真空装置和加压装置；

所述注液管组件（2）包括外管（21）和内管（22），所述内管（22）置于所述外管（21）内，所述内管（22）被配置为能够沿所述外管（21）的轴向方向移动以伸出或缩回所述外管（21），所述内管（22）的底端呈封闭状态且外周壁上开设有出液口（23），当所述内管（22）伸出所述外管（21）时，所述出液口（23）露出，当所述内管（22）缩回所述外管（21）时，所述出液口（23）被所述外管（21）封堵；

所述注液管组件（2）还包括第一气孔（24）和第二气孔（25），所述第一气孔（24）开设于所述外管（21）管壁上，所述第二气孔（25）开设于所述内管（22）管壁上并位于所述出液口（23）的上方，所述第二气孔（25）被配置为能被所述外管（21）的管壁封堵以及能与所述第一气孔（24）正对连通，所述第一气孔（24）沿所述外管（21）的延伸方向间隔设置有多个，所述第二气孔（25）沿所述内管（22）的延伸方向间隔设置有多个，每个所述第一气孔（24）均能够与一个所述第二气孔（25）对应连通。

2.根据权利要求1所述的圆柱电芯注液装置，其特征在于，所述出液口（23）设置有多个，多个所述出液口（23）沿所述内管（22）的圆周方向间隔且均匀分布。

3.根据权利要求1所述的圆柱电芯注液装置，其特征在于，所述出液口（23）距离所述底端端面的高度为4-5mm。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的圆柱电芯注液装置的注液方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将所述注液管组件（2）伸入所述电芯的卷芯中心孔底部；

S2：通过所述注液嘴（1）和所述注液管组件（2）将所述电芯内部抽至第一预设真空度，并保压第一预设时间后解除抽真空；

S3：通过所述注液嘴（1）和所述注液管组件（2）对所述电芯内部充入氮气提高至第一预设压力以置换剩余空气，再次抽真空至第二预设真空度，所述第二预设真空度小于所述第一预设真空度；

S4：从所述注液管组件（2）的进液端注入电解液；

S5：通过所述注液嘴（1）和所述注液管组件（2）将所述电芯内部缓慢抽至第三预设真空度，并保压第二预设时间，所述第二预设时间大于所述第一预设时间；

S6：通过所述注液嘴（1）和所述注液管组件（2）通入氮气至所述电芯内部达到第二预设压力。

5.根据权利要求4所述的注液方法，其特征在于，所述注液管组件（2）包括外管（21）和内管（22），所述内管（22）置于所述外管（21）内，所述内管（22）的底端呈封闭状态且外周壁上开设有出液口（23），所述步骤S1具体包括：

S11：将所述外管（21）伸入所述电芯的卷芯中心孔中，并伸出所述内管（22）使得所述出液口（23）露出并位于所述电芯的底部。

6.根据权利要求5所述的注液方法，其特征在于，所述注液管组件（2）还包括第一气孔（24）和第二气孔（25），所述第一气孔（24）开设于所述外管（21）管壁上，所述第二气孔（25）开设于所述内管（22）管壁上并位于所述出液口（23）的上方，所述步骤S5具体包括步骤：

S51：将所述内管（22）缩回所述外管（21）内使得所述出液口（23）被所述外管（21）的管壁封堵；

S52：旋转所述内管（22）使得所述第一气孔（24）与所述第二气孔（25）正对连通；

S53：通过所述注液嘴（1）和所述注液管组件（2）将所述电芯内部缓慢抽至所述第三预设真空度。

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