CN112803058A

CN112803058A - 电芯热压方法及电芯热压设备

Info

Publication number: CN112803058A
Application number: CN202110309490.3A
Authority: CN
Inventors: 马毅; 丁亚男; 杨树涛
Original assignee: Svolt Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Svolt Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2021-03-23
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2021-05-14

Abstract

本发明提供了一种电芯热压方法及电芯热压设备，本发明所提供的电芯热压方法是将待热压的电芯置于设定压力的压力环境内，并在预设温度条件下，由压力环境中的流体在电芯的至少一侧表面施加以压力，以形成对电芯的热压。本发明的电芯热压方法，通过将电芯放置在设定压力的压力环境中，以完成对电芯的热压工艺，该压力环境中的流体可均匀地在电芯的表面施加设定的压力，可使极片的削薄区受到同样的压力，以提高极片的削薄区与隔离膜紧密贴合的程度，利于改善电芯中极片削薄区的热压效果。

Description

电芯热压方法及电芯热压设备

技术领域

本发明涉及电池电芯加工技术领域，特别涉及一种电芯热压方法。本发明还涉及一种电芯热压设备。

背景技术

当前，锂电池是新能源行业中发展较快的一个领域，并已经应用到人们的日常生活中。尤其是数码产品和汽车行业，对锂电池的需求非常突出，所以，锂电池的生产在国内外都已经形成一定的规模，并越来越多的应用在汽车及其它储能领域。

电芯热压(叠片后热压)是锂电池生产的一道重要工序，通俗的讲，就是把叠片好的电芯放置在热压机中，并对热压机的参数进行设定，将电芯中正负极片和隔离膜压制在一起，使得正负极片、隔膜紧密贴合，热压后的电芯供下工序使用。

在锂离子电池生产过程中，因浆料的特性，涂布出的极片都会有削薄区，削薄区无法避免。单张极片削薄区的厚度较正常极片厚度薄8-10μm，假设单体电芯正极片40片，负极片41片，那么，当各极片的削薄区重合，则一个电芯削薄区部位的厚度会较正常电芯厚度减少0.65-0.81mm。并且，随着叠片的层数增加，厚度差会愈加明显。因为电芯有削薄区的存在，因此，在热压过程中，电芯的削薄区往往是热压不到的。

电芯热压不充分会造成很多问题，主要是削薄区和隔离膜接触不充分，在极耳超声焊接工序中，金属粉尘容易通过未紧密贴合的削薄区和隔离膜之间的空隙进入电芯内部，容易造成电芯短路；而且，电芯边部如热压不充分则会发软，不利于电芯的后期装配。

在现有的热压工艺中，主要是通过增加热压时间，以改善削薄区和隔离膜接触不充分的问题，但时间增加后电芯主体容易过压，造成隔膜收缩，产生不良品。有的则将热压板做成凹凸形状，对电芯进行热压，这种方式可以解决削薄区热压不充分问题，但是电池型号不同，削薄区的分布情况也不同，需要根据电芯的不同尺寸更换热压板，换型复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种电芯热压方法，以改善电芯中极片削薄区的热压效果。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种电芯热压方法，该方法将待热压的电芯置于设定压力的压力环境内，并于预设温度条件下，由所述压力环境中的流体于所述电芯的至少一侧表面施加以压力，以形成对所述电芯的热压。

进一步的，所述电芯于所述压力环境内承受热压的时间在5～60s之间。

进一步的，所述压力环境中的流体为气体。

进一步的，所述压力环境形成于热压箱中容积可变的密封腔室内。

进一步的，所述热压箱中配置有可被驱动而移动压板，并由所述压板的移动以改变所述密封腔室的容积，且所述压板压缩所述密封腔室的容积的移动距离

其中，P₁为密封腔室未被压缩前的初始压力，P₂为设定压力，V为电芯的体积，S为密封腔室的横截面积，H₁为密封腔室未被压缩前的初始高度。

进一步的，所述预设温度在90～100℃之间。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的电芯热压方法，通过将电芯放置在设定压力的压力环境中，以完成对电芯的热压工艺，该压力环境中的流体可均匀地在电芯的表面施加设定的压力，可使极片的削薄区受到同样的压力，以提高极片的削薄区与隔离膜紧密贴合的程度，利于改善电芯中极片削薄区的热压效果。

此外，根据电芯中极片的层叠数量以及电芯的整体厚度情况，为电芯的热压设置合理的时间，可实现电芯中极片和隔离膜之间充分的粘接贴合，并有助于在热压工艺的质量和效率之间达成最佳的平衡点。

同时，采用气体作为压力传递的中介，便于技术实施，且可避免使用液体施压情况下对电芯的浸染和可能的损害；而通过热压箱的形式，在其内设置容积可变的密封腔室，可形成密封可靠的压力环境，具有利于构造和性能可靠等技术优势。

本发明的另一个目的在于提出一种电芯热压设备，该设备执行本发明所述的电芯热压方法以形成对所述电芯的热压，且包括：

热压箱，所述热压箱内形成有容积可变的密封腔室，所述电芯置于所述密封腔室内；

温控系统，所述温控系统用以将所述密封腔室内的温度保持在所述电芯热压所需的预设温度条件下。

进一步的，所述热压箱中配置有可移动以改变所述密封腔室的容积的压板，且所述压板配置有以驱动所述压板移动的液压系统。

进一步的，所述热压箱的侧壁上设有可启闭以将所述电芯放置于所述密封腔室内的箱门。

进一步的，所述温控系统包括水温可控的水浴池，所述热压箱至少部分地浸入所述水浴池中。

相对于现有技术，本发明提出的电芯热压设备具有以下优势：

本发明所述的电芯热压设备，在热压箱的密封腔室被配置为容积可变的形式，从而可形成供电芯热压的压力环境，电芯放置于密封腔室内，可使极片的整体、尤其是其削薄区受到同样的压力，能提高极片的削薄区与隔离膜紧密贴合的程度，利于改善电芯中极片削薄区的热压效果；温控系统配置，则便于为电芯的热压提供良好的预设温度条件。

另外，采用液压系统驱动压板以改变密封腔室的容积，具有压板的压缩移动过程平稳、施压力强等优点。

附图说明

构成本发明的一部分的附图，是用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明是用于解释本发明，其中涉及到的前后、上下等方位词语仅用于表示相对的位置关系，均不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例二所述的电芯热压设备的立体结构示意图；

图2为本发明实施例二所述的电芯热压设备的剖面结构示意图；

附图标记说明：

1、电芯；2、热压箱；200、密封腔室；201、箱门；

3、液压系统；300、压板；301、固定架；302、液压缸；

4、水浴池；40、缸体；400、隔热层；401、支撑柱。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”、“内”、“背”等指示方位或位置关系的术语，其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，在本发明的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连接件”应做广义理解。例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，亦或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

本实施例涉及一种电芯热压方法，该方法可以改善电芯中极片削薄区和隔离膜的热压效果。在该电芯热压方法中，将待热压的电芯放置在设定压力的压力环境内，并在预设温度条件下，由压力环境中的流体在电芯的至少一侧表面施加以压力，以形成对电芯的热压。

基于上述的工艺原则，本实施例就该电芯热压方法的具体内容进行阐述。

由于电芯的热压工艺需要一定的温度条件，以利于保持极片和隔离膜之间良好的粘接活性。在该电芯热压方法中，热压的预设温度被控制在90～100℃之间，并保持一个恒定的温度，例如，在95℃的恒温条件下进行。这样，便于确定压力环境中的压力值，只有根据不同温度条件设定合理的对电芯表面的热压压力，才利于达到良好的热压效果。而且，当采用气体作为压力环境中的施压流体时，由于对压力环境容积的整个压缩过程中温度恒定，更利于通过理想气体状态方程推算所需的压缩容积的大小。

被放置在压力环境中的电芯是由多个极片和隔离膜层叠而成，该电芯可以采用悬置的方式，使电芯的上下两个侧面均受到流体的压力，以完成热压；也可以将电芯放置于形成压力环境的容器的底部，使电芯的下侧表面被容器的底部承托，电芯的上侧表面经受流体的压力，以完成热压。

根据电芯中极片的层叠数量以及电芯的整体厚度情况，需要为电芯的热压设置合理的时间，以可实现电芯中极片和隔离膜之间的充分粘接贴合，并有助于在热压工艺的质量和效率之间达成最佳的平衡点。一般，电芯在压力环境内承受热压的时间在5～60s之间。例如，单体电芯采用150μm厚度的正极片40片、负极片41片，和20μm厚度隔离膜层叠而成，其整体厚度在14mm左右，其热压时间可设置为30s。须指出的是，该时间还需根据施压压力的大小以及预设温度条件情况做必要的调整，以使电芯在最短的时间内达到良好的热压质量。

对于压力环境中的流体，可以是液体或者气体。当采用液体时，优选不会对电芯造成腐蚀、浸染的液体，例如可采用纯化水。在本实施例中，采用气体作为压力环境的中导压流体，可使用洁净的空气或惰性气体。采用气体作为压力传递的中介，便于技术实施，且可避免使用液体施压情况下对电芯的浸染和可能的损害。

上述的压力环境，可以通过构建密封的舱室实现，在本实施例中，压力环境形成于热压箱中容积可变的密封腔室内。通过热压箱的形式，在其内设置容积可变的密封腔室，可形成密封可靠的压力环境，具有利于构造和性能可靠等技术优势。具体而言，可将热压箱设计为活塞缸体的形式，当然，形状可以是矩形或者圆柱形等形状。在热压箱中配置可被驱动而往复移动的压板，并由压板的移动来改变密封腔室的容积。利用类似于活塞形式的压板，实现对密封腔室的容积改变，具备良好的运行稳定性，并且，可基于理想气体状态方程精确推算出压板需要压缩移动的移动距离，有利于设备的构造设计和工艺的实施操作。

设P₁为密封腔室未被压缩前的初始压力(可以是标准大气压力)，P₂为电芯热压的设定压力，V为电芯的体积，H₁为密封腔室未被压缩前的初始高度H₂为密封腔室被压缩后的高度，S为密封腔室的横截面积。那么，由理想气体状态方程：PV/T＝C(其中，预设温度T为恒定值，C为常量)可知，

进而，可推导出压板压缩密封腔室的容积的移动距离

进而，也可以很容易确定电芯表面所承受的热压压力：F_电芯＝P₂*S_电芯。其中，S_电芯为电芯的一侧的表面面积，为电芯的长和宽的乘积，其与电芯厚度的乘积即为电芯的体积V。在工艺生产中，如根据电芯需要的热压压力F_电芯作为工艺参数，则可由其推导出P₂需要的参数值；一般的电芯热压压力F_电芯控制在2000-30000N之间。

综合上述，本实施例所述的电芯热压方法，通过将电芯放置在设定压力的压力环境中，以完成对电芯的热压工艺，该压力环境中的流体可均匀地在电芯的表面施加设定的压力，可使极片的削薄区受到同样的压力，以提高极片的削薄区与隔离膜紧密贴合的程度，利于改善电芯中极片削薄区的热压效果。

实施例二

本实施例涉及一种电芯热压设备，该设备执行实施例一中所述的电芯热压方法，以形成对电芯的热压。该设备的一种示例性结构如图1和图2所示，其主要包括热压箱2和温控系统。

其中，热压箱2内形成有容积可变的密封腔室200，电芯1被放置于密封腔室200内完成热压过程。温控系统则配置于热压箱2的外围，用以将密封腔室200内的温度保持在电芯1热压所需的预设温度条件下。

具体来说，热压箱2采用活塞缸的结构形式，其内配置有可移动以改变密封腔室200的容积的压板300，并且，压板300配置有以驱动压板300移动的液压系统3。优选地，在压板300顶部均衡地设置两个液压缸302，液压缸302的缸体固装在固定架301上，固定架301包括与液压缸302的缸体固连的基板、以及固连于基板和热压箱2的外壁上的连接部分。通过控制两个液压缸302的同步动作，可驱使压板300在热压箱2内上下移动。采用液压系统3驱动压板300以改变密封腔室200的容积，具有压板300的压缩移动过程平稳、施压力度强等优点。

此外，为便于电芯1于密封腔室200中的取放操作，热压箱2的侧壁上设有可启闭以将电芯1放置于密封腔室200内的箱门201；这种设计，和热压箱2的整体结构设置相匹配。当然，应在箱门201的边缘设置密封条，以保障箱门201关闭后密封腔室200内部的密封性。箱门201的启闭可采用电机、气缸等驱动控制，以便于箱门201的启闭操作。

如图2所示，为了给电芯1的热压工艺提供良好的恒温条件，本实施例的温控系统采用水浴加热的形式。温控系统包括水温可控的水浴池4，热压箱2至少部分地浸入水浴池4中。具体来说，缸体40中盛装有水或者其它导热液体，缸体40的底部或者侧壁等处加装加热单元，优选采用电控加热器为水浴池4中的液体加热，并通过恒温控制以保持水浴池4内液体的温度。温控系统采用水浴池4的形式实现对热压箱2工艺温度条件的保持，具有便于技术实施，且温控性能更为稳定等技术优势。为提升水浴池4内液体的保温效果，可在缸体40外部包覆隔热层400；隔热层400优选采用隔热棉。

在电芯1的热压工艺过程中，首先将热压箱2连同液压系统3和压板300移至水浴池4的上方，打开箱门201，将电芯1放置于密封腔室200的底部。为了防止在热压过程中气体通过极片和隔离膜之间的缝隙进入电芯1的内部，造成热压不充分，可以在电芯1上方覆盖一层隔膜，隔膜的四周密封贴合在密封腔室200的底部表面，从而将电芯1塑封在密封腔室200的底部表面上，这样热压的气体会将压力完全传导到电芯1的上侧表面上。

将电芯1放置好后，关闭箱门201，将热压箱2全部或者部分浸入到水浴池4中，为了形成热压箱2在水浴池4中的支撑，可在水浴池4底部设置多个支撑柱401，热压箱2承载于支撑柱401上，支撑柱401的高度可根据热压箱2浸入的深度要求设置。

通过试验和对密封腔室200内部温度的测量，可确定浸入后的等待时间，即在浸入后多长时间，通过水浴池4中热量的传导，密封腔室200内的温度就达到热压工艺需要的预设温度。之后即可驱动压板300相对于热压箱2移动，以进行对电芯1的热压操作。

本实施例的电芯热压设备，热压箱2的密封腔室200被配置为容积可变的形式，从而可形成供电芯1热压的压力环境，电芯1放置于密封腔室200内，可使极片的整体、尤其是其削薄区受到同样的压力，能提高极片的削薄区与隔离膜紧密贴合的程度，利于改善电芯1中极片削薄区的热压效果；温控系统配置，则便于为电芯1的热压提供良好的预设温度条件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电芯热压方法，其特征在于：该方法将待热压的电芯(1)置于设定压力的压力环境内，并于预设温度条件下，由所述压力环境中的流体于所述电芯(1)的至少一侧表面施加压力，以形成对所述电芯(1)的热压。

2.根据权利要求1所述的电芯热压方法，其特征在于：所述电芯(1)于所述压力环境内承受热压的时间在5～60s之间。

3.根据权利要求1所述的电芯热压方法，其特征在于：所述压力环境中的流体为气体。

4.根据权利要求3所述的电芯热压方法，其特征在于：所述压力环境形成于热压箱(2)中容积可变的密封腔室(200)内。

5.根据权利要求4所述的电芯热压方法，其特征在于：所述热压箱(2)中配置有可被驱使而移动的容积的压板(300)，并由压板的移动改变腔室的容积，且所述压板(300)压缩所述密封腔室(200)的容积的移动距离

其中，P₁为密封腔室(200)未被压缩前的初始压力，P₂为设定压力，V为电芯(1)的体积，S为密封腔室的横截面积，H₁为密封腔室(200)未被压缩前的初始高度。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的电芯热压方法，其特征在于：所述预设温度在90～100℃之间。

7.一种电芯热压设备，其特征在于，该设备执行权利要求1-6中任一项所述的电芯热压方法以形成对所述电芯(1)的热压，且包括：

热压箱(2)，所述热压箱(2)内形成有容积可变的密封腔室(200)，所述电芯(1)置于所述密封腔室(200)内；

温控系统，所述温控系统用以将所述密封腔室(200)内的温度保持在所述电芯(1)热压所需的预设温度条件下。

8.根据权利要求7所述的电芯热压设备，其特征在于：所述热压箱(2)中配置有可移动以改变所述密封腔室(200)的容积的压板(300)，且所述压板(300)配置有以驱动所述压板(300)移动的液压系统(3)。

9.根据权利要求7所述的电芯热压设备，其特征在于：所述热压箱(2)的侧壁上设有可启闭以将所述电芯(1)放置于所述密封腔室(200)内的箱门(201)。

10.根据权利要求7所述的电芯热压设备，其特征在于：所述温控系统包括水温可控的水浴池(4)，所述热压箱(2)至少部分地浸入所述水浴池(4)中。