CN115986338A - 一种电池注液方法及注液装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电池注液方法及注液装置，包括密封机构、注液机构、电池承载装置。电池置于密封的腔体内；通过密封连接于所述腔体的注液嘴分N次向所述电池注液，分次注液时所述腔体内交替为负压和常压和/或加正压。首先通过抽真空设备对密封空间抽真空，排出密封空间包括电池在内的内部的空气，然后配合注液嘴向电池内注入定量的电解液，然后恢复密封空间内气压为环境气压，再次向电池内注入定量的电解液，然后再次抽真空排出空气，再进行最后一次注入定量的电解液，最后向密封空间内充气加压，并保持在一定压力下，排出电池内的气泡。采用多次抽真空和加压的方法，实现了高效注液和有效的排出了气泡，加快电解液的含浸效率。

Description

一种电池注液方法及注液装置

技术领域

本发明涉及电池产品生产技术领域，具体涉及一种电池注液方法及注液装置。

背景技术

随着新能源电池行业的迅猛发展，电池的需求越来越大，电池的生产效率亟需提升，在现有技术中，通常在一次抽真空后向电池内一次性注入电解液，再一次性抽出多余的电解液，最终完成注液工作，这种注液方式往往不能够将电芯中残余的气泡完全清除，尤其是在电芯死角部分的气泡。气泡的残留会严重影响电芯本身质量以及后序工序的安全性。为克服该问题，CN105406021B号专利公开了一种注液装置及注液方法，包括注液杯腔体、上固定板、下固定板、注液嘴、注液口、第一堵杆、第二堵杆、第一驱动组件和第二驱动组件，注液杯腔体的上端面和下端面分别与上固定板和下固定板紧密接触，注液口设置于上固定板上且注液口与注液杯腔体相通，注液嘴位于下固定板的下方且注液嘴与注液杯腔体相通，上固定板上设置有与注液杯腔体相通的通孔，通孔的末端连接有气嘴。本发明从注液原理上针对现有锂离子电池的注液装置进行改进，由现有单次注液改为往复式小幅度重复注液，以清除电芯内部死角残留气泡，从而可大大提升电芯注液工序合格率，在不影响整体产能的前提下提高了注液工序的电芯质量。但该方法依然存在无法确保气泡的稳定清除，另外其产品质量的提升是以牺牲生产效率为代价的。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种电池注液方法及注液装置，以兼顾质量的提升和生产效率的提高。

本文中的常压为设备及实施本电池注液方法所处环境的大气压，由其海拔高度所决定。

具体的，本发明提出了一种电池注液方法，电池置于密封的腔体内；通过密封连接于所述腔体的注液嘴分N次向所述电池注液，分次注液时所述腔体内交替为负压和常压和/或加正压。

首先通过抽真空设备对密封空间抽真空，排出密封空间包括电池在内的内部的空气，然后配合注液嘴向电池内注入定量的电解液，然后恢复密封空间内气压为环境气压，再次向电池内注入定量的电解液，然后再次抽真空排出空气，再进行最后一次注入定量的电解液，最后向密封空间内充气加压，并保持在一定压力下，排出电池内的气泡，加快电解液的含浸效率。本发明的优点在于，采用多次抽真空和加压的方法，实现了高效注液的同时，有效的排出了气泡，提升电解液的含浸效率，解决了现有技术中的难题。

进一步的，第一次注液时，所述腔体内为负压，第二次注液时，所述腔体内为常压，依次交替循环以注射电解液。

进一步的，注液时，后一次负压时的负压值皆小于前一次负压时的负压值。

进一步的，电解液注入完成后，给所述腔体加正压，并持续一定的时间。

优选的，具体实施的电池高效注液控制方法，包括以下步骤：

S1，电池放入电池定位载具内；

S2，启动密封机构，将电池笼罩并使其置于密封空间中；

S3，对密封空间抽真空，排出密封空间中包括电池在内的内部空气并保持在一定的负压环境下；

S4，伺服电机驱动注液杆向下移动至位置2，将一部分电解液通过注液杆与注液嘴之间的间隙注入电池内；

S5，关闭抽真空系统，空气通过气接头进入密封空间内，使密封空间内处于大气压力环境下；

S6，注液杆向下移动至位置3，将一部分电解液注入电池内；

S7，再一次抽真空，排出密封空间包括电池在内的内部空气并保持在一定的负压环境下，此次负压值小于第一次的负压值；

S8，伺服电机驱动注液杆向下移动至位置4，在负压环境下将电解液注入电池内，然后封闭注液杆上的注液孔；

S9，向密封罩内充气加压并保持在一定压力，排出电池内的气泡，加快电解液的含浸效率；

S10，停止加压，密封空间内压力恢复至常压环境下，注液完成，注液杆复位，解除密封状态，取出电池。

首先通过抽真空设备对密封空间抽真空，排出密封空间包括电池在内的内部的空气，然后向电池内注入定量的电解液，然后恢复密封空间内气压为环境气压，再次向电池内注入定量的电解液，然后再次抽真空排出空气，再进行最后一次注入定量的电解液，最后向密封空间内充气加压，并保持在一定压力下，排出电池内的气泡，加快电解液的含浸效率。本发明的优点在于，采用多次抽真空和加压的方法，实现了高效注液的同时，有效的排出了气泡，提升电解液的含浸效率，解决了现有技术中的难题。

进一步的，在开始注液前，先将定量的电解液注入到一储液腔中，注液开始后，分次将储液腔中的电解液全部注入电池中。每次注液先向储液腔中注入定量的电解液，确保每次向电池内注入的电解液的容量精确，无需像现有技术可能超量注入需要再抽出的问题。

进一步的，所述储液腔设有一个与外部电解液加液仓连通的补液孔，一可上下移动的注液杆设于储液腔中，当注液杆位于最上方的初始位置时，补液孔导通，当注液杆向下移动到位置1以后，补液孔封闭。开始加液前，对补液孔进行封闭，可以确保每一个电池的注入量的一致性。

本发明还提供一种电池注液装置，采用上述任一所述的电池注液方法，包括：

密封机构，包括具有密封腔体的密封罩，所述密封罩设有用于抽负压和加压装的气接头，所述气接头连通气压调节装置；

注液机构，包括注液嘴、注液杆和注液杆驱动机构，所述注液嘴密封连接于所述密封罩且位于密封罩内；

电池承载装置，用于承载电池，并与所述密封罩密封适配。

本电池注液装置用于配合实施上述电池注液方法，可以实现注液时电池处于密封的空间中，注液嘴位于密封空间中，便于在不同的气压环境下对电池实施注液。

进一步的，所述注液嘴机构还包括储液腔，所述注液嘴与所述储液腔连通，所述注液杆滑动连接于所述储液腔；

所述储液腔设有补液孔，当所述注液杆位于注液前的初始位置时，所述补液孔与所述储液腔连通，当所述注液杆滑动注液时，所述补液孔与所述储液腔不连通。

进一步的，所述注液杆下端设有与储液腔密封适配的密封部，当所述注液杆位于注液前的初始位置时，所述补液孔位于所述密封部的一侧，当所述注液杆滑动注液时，所述补液孔位于所述密封部的另一侧。

进一步的，所述储液腔内具有沿所述注液杆的滑动方向凸出的台阶，所述注液杆的端部具有可容纳所述台阶的盲孔，所述台阶具有贯穿的孔，所述孔的一端位于所述密封罩内的注液嘴前端构成注液口，所述孔的另一端贯穿所述台阶上端。

台阶的设计是为了防止电解液流出，储液腔中不高于台阶上端的腔内空间为储液空间，当注液杆下移时，盲孔部分进入台阶与储液腔内壁之间的空间(即储液空间)，电解液液位上升，漫过台阶上端，经贯穿的孔由注液嘴的注液口注入电池中。

进一步的，所述盲孔的底部设有一密封结构或密封部件，用于在注液杆下降到位置4时封闭台阶上端口。

进一步的，所述注液嘴下端口设有一利于残留电解液流出的缺口。

进一步的，所述电池承载装置包括用于放置电池的电池定位承载托盘、顶升板和顶升板升降装置，所述电池定位承载托盘设置于顶升板，所述顶升板被顶升板升降装置驱动上升后与密封罩一起构成所述密封腔体。

气压调整装置可以控制密封罩内的气压在负压、环境大气压和正压之间切换，配合注液机构及注液嘴完成注液和排出气泡，可以采用多次抽真空和加压的方法，实现了高效注液的同时，有效的排出了气泡，提升电解液的含浸效率，解决了现有技术中的难题。

进一步的，所述补液孔与外部电解液加液仓连通，注液杆可上下移动的设于储液腔中，当注液杆位于最上方的初始位置时，补液孔导通，外部电解液加液仓向储液腔中注入定量的电解液，当注液杆向下移动到位置1以后，补液孔封闭(被注液杆上的密封环封闭或者被电控阀门关闭等)。每次注液先向储液腔中注入定量的电解液，确保每次向电池内注入的电解液的容量精确，无需像现有技术可能超量注入需要再抽出的问题。

进一步的，所述注液杆下端设有密封圈，所述密封圈与储液腔密封适配。通过注液杆上设置密封圈，利用注液杆下移同时封闭补液孔，结构简单巧妙。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明一种电池高效注液机构的结构示意图；

图2是本发明一种电池高效注液机构A-A剖视图；

图3是本发明注液杆在位置1时的示意图；

图4是本发明注液杆在位置2时的示意图；

图5是本发明注液杆在位置3时的示意图；

图6是本发明注液杆在位置4时的示意图；

图7为本发明一种电池注液装置实施例的轴测图；

图8为本发明一种电池注液装置实施例的左视图；

图9为本发明一种电池注液装置实施例的俯视图。

图中，各标号对应的名称为：

机架1；气接头21；储液腔31；补液孔32；注液嘴33；缺口34；空心圆柱35；密封罩41；密封胶圈42；电池定位承载托盘51；顶升板52；顶升板升降装置53；顶升气缸54；电池6；梯形丝杆71；丝杆固定座72；联轴器73；伺服电机74；升降螺母75；注液杆安装座76；注液杆81；盲孔82；密封圈83；密封垫84；弹簧85；线性滑轨9；机械手101；电子秤102；上料机构103；下料机构104。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

以18650电池的注液方法为例做详细的阐述，具体包括以下步骤：

S1，电池放入电池定位载具内；这里的电池定位载具，可以是一块平板、托盘，也可以是具有XY轴或多轴坐标调整功能的装置，其上可以固定一款及多块电池，电池定位载具的作用是稳定放置电池，并使各电池的注液孔对正注液嘴。

S2，启动密封机构，将电池笼罩并使其置于密封空间中；密封机构可以采用一个带密封门的箱体，也可以采用一个开口向下的密封罩(如图1的示例所示)。

S3，对密封空间(图1的示例中密封空间由密封罩和承载电池定位载具的顶升板之间合围而成)抽真空，排出密封空间中空气并保持在一定的负压环境下，图1的示例中是排出包括电池、密封罩在内的内部空气；

本实施例中，所述负压的值可以选择为：-92Kpa，可以理解的是，该数据对于不同规格的电池是不同的，而具体的数据确定大多为实验经验值，因此这里只是以某产品单独列举。

S4，伺服电机驱动注液杆向下移动至位置2，(如图4所示)将一部分电解液通过注液嘴注入电池内；

S5，关闭抽真空系统，使密封空间内处于大气压力环境下；

S6，注液杆向下移动至位置3(如图5所示)，将一部分电解液注入电池内；

S7，再一次抽真空，排出密封空间包括电池在内的内部空气并保持在一定的负压环境下，此次负压值小于第一次的负压值，例如本实施例中该步骤的负压值为：-70KPa；

S8，伺服电机驱动注液杆向下移动至位置4(如图6所示)，在负压环境下将电解液注入电池内，然后封闭注液嘴；

S9，向密封空间内充气加压并保持在一定压力，排出电池内的气泡，加快电解液的含浸效率，本实施例中，该步骤的正压值为：0.7～0.9Mpa，设置时一般先取中间值0.8，根据结果调整，在18650电池规格下，一般在0.7至0.9之间；

S10，停止加压，密封空间内压力恢复至大气压环境下，注液完成，注液杆复位，解除密封状态，取出电池。

首先通过抽真空设备对密封空间抽真空，排出密封空间包括电池在内的内部的空气，然后向电池内注入定量的电解液，然后恢复密封空间内气压为环境气压，再次向电池内注入定量的电解液，然后再次抽真空排出空气，再进行最后一次注入定量的电解液，最后向密封空间内充气加压，并保持在一定压力下，排出电池内的气泡，加快电解液的含浸效率。本发明的优点在于，采用多次抽真空和加压的方法，实现了高效注液的同时，有效的排出了气泡，提升电解液的含浸效率，解决了现有技术中的难题。

需要说明的是，本实施例是以18650为例阐述的注液过程，在产品为其他规格的电池时，除了上述的压力数据是不同的，常压和负压的循环次数也是可能不同的，也可以简单的理解为电池的体积大小与循环次数相关；

且某些规格的产品下，注液时也会加入正压下注射的步骤，这些参数都是在本发明的核心方法下做出的简单的调整，皆在本发明的保护范围内。

如图1-6所示，本发明还提供一种电池注液装置，用于将电解液快速注入到电池6中，包括：

机架1，用于安装所有的零部件及功能模块；

气压调整装置，包括与外部负压装置和加压装置连接的气接头21、一端连接气接头21，另一端和密封罩41连通的管路；

密封机构，包括密封罩41，用于笼罩电池6并使其置于密封空间中；密封罩41下边开口的一圈一般设置密封胶圈42以确保密封效果。

注液机构，包括注液杆81和注液杆驱动机构；图1示例中包括5个储液腔31和5个配套的注液杆81，可以同时对5块电池6或者对1块电池从5个注液孔同时加注电解液。图1的注液杆驱动机构采用如图2所示的安装在机架1上的伺服电机74通过联轴器73带动梯形丝杆71转轴，梯形丝杆通过丝杆固定座72安装在机架1上，与梯形丝杆71螺纹连接的升降螺母75，与升降螺母75固定连接的注液杆安装座76，注液杆安装座76同时滑动适配安装在线性滑轨9上。注液杆81的上端安装在注液杆安装座76上。伺服电机74正反转带动升降螺母75和注液杆安装座76及注液杆81上下移动。在图1的示例中，注液杆81的上端滑动装设在注液杆安装座76中，且相互之间设有弹簧85，弹簧85的作用是防止注液杆81下降和上升到最低位置和最高位置时与储液腔31的底部和顶部发生硬性冲撞，下降到最低端时，弹性压力也利于密封垫84对注液嘴位于储液腔31内的台阶(图3示例中台阶加工为空心圆柱35)的上端口进行封闭。

电池承载装置，用于承载电池，并与密封罩密封适配。

气压调整装置可以控制密封罩与电池承载装置合围构成的密封空间内的气压在负压、环境大气压和正压之间切换，配合注液机构完成注液和排出气泡，可以采用多次抽真空和加压的方法，实现了高效注液的同时，有效的排出了气泡，提升电解液的含浸效率，解决了现有技术中的难题。

如图1和图3所示，在开始注液前，先将定量的电解液注入到一储液腔31中，注液开始后，分次将储液腔31中的电解液全部注入电池6中。每次注液先向储液腔31中注入定量的电解液，确保每次向电池6内注入的电解液的容量精确，无需像现有技术可能超量注入需要再抽出的问题。

在图示的示例中，所述注液机构包括储液腔31，所述储液腔31设有一个与外部电解液加液仓连通的补液孔32，一可上下移动的注液杆81套设于储液腔31中，注液杆81和储液腔31组合类似一个活塞式注射器，当注液杆位于最上方的初始位置时，补液孔32导通，此时可以由外部电解液加液装置向储液腔31中注入定量的电解液，当注液杆81向下移动到位置1以后，如图3到图6依次是位置1、位置2、位置3和位置4，补液孔封闭(这里的封闭是指例如可以采用图3示例中安装于注液杆81上的密封圈83或者在注液孔与外部加液仓之间的管路上设置电控阀门来使注液孔和储液腔之间不导通)。开始加液前，对补液孔进行封闭，可以确保每一个电池的注入量的一致性。

在一些实施例中，所述注液杆81下端设有密封圈83，所述密封圈83与储液腔31密封适配。通过注液杆81上设置密封圈83，利用注液杆81下移同时封闭补液孔32，结构简单巧妙。当然也可以采用电子阀进行联动关闭补液孔32，确保在开始向电池加注电解液时，储液腔31内的电解液体积不变，确保向电池6中加注的电解液是定量的。

在图1-6的示例中，所述储液腔31外部下方设有与储液腔31连通的注液嘴33，所述注液嘴33在储液腔31内向上延伸有一台阶，图中示例为空心圆柱35，所述注液杆81下端为一盲孔82，所述盲孔82直径大于空心圆柱35直径，所述注液杆81下降到位置1时，如图3所示，盲孔82端口与空心圆柱35上端平齐，在位置1及以下时，如图4所示的位置2、图5所示的位置3和图6所示的位置4，空心圆柱35一部分或全部套设在盲孔82中。空心圆柱35的设置是为了防止储液腔31中的电解液不受控的流入电池中。

在图示的示例中，所述盲孔82的底部设有一密封部件，图中示例为密封垫84，一般采用橡胶材质，用于在注液杆81下降到位置4时封闭空心圆柱35上端口。这样可以在进行加压的过程中防止电解液回流到储液腔31中。

在优选的实施例中，所述注液嘴33下端口设有一利于残留电解液流出的缺口34。

为了简化结构和方便取放电池，在图示的示例中采用密封罩41固定不动的方案，而是采用电池承载装置上升的方式，所述电池承载装置包括用于放置电池6的电池定位承载托盘51、顶升板52和顶升板升降装置53，所述电池定位承载托盘51设置于顶升板52上面，所述顶升板52设置于顶升板升降装置53上面，所述顶升板52被顶升板升降装置53驱动上升后与密封罩41一起构成以密封空间。顶升板升降装置53通常采用包括顶升气缸54在内的动力驱动装置。

图1-图6的示例的工作原理如下：

动作流程及控制方法：

1、将电池6放入电池定位载具内；

2、启动顶升气缸54，顶起顶升,52至密封罩41并压紧，通过密封罩41上的密封胶圈42形成密封；

3、通过储液腔31上的补液孔32向储液腔31内注入定量的电解液；

4、伺服电机74通过梯形丝杆71驱动注液杆81向下移动至位置1，利用注液杆81上的密封圈83堵住补液孔32；

5、通过气接头21抽真空，排出电池6、密封罩41和储液腔31内的空气并保持在一定的负压环境下；

6、伺服电机74驱动注液杆81向下移动至位置2，在负压环境下将一部分电解液通过注液杆81的盲孔82与空心圆柱35之间的间隙进入空心圆柱35内径注液嘴33注入电池6内；

7、关闭抽真空系统，空气通过气接头21进入密封罩41内，使密封罩41内处于大气压力环境下；

8、伺服电机74驱动注液杆81向下移动至位置3，将一部分电解液注入电池6内；

9、通过气接头21再一次抽真空，排出电池6、密封罩41和储液腔31内的空气并保持在一定的负压环境下，此次负压值小于第一次的负压值；

10、伺服电机74驱动注液杆81向下移动至位置4，在负压环境下将余下电解液注入电池6内，并且注液杆81上的橡胶挡圈密封垫84堵住空心圆柱35上端口；

11、通过气接头21向密封罩41内充气加压并保持在一定压力下，排出电池6内的气泡，加快电解液的含浸效率。

12、气压达到设定值后，停止加压排出压力空气，密封罩内压力恢复至大气压环境下，注液完成，伺服电机74驱动注液杆81复位，顶升气缸54下降，取出电池6。

如图7-9所示，在一些实施例中，为了提高生产效率，在前述电池注液装置的基础上(图中点划线方框中的部分)增设用于将电池放置到电池承载装置上及从电池承载装置上取出的机械手101。利用机械手101将电池从上料机构103上移载到电池承载装置上完成注液，然后再将完成注液电池移载到下料机构104上，从而大大提升作业效率。上料机构103可以是连续运行的输送带等，也可以是转运电池的电池仓或箱体。下料机构104可以是连续运行的输送带，也可以是转运电池的电池仓或箱体。

在优选的方案中，所述电池注液装置还包括用于对电池称重的电子秤102。机械手101夹取完成注液的电池移动到电子秤102上称重，全检，检测注液量是否达标，然后按照是否合格将电池移载到不同的下料机构上进行分选。

在实际应用中，所述电池注液装置还包括用于输送待注液的电池的上料流道，和/或用于输送完成注液的电池的下料流道。上料流道可以选择连续运行的传送带，下料流道可以设置两条传送带，一条传送合格的电池，另一条传送不合格的电池。

对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种电池注液方法，其特征在于，

电池置于密封的腔体内；

通过密封连接于所述腔体的注液嘴分N次向所述电池注液，分次注液时所述腔体内交替为负压和常压，或者依次为负压、常压和加正压循环注液。

2.根据权利要求1所述的电池注液方法，其特征在于，第一次注液时，所述腔体内为负压，第二次注液时，所述腔体内为常压，依次交替循环以注射电解液。

3.根据权利要求2所述的电池注液方法，其特征在于，注液时，后一次负压时的负压值皆小于前一次负压时的负压值。

4.根据权利要求1-3中任一所述的电池注液方法，其特征在于，电解液注入完成后，给所述腔体加正压，并持续一定的时间。

5.一种电池注液装置，采用权利要求1-4中任一所述的电池注液方法，其特征在于，包括：

密封机构，包括具有密封腔体的密封罩，所述密封罩设有用于抽负压和加压装的气接头，所述气接头连通气压调节装置；

注液机构，包括注液嘴、注液杆和注液杆驱动机构，所述注液嘴密封连接于所述密封罩且位于密封罩内；

电池承载装置，用于承载电池，并与所述密封罩密封适配。

6.根据权利要求5所述的电池注液装置，其特征在于，所述注液机构还包括储液腔，所述注液嘴与所述储液腔连通，所述注液杆滑动连接于所述储液腔；

所述储液腔设有补液孔，当所述注液杆位于注液前的初始位置时，所述补液孔与所述储液腔连通，当所述注液杆滑动注液时，所述补液孔与所述储液腔不连通。

7.根据权利要求6所述的电池注液装置，其特征在于，所述注液杆下端设有与储液腔密封适配的密封部，当所述注液杆位于注液前的初始位置时，所述补液孔位于所述密封部的一侧，当所述注液杆滑动注液时，所述补液孔位于所述密封部的另一侧。

8.根据权利要求6所述的电池注液装置，其特征在于，所述储液腔内具有沿所述注液杆的滑动方向凸出的台阶，所述注液杆的端部具有可容纳所述台阶的盲孔，所述台阶具有贯穿的孔，所述孔的一端位于所述密封罩内的注液嘴前端构成注液口，所述孔的另一端贯穿所述台阶上端。

9.根据权利要求8所述的电池注液装置，其特征在于，所述盲孔的底部设有一密封结构或密封部件，用于在注液杆下降到位置4时封闭台阶上端口。

10.根据权利要求5-9中任一所述的电池注液装置，其特征在于，所述注液嘴下端口设有一利于残留电解液流出的缺口。

11.根据权利要求5-9中任一所述的电池注液装置，其特征在于，所述电池承载装置包括用于放置电池的电池定位承载托盘、顶升板和顶升板升降装置，所述电池定位承载托盘设置于顶升板，所述顶升板被顶升板升降装置驱动上升后与密封罩一起构成所述密封腔体。

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