CN116111299A - 能够及时补液的电池及补液系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够及时补液的电池及补液系统，包括电芯与预埋于电芯封印处的补液阀组件，其中，补液阀组件包括：软质导管位于电芯内部；第一硬质通道与电芯的铝塑膜形成密封，第一硬质通道的一端连接软质导管，另一端连通电芯外部的注液泵和连接管。根据本发明实施例能够根据不同工序膨胀程度分阶段及时补充所需电解液的体积，防止过多的游离电解液冲击外壳、极片、隔膜和铝塑膜，避免了电池出现绝缘不良、极片表面析锂和SEI膜成膜不稳定的现象出现。

Description

能够及时补液的电池及补液系统

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池领域，尤其涉及能够及时补液的电池及补液系统。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高和轻量化的特点，该特点推动了新能源汽车的发展。为了追求能量密度和轻量化，锂离子电池使用硅基体系是当下的研究热点。硅基负极的满电膨胀30％至70％，不可逆膨胀占比5％至35％，膨胀较大。而软包电池难实现多次注液，较多选择一次性注液的方案，导致在注液至分容的制程中存在较多的游离电解液。

过多的游离电解液会使极片浸泡在电解液里，冲击极片、隔膜和铝塑膜，造成极片褶皱、电池硬度差和绝缘不良等。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够及时补液的电池，能够及时给电芯补充电解液。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

第一方面，根据本发明实施例的能够及时补液的电池，包括电芯与预埋于所述电芯封印处的补液阀组件，所述补液阀组件包括：

软质导管，所述软质导管位于所述电芯内部；

第一硬质通道，所述第一硬质通道与所述电芯的铝塑膜形成密封，所述第一硬质通道的一端连接所述软质导管，另一端连通所述电芯外部的注液泵和连接管。

进一步的，所述补液阀组件还包括：

第一壳体，所述第一壳体的一端连接所述第一硬质通道的末端，另一端连接所述连接管。

进一步的，所述补液阀组件还包括：

第一挡板，所述第一挡板位于所述第一壳体内，所述第一挡板的四周连接所述第一壳体的内壁上，所述第一挡板上设有第一通孔，所述第一通孔匹配所述连接管的末端。

进一步的，所述第一壳体带有磁性。

进一步的，所述补液阀组件还包括：

第二壳体，所述第二壳体位于所述电芯内部，所述第二壳体的一端连接所述第一硬质通道的一端，另一端连通所述电芯内部。

进一步的，所述补液阀组件还包括：

至少两个第二挡板，至少两个所述第二挡板平行设置，所述第二挡板的四周连接所述第二壳体的内壁，所述第二挡板上设有多个第二通孔。

进一步的，所述软质导管的材料具有静电吸附功能。

进一步的，所述第一硬质通道的外壁与所述电芯的铝塑膜连接处的材料相同。

进一步的，能够及时补液的电池还包括至少一个排气阀组件，所述排气阀组件预埋于所述电芯的封印处。

进一步的，所述排气阀组件包括：

第二硬质通道，所述第二硬质通道与所述电芯的铝塑膜形成密封，所述第二硬质通道的一端连通所述电芯内部，另一端连通所述电芯外部；

可伸缩密封组件，所述可伸缩密封组件位于所述电芯外部，所述可伸缩密封组件可抵接于所述第二硬质通道的端部，以使得所述第二硬质通道与所述电芯外部形成密封。

第二方面，本发明实施例还提供一种补液系统，包括第一方面提供的任一项实施例，以及注液泵和连接管，

所述注液泵位于所述电芯外部，用于将电解液注入所述电芯内部；

所述连接管的一端连接所述注液泵，另一端可连通所述第一硬质通道，所述电解液在所述注液泵的作用下从所述连接管流经所述电芯的第一硬质通道、软质导管进入所述电芯内部。

本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：

本发明公开的能够及时补液的电池，该电池能够根据不同工序膨胀程度分阶段及时补充所需电解液的体积，防止过多的游离电解液冲击外壳、极片、隔膜和铝塑膜，避免了电池出现绝缘不良、极片表面析锂和SE I膜成膜不稳定的现象出现，进一步保证了电池的电性能和提高了电芯安全性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的能够及时补液的电池的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的能够及时补液的电池中补液阀组件的结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的能够及时补液的电池的结构示意图；

图4为本发明另一实施例提供的能够及时补液的电池的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的能够及时补液的电池中的排气阀组件的结构示意图。

附图标记：

10、电芯；20、补液阀组件；210、软质导管；220、第一硬质通道；221、第一硬质通道的外壁；230、第一壳体；240、第一挡板；250、第二壳体；260、第二挡板；30、排气阀组件；310、第二硬质通道；311、第二通道外壁；320、可伸缩密封组件；321、密封件；322、弹性件；330、第三壳体；340、第四壳体。

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的附图，对本发明实施例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。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由于电池充放电之前电芯10极片膨胀较小，不需要过多的电解液，过多的电解液容易使极片掉料，因此需要根据不同工序膨胀分阶段及时补充所需电解液的体积，对电池电解液的补充主要在电池组装工序中的浸润阶段、化成阶段、老化阶段、分容阶段和后续阶段进行补液，以满足电池组装过程中的各个阶段对电解液的需求。本发明实施例提供的一种能够及时补液的电池能够根据不同工序膨胀程度分阶段及时补充所需电解液的体积，弥补第一次充电过程中极片膨胀带来的空隙，提高电池的循环性能，同时预留的端口为后续补液提供便利性。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的一种能够及时补液的电池。

具体的，如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种能够及时补液的电池，包括电芯10与预埋于所述电芯10封印处的补液阀组件20，所述补液阀组件20包括软质导管210、第一硬质通道220。

其中，所述软质导管210位于所述电芯10内部。

所述第一硬质通道220与所述电芯10的铝塑膜形成密封，所述第一硬质通道220的一端连接所述软质导管210，另一端连通所述电芯10外部的注液泵和连接管。

也就是说，第一硬质通道220用于连通电芯10的内部与外部，第一硬质通道220的一端连通软质导管210，另一端连通连接管。在注液泵的作用下将电解液从连接管输送至第一硬质通道220进而进入软质导管210，并进一步流至电芯10内部，以及时为电芯10内部补充电解液。该电池能够根据不同工序膨胀程度分阶段及时补充所需电解液的体积，防止过多的游离电解液冲击外壳、极片、隔膜和铝塑膜。

需要说明的是，电芯10内部处于负压状态，在补液之前连接第一硬质通道220的软质导管210处于闭合状态，在对电芯10进行补液时，在注液泵的作用下电解液将软质导管210撑开，进而使得电解液流至电芯10内部。当注液泵停止注液后，软质导管210在自身材料静电吸附作用下闭合。进一步的，软质导管处于闭合状态时，第一硬质通道内的电解液不易脱落腐蚀铝塑膜。

在一实施例中，所述软质导管210的材料具有静电吸附功能。具有静电吸附功能的软质导管210相当于封口条，当软质导管210受到电解液冲击时，软质导管210即封口条由密封状态转变为开口状态，实现不断补液。注液泵根据参数输入，给予各个工序补液操作对应的流量。

在一实施例中，如图2所示，所述补液阀组件20还包括第一壳体230，所述第一壳体230的一端连接所述第一硬质通道220的末端，另一端连接所述连接管。

利用第一壳体230连接第一硬质通道220与连接管，提高电芯10需要补液时的连接效率，且能够形成更好的气密性，提高补液效率。

第一壳体230带有磁性，带有磁性的第一壳体230实现第一壳体230与连接管的快速连接。

第一壳体230优选为锥形结构，锥形结构的第一壳体230能够提高电解液进入软质导管210时的流速，避免出现电解液结晶导致的堵塞问题。

进一步的，所述补液阀组件20还包括第一挡板240，所述第一挡板240位于所述第一壳体230内，所述第一挡板240的四周连接所述第一壳体230的内壁上，所述第一挡板240上设有第一通孔，所述第一通孔匹配所述连接管的末端。

利用第一挡板240进一步提高连接管与第一硬质通道220的连接速度，以及提高连接管与第一壳体230之间的密封效果。

优选地，利用橡胶塞堵塞第一壳体230，提高电芯10内部与外部的密封效果。

在一实施例中，所述补液阀组件20还包括第二壳体250，所述第二壳体250位于所述电芯10内部，所述第二壳体250的一端连接所述第一硬质通道220的一端，另一端连通所述电芯10内部。

第二壳体250能够有效的避免软质导管210在负压状态下被过渡挤压，进一步提高电池的补液效果。

第二壳体250的形状为圆柱、锥形、长方体等形状，本发明实施例不做限定。

在一实施例中，所述补液阀组件20还包括至少两个第二挡板260，至少两个所述第二挡板260平行设置，所述第二挡板260的四周连接所述第二壳体250的内壁，所述第二挡板260上设有多个第二通孔。

设有多个第二通孔的第二挡板260形成蜂窝状结构，蜂窝状结构的第二挡板260能够有效的避免电解液结晶和抽出，利用电解液流至电芯10内部。

在一实施例中，所述第一硬质通道的外壁221与所述电芯10的铝塑膜连接处的材料相同。

第一硬质通道的外壁221材料为PP材质，在170°至200°的温度下第一硬质通道的外壁221与铝塑膜的PP层具有很好的相溶性，形成较好的封装密封性。

在一实施例中，能够及时补液的电池还包括至少一个排气阀组件30，所述排气阀组件30预埋于所述电芯10的封印处。

如图3和图4所示，至少一个排气阀组件30和至少一个补液阀组件20连接于电芯10的封印处，排气阀组件30与补液阀组件20可位于电芯10的同侧或异侧。

排气阀组件30用于电池组装的化成、老化工序中的及时排气，锂离子电池在化成、老化过程中内部气体逐渐增加，对于软包电池，制程过程中产生的气体不断积聚在铝塑膜的气袋以及极片和隔膜的间隙中，聚集的气体不能及时排出，可能会冲击外壳和极片表面，导致绝缘不良、极片表面析锂和SEI膜成膜不稳定等现象出现。

本发明实施例在制程过程中使用硅基软包电池及时排气，且可同时进行电解液的补充，避免造成电池绝缘不良、极片表面析锂、SE I膜成膜不稳定、极片褶皱和电池硬度差等情况发生。

补液阀与排气阀预埋后对电芯10进行第一次注液和精封，节省了软包电芯DEGAS的设备、能耗、空间和时间，同时后工序制程中主要通过补液阀及时补液和通过排气阀及时排气。排气阀与补液阀可根据产气和补液间歇式进行，交替进行或同时进行均可实现。精封是在负压状态下对电芯10进行密封，裁切多余铝塑膜。

优选地，由于补液阀与排气阀位置封装需要使用异型封头，提高产品的合格率。

需要说明的是，本发明实施例中的补液阀与排气阀不仅可以在电池的制程过程中进行补液与排气，还可以将补液阀与排气阀保留至完成组装后的电池中，为电池在后续的应用过程中的维护提供便利。

在一实施例中，如图5所示，所述排气阀组件30包括第二硬质通道310和可伸缩密封组件320，所述第二硬质通道310与所述电芯10的铝塑膜形成密封，所述第二硬质通道310的一端连通所述电芯10内部，另一端连通所述电芯10外部。

所述可伸缩密封组件320位于所述电芯10外部，所述可伸缩密封组件320可抵接于所述第二硬质通道310的端部，以使得所述第二硬质通道310与所述电芯10外部形成密封。

电芯10内部在常规状态下处于负压，也即电芯10内外部的压强差使得可伸缩密封组件320抵接于第二硬质通道310的端部。而当电芯10内部产生大量气体，电芯10内外部的压强差减小可伸缩密封组件320发生形变，第二硬质通道310与电芯10外部之间产生间隙，以使得电芯10内部产生的气体经第二硬质通道310排出。而可伸缩密封组件320具体何时发生形变可根据具体情况进行设定，本发明实施例不做限定。

在一实施例中，可伸缩密封组件320包括弹性件322与密封件321，密封件321连接弹性件322，密封件321在弹性件322的作用下可抵接于第二硬质通道310的端部，以使得第二硬质通道310与电芯10外部形成密封。当电芯10内部产生气体，密封件321受力使得弹性件322发生形变，进而密封件321与第二硬质通道310之间产生间隙，电芯10内部的气体经第二硬质通道310从间隙处排出。

在一实施例中，排气阀组件30还包括第三壳体330，可伸缩密封组件320位于所述第三壳体330内，所述第三壳体330连接所述第二硬质通道310。

排气阀组件30还包括第四壳体340，所述第四壳体340位于电芯10内部，第四壳体340连通第二硬质通道310，第三壳体330与第四壳体340为锥形结构。

第三壳体330、第二硬质通道310和第四壳体340形成中间细两头粗的流体结构，该结构能够提高气流的流动速度，能够避免电芯10中的电解液结晶导致的堵塞问题。

第二硬质通道的外壁311与第一硬质通道220的外壁的材质相同均为PP材料，在170°至200°的温度下第二硬质通道的外壁311与铝塑膜的PP层具有很好的相溶性，形成较好的封装密封性。

本发明实施例还提供一种补液系统，包括上述任一实施例的能够及时补液的电池，以及注液泵和连接管，

所述注液泵位于所述电芯外部，用于将电解液注入所述电芯内部；

所述连接管的一端连接所述注液泵，另一端可连通所述第一硬质通道，所述电解液在所述注液泵的作用下从所述连接管流经所述电芯的第一硬质通道、软质导管进入所述电芯内部。

实施例1

本发明一实施例中能够及时补液的电池的组装过程包括叠芯或卷芯成型后贴胶，然后进行热压和冷压。其次进行极耳预焊和连接片焊接，得到具有正极耳和负极耳的电芯。对铝塑膜进行冲坑，包括电芯位置冲坑、补液阀位置冲坑和排气阀位置冲坑。电芯、补液阀和排气阀放入铝塑膜，固定好位置后进行封装。

能够及时补液的电池的注液过程包括将烘烤合格后的电芯进行第一次注液，第一次注液量为电芯理论注液量的60％，注液后对电芯抽真空，并进行最后一次封装封口。浸润后的电芯在化成前2小时进行补液10％，化成至3.5V后补液10％，老化后补液10％，分容至4.1V补液10％。

实施例2

相比于实施例1，本发明实施例在电池的组装阶段完成最后一次封装封口。多次注液均通过补液阀进行，第一次补液后通过排气阀对电芯抽真空，形成电芯内部的负压状态。其他与实施例1相同。

在现有技术中无补液阀与排气阀的电池的组装过程包括叠芯或卷芯成型后贴胶，然后进行热压和冷压。其次进行极耳预焊和连接片焊接，得到具有正极耳和负极耳的电芯。对铝塑膜进行冲坑，包括电芯位置冲坑和气袋位置冲坑，电芯位置和气袋位置冲坑后的体积相同。电芯放入铝塑膜，固定好位置后进行封装。

对比例

现有技术中的无补液阀与排气阀的电池的注液过程包括烘烤合格后的电芯进行一次注液，注液量为电芯理论注液量的100％，注液后对电芯抽真空，并进行最后一次封装封口。

表1为现有技术中的无补液阀与排气阀的电池即对比例与上述实施例1、实施例2提供能够及时补液的电池应用在生产中的情况对比数据，如下：

综上所述，第一次注液直通率基本无差别，但由于对比例使用一次性注液，注液后电解液不能被及时补充到极片内部，电解液冲击极片、隔膜和铝塑膜等造成极片褶皱和绝缘不良比例较高。另外，对比例产生的气体不能及时排出加剧了不良的产生，部分电芯甚至出现气体不能及时排出导致的气泡状析锂。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种能够及时补液的电池，其特征在于，包括电芯与预埋于所述电芯封印处的补液阀组件，所述补液阀组件包括：

软质导管，所述软质导管位于所述电芯内部；

第一硬质通道，所述第一硬质通道与所述电芯的铝塑膜形成密封，所述第一硬质通道的一端连接所述软质导管，另一端连通所述电芯外部的注液泵和连接管。

2.如权利要求1所述的能够及时补液的电池，其特征在于，所述补液阀组件还包括：

第一壳体，所述第一壳体的一端连接所述第一硬质通道的末端，另一端连接所述连接管。

3.如权利要求2所述的能够及时补液的电池，其特征在于，所述补液阀组件还包括：

第一挡板，所述第一挡板位于所述第一壳体内，所述第一挡板的四周连接所述第一壳体的内壁上，所述第一挡板上设有第一通孔，所述第一通孔匹配所述连接管的末端。

4.如权利要求2所述的能够及时补液的电池，其特征在于，所述第一壳体带有磁性。

5.如权利要求1所述的能够及时补液的电池，其特征在于，所述补液阀组件还包括：

第二壳体，所述第二壳体位于所述电芯内部，所述第二壳体的一端连接所述第一硬质通道的一端，另一端连通所述电芯内部。

6.如权利要求5所述的能够及时补液的电池，其特征在于，所述补液阀组件还包括：

至少两个第二挡板，至少两个所述第二挡板平行设置，所述第二挡板的四周连接所述第二壳体的内壁，所述第二挡板上设有多个第二通孔。

7.如权利要求1所述的能够及时补液的电池，其特征在于，所述软质导管的材料具有静电吸附功能。

8.如权利要求1所述的能够及时补液的电池，其特征在于，所述第一硬质通道的外壁与所述电芯的铝塑膜连接处的材料相同。

9.如权利要求1所述的能够及时补液的电池，其特征在于，还包括至少一个排气阀组件，所述排气阀组件预埋于所述电芯的封印处。

10.如权利要求9所述的能够及时补液的电池，其特征在于，所述排气阀组件包括：

第二硬质通道，所述第二硬质通道与所述电芯的铝塑膜形成密封，所述第二硬质通道的一端连通所述电芯内部，另一端连通所述电芯外部；

可伸缩密封组件，所述可伸缩密封组件位于所述电芯外部，所述可伸缩密封组件可抵接于所述第二硬质通道的端部，以使得所述第二硬质通道与所述电芯外部形成密封。

11.一种补液系统，其特征在于，包括权利要求1至10任一项所述的能够及时补液的电池，以及注液泵和连接管，

所述注液泵位于所述电芯外部，用于将电解液注入所述电芯内部；

所述连接管的一端连接所述注液泵，另一端可连通所述第一硬质通道，所述电解液在所述注液泵的作用下从所述连接管流经所述电芯的第一硬质通道、软质导管进入所述电芯内部。

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