CN120581663A - 一种纽扣电池组装设备及其组装方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种纽扣电池组装设备，包括主体和真空组件，其中，真空组件包括由电动伸缩杆连接的密封舱；密封舱上安装有与密封舱连通的蜂窝状微流道歧管。本申请实施例的纽扣电池组装设备及其组装方法，通过采用蜂窝状微流道歧管设计结合动态真空压力调控技术，利用压电微阀实时调节流道开口尺寸，构建梯度真空场，精准控制电解液在电极孔隙中的渗透路径与速度，有效解决了传统均匀真空工艺导致的渗透不均、微孔气泡残留等行业难题，从而显著提升了电解液填充均匀性、气泡清除效率，同时将真空处理时间缩短，电解液利用率提高，并大幅优化电池电化学性能，为高能量密度纽扣电池的大规模高效制造提供了可靠的技术路径。

Description

一种纽扣电池组装设备及其组装方法

技术领域

本申请涉及电池组装的技术领域，尤其涉及一种纽扣电池组装设备及其组装方法。

背景技术

在纽扣电池的制造过程中，电解液填充是一个至关重要的步骤，它直接影响到电池的电化学性能、稳定性和寿命。

然而，传统的电解液填充方法普遍存在一些技术和工艺上的挑战，这些问题限制了高能量密度纽扣电池的大规模高效生产，如：当电解液进入电极材料的微孔时，空气往往会被困在这些微孔中形成气泡，这不仅阻碍了电解液的有效填充，还可能导致局部区域无法充分接触电解液，进而影响电池的充放电效率和循环寿命，为了确保电解液能够尽可能多地渗透进电极材料，并尽量减少气泡的存在，传统工艺通常需要较长的真空处理时间，这对生产效率构成了显著的瓶颈。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的一个目的在于提供一种纽扣电池组装设备，利用压电微阀根据实际需求灵活调节流道开口尺寸，构建梯度真空场，使得电解液能够在最优条件下渗透进入电极孔隙，进一步提升了填充效果和气泡清除效率。

为达到上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种纽扣电池组装设备，包括主体和真空组件，其中，所述真空组件包括由电动伸缩杆连接的密封舱；所述密封舱上安装有与所述密封舱连通的蜂窝状微流道歧管，所述蜂窝状微流道歧管为圆形阵列；所述蜂窝状微流道歧管顶端安装有互联壳；所述互联壳上安装有真空泵；所述蜂窝状微流道歧管中的微流道均连接有电微阀；所述蜂窝状微流道歧管底端安装有多个压力传感器。

另外，根据本申请上述提出的纽扣电池组装设备还可以具有如下附加的技术特征：

在本申请的一个实施例中，所述蜂窝状微流道歧管的材质为L不锈钢或纳米陶瓷涂层铝基复合材料。

在本申请的一个实施例中，所述压力传感器扫描真空分布，利用真空分布数据生成三维压力云图，利用实时计算局部压力梯度。

在本申请的一个实施例中，所述蜂窝状微流道歧管中每个流道出口对应电池壳体表面对应的区域。

在本申请的一个实施例中，所述蜂窝状微流道歧管采用蜂窝状六边形阵列分布。

在本申请的一个实施例中，所述蜂窝状微流道歧管中流道入口处为倒角四十五度设置。

在本申请的一个实施例中，所述密封舱内设置有注射内针，所述注射内针的表面滑动设置有供气筒，所述供气筒上开设有阻隔槽。

在本申请的一个实施例中，所述阻隔槽内安装有螺旋板，螺旋板用于引导气流形成旋流。

在本申请的一个实施例中，所述供气筒内通过连接杆安装有固定板，所述固定板上安装有气囊，所述气囊连接气压传感器，所述注射内针一端安装有调节环。

一种纽扣电池组装设备的组装方法，包括以下步骤：

步骤一：首先将待组装的纽扣电池置于密封舱内，然后利用蜂窝状微流道歧管进行抽真空处理；

步骤二：通过对应的压力传感器对局部区域压力实时监测，局部区域真空度偏离设定值，控制对应微阀开度变化来调节局部真空度；

步骤三：抽真空时，利用密封舱上注射内针进行注液；

步骤四：注液的同时利用密封舱上供气筒内螺旋板，使阻隔槽排出的气体形成气幕隔离层，构建零功耗防飞溅屏障。

本申请实施例的纽扣电池组装设备，通过采用蜂窝状微流道歧管设计结合动态真空压力调控技术，利用压电微阀实时调节流道开口尺寸，构建梯度真空场，精准控制电解液在电极孔隙中的渗透路径与速度，有效解决了传统均匀真空工艺导致的渗透不均、微孔气泡残留等行业难题，从而显著提升了电解液填充均匀性、气泡清除效率，同时将真空处理时间缩短，电解液利用率提高，并大幅优化电池电化学性能，为高能量密度纽扣电池的大规模高效制造提供了可靠的技术路径。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请一个实施例的纽扣电池组装设备及其组装方法的结构示意图；

图2为根据本申请一个实施例真空组件的立体图；

图3为图2中A处放大图；

图4为根据本申请另一个实施例蜂窝状微流道歧管的立体图；

图5为根据本申请一个实施例供气筒的立体图；

图6为根据本申请一个实施例供气筒的侧视图。

如图所示：1、主体；2、真空组件；21、密封舱；22、蜂窝状微流道歧管；23、互联壳；24、真空泵；25、电微阀；26、压力传感器；3、注射内针；4、供气筒；5、阻隔槽；6、固定板；7、气囊；8、调节环。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面结合附图来描述本申请实施例的纽扣电池组装设备及其组装方法。

实施例一：

如图1-图3所示，本申请实施例的纽扣电池组装设备，包括主体1和真空组件2，其中，所述真空组件2包括由电动伸缩杆11连接的密封舱21。

应当说明的是，为了提升密封舱21与主体1之间的密封性，在密封舱21底部安装有密封圈，进而在电动伸缩杆11带动密封舱21下移与主体1接触时，可以提升密封舱21与主体1之间的密封性。

所述密封舱21上安装有与所述密封舱21连通的蜂窝状微流道歧管22，所述蜂窝状微流道歧管22为圆形阵列；所述蜂窝状微流道歧管22顶端安装有互联壳23；所述互联壳23上安装有真空泵24；所述蜂窝状微流道歧管22中的微流道均连接有电微阀25；所述蜂窝状微流道歧管22底端安装有多个压力传感器26。

具体而言，在实际的组装过程中，通过主体1将待组装的纽扣电池移动至密封舱21的下方，然后通过控制开关控制电动伸缩杆11的输出端下移，电动伸缩杆11的输出端下移会带动密封舱21与主体1接触，此时密封舱21将纽扣电池包裹在密封舱21内，然后控制真空泵24运行，使真空泵24通过互联壳23和蜂窝状微流道歧管22对密封舱21内进行抽真空，抽真空的同时，通过多个压力传感器以1kHz频率，扫描真空分布，生成三维压力云图，通过云图计算局部压力差，然后通过调整电微阀25的开度，达到对局部区域真空压力进行调整。

通过采用蜂窝状微流道歧管设计结合动态真空压力调控技术，利用压电微阀实时调节流道开口尺寸，构建梯度真空场，精准控制电解液在电极孔隙中的渗透路径与速度，有效解决了传统均匀真空工艺导致的渗透不均、微孔气泡残留等行业难题，从而显著提升了电解液填充均匀性、气泡清除效率，同时将真空处理时间缩短，电解液利用率提高，并大幅优化电池电化学性能，为高能量密度纽扣电池的大规模高效制造提供了可靠的技术路径。

在本申请的一个实施例中，如2所示，所述蜂窝状微流道歧管22的材质为316L不锈钢或纳米陶瓷涂层铝基复合材料。

应当说明的是，纽扣电池由壳体、盖体、极芯和电解液组成，极芯主要包括正极片、负极片和隔膜，正极片和负极片均由金属基材和活性物质构成，活性物质添加去离子水和导电剂和凝胶等材料后形成浆料，通过涂布机将浆料涂敷在基材上，后辊压成片。

本技术主要采用一种三合一工艺，是指将正极片、负极片和隔膜以胶粘的方式制作成统一整体，为遵循正极片小于负极片和隔膜的基本构造要求，通过激光切割或者冲切的方式获得需要的极片和隔膜形状，达到纽扣电池单位体积容量最大化的技术效果，具体来说有两种实现方式，一是单面敷粉的负极片和隔膜及双面敷粉的正极片组合成极芯，该方式适用于直径大于10毫米以上的纽扣电池；二是单面敷粉的负极片和隔膜与单面敷粉的正极片组合成极芯，该方式适用于直径小于10毫米以下的纽扣电池。

第一种实现方式的主要工序与工艺流程：

1.负极片敷底膜：负极片卷料金属铜箔面和有粘性约同尺寸底膜(厚0.05-0.1mm)通过收放卷装置合成一体；

2.冲切负极片：通过膜切机和刀具冲切负极片为设计形状并做排废处理后收卷；

3.冲切正极片：通过冲床和模具冲切正极片为设计的形状备用；

4.负极片涂胶并粘附隔膜：使用微凹涂胶机在负极片活性物质表面涂胶水，再与隔膜贴合，经过恒温烤箱烘干后收卷；

5.激光切割隔膜：利用激光机切割所需的隔膜形状，取下负极片与隔膜的二合一组合；

6.粘结正极片：在上述组合的隔膜表面涂敷胶水并粘结正极片，形成三合一组合；

7.折叠极芯：通过先对折后z字折叠的方式使极芯成形并用胶纸捆扎备用；

8.点焊极耳：使用点焊机和连接片，分别将正负极片引出的金属铝箔和铜箔与壳体和盖体进行电接；

9.注液与封装：使用真空浸泡的方式注入电解液，用封口机封装。10.化成与分容。

第二种实现方式的主要工序与工艺流程：

1.负极片涂胶并粘附隔膜；2.冲切负极片；负极与隔膜外形尺寸相同；3.冲正极片；4.三合一组合；5.折叠极芯；6.点焊负极连接片；7.制作正极胶贴与连接片组合；8.扣壳，扣壳后；9.注液与封装；10.化成与分容。

在本申请的一个实施例中，如3所示，所述压力传感器扫描真空分布，利用真空分布数据生成三维压力云图，利用实时计算局部压力梯度。

在本申请的一个实施例中，如图2和图3所示，所述蜂窝状微流道歧管22中每个流道出口对应电池壳体表面对应的区域。

实施例二：

在本申请的一个实施例中，如图4所示，所述蜂窝状微流道歧管22采用蜂窝状六边形阵列分布。

应当说明的是，在抽真空时蜂窝状流道阵列的设计影响流体的分布，正六边形结构能够更均匀地分配气流，减少湍流和压力梯度，通过压电微阀控制开度，从而调整局部区域的真空度，例如，当某个区域的真空度低于设定值时，对应的微阀开度增大，增加抽气速率，使该区域的真空度恢复平衡，而每个微阀对应一个微流道，能够快速响应压力变化，当传感器检测到某个区域的真空度不足时，控制系统发送信号给对应的压电微阀，调整其开度，从而改变该区域的抽气量，这种动态调节确保了整个腔体内的真空度保持均匀。

例如：正极片边缘因孔隙率突变(从30％→35％)导致渗透速度异常；

1、传感器检测到边缘区域B真空度异常升高至-93.5kPa(目标-95kPa)；

2、控制算法计算需增加抽速12％，对应微阀开度从60％→73％；

3、0.15秒后区域B真空度恢复至-94.8kPa，与中心区压差从1.5kPa→0.2kPa；

4、电解液在修正后的均匀流场下渗透，边缘孔隙填充率从82％→94％。

同时在极限的情况下，通过微阀全开实现瞬时抽速提升。

真空腔体结构中的压力传感器阵列负责实时监测各点的压力，提供反馈数据，结合CFD仿真优化的模型，能够预测并调整各微阀的状态，以维持均匀的流场。

在本申请的一个实施例中，如图2所示，所述蜂窝状微流道歧管22中流道入口处为倒角四十五度设置。

通过六边形单元形成的流道网络可抵消边缘流道因路径增长导致的压力损失，降低中心与边缘压差，配合流道入口45°倒角设计，降低流阻系数，进而减少电解液填充不良率，同时提升真空建立速度，提升了组装的速度，且增强了蜂窝结构抗变形能力。

实施例三：

在本申请的一个实施例中，如图5所示，所述密封舱21内设置有注射内针3，所述注射内针3的表面滑动设置有供气筒4，所述供气筒4上开设有阻隔槽5。

应当说明的是，在抽真空时，真空泵会持续排出气体，如果排气端的压力较高，可能会被用来作为气幕的气源，这时候，虽然看起来一边在抽气，另一边在进气，但可能氮气的流量很小，而真空泵的抽气能力足够大，整体还能维持所需的真空度，且气幕的气流是向外的，可能会形成一个保护层，阻止液体飞溅进入管道。而抽真空则是在另一个位置进行，比如中心或边缘的歧管组，两者在空间上是分开的，所以气幕的气流不会直接干扰抽真空的区域。

在本申请的一个实施例中，如图5所示，所述阻隔槽5内安装有螺旋板，螺旋板用于引导气流形成旋流。

应当说明的是，螺旋板的螺旋角度为39度-47度，阻隔槽5为气流提供了流动通道，螺旋板的设计使得进入的气流能够在气隙环内形成旋流。

应当说明的是，气幕的气流是向外的，可能会形成一个保护层，阻止液体飞溅进入管道，而抽真空则是在另一个位置进行，比如中心或边缘的歧管组，两者在空间上是分开的，所以气幕的气流不会直接干扰抽真空的区域，同时，气幕区与抽吸区存在40-60kPa压差，确保气体从高压区(气幕)向低压区(抽吸口)自发流动，而非反向渗透。

应当说明的是，气幕喷出的氮气在完成气幕对液体隔离后，被真空泵抽走并经冷阱回收，重新压缩至储气罐，实现零气体消耗。

在抽真空时，需要通过注射内针3将电解液进行注入纽扣电池中，但注射电解液时，边缘飞溅导致微流道堵塞，需要定时对微流道进行清洁。

通过环形气隙喷出氮气，在针头外围形成气幕，利用气幕对注液时的液体进行阻隔，减少液体的飞溅，达到对流道进行保护的效果，避免了液体飞溅导致流道堵塞不便于清理，影响流道正常工作。

实施例四：

在本申请的一个实施例中，如图6所示，所述供气筒4内通过连接杆安装有固定板6，所述固定板6上安装有气囊7，所述气囊7连接气压传感器，所述注射内针3一端安装有调节环8。

应当说明的是，注射内针3可以根据使用的需要在供气筒4内移动，且移动后可以通过定位销或者螺纹件进行定位。

具体而言，在对电解液进行添加时，由于电解液的粘度受到原材料、温度、湿度等因素的影响，导致气幕可能无法适应所有情况。

在注液时，当流体流经气囊7时，粘性阻力会对气囊7表面施加力，导致气囊7发生形变，高粘度流体会产生更大的力，导致气囊7形变更显著，配合气压传感器便可以对电解液的粘度进行判断，判断后对注射内针3进行移动，使注射内针3带动调节环8移动，进而便可以根据电解液的粘度对气幕进行调整。

应当说明的是，气幕的形态有两种，在低粘度模式下(＜30mPa·s)，气幕扩散角度28度-32度，气幕形成伞形保护层，在高粘度模式下(＞80mPa·s)，气幕扩散角度3度-7度，气幕形成柱状气墙保护。

一种纽扣电池组装设备的组装方法，包括以下步骤：

步骤一：首先将待组装的纽扣电池置于密封舱21内，然后利用蜂窝状微流道歧管22进行抽真空处理；

步骤二：通过对应的压力传感器26对局部区域压力实时监测，局部区域真空度偏离设定值，控制对应微阀开度变化来调节局部真空度；

步骤三：抽真空时，利用密封舱21上注射内针3进行注液；

步骤四：注液的同时利用密封舱21上供气筒4内螺旋板，使阻隔槽5排出的气体形成气幕隔离层，构建零功耗防飞溅屏障。

综上，本申请实施例的纽扣电池组装设备，通过采用蜂窝状微流道歧管设计结合动态真空压力调控技术，利用压电微阀实时调节流道开口尺寸，构建梯度真空场，精准控制电解液在电极孔隙中的渗透路径与速度，有效解决了传统均匀真空工艺导致的渗透不均、微孔气泡残留等行业难题，从而显著提升了电解液填充均匀性、气泡清除效率，同时将真空处理时间缩短，电解液利用率提高，并大幅优化电池电化学性能，为高能量密度纽扣电池的大规模高效制造提供了可靠的技术路径。

在本说明书的描述中，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。在本申请的描述中，“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申请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。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变形。

Claims (10)

1.一种纽扣电池组装设备，其特征在于，包括主体(1)和真空组件(2)，其中，

所述真空组件(2)包括由电动伸缩杆(11)连接的密封舱(21)；

所述密封舱(21)上安装有与所述密封舱(21)连通的蜂窝状微流道歧管(22)，所述蜂窝状微流道歧管(22)为圆形阵列；

所述蜂窝状微流道歧管(22)顶端安装有互联壳(23)；

所述互联壳(23)上安装有真空泵(24)；

所述蜂窝状微流道歧管(22)中的微流道均连接有电微阀(25)；

所述蜂窝状微流道歧管(22)底端安装有多个压力传感器(26)。

2.根据权利要求1所述的纽扣电池组装设备，其特征在于，所述蜂窝状微流道歧管(22)的材质为(316)L不锈钢或纳米陶瓷涂层铝基复合材料。

3.根据权利要求1所述的纽扣电池组装设备，其特征在于，所述压力传感器(26)扫描真空分布，利用真空分布数据生成三维压力云图，利用实时计算局部压力梯度。

4.根据权利要求1所述的纽扣电池组装设备，其特征在于，所述蜂窝状微流道歧管(22)中每个流道出口对应电池壳体表面对应的区域。

5.根据权利要求1所述的纽扣电池组装设备，其特征在于，所述蜂窝状微流道歧管(22)采用蜂窝状六边形阵列分布。

6.根据权利要求5所述的纽扣电池组装设备，其特征在于，所述蜂窝状微流道歧管(22)中流道入口处为倒角四十五度设置。

7.根据权利要求1所述的纽扣电池组装设备，其特征在于，所述密封舱(21)内设置有注射内针(3)，所述注射内针(3)的表面滑动设置有供气筒(4)，所述供气筒(4)上开设有阻隔槽(5)。

8.根据权利要求7所述的纽扣电池组装设备，其特征在于，所述阻隔槽(5)内安装有螺旋板，螺旋板用于引导气流形成旋流。

9.根据权利要求7所述的纽扣电池组装设备，其特征在于，所述供气筒(4)内通过连接杆安装有固定板(6)，所述固定板(6)上安装有气囊(7)，所述气囊(7)连接气压传感器，所述注射内针(3)一端安装有调节环(8)。

10.一种如权利要求1-9所述的纽扣电池组装设备的组装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：首先将待组装的纽扣电池置于密封舱(21)内，然后利用蜂窝状微流道歧管(22)进行抽真空处理；

步骤二：通过对应的压力传感器(26)对局部区域压力实时监测，局部区域真空度偏离设定值，控制对应微阀开度变化来调节局部真空度；

步骤三：抽真空时，利用密封舱(21)上注射内针(3)进行注液；

步骤四：注液的同时利用密封舱(21)上供气筒(4)内螺旋板，使阻隔槽(5)排出的气体形成气幕隔离层，构建零功耗防飞溅屏障。