CN202259571U - 一种锂离子电池的压力化成夹具 - Google Patents

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陈杰
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Abstract

本实用新型公开了一种锂离子电池的压力化成夹具，其包括用于固定电池的夹具层板，用于向夹具层板施加压力的压力保持结构，压力保持结构通过支撑架与夹具层板连接，还包括，将极耳集中引出的极耳引出结构和与化成机器连接的探针阵列，极耳引出结构和探针阵列电连接，本实用新型锂离子电池化成夹具，一个夹具可以放置多个电芯，适于批量生产，夹具采用了探针接触的方式对电池进行化成，避免了将夹具放于老化板上而对其造成的损伤，对于首次充放电效率及循环寿命有一定改善；此外，该夹具使得化成、整形和容量可以同时进行，对于节省工序、提高生产效率起到一定的效果。

Description

一种锂离子电池的压力化成夹具
技术领域
本实用新型涉及锂离子电池制造技术领域，尤其是一种锂离子电池的压力化成夹具。 
背景技术
锂离子二次电池的化成工序是制造锂离子电池的重要步骤，化成关系到整个电池的性能，包括首次充放电效率，循环寿命，高温性能等等。 
目前商品化锂离子电池一般采用能够可逆嵌脱锂离子的石墨或无定形炭作为负极材料，在锂离子电池化成过程中，有机电解液会在碳负极表面发生还原、分解，形成一层电子绝缘、锂离子可导的固体电解质界面膜(solidelectrolyte interphase，简称SEI)，从而导致电池首次充放电过程中，存在巨大的不可逆容量。在形成SEI膜的过程中，会产生一部分的气体，诸如氟化氢，二氧化碳，一氧化碳，一氧化氮，乙烯，甲烷，乙烷等，这些气体残留在膜片的层与层之间，阻断了阴阳极之间的离子导电，残留在颗粒的孔隙之中的气体，阻碍了电解液的浸润，加大了电化学极化，导致在首次充放电过程中效率低，不可逆容量增大，形成的SEI膜不稳定，循环性能差。 
在现有锂离子二次电池制造领域中，化成和容量是将电池一个一个的放置在老化板上，然后手动将夹子夹住电池的极耳，而且化成和容量往往是分开进行，化成后会对电池进行整形，抽气，再做容量，这就需要两次上、下老化板，两次夹取电池，这对生产造成了极大的不便，生产效率低。 
为了克服以上问题，现有技术中采用另一种夹具进行化成，容量测试，即在化成的过程中将电池夹住，施以一定的压力，将积聚的气体挤压到气袋中，防止气体影响SEI膜的形成，同时进行化成，容量测试，既提升了电池性 能又提高了生产效率。但是目前锂离子电池的压力化成夹具一般只包括用于固定电池的夹具层板，用于固定电池表面压力的压力保持螺栓和用于施压的压力板，一个夹具对应一个电池，很难满足生产需求，而且大量的夹具压在老化板上容易对其造成损伤，并且上夹具和下夹具的工作量大，效率低。 
CN1937302A、CN1967925A均公开了一种锂离子二次电池的压力化成方法，其使用的方法为：将电池放置于两片平板中，然后采用长尾夹将两片夹板夹住，最后进行化成，对电池的变形及厚度增长有一定的抑制作用。但是，这种方法施加在电池表面上的力度有限，不能起到整形的效果，也不能完全将积聚在膜片之间的气体赶出，同时操作过程效率低，不适于大规模工业生产。 
有鉴于此，确有必要提供一种操作简易、易于批量化生产的能同时进行化成、整形和容量的锂离子电池化成夹具。 
实用新型内容
本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种操作简易、易于批量化生产的能同时进行化成、整形和容量的锂离子电池化成夹具。 
一种锂离子电池的压力化成夹具，其包括用于固定锂离子电池的夹具层板，用于向夹具层板施加压力的压力保持结构，压力保持结构通过支撑架与夹具层板连接，其还包括，将极耳集中引出的极耳引出结构和与化成机器连接的探针阵列，极耳引出结构和探针阵列电连接。 
其中，所述压力保持结构包括压力保持螺栓，螺栓承载板，压力板和弹性元件，压力保持螺栓穿过螺栓承载板，压力保持螺栓底部与压力板顶触连接，弹性元件位于压力板和夹具层板之间，螺栓承载板和压力板通过支撑架进行连接。 
其中，所述弹性元件为弹簧、弹片或弹性橡胶。 
其中，所述夹具层板为2～20层，夹具层板上设置有放置弹性元件的凹槽 和固定支撑架的孔洞。 
其中，所述极耳引出结构包括电池极耳压紧条，电池极耳接触端和将电池极耳接触端引出的探针接触电路板，电池极耳压紧条设置在夹具层板的上层，电池极耳接触端设置在夹具层板的下层，探针接触电路板和电池极耳接触端电连接。 
其中，电池极耳接触端和电池极耳压紧条可以根据不同电池的极耳位置进行调节。 
其中，探针接触电路板和电池极耳接触端之间的电阻小于或者等于0.1欧姆。 
其中，探针阵列可以根据探针接触电路板的位置而进行调节。 
其中，探针阵列和探针接触电路板之间的接触电阻小于或者等于0.02欧姆。 
相对于现有技术，本实用新型锂离子电池化成夹具至少具有以下优点：1)一个夹具可以放置多个电芯，适于批量生产；2)夹具采用了探针接触的方式对电池进行化成，避免了将夹具放于老化板上而对其造成的损伤；3)夹住化成能将化成过程中产生的气体挤到气袋中，优化界面性能，防止气体影响SEI膜的形成，减少首次充电的不可逆容量损失，提高首次充放电效率，改善了循环性能及高温存储性能。4)化成和容量同时进行，减少了整形这道工序，而且不需要上下老化板，对生产效率有很大程度的改善。 
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。 
图2是本实用新型的截面图。 
图3是本实用新型图2中A处放大图。 
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图，对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。 
实施例 
请参阅图1-3所示，本实用新型锂离子电池的压力化成夹具，其包括用于固定锂离子电池的夹具层板1，用于向夹具层板1施加压力的压力保持结构2，压力保持结构2通过支撑架5与夹具层板1连接，其还包括，将极耳集中引出的极耳引出结构3和与化成机器5连接的探针阵列4，极耳引出结构3和探针阵列4电连接。 
压力保持结构2包括压力保持螺栓21，螺栓承载板22，压力板23和弹性元件24，压力保持螺栓21穿过螺栓承载板22，其底部顶在压力板23上，弹性元件24位于压力板23和夹具层板1之间，螺栓承载板22和压力板23通过支撑架5进行连接。 
所述夹具层板1为2～20层，夹具层板1上设置有放置弹性元件24的凹槽11和固定支撑架5的孔洞12。 
极耳引出结构3包括电池极耳压紧条31，电池极耳接触端32和将电池极耳接触端32引出夹具的探针接触电路板33，电池极耳压紧条31设置在上层夹具层板1上，电池极耳接触端32设置在下层夹具层板1上，探针接触电路板33和电池极耳接触端32保持电导通。 
操作时，将已注液且有一预留气袋的型号为423282(长82mm，宽32mm，厚4.2mm)的100个电池分别装载在图2所示的压力化成夹具的夹具层板1上，每层放两个，电池的极耳放置在夹具的电池极耳接触端32上，通过上层夹板上的极耳压紧条31固定住极耳的位置，然后从第一层逐步到第八层，装完电池后，选择弹簧为弹性元件24，将压力板23通过支撑架5固定于弹簧上，并将螺栓承载板22通过支撑架5固定于压力板23上方，采用气动螺丝批手工操作旋紧压力保持螺栓21，对本实用新型进行加压，单电池表面压强为 1.2Mpa，然后将夹具放置到化成机器5中，根据探针接触电路板33的位置调节探针阵列的位置，将探针阵列4顶到探针接触电路板33上，进行化成充电。电池在化成完成后，不必从充放电设备上取下，可继续进行充电放电，进行容量测试。 
在电池的充放电过程中，电池的厚度会发生变化。电池厚度增大时，弹簧会相应收缩；电池厚度减小时，弹簧会相应伸长，以保证电池始终受到压力。这样电池不会因为厚度膨胀无处释放而被过压，也不会因为厚度减小而受不到压力。 
直到所有充放电过程完成后，取下电池，切掉气袋，封口，即完成了电池的化成、整形和容量测试的全部过程。 
本实用新型的有益效果可以通过电池的性能测试结果和从待化成工序到成品电池，48h内的产量得到体现。 
电池性能测试： 
1)首次充放电效率 
容量测试后按照以下公式计算电池的平均首次充放电效率：(平均首次充电容量/平均首次放电容量)*100％，结果如表1所示。 
2)高温存储测试 
先在25℃下测量5只电池的厚度、内阻、电压、容量，然后将电池放置在85℃的高温炉里存储4个小时，取出电池待冷却至25℃后，再次测量厚度、内阻、电压、容量，计算得到厚度，内阻，电压，容量的变化率。结果如表1所示。 
3)循环性能测试 
将5只电池在25℃下0.5C恒流充电至4.2V，在4.2V下恒压充电至0.05C，再0.5C恒流放电至3.0V，记录初始容量，并重复以上步骤800次，得到800次循环后以0.5C放电至3.0V的容量，计算循环后电池容量的平均维持率，结 果如表1所示。 
对比例 
除采用常规的化成和容量工具进行化成和容量工艺外，其余同实施例(容量测试的步次和参数同实施例)。所得锂电池首次充放电效率、高温存储和800个循环后容量保持率示于表1，从待化成工序到成品电池，48h内的产量示于表2。 
表1夹具化成和容量对锂离子电池首次充放电效率、高温存储和循环等性能的改善 
Figure DEST_PATH_GSB00000691150400031
表2从待化成工序到成品电池，采用本实用新型化成夹具和常规夹具对48h内产量的影响 
    48h产量/只
  实施例   3000
  对比例   2000
从表1和表2可知，本实用新型的锂电池化成夹具使得化成和容量可以同时进行，不仅减少了整形这道工序，而且不需要上下老化板，对生产效率有很大程度的改善，同时采用夹住化成的方式能将化成过程中产生的气体挤到气袋中，优化界面性能，防止气体影响SEI膜的形成，减少首次充电的不可逆容量损失，提高首次充放电效率，改善了循环性能及高温存储性能。 
其中，电池极耳接触端32和电池极耳压紧条31可以根据不同电池的极耳位置进行调节。 
其中，探针接触电路板33和电池极耳接触端32之间的电阻设置成小于 或者等于0.1欧姆。 
其中，探针阵列4可以根据探针接触电路板33的位置而进行调节。 
其中，探针阵列和探针接触电路板之间的接触电阻设置小于或者等于0.02欧姆。 
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。 

Claims (7)

1.一种锂离子电池的压力化成夹具，其包括用于固定锂离子电池的夹具层板(1)，用于向夹具层板(1)施加压力的压力保持结构(2)，压力保持结构(2)通过支撑架(5)与夹具层板(1)连接，其特征在于，其还包括，将极耳集中引出的极耳引出结构(3)和与化成机器连接的探针阵列(4)，极耳引出结构(3)和探针阵列(4)电连接。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池的压力化成夹具，其特征在于，所述压力保持结构(2)包括压力保持螺栓(21)，螺栓承载板(22)，压力板(23)和弹性元件(24)，压力保持螺栓(21)穿过螺栓承载板(22)，压力保持螺栓(21)底部与压力板(23)顶触连接，弹性元件(24)位于压力板(23)和夹具层板(1)之间，螺栓承载板(22)和压力板(23)通过支撑架(5)连接。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池的压力化成夹具，其特征在于：所述弹性元件(24)为弹簧、弹片或弹性橡胶。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池的压力化成夹具，其特征在于，所述夹具层板(1)为2～20层，夹具层板(1)上设置有放置弹性元件(24)的凹槽(11)和固定支撑架(5)的孔洞(12)。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池的压力化成夹具，其特征在于，所述极耳引出结构(3)包括电池极耳压紧条(31)，电池极耳接触端(32)和将电池极耳接触端(32)引出的探针接触电路板(33)，电池极耳压紧条(31)设置在夹具层板(1)的上层，电池极耳接触端(32)设置在夹具层板(1)的下层，探针接触电路板(33)和电池极耳接触端(32)电连接。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池的压力化成夹具，其特征在于，探针接触电路板(33)和电池极耳接触端(32)之间的电阻小于或等于0.1欧姆。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池的压力化成夹具，其特征在于，探针阵列(4)和探针接触电路板(33)之间的接触电阻小于或等于0.02欧姆。
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