CN207834489U - 电池化成夹具及电池化成装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种电池化成夹具及电池化成装置，涉及电池化成装置技术领域。该电池化成夹具包括第一夹板、第二夹板和卡夹，第一夹板、第二夹板和卡夹均为可拆卸连接，第一夹板和第二夹板均为绝缘夹板，卡夹为弹性件。使用时，将所述第一夹板、第二夹板分别置于电池的两个表面，电池位于第一夹板和第二夹板之间，用卡夹夹住第一夹板和第二夹板以对电池施加压力。通过该电池化成夹具，可对电池表面施加稳定的压力，以保证电池极片和隔膜之间不受气泡、间隙等物理阻抗而影响电流密度，保证化成时每张极片的整个表面电流密度相同，形成的SEI膜的厚度均匀，进而提高软包动力电池的循环寿命。本实用新型还提供了一种电池化成装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池化成装置技术领域，具体而言，涉及一种电池化成夹具及电池化成装置。
背景技术
由于软包动力电池采用铝塑复合膜进行包装，在采用相同原材料的情况下，相对于硬壳电池其具有重量更轻、容量更大、内阻更小、设计灵活、安全性更高等特点，被越来越多的新能源车企和动力电池厂商所青睐。
软包动力电池尤其是大容量软包动力电池(50Ah以上)的化成工艺是生产过程中的重要工序，具有特殊的工艺要求和技术难点。化成即是对注液搁置后的电池进行首次充电，形成固体电解质截面膜(SEI膜)的过程，不同的化成工艺，形成的SEI膜则有所不同，而不同的SEI膜对电池性能的影响较大，特别是对电池的循环性能影响较大。但是，由于软包装动力电池采用铝塑封装结构，其外型结构决定了极片不能紧密排列，极片之间容易产生空隙，在电池化成过程中产生的气体也容易在极片之间残留，在之后的封口中气体不能完全排出，从而影响电池的使用寿命。
有鉴于此，特提出本实用新型。
实用新型内容
本实用新型的第一个目的在于提供一种电池化成夹具，该电池化成夹具可对电池表面施加稳定的压力，以保证电池极片和隔膜之间不受气泡、间隙等物理阻抗而影响电流密度，保证化成时每张极片的整个表面电流密度相同，形成的SEI膜的厚度均匀，进而提高软包动力电池的循环寿命。
本实用新型的第二个目的在于提供一种电池化成装置。
为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：
本实用新型提供一种电池化成夹具，包括第一夹板、第二夹板和卡夹，所述第一夹板、第二夹板和卡夹均为可拆卸连接，所述第一夹板和第二夹板均为绝缘夹板，所述卡夹为弹性件；
将所述第一夹板、第二夹板分别置于电池的两个表面，电池位于所述第一夹板和第二夹板之间，用所述卡夹夹住所述第一夹板和第二夹板以对电池施加压力。
进一步的，在本实用新型技术方案基础之上，所述第一夹板和第二夹板均为钢化玻璃。
进一步的，在本实用新型技术方案基础之上，所述第一夹板和第二夹板的尺寸相同。
进一步地，在本实用新型技术方案基础之上，所述卡夹包括第一固定部、第二固定部以及连接第一固定部和第二固定部的连接部，所述第一固定部和第二固定部的一端均与所述连接部相连，所述第一固定部和第二固定部远离连接部的一端均设置有卷边；
所述第一固定部和第二固定部之间的距离可调节，所述第一固定部和第二固定部能够分别作用于所述第一夹板和第二夹板表面以对电池施加压力。
进一步的，在本实用新型技术方案基础之上，在未夹持状态下，所述第一固定部与第二固定部上的两个卷边之间的距离小于所述连接部的长度。
进一步的，在本实用新型技术方案基础之上，所述第一固定部、第二固定部和连接部一体成型。
进一步的，在本实用新型技术方案基础之上，所述卷边为弧形卷边。
进一步的，在本实用新型技术方案基础之上，所述第一固定部和第二固定部的卷边上均设置有方便控制所述第一固定部和第二固定部开合的夹臂。
进一步的，在本实用新型技术方案基础之上，所述电池化成夹具作用于电池表面的压力为300-500公斤。
本实用新型还提供了一种电池化成装置，包括上述的电池化成夹具。
与现有技术相比，本实用新型提供的电池化成夹具及电池化成装置具有以下有益效果：
(1)本实用新型提供了一种电池化成夹具，包括第一夹板、第二夹板和卡夹，第一夹板、第二夹板和卡夹均为可拆卸连接，第一夹板和第二夹板均为绝缘夹板，卡夹为弹性件，使用时，可将所述第一夹板、第二夹板分别置于电池的两个表面，电池位于所述第一夹板和第二夹板之间，用卡夹夹住第一夹板和第二夹板以对电池施加压力。通过该电池化成夹具，可对电池表面施加稳定、均匀的压力，以保证电池极片和隔膜之间不受气泡、间隙等物理阻抗而影响电流密度，保证化成时每张极片的整个表面电流密度相同，形成的SEI膜的厚度均匀，进而提高软包动力电池的循环寿命。
(2)本实用新型提供的电池化成夹具结构简单、操作方便，适合于工业生产使用。
(3)本实用新型还提供了一种电池化成装置，该电池化成装置包括上述电池化成夹具，鉴于电池化成夹具本身所具有的优势，使得电池化成装置在电池化成工艺中有良好的应用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为电池化成夹具的结构示意图；
图2为图1电池化成夹具的主视图；
图3为图1电池化成夹具的侧视图；
图4为图1电池化成夹具另一角度的侧视图；
图5为卡夹的结构示意图；
图6为软包动力电池的循环寿命曲线图；其中，a为实施例1；b为对比例1；
图7为软包动力电池的1C放电容量曲线图；其中，a为实施例1；b为对比例1。
图标：10-电池；21-第一夹板；22-第二夹板；30-卡夹；31-第一固定部；32-第二固定部；33-连接部；34-卷边。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“第一”、“第二”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
由于软包装动力电池采用铝塑封装结构，其外型结构决定了极片不能紧密排列，极片之间容易产生空隙，在电池化成过程中产生的气体也容易在极片之间残留，在之后的封口中气体不能完全排出，从而影响电池的使用寿命。
为了解决上述问题，根据本实用新型的第一个方面，提供了一种电池化成夹具，具体结构如图1-5所示。其中，图1为电池化成夹具的结构示意图；图2为电池化成夹具的主视图；图3为电池化成夹具的侧视图；图4为电池化成夹具另一角度的侧视图；图5为卡夹30的结构示意图。
具体的，该电池化成夹具包括第一夹板21、第二夹板22和卡夹30，第一夹板21、第二夹板22和卡夹30均为可拆卸连接，第一夹板21和第二夹板22均为绝缘夹板，卡夹30为弹性件；
将第一夹板21、第二夹板22分别置于电池10的两个表面，电池10位于第一夹板21和第二夹板22之间，用卡夹30夹住第一夹板21和第二夹板22以对电池10施加压力。
通过该电池化成夹具，可对电池10表面施加稳定的压力，以保证电池极片和隔膜之间不受气泡、间隙等物理阻抗而影响电流密度，保证化成时每张极片的整个表面电流密度相同，形成的SEI膜的厚度均匀，进而提高软包动力电池的循环寿命。
具体的，第一夹板21、第二夹板22和卡夹30均为可拆卸连接，是指第一夹板、第二夹板22和卡夹30之间是相互独立的部件，彼此之间时可拆分的。对于第一夹板21和第二夹板22的材质，只需采用绝缘性材料制成即可。第一夹板21和第二夹板22的材质可相同，也可以不同。作为本实用新型的一种优选实施方式，第一夹板21和第二夹板22均为钢化玻璃。
需要说明的是，由于第一夹板21和第二夹板22是作用于电池10表面并对其施加一定的压力，故第一夹板21和第二夹板22本身应具有一定强度，且表面光滑、平整，以实现与电池10上、下表面的充分接触。
为保证第一夹板21和第二夹板22对电池10表面施加平稳的作用力，第一夹板21与第二夹板22在电池10上、下表面的位置应该相对应，且第一夹板21和第二夹板22的尺寸相同，以使位于第一夹板21和第二夹板22之间的电池10所受的作用力均匀、一致、平稳，更有利于电池极片和隔膜之间气体、空隙的排除。
卡夹30为弹性件，主要是为了对第一夹板21和第二夹板22进行夹持，从而通过第一夹板21和第二夹板22对电池10表面施加作用力。
卡夹30的结构可以为多种形式，只要能达到将第一夹板21和第二夹板22稳定的夹持在电池10表面的目的即可。
作为本实用新型的一种优选实施方式，卡夹30包括第一固定部31、第二固定部32以及连接第一固定部31和第二固定部32的连接部33；
第一固定部31和第二固定部32的一端均与连接部33相连，第一固定部31和第二固定部32远离连接部33的一端均设置有卷边34；
第一固定部31和第二固定部32之间的距离可调节，第一固定部31和第二固定部32分别作用于第一夹板21和第二夹板22表面以对电池10施加压力。
卡夹30的结构类似为“Ω”，该种结构可实现对于第一夹板21和第二夹板22的稳固夹持。第一固定部31和第二固定部32呈镜像对称结构。第一固定部31和第二固定部32上卷边34的设置，有助于控制第一固定部31和第二固定部32的开合。
在本实用新型技术方案基础之上，在未夹持状态下，第一固定部31与第二固定部32上的两个卷边34之间的距离小于连接部33的长度，同时也小于第一夹板21、第二夹板22和电池10三者的厚度之和。
第一固定部31、第二固定部32和连接部33的连接方式不作特殊限定，只需确保第一固定部31和第二固定部32在外力作用下可沿连接部33进行一定的转动。
作为本实用新型的一种优选实施方式，第一固定部31、第二固定部32和连接部33一体成型；
或者，第一固定部31与连接部33之间、第二固定部32与连接部33之间可以采用铰接的方式进行连接。
为了增加使用过程的便利，卷边34设置为弧形。
在本实用新型技术方案基础之上，第一固定部31和第二固定部32的卷边34上均设置有方便控制第一固定部31和第二固定部32开合的夹臂(在图中未标识)。
夹臂可插接在卷边34所形成的孔隙中，以方便控制卡夹30的开合角度。
电池化成夹具作用于电池10表面的压力为300-500公斤，优选为300～480公斤，进一步优选为320～450公斤。化成夹具作用于电池上典型但非限制性的压力为300公斤、320公斤、350公斤、380公斤、400公斤、420公斤、450公斤、480公斤或500公斤。
电池化成夹具作用于电池10上的压力过低，不容易充分排除极片和隔膜之间气体和空隙，而电池化成夹具作用于电池10上的压力过高，不利于电解液在正负极片和隔膜中吸附，降低了离子电导率，故作用于电池10表面上的压力应控制在特定的数值范围内。
电池化成夹具的使用方法：将第一固定部31和第二固定部32放置于电池10的两个表面后，通过控制第一固定部31和第二固定部32之间的距离，使得卡夹30夹持在第一夹板21和第二夹板22的表面，从而实现电池化成夹具对于电池10的夹持。
使用上述电池化成夹具的软包动力电池的化成方法，包括如下步骤：
(a)将注液完成的电池真空静置，真空静置的真空压力分为5个梯次，各梯次的真空压力分别为-40～-45kPa、-50～-55kPa、-65～-75kPa、-80～-85kPa和-85～-90kPa，各梯次的静置时间均为10～30s；
真空静置后进行真空封口，真空封口的真空压力为-60～-80kPa；
(b)将真空封口后的电池置于电池化成夹具中进行陈化，即将第一夹板、第二夹板分别置于电池的两个表面，电池位于第一夹板和第二夹板之间，用卡夹夹住第一夹板和第二夹板以对电池施加压力；
其中，陈化的方式为压力静置，压力静置的温度为25～60℃，压力静置的时间为6～48h；
(c)将压力静置后且置于电池化成夹具中的电池进行预充电处理，按如下步骤：
c1、静置；
c2、以0.01～0.03C恒流充电10～30min，上限电压为3900mV；
c3、以0.02～0.1C恒流充电60～180min，上限电压3900mV；
c4、以0.05～0.3C恒流充电60～180min，上限电压3900mV；
c5、至预充电结束，检测电压；
(d)将预充电结束且置于电池化成夹具中的电池于25～60℃静置2～10h，即化成结束。
其中，步骤(b)-(d)中，化成夹具作用于电池上的压力为300-500公斤。
步骤(b)的陈化、步骤(c)的预充电处理以及步骤(d)的静置过程中，始终采用电池化成夹具施加相同的力作用于电池表面，保证电池极片和隔膜之间不受气泡、间隙等物理阻抗而影响电流密度，保证化成时每张极片的整个表面电流密度相同，形成的SEI膜的厚度均匀，且SEI膜组份相同。为电池在后期使用过程中SEI膜稳定打好基础，防止电池在循环过程中SEI的分解、重生、修补，造成不可逆Li+的损失，防止电池容量衰减快，寿命短。
为了进一步说明本实用新型的效果，特设以下实施例和对比例。
实施例1
本实施例提供的一种软包动力电池的化成方法，包括如下步骤：
(a)将注液完成的电池真空静置，真空静置的真空压力分为5个梯次，各梯次的真空压力为-40kPa、-50kPa、-65kPa、-80kPa和-85kPa，各梯次的静置时间均为10s；
真空静置后进行真空封口，真空封口的真空压力为-80kPa；
(b)将真空封口后的电池置于电池化成夹具中进行陈化，陈化的方式为压力静置，压力静置的温度为35℃，压力静置的时间为25h；
(c)将压力静置后且置于电池化成夹具中的电池进行预充电处理，按如下步骤：
c1、静置；
c2、以0.03C恒流充电10min，上限电压为3900mV；
c3、以0.1C恒流充电60min，上限电压为3900mV；
c4、以0.2C恒流充电80min，上限电压为3900mV；
c5、至预充电结束，检测电压；
(d)将预充电结束且置于电池化成夹具中的电池于35℃静置6h，即化成结束。
其中，步骤(b)-(d)中，电池化成夹具具体结构如图1-4所示，电池化成夹具作用于电池上的压力为300公斤。
对比例1
本对比例提供的一种软包动力电池的化成方法，除了步骤(b)-(d)中均未采用电池化成夹具，其余步骤与实施例1相同。
为为进一步验证上述实施例和对比例的效果，特设以下实验例。
实验例1
对实施例1和对比例1所得到的软包动力电池循环寿命曲线以及1C放电容量曲线进行测定，具体结果见图6和图7。
从图6和图7中可以看出，在化成工艺过程中，采用电池化成夹具对电池进行夹持，可有效提高软包动力电池循环寿命以及1C放电容量。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种电池化成夹具，其特征在于，包括第一夹板、第二夹板和卡夹，所述第一夹板、第二夹板和卡夹均为可拆卸连接，所述第一夹板和第二夹板均为绝缘夹板，所述卡夹为弹性件；
将所述第一夹板、第二夹板分别置于电池的两个表面，电池位于所述第一夹板和第二夹板之间，用所述卡夹夹住所述第一夹板和第二夹板以对电池施加压力。
2.根据权利要求1所述的电池化成夹具，其特征在于，所述第一夹板和第二夹板均为钢化玻璃。
3.根据权利要求1所述的电池化成夹具，其特征在于，所述第一夹板和第二夹板的尺寸相同。
4.根据权利要求1所述的电池化成夹具，其特征在于，所述卡夹包括第一固定部、第二固定部以及连接第一固定部和第二固定部的连接部，所述第一固定部和第二固定部的一端均与所述连接部相连，所述第一固定部和第二固定部远离连接部的一端均设置有卷边；
所述第一固定部和第二固定部之间的距离可调节，所述第一固定部和第二固定部能够分别作用于所述第一夹板和第二夹板表面以对电池施加压力。
5.根据权利要求4所述的电池化成夹具，其特征在于，在未夹持状态下，所述第一固定部与第二固定部上的两个卷边之间的距离小于所述连接部的长度。
6.根据权利要求4所述的电池化成夹具，其特征在于，所述第一固定部、第二固定部和连接部一体成型。
7.根据权利要求4所述的电池化成夹具，其特征在于，所述卷边为弧形卷边。
8.根据权利要求4所述的电池化成夹具，其特征在于，所述第一固定部和第二固定部的卷边上均设置有方便控制所述第一固定部和第二固定部开合的夹臂。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的电池化成夹具，其特征在于，所述电池化成夹具作用于电池表面的压力为300-500公斤。
10.一种电池化成装置，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的电池化成夹具。
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