CN211507815U - 一种聚合物锂离子电池封口机和制备系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种聚合物锂离子电池封口机和制备系统。本申请的电池封口机包括上封头和下封头，上下封头安装在滑动轨道上，由封口机中控系统控制其整体在滑动轨道上前后移动；在上下封头内侧面滑动轨道上安装红外线感应仪，红外线感应仪射出至少一条与上下封头内侧面平行的红外线，用于感应上下封头与电池主体的距离；封口机中控系统根据红外线感应仪感应的距离，控制上下封头整体前后移动，从而控制电芯封边内未封区尺寸。本申请的封口机，借助红外线感应仪反馈，通过封口机中控系统调整上下封头整体前后移动，控制上下封头整体与电池主体之间的距离，防止未封区尺寸偏大或偏小，降低由此造成的电池后期出现内腐蚀引起鼓包漏液的风险。

Description

一种聚合物锂离子电池封口机和制备系统

技术领域

本申请涉及聚合物锂离子电池生产设备领域，特别是涉及一种聚合物锂离子电池封口机和聚合物锂离子电池的制备系统。

背景技术

近几年，随着电器种类迅速增多，对电池能量密度、重量、自放电、安全性的要求也日益提高。常规的Ni-Cd(镍镉)、Ni-MH(镍氢)等圆柱电池在电性能、规格及其安全性能等方面已经不能满足市场的使用需求。聚合物软包装锂离子电池，又称聚合物锂离子电池或锂聚合物电池，其采用镀镍钢壳或复合铝塑膜为外壳，不仅在外形尺寸上有更多的选择，而且可以随客户的要求进行改变；相比较其他电池其能量密度更高、重量更轻便、自放电更小、安全性更好，因此在电池市场的占有率也迅速增大。

目前，聚合物锂离子电池凭借其高能量密度、低自放电、型号多变以及安全性能良好等特点，已经深入人们日常生活中的各个方面，正是由于其使用普遍性的提高，人们对该类型的电池有了更加严格的要求，除了电池材料以及制作工艺的提高，电池制程方法也在进一步进行优化。

聚合物锂离子电池的制程重点在顶侧封、一封以及二封，这三道封口工位，封口效果的好坏直接影响电池鼓包漏液的比例；聚合物锂离子电池一旦出现鼓包漏液即为报废品，因此保证聚合物锂离子电池封口效果是保证电池性能的重中之重。

目前这三道封口工位采用的均为前后固定、上下可移动吻合封头，配合可以调整电池自动托盘位置的封口机进行封口；但是，在封口过程中电池托盘一直在旋转移动，进行生产，因此封装的每一个电池的封口位置均存在差异，无法保证电池封装位置一致性的精准，即无法保证电池封边内外未封区的一致性。如果未封区偏小或者偏大，会造成电池封口边出现内腐蚀，最终引起鼓包漏液。另外，上下封头移动吻合在进行封口时，上下吻合力度无法精确控制，因此无法控制铝塑膜内层PP熔化的程度，经常造成电池封口处铝塑膜出现过度熔合或者熔合不良的情况，后期会造成的电池出现内腐蚀或者封不住，从而造成电池鼓包漏液。

因此，如何保障电池在封口时封边内外未封区尺寸，如何保障铝塑膜内层PP层在封口时的熔合程度，是降低电池出现内腐蚀或封装不良的关键技术，也是聚合物锂离子电池封口技术研究的重点和难点。

发明内容

本申请的目的是提供一种改进的聚合物锂离子电池封口机，以及采用该聚合物锂离子电池封口机的聚合物锂离子电池的制备系统。

本申请采用了以下技术方案：

本申请的一方面公开了一种聚合物锂离子电池封口机，包括上封头和下封头，上封头和下封头安装在滑动轨道上，并由封口机中控系统控制上封头和下封头整体在滑动轨道上前后移动；在上封头和下封头内侧面的滑动轨道上安装红外线感应仪，红外线感应仪与上封头和下封头固定连接，并与上封头和下封头一起整体前后移动，红外线感应仪射出至少一条与上封头和下封头内侧面平行的红外线，用于感应上封头和下封头与电池主体的距离；红外线感应仪与封口机中控系统信号连接，封口机中控系统根据红外线感应仪感应的上封头和下封头与电池主体的距离，控制上封头和下封头整体前后移动，使上封头和下封头与电池主体的距离在设定范围内，从而控制电芯封边内未封区尺寸大小。

需要说明的是，本申请在现有聚合物锂离子电池封口机的基础上进行改进，在基本不改变现有封口机的情况下，创造性的将上封头和下封头安装在一个可前后移动的滑动轨道上，并创造性的增加红外线感应仪，在封口机中控系统中增加红外线感应仪的感应参数控制；通过红外线感应仪感应上封头和下封头与电池主体的距离，例如通过红外线感应，使上封头和下封头移动至所需的位置，从而确保电芯封边内未封区尺寸。

可以理解，本申请的关键在于将原本不能前后移动的上封头和下封头改造为可以整体沿滑动轨道前后移动的滑动结构，并增加控制前后移动的驱动装置，该驱动装置由现有的封口机中控系统统一控制；至于具体的滑动轨道和驱动装置可以参考现有的轨道滑动控制装置，在此不作具体限定。另外，红外线感应仪主要是通过红外线感应距离，可以采用现有的能够红外感应距离的红外线感应仪；封口机中控系统根据红外线感应仪的感应值控制上封头和下封头整体前后移动，具体可以通过编程实现，在此不作具体限定。此外，本申请中没有提及的封口机的其它组成部分都与现有的封口机相同，在此不累述。

优选的，红外线感应仪包括射出两条红外线，即第一红外线和第二红外线；通过第一红外线和第二红外线感应，控制上封头和下封头整体移动，使上封头和下封头与电池主体的距离在第一红外线和第二红外线之间，即使得电芯封边内未封区尺寸在最小值和最大值之间。

需要说明的是，本申请的聚合物锂离子电池封口机，在进行封口操作时，借助红外线感应仪的两条红外线感应封头与电池主体的距离，反馈到封口机中控系统，封口机中控系统通过控制滑动轨道调整上封头和下封头整体前后移动，使封头到电池主体的距离控制在两条红外线的范围内，即在最大值与最小值之间，从而精确保证封口边内未封区尺寸；另外，依据封边预留宽度、封头宽度可以控制外未封区尺寸，从而使得封边各个尺寸的精确一致。

例如，本申请的一种实现方式中，第一红外线感应上封头和下封头与电池主体的距离，控制电芯封边内未封区尺寸达到最小值；第二红外线感应上封头和下封头与电池主体的距离，控制电芯封边内未封区尺寸达到最大值；只要确保上封头和下封头与电池主体的距离在第一红外线和第二红外线之间，即可确保电芯封边内未封区尺寸在最小值和最大值之间，从而保障封边位置的准确性，保障封边效果。

优选的，红外线感应仪还包括射出第三红外线，第三红外线位于第一红外线和第二红外线之间；通过第三红外线感应上封头和下封头与电池主体的距离，控制上封头和下封头整体移动，使电芯封边内未封区尺寸达到最佳值。

需要说明的是，电芯封边内未封区尺寸的最佳值实际上可以根据需求，例如设定为电芯封边内未封区尺寸的平均值；增加第三红外线可以更加精确的保证所有电池的一致性，即确保电芯封边内未封区尺寸在平均值附近。

可以理解，在实际生产中，未封区的尺寸控制在一定的范围内，即最小值和最大值之间，就可以满足需求，保证电池的封口效果；第三红外线只是为了进一步提高所有电池的一致性，可以根据需求选择设置，在此不作具体限定。

优选的，本申请的聚合物锂离子电池封口机，上封头和下封头上还设置有红外线距离感应仪，通过红外线距离感应仪发出的红外线感应上封头和下封头之间的距离；红外线距离感应仪与封口机中控系统信号连接，封口机中控系统根据红外线距离感应仪感应的上封头和下封头的距离，控制上封头和下封头压合封口的厚度。

需要说明的是，铝塑膜内层PP层的封口熔合程度或者封口厚度，主要取决于上封头和下封头压合时的距离，因此，本申请创造性的增加红外线距离感应仪用于感应和确保上封头和下封头的距离，从而确保上封头和下封头压合封口厚度的一致性。

优选的，本申请的聚合物锂离子电池封口机中，上封头和下封头上下吻合无错位。

可以理解，为了确保封口效果，上封头和下封头必须确保上下吻合无错位，如果有错位，则需要预先进行维修调整。

优选的，本申请的聚合物锂离子电池封口机中，下封头固定不动，上封头上下移动实现压合封口。

需要说明的是，下封头固定，上封头移动，只是本申请的一种实现方式中具体采用的压合方式，不排除还可以采用其它压合方式，在此不作具体限定。

本申请的另一面公开了一种聚合物锂离子电池的制备系统，该制备系统包括本申请的聚合物锂离子电池封口机。

需要说明的是，本申请的聚合物锂离子电池制备系统，由于采用本申请的聚合物锂离子电池封口机，在基本不改变现有电池制备流程和结构的情况下，既能保证电池在封口时封边内外未封区尺寸的控制的精确性，又能保证铝塑膜内层PP层在封口熔合程度得到控制，大幅度降低未封区尺寸偏小或者偏大、熔胶过度或者熔胶不良等情况，降低了电池出现内腐蚀或者封装不良造成的电池鼓包漏液的风险。

本申请的有益效果在于：

本申请的聚合物锂离子电池封口机，借助红外线感应仪反馈，通过封口机中控系统调整上下封头整体前后的移动，以此来控制上下封头整体与电池主体之间的距离，进而使电池封边内未封区达到高度准确性与一致性；通过封边预留尺寸、封头宽度保证外未封区的尺寸；防止未封区尺寸出现偏大或偏小的情况，降低电池后期出现内腐蚀引起鼓包漏液的不良风险。

进一步的改进方案中，借助红外线距离感应仪感应上下封头的距离，通过封口机中控系统，自动调整封口压力与时间，从而保证封边铝塑膜内层PP层熔合程度，以此确保封边厚度达到最佳，并保持一致，防止出现封边未封住造成漏液或者封边过度熔合造成内腐蚀引起电池鼓包漏液的不良风险。

采用本申请的聚合物锂离子电池封口机，提升了电池封口的精确度和一致性，大幅度改善了封口效果，保证良品率，降低了电池出现鼓包漏液的风险，为制备高品质的聚合物锂离子电池奠定了基础。

附图说明

图1是本申请实施例中电池各封边位置的示意图；

图2是本申请实施例中上封头和下封头整体可以移动的俯视图示意图；

图3是本申请实施例中上封头和下封头的侧视图示意图；

图4是本申请实施例中A组顶侧封后的外未封区尺寸统计分析图；

图5是本申请实施例中B组顶侧封后的外未封区尺寸统计分析图；

图6是本申请实施例中A组顶侧封后的内未封区尺寸统计分析图；

图7是本申请实施例中B组顶侧封后的内未封区尺寸统计分析图；

图8是本申请实施例中A组顶侧封后的封边厚度统计分析图；

图9是本申请实施例中B组顶侧封后的封边厚度统计分析图。

具体实施方式

目前，聚合物锂离子电池封口机普遍采用的是前后固定、上下可移动吻合的封头配合可调整电池自动托盘位置的热压封口机，封头温度在180-220℃，封头压力在0.2-0.6MPa，封装时间在2-6秒；由于自动托盘每次都要进行转动，因此无法保证每个电池的封口位置精准一致，易造成电池封边内外未封区尺寸偏小或者偏大；同时，上下封口吻合的力度无法精准控制，无法保证封口处铝塑膜内层PP层熔合的程度，易造成封边过度熔合或者熔合不良，最终均造成电池出现内腐蚀或者封不住引起电池出现较高比例的鼓包漏液的不良。

本申请首先针对电芯封边内未封区尺寸精准一致性差的问题，对现有的封口机进行改进，即将上封头和下封头安装在滑动轨道上，并由封口机中控系统控制上封头和下封头整体在滑动轨道上前后移动；在上封头和下封头内侧面的滑动轨道上安装红外线感应仪，红外线感应仪射出至少一条与上封头和下封头内侧面平行的红外线，用于感应上封头和下封头与电池主体的距离；红外线感应仪与封口机中控系统信号连接，封口机中控系统根据红外线感应仪感应的上封头和下封头与电池主体的距离，控制上封头和下封头整体前后移动，使上封头和下封头与电池主体的距离在设定范围内，起到控制电芯封边内未封区尺寸大小的作用。

本申请进一步的改进中，在上封头和下封头上设置红外线距离感应仪，通过红外线距离感应仪发出的红外线感应上封头和下封头之间的距离；红外线距离感应仪与封口机中控系统信号连接，封口机中控系统根据红外线距离感应仪感应的上封头和下封头的距离，控制上封头和下封头压合封口的厚度。

本申请的聚合物锂离子电池封口机，在基本上不改变原有常规封口的封装参数的前提下，精确控制每个电池封边内外未封区尺寸以及封边铝塑膜内层PP层的熔合程度，大幅度降低未封区尺寸偏小或者偏大、熔胶过度或者熔胶不良等情况，降低了电池出现内腐蚀或者封装不良造成的电池鼓包漏液的风险。

下面通过具体实施例对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。

实施例

聚合物锂离子电池的制程重点在顶侧封、一封以及二封，电池各封边位置如图1所示，图1为电池各封边位置的示意图，其中，01为电芯主体、02为电芯气袋、03为侧封边、04为顶封边、05为一封边、06为顶封边外未封区、07为顶封边内未封区、08为侧封边内未封区、09为侧封边外未封区、010为二封边、011为二封边内未封区；本例的聚合物锂离子电池封口机用于控制顶封边内未封区07、侧封边内未封区08以及二封边内未封区011的尺寸，并通过封边预留尺寸、封头宽度来保证外未封区的尺寸，从而保障封边内外未封区尺寸的高度准确性和一致性。具体如下：

本例的聚合物锂离子电池封口机，如图2和图3所示，包括上封头1和下封头2，上封头1和下封头2安装在滑动轨道3上，并由封口机中控系统控制上封头1和下封头2整体在滑动轨道3上前后移动；在上封头1和下封头2内侧面的滑动轨道上安装红外线感应仪4，红外线感应仪4与上封头和下封头固定连接，并与上封头和下封头一起整体前后移动，本例具体是采用连接件7将红外线感应仪4与上下封头固定连接，安装在上下封头的侧面；红外线感应仪4射出两条与上封头1和下封头2内侧面平行的红外线，即第一红外线41和第二红外线42，用于感应上封头1和下封头2与电池主体的距离；红外线感应仪4与封口机中控系统信号连接，封口机中控系统根据红外线感应仪4感应的上封头1和下封头2与电池主体的距离，控制上封头1和下封头2整体前后移动，使上封头1和下封头2与电池主体的距离在第一红外线41和第二红外线42之间，从而使得电芯封边内未封区尺寸在最小值和最大值之间，起到控制电芯封边内未封区尺寸大小的作用。第一红外线41和第二红外线42如图2所示，图2为上封头和下封头整体可以移动的俯视图示意图，图中上封头和下封头重叠。

本例的聚合物锂离子电池封口机中，第一红外线41和第二红外线42的具体距离可以根据具体的电芯设计的内未封区、封边预留宽度以及封口宽度调整，在此不作具体限定。

本例的聚合物锂离子电池封口机中，上封头1和下封头2上下吻合无错位。其中，下封头2固定不动，上封头1上下移动实现压合封口。本例的上封头1通过上封头滑块及加热管11安装于滑动轨道3上，上封头滑块及加热管11和上封头1可一起沿封口轨道6上下移动；本例的下封头2通过下封头滑块及加热管21安装于滑动轨道3上，下封头滑块及加热管21和下封头2固定不动，如图3所示，图3为上封头和下封头的侧视图示意图。

可以理解，将电芯封边内未封区尺寸控制在最小值和最大值之间，即可有效保障封边效果；为了进一步确保电芯封边内未封区尺寸的一致性，进一步的改进方案中，可以使红外线感应仪4射出第三红外线，该第三红外线位于第一红外线41和第二红外线42之间；通过第三红外线感应上封头1和下封头2与电池主体的距离，控制上封头1和下封头2整体移动，使电芯封边内未封区尺寸达到最佳值。该最佳值可以根据需求设定为电芯封边内未封区尺寸的平均值。

进一步的改进方案中，上封头1和下封头2上还设置有红外线距离感应仪5，通过红外线距离感应仪5发出的红外线51感应上封头1和下封头2之间的距离；红外线距离感应仪5与封口机中控系统信号连接，封口机中控系统根据红外线距离感应仪5感应的上封头1和下封头2的距离，控制上封头1和下封头2压合封口的厚度，如图3所示。本例具体的，将红外线距离感应仪5安装在上封头1和下封头2的上封头滑块及加热管11和下封头滑块及加热管21上。

当封装开始时，上封头1与下封头2吻合，将电芯两层待封装的铝塑膜压在其中间，红外线距离感应仪5通过发射出的红外线51来判定上下封头之间的距离，并将测到的距离反馈给封口机中控系统，封口机中控系统通过自动调整封头的压力以及封装时间来保证电芯铝塑膜熔合后的封装厚度，使铝塑膜到达最佳熔合效果。一般来说，封装厚度最佳状态为两层铝塑膜内PP层熔合为原有PP层厚度的70％-80％之间。

本例的聚合物锂离子电池制备系统采用本例改进的聚合物锂离子电池封口机进行电池封装，可以保证封边位置的一致性、准确性以及熔胶效果的最佳，从而降低电芯出现鼓包漏液的比例，改善封口效果，保证良品率，降低电池出现鼓包漏液的风险。

应用试验

采用本例改进的聚合物锂离子电池封口机对电芯型号523759P-1000mAh聚合物软包装锂离子电池进行电池封装。其中，电芯型号523759P-1000mAh聚合物软包装锂离子电池，制作电芯的正极采用钴酸锂、负极采用人造石墨、隔膜采用CELGARD聚丙烯PP隔膜，电解液采用EC/EMC/DEC普通型电解液，软包装采用DNP113型铝塑膜。按照聚合物软包装锂离子电池的正负极原材料与辅助材料分别搅拌配料、涂布、辊压、分条、制作正负极极片、使用制作完成的正极极片/隔膜/负极卷绕成卷芯，等待进行顶侧封。

本例将待顶侧封的电池分为A、B两组，其中A组使用常规的前后固定、上下可移动吻合的封头配合可调整电池自动托盘位置型的热压封口机进行封口，封头温度190℃，封头压力0.3MPa，封装时间4.5s；B组使用本例改进的聚合物锂离子电池封口机进行封口，封口温度190℃，封装压力以及封装时间由封口机中控系统依据实际情况进行调整，具体的，调整范围分别为压力0.2-0.6MPa，封装时间在2-6s。

从顶侧封后的A、B两组中各抽取100pcs，分别测量其顶封外未封区尺寸、内未封区尺寸以及封边厚度，并对两组进行数据对比分析。其中，顶封外未封区尺寸的标准为0.2-1.0mm，内未封区尺寸的标准为1.0-1.5mm，封边厚度的标准为0.180-0.205mm。测量和分析结果如表1以及图4至图9所示。

表1顶侧封内外未封区尺寸测试结果

图4为A组顶侧封后的外未封区尺寸统计分析图，图5为B组顶侧封后的外未封区尺寸统计分析图，图6为A组顶侧封后的内未封区尺寸统计分析图，图7为B组顶侧封后的内未封区尺寸统计分析图，图8为A组顶侧封后的封边厚度统计分析图，图9为B组顶侧封后的封边厚度统计分析图。

由A、B两组电池顶侧封后的外未封区尺寸数据图4、图5和表1可以看出，采用本例改进的聚合物锂离子电池封口机封装的B组电池，其外未封区尺寸一致性以及精准性明显高于常规封装的A组电池。

由A、B两组电池顶侧封后的内未封区尺寸数据图6、图7和表1可以看出，采用本例改进的聚合物锂离子电池封口机封装的B组电池，其内未封区尺寸一致性以及精准性明显高于常规封装的A组电池。

由A、B两组电池顶侧封后的封边厚度数据图8、图9和表1可以看出，采用本例改进的聚合物锂离子电池封口机封装的B组电池，其封边厚度尺寸一致性以及精准性也明显高于常规封装的A组电池。

以上结果和分析显示，本例改进的聚合物锂离子电池封口机，能够提高电池封边内外未封区尺寸的准确性和一致性，防止未封区尺寸出现偏大或偏小的情况，降低由此造成的电池后期出现内腐蚀引起鼓包漏液的不良风险。并且，采用本例改进的聚合物锂离子电池封口机，能够保障封边铝塑膜内层PP层熔合程度在一个最佳尺寸，确保封边厚度达到最佳，保障电池封边厚度尺寸的精准性和一致性，防止出现封边未封住造成漏液或者封边过度熔合造成内腐蚀引起电池鼓包漏液的不良风险。总的来说，本例改进的聚合物锂离子电池封口机，提升了电池封口的精确度和一致性，改善了封口效果，保证了良品率，降低了电池出现鼓包漏液的风险。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种聚合物锂离子电池封口机，包括上封头(1)和下封头(2)，其特征在于：所述上封头(1)和下封头(2)安装在滑动轨道(3)上，并由封口机中控系统控制上封头(1)和下封头(2)整体在滑动轨道(3)上前后移动；

在上封头(1)和下封头(2)内侧面的滑动轨道上安装红外线感应仪(4)，所述红外线感应仪(4)射出至少一条与上封头(1)和下封头(2)内侧面平行的红外线，用于感应上封头(1)和下封头(2)与电池主体的距离；

所述红外线感应仪(4)与所述封口机中控系统信号连接，所述封口机中控系统根据所述红外线感应仪(4)感应的上封头(1)和下封头(2)与电池主体的距离，控制上封头(1)和下封头(2)整体前后移动，使上封头(1)和下封头(2)与电池主体的距离在设定范围内，从而控制电芯封边内未封区尺寸大小。

2.根据权利要求1所述的聚合物锂离子电池封口机，其特征在于：所述红外线感应仪(4)包括射出两条红外线，即第一红外线(41)和第二红外线(42)；

通过所述第一红外线(41)和第二红外线(42)感应，控制上封头(1)和下封头(2)整体移动，使上封头(1)和下封头(2)与电池主体的距离在第一红外线(41)和第二红外线(42)之间，即使得电芯封边内未封区尺寸在最小值和最大值之间。

3.根据权利要求2所述的聚合物锂离子电池封口机，其特征在于：所述红外线感应仪(4)还包括射出第三红外线，所述第三红外线位于所述第一红外线(41)和第二红外线(42)之间；

通过所述第三红外线感应上封头(1)和下封头(2)与电池主体的距离，控制上封头(1)和下封头(2)整体移动，使电芯封边内未封区尺寸达到最佳值。

4.根据权利要求1-3任一项所述的聚合物锂离子电池封口机，其特征在于：所述上封头(1)和下封头(2)上还设置有红外线距离感应仪(5)，通过红外线距离感应仪(5)发出的红外线(51)感应上封头(1)和下封头(2)之间的距离；

所述红外线距离感应仪(5)与所述封口机中控系统信号连接，所述封口机中控系统根据所述红外线距离感应仪(5)感应的上封头(1)和下封头(2)的距离，控制上封头(1)和下封头(2)压合封口的厚度。

5.根据权利要求1-3任一项所述的聚合物锂离子电池封口机，其特征在于：所述上封头(1)和下封头(2)上下吻合无错位。

6.根据权利要求1-3任一项所述的聚合物锂离子电池封口机，其特征在于：所述下封头(2)固定不动，所述上封头(1)上下移动实现压合封口。

7.一种聚合物锂离子电池的制备系统，其特征在于：所述制备系统包括权利要求1-6任一项所述的聚合物锂离子电池封口机。

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