CN106654373B - 浸润电芯的设备 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种浸润电芯的设备和方法，该电芯为软包锂电池电芯，该设备包括：第一连通件，其一端连接到第一气压调节装置；与第一连通件的另一端固定并连通的腔体，腔体内能够容置电芯，第一气压调节装置对腔体内增压和减压；第二连通件，其一端连接到第二气压调节装置，电芯的气囊与第二连通件的另一端固定并连通，第二气压调节装置通过第二连通件对电芯内增压和减压，密封件，其将电芯的气囊的开口部分密封以在腔体内使电芯的内部与外部相隔离。本发明的实施例由于在腔体内使电芯的内部与外部相隔离，因此可以形成较理想的压强差，增强了电芯内部的类毛细现象并加速了气泡破裂，从而提高了电解液浸润效率。

Description

浸润电芯的设备

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，并且更具体地，涉及一种浸润电芯的设备。

背景技术

锂离子二次电池具有能量密度高、体积小、放点平台特性佳、循环寿命长、无记忆效应且绿色无污染等特点，在电子产品、电动工具、新能源汽车和储能电站领域有着广阔的应用前景。

锂离子电池的生产过程包括制浆、涂布、压延、分条、裁片、叠片、极耳焊接、热封、注液、电解液含浸、化成分容等，其中电解液浸润在锂电池生产的诸多工序中耗费时间最长，因为充分的静置可以保证电解液在电极表面进行彻底的微反应，形成牢固的SEI(solidelectrolyte interface，固体电解质界面)膜，避免大基团嵌入电极内部造成活性物质脱落和电池容量跳水，从而保证电池的循环寿命。充分的静置还能全面浸润电极表面，减小电极无效面积，提高电池容量。通常，工厂通过将注液完成后的电池敞口放置于干燥房内24小时以上进行静置，干燥房运营维护成本极高，长时间的静置浪费大量资源，降低生产效率。

为了提高生产效率、改善产品质量，开发一种新型的电解液浸润静置工艺势在必行。

CN103872381A涉及一种动力电池的注液静置方法，其中对比了两种方法：1.电解液注液后在干燥空气的车间进行静置12-24小时，该种方法电极或隔膜对电解液的虹吸作用并不理想，造成电解液浸润速度慢、生产效率低且制作电池内阻高、循环寿命差；2.电池进行部分电解液注入后放入恒温静置箱中，对动力电池进行三次抽真空和三次加压强，各次抽真空或加压强后均静置一定时间，随后将动力电池泄压至常压进入后续工序。该方法针对的是具有坚硬外壳的方形电池，并强调注入部分电解液，通过上述方法，未被吸收的电解液液面以上部分的电芯在抽真空或加压强的循环过程中很难浸润。

CN103811712A涉及一种动力软包锂电池注液预封口的自动化生产线，其中公布了动力电池电解液注液后直接抽真空、预封，然后进入静置阶段。在该工艺中，注液完成后一次抽真空、预封存在两个问题：1.一次抽真空造成未被吸收的电解液分布不均；2.电芯注液后电解液与电极接触的过程中会发生化学反应产生气体，从而解除了一次抽真空对电芯压紧的力或者破坏真空度，真空失效影响电极和隔膜的虹吸效果，降低电解液浸润效率。

因此，仍需要一种简单有效的方法提高电解液浸润的效率和效果。

发明内容

本发明实施例提供了另一种不同的浸润电芯的设备和方法，能够提高电解液浸润效率。

本发明的电芯为软包锂电池电芯，该设备包括：第一连通件，其一端连接到第一气压调节装置；与第一连通件的另一端固定并连通的腔体，腔体内能够容置电芯，第一气压调节装置通过第一连通件对腔体内增压和减压；第二连通件，其一端连接到第二气压调节装置，电芯的气囊与第二连通件的另一端固定并连通，第二气压调节装置通过第二连通件对电芯内增压和减压，密封件，其将电芯的气囊的开口部分密封以在腔体内使电芯的内部与外部相隔离。

根据本发明的实施例，该设备还包括：第一气压调节装置和第二气压调节装置。

根据本发明的实施例，第二连通件包括第二出气导管和第二进气导管，第二气压调节装置包括分别连接第二出气导管和第二进气导管的第二抽气装置和第二送气装置，第二出气导管上安装有阀门。

根据本发明的实施例，该设备还包括套管，套管容纳并固定第二出气导管的一端和第二进气导管的一端，电芯的气囊通过密封件与套管的一端固定并连通，套管的另一端封闭，第二出气导管的另一端和第二进气导管的另一端从套管的封闭的一端穿出。

根据本发明的实施例，该设备还包括控制器，控制器配置为以预定次数重复执行以下控制过程：控制第二气压调节装置通过第二连通件将电芯内抽真空，同时控制第一气压调节装置通过第一连通件调节腔体内的压强为预定压强，并保持第一预定时间；控制第一气压调节装置和第二气压调节装置调节腔体和电芯内的压强使得腔体内的压强小于电芯内的压强并保持第二预定时间。

根据本发明的实施例，控制器配置为每次重复执行控制过程时应用独立的预定压强、第一预定时间和第二预定时间。

根据本发明的实施例，控制器配置为应用的第一预定时间为5-60分钟，预定压强为50-400KPa，第二预定时间为5-60分钟，预定次数为2-10。

根据本发明的实施例，控制器配置为应用的预定压强为100-300KPa，第一预定时间为10-40分钟，第二预定时间为10-40分钟。

根据本发明的实施例，控制器配置为应用的预定压强为150-250KPa，第二预定时间为20-30分钟，预定次数为3-5。

根据本发明的实施例，当预定次数大于等于2时，控制器配置为每次重复执行控制过程时应用逐渐增加的预定压强，其中第二次以后每次应用的预定压强比前一次应用的预定压强增加50％至100％。

根据本发明的实施例，第一连通件包括第一出气导管和第一进气导管，第一气压调节装置包括分别连接第一出气导管和第一进气导管的第一抽气装置和第一送气装置，第一出气导管上安装有阀门。

本发明的实施例由于在腔体内使电芯的内部与外部相隔离，因此可以形成较理想的压强差，增强了电芯内部的类毛细现象并加速了气泡破裂，从而提高了电解液浸润效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为根据本发明的一个实施例的浸润电芯的设备的示意性结构图。

附图标记说明

1-电芯 2-腔体

3-密封件 4-套管

5-第二出气导管 6-第二进气导管

7-第一出气导管 8-第一进气导管

9，10-阀门

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本发明实施例中的电芯为软包锂电池电芯。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。

在锂电池的生产过程中，电芯在注液时不能过量注入电解液，即，注液的量与电极吸附的电解液的量应当相等，电解液在电芯内部电极与隔膜层之间存在类毛细现象，假设隔膜与电极层间距为d，电解液与电极和隔膜之间的接触角为θ，电解液密度为ρ，表面张力系数为σ，重力加速度为g，则电解液在隔膜与电极之间可以上升的高度(k是公式系数)。由此可见，减小隔膜与电极层间距d可以提高h，从而改善电解液浸润效果。

同时，由于电芯通常具有许多层，在浸润时，电解液从外向内浸润，外部浸润后，内部未浸润的干燥部分即相当于液面下的气泡。对于液面下的气泡存在以下受力平衡：若对电芯施加外力p，则气泡的受力平衡变为

外力p变大时，气泡的直接R变小的同时p_g变大；

外力p变小时，气泡的直接R变大的同时p_g变小；

当外力p变化幅度较大或者反复变化的时候，气泡破裂的可能性大大增加，从而本发明通过施加外力驱逐电芯内部的气泡，改善浸润效果。

下面将结合附图以及上述两种原理来对本发明的实施例进行说明。

图1为根据本发明的一个实施例的浸润电芯的设备的示意性结构图。应理解图1示出的浸润电芯的设备的各个部分只是示例性的实施例，不作为对本发明的限制。

如图1所示，浸润电芯的设备包括：第一连通件7、8，其一端连接到第一气压调节装置(未图示)；

与第一连通件的另一端固定并连通的腔体2，腔体2内能够容置电芯1，第一气压调节装置通过第一连通件对腔体2内增压和减压；

第二连通件5、6，其一端连接到第二气压调节装置(未图示)，电芯1的气囊与第二连通件的另一端固定并连通，第二气压调节装置通过第二连通件对电芯1内增压和减压，

密封件3，其将电芯的气囊的开口部分密封以在腔体2内使电芯1的内部与外部相隔离。

应理解，该设备还可以包括第一气压调节装置和/或第二气压调节装置。腔体2用于配合气压调节装置来为电芯1的外部提供正压或真空环境。第一连通件和第二连通件可以是诸如软质或硬质的导管等的任何形式的连通件，只要其可以与诸如送气装置或抽气装置的气压调节装置相连通来改变腔体2和电芯1内部的压强，都在本发明的保护范围内。例如，送气装置可以为干燥的压缩气源；抽气装置用来对电芯内部抽真空来进行增压或降压，例如真空泵等。该电芯的气囊可以是由铝塑膜材料制成。此外，第一连通件和第二连通件也可以是一个或多个导管，本发明的实施例对此不做限定，采用多个导管时，气压调节的速度更快。

本发明的实施例由于在腔体2内将电芯1的内部与外部相隔离，因此可以在电芯1内外部之间形成较理想的压强差，根据上述的原理，能够通过电芯1内外部的压强差来充分改变电芯内隔膜与电极层间距d和对电芯重复施加外力p，因此增强了电芯内部的类毛细现象并加速了气泡破裂，从而提高了电解液浸润效率。

如图1所示，第二连通件可以包括第二出气导管5和第二进气导管6，第二气压调节装置可以包括分别连接第二出气导管5和第二进气导管6的第二抽气装置和第二送气装置，第二出气导管6上可以安装有阀门9。

根据图1的实施例，第一连通件可以包括第一出气导管7和第一进气导管8，第一气压调节装置可以包括分别连接第一出气导管7和第一进气导管8的第一抽气装置和第一送气装置，第一出气导管7上可以安装有阀门10。

具体地，将导管分离为进气导管和出气导管，使得再气压调节能够更便捷和高效。关闭阀门9或10可以用来维持腔体2内的气压，打开阀门9或10可以使气压恢复至常压，阀门的使用使得更适合较大规模的浸润工艺的实施。

根据本发明的实施例，如图1所示，该设备还可以包括套管4，套管4容纳并固定第二出气导管5的一端和第二进气导管6的一端，电芯1的气囊通过密封件3与套管4的一端固定并连通，套管4的另一端封闭，第二出气导管5的另一端和第二进气导管6的另一端从套管4的封闭的一端穿出。

应理解，本实施例对密封件3的结构不做限定，密封件3与套管4配合使用，密封件3优选地可以是密封条。密封件3用于将电芯1的气囊开口部分密封，以隔断电芯内外的气体，同时确保在腔体2内部将电芯1的内部与外部相隔离。另外，套管4可以为下端开口的导管；也可以是两端开口的导管，采用另一密封件将该导管的上端和第二连通件密封。本发明的实施例采用了套管和密封件，保证了整个设备的气密性和安全性以进一步提高浸润效果。

可选地，作为另一实施例，该设备还包括控制器，控制器配置为以预定次数重复执行以下控制过程：控制第二气压调节装置通过第二连通件将电芯内抽真空，同时控制第一气压调节装置通过第一连通件调节腔体内的压强为预定压强，并保持第一预定时间；控制第一气压调节装置和第二气压调节装置调节腔体和电芯内的压强使得腔体内的压强小于电芯内的压强并保持第二预定时间。

具体而言，通过对电芯1内抽真空并且在腔体2内加压的方法对电芯两个外侧面加压以压紧电芯并静置，以及通过由例如干燥氮气瓶的干燥气体瓶等给电芯内部加压同时使得腔体内的压强小于电芯内的压强的方法实现将电芯两个外侧面的铝塑膜撑开并静置，可以使得电芯中部的隔膜表面的未吸收的电解液重新分布，促使电芯内电解液的液面变化，增强了电芯内部的类毛细现象，同时加速了气泡破裂，从而提高了电解液浸润效率。

优选地，控制器配置为每次重复执行控制过程时应用独立的预定压强、第一预定时间和第二预定时间。也即，每次重复上述操作过程时可以应用不同的预定压强、第一预定时间和第二预定时间，也可以每次重复上述操作过程时应用不同的预定压强但采用相同的第一预定时间和第二预定时间，其相互之间并不存在制约关系。

优选地，控制器配置为应用的第一预定时间为5-60分钟，预定压强为50-400KPa，第二预定时间为5-60分钟，预定次数为2-10。

优选地，控制器配置为应用的预定压强为100-300KPa，第一预定时间为10-40分钟，第二预定时间为10-40分钟。

优选地，当预定次数大于等于2时，控制器配置为每次重复执行控制过程时应用逐渐增加的预定压强，其中第二次以后每次应用的预定压强比前一次应用的预定压强增加50％至100％。

优选地，控制器配置为应用的预定压强为150-250KPa，第二预定时间为20-30分钟，预定次数为3-5。

下面将基于图1的设备的结构来具体描述几个根据本发明的浸润电芯的方法优选的实施例和比较例：

实施例1：

步骤一、将注液完毕的电芯1放入腔体2内，将电芯1的气囊套在套管4上并用密封件3固定；

步骤二、通过干燥压缩氮气进气口8向腔体2内增压至100KPa，通过导管5对电芯内部抽真空至-60KPa，关闭阀门9，静置10分钟；

步骤三、打开阀门10使腔体2内恢复常压，通过6向电芯1气囊内注入干燥氮气增压至100KPa，静置10分钟；

步骤四、通过干燥压缩氮气进气口8向腔体2内增压至100KPa，通过导管5对电芯内部抽真空至100KPa，关闭阀门9，静置10分钟；

步骤五、打开阀门10使腔体2内恢复常压，通过6向电芯1气囊内注入干燥氮气增压至100KPa，静置10分钟；

步骤六、将设备各部件恢复至常压，抽真空预封静置9小时后转入下道工序。

应理解，当每个步骤的静置的时间比较长时，最后的抽真空预封静置时间可以相对较短，仍然能保证该设备的浸润效果，例如，当预设的静置时间为30分钟时，预封静置的时间可以为7小时；当预设的静置时间为60分钟时，预封静置的时间可以为4小时。

实施例2：

步骤一、将注液完毕的电芯1放入腔体2内，将电芯1的气囊套在套管4上并用密封夹3固定；

步骤二、通过干燥压缩氮气进气口8向腔体2内增压至300KPa，通过导管5对电芯内部抽真空至-60KPa，关闭阀门9，静置30分钟；

步骤三、打开阀门10使腔体2内恢复常压，通过6向电芯1气囊内注入干燥氮气增压至300KPa，静置30分钟；

步骤四、通过干燥压缩氮气进气口8向腔体2内增压至100KPa，通过导管5对电芯内部抽真空至-100KPa，关闭阀门9，静置30分钟；

步骤五、打开阀门10使腔体2内恢复常压，通过6向电芯1气囊内注入干燥氮气增压至300KPa，静置30分钟；

步骤六、将设备各部件恢复至常压，抽真空预封静置7小时后转入下道工序。

应理解，进行增压处理时，腔体内需要加压至的压强可以是控制器中预设的，例如，压强可以是200KPa或其他数值，本发明的实施例对此不作限定。

比较例1：

步骤一：将软包电池的电芯按照设计注液量进行注液；

步骤二：抽真空预封并进行常温常压静置10h。

比较例2：

步骤一：将软包电池按照设计注液量进行注液；

步骤二：抽真空预封并进行常温常压静置20h。

在电芯完成了其它工艺后，为了评价不同工艺对电解液浸润效果的影响，各取10个电芯在手套箱内进行拆解，检查电芯内部电极是否存在未被浸润的区域。

表1列举出了上述实施例1-3以及比较例中分别随机拆解抽取电芯内部存在干燥区域的个数的比较结果。

表1实施例与比较例的结果比较：

	内部存在干燥区域的电芯个数(个)
		实施例1	1
实施例2	0
		比较例1	9
比较例2	4

由表1可以看出，采用根据本申请的电解液浸润软包装锂电池电芯的方法，与比较例的常规方法相比，在相同的浸润时间时，本申请的浸润效果得到了显著的提高。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种浸润电芯的设备，其特征在于，所述电芯为软包锂电池电芯，所述设备包括：

第一气压调节装置和第二气压调节装置；

第一连通件，其一端连接到所述第一气压调节装置；

与所述第一连通件的另一端固定并连通的腔体，所述腔体内能够容置所述电芯，所述第一气压调节装置通过所述第一连通件对所述腔体内增压和减压；

第二连通件，其一端连接到所述第二气压调节装置，所述电芯的气囊与所述第二连通件的另一端固定并连通，所述第二气压调节装置通过所述第二连通件对所述电芯内增压和减压；

密封件，其将所述电芯的气囊的开口部分密封以在所述腔体内使所述电芯的内部与外部相隔离；

控制器，所述控制器配置为以预定次数重复执行以下控制过程：

控制所述第二气压调节装置通过所述第二连通件将所述电芯内抽真空，同时控制所述第一气压调节装置通过所述第一连通件调节所述腔体内的压强为预定压强，并保持第一预定时间；

控制所述第一气压调节装置和所述第二气压调节装置调节所述腔体和电芯内的压强使得所述腔体内的压强小于所述电芯内的压强并保持第二预定时间。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二连通件包括第二出气导管和第二进气导管，所述第二气压调节装置包括分别连接所述第二出气导管和第二进气导管的第二抽气装置和第二送气装置，所述第二出气导管上安装有阀门。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备还包括套管，所述套管容纳并固定所述第二出气导管的一端和所述第二进气导管的一端，所述电芯的气囊通过所述密封件与所述套管的一端固定并连通，所述套管的另一端封闭，所述第二出气导管的另一端和所述第二进气导管的另一端从所述套管的封闭的一端穿出。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制器配置为每次重复执行所述控制过程时应用独立的所述预定压强、第一预定时间和第二预定时间。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制器配置为应用的所述第一预定时间为5-60分钟，所述预定压强为50-400KPa，所述第二预定时间为5-60分钟，所述预定次数为2-10。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制器配置为应用的所述预定压强为100-300KPa，所述第一预定时间为10-40分钟，所述第二预定时间为10-40分钟。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，当所述预定次数大于等于2时，所述控制器配置为每次重复执行所述控制过程时应用逐渐增加的所述预定压强，其中第二次以后每次应用的所述预定压强比前一次应用的所述预定压强增加50％至100％。

8.根据权利要求1-7中的任一项所述的设备，其特征在于，所述第一连通件包括第一出气导管和第一进气导管，所述第一气压调节装置包括分别连接所述第一出气导管和第一进气导管的第一抽气装置和第一送气装置，所述第一出气导管上安装有阀门。