CN106654384A - 一种软包锂电池二次排气与补充电解液的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种软包锂电池二次排气与补充电解液的方法和设备，该方法包括如下步骤：预先将铝塑膜的边缘冲切出用于安装排气补液管的预置槽，之后将裸电芯与铝塑膜进行封装得到电芯，同时将排气补液管的一端伸入至铝塑膜的预置槽中与电芯内部连通；将电芯制成成品后使用至容量衰减后，将排气补液管的密封端裁切掉后对容量衰减的电芯进行真空排气；在惰性气体环境下通过排气补液管将电解液注入经过真空排气的电芯中；在惰性气体环境下将排气补液管再次进行热封装。本发明所述的方法和设备可以将在电动汽车上及储能电站使用后的锂电池进行性能改善及再生，使性能衰减的锂电池重新达到二次利用的标准。

Description

一种软包锂电池二次排气与补充电解液的方法和设备
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种软包锂电池二次排气与补充电解液的方法和设备。
背景技术
随着各国政府对大气污染及气候变暖的重视，特别是近年来冬季雾霾天的频繁出现，使各国政府与人民意识到缩减煤、石油等化石燃料在生产与生活中的使用量，增加风能、太阳能等清洁能源的使用比例，同时对煤等化石燃料进行清洁利用，对废弃物进行集中无害化处理，对改善空气质量具有重要的实践意义。因风能、太阳能及煤等集中利用(发电)所产生的能量具有间断、地域限制的约束，需要能量存储与转移装置方可服务于人类生产与生活活动中，现阶段储能型锂离子电池在能量存储领域得到了广泛应用并取得良好的经济效益。
为降低传统燃油汽车对大气污染的加剧，近年来各国政府加大对电动汽车市场化的财政支持力度，搭载有绿色环保型锂离子电池的电动汽车得到了空前的发展机遇与发展速度，电动汽车市场占有率及保有量逐年提高。现阶段应用于电动汽车的锂电池一般日历寿命在8年左右，随着时间的推移，早期投放市场的电动车用锂电池需进行专业维护及保养，根据性能衰减情况进行分类再利用。锂电池性能的衰减主要是在使用过程中电解液发生副反应导致电池因电解液减少而离子断路或正极与负极在循环过程中发生膨胀产生新的空隙，导致锂离子输运路径中断。如何对这些性能退化的锂电池进行性能修复及二次梯级再利用，充分发挥锂电池的价值成为当前各国政府及锂电厂商的重点攻关项目，越来越受到行业的重视。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种软包锂电池二次排气与补充电解液的方法和设备，以解决目前投放市场的软包锂电池在研发过程中忽视了锂电池在二次利用前对性能提升所需的设备，很难对循环使用后的电池进行低成本性能再生的技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种软包锂电池二次排气与补充电解液的方法，包括如下步骤：
a、预先将铝塑膜的边缘冲切出用于安装排气补液管的预置槽，之后将裸电芯与铝塑膜进行封装得到电芯，同时将排气补液管的一端伸入至铝塑膜的预置槽中与电芯内部连通，另一端密封形成密封端，其外表面并与铝塑膜密封；
b、将电芯制成成品后使用至容量衰减后，将排气补液管的密封端裁切掉后对容量衰减的电芯进行真空排气；
c、在惰性气体环境下通过排气补液管将电解液注入经过真空排气的电芯中；
d、在惰性气体环境下将排气补液管再次进行热封装后即完成对容量衰减后电芯的排气和补液。
进一步的，所述步骤b中真空排气的真空度为-100kpa。
进一步的，所述步骤b中在对电芯进行真空排气的过程同时对电芯进行加压处理。
进一步的，所述加压处理的压力范围为0-5T。
进一步的，所述步骤c中电解液在振动工况下通过排气补液管注入电芯中。
进一步的，所述振动工况的振动频率为1Hz-50Hz，振幅为1mm-3mm。
进一步的，所述步骤c和步骤d中惰性气体的组分为氮气和/或氩气，气体氧含量小于5ppm，水分小于3ppm。
进一步的，所述步骤c和步骤d均在温度为120-180℃的条件下进行，所述步骤d中的热封装压力为10-99kpa。
一种软包锂电池二次排气与补充电解液的设备，包括：
-预制于电芯铝塑膜外壳边缘且一端设置有密封端的排气补液管；
-铝塑膜成型装置，所述铝塑膜成型装置中的上模和下模表面设置有相互对应的凸起和第一凹槽用于在铝塑膜的边缘冲切出安装排气补液管的预置槽；
-铝塑膜封装装置，所述铝塑膜封装装置中的第一上封头和第一下封头的表面内均设置有与排气补液管外轮廓相配合的第二凹槽；
-排气与补液装置，所述排气与补液装置内设置有用于容纳电芯的容置腔，所述容置腔的顶部设置有电芯增压板，底部设置有振动部，所述电芯增压板由高压气源驱动，所述振动部由振动电机驱动，所述容置腔内依次设置有封装机构、切刀和惰性气体填充管，所述封装机构和切刀均由气缸驱动，所述的惰性气体填充管与容置腔内部连通；
所述的容置腔的侧壁设置有与电芯铝塑膜边缘的排气补液管相互对接的排气补液针管，所述排气补液针管分别与真空排气管和电解液注液管连接。
进一步的，所述排气补液管包括相互连接的不锈钢空心管和塑料空心管，所述塑料空心管的外壁设置有加强筋。
相对于现有技术，本发明所述的软包锂电池二次排气与补充电解液的方法和设备具有以下优势：
本发明所述的方法和设备可以将在电动汽车上及储能电站使用后的锂电池进行性能改善及再生，可以将循环后的软包锂电池进行无损性能恢复，使性能衰减的锂电池重新达到二次利用的标准，有效提高了锂电池的使用周期，降低了产品的平均研发费用，提高企业生产效益，有力地提高了产品市场竞争力，有利于广泛地在生产中应用，具有重大的生产实践意义。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的排气补液管的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的预置有排气补液管的电芯结构示意图；
图3为本发明实施例所述的铝塑膜成型装置的结构示意图；
图4为本发明实施例所述的铝塑膜封装装置的结构示意图；
图5为本发明实施例所述的排气与补液装置的结构示意图。
附图标记说明：
1-电芯；2-排气补液管；21-不锈钢空心管；22-塑料空心管；23-密封端；24-加强筋；31-上模；32-下模；33-凸起；34-第一凹槽；41-上封头；42-下封头；43-第二凹槽；50-容置腔；51-电芯增压板；52-振动部；53-封装机构；54-切刀；55-惰性气体填充管；56-排气补液针管；57-真空排气管；58-电解液注液管；59-气动三通阀。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种软包锂电池二次排气与补充电解液的方法，包括如下步骤：
a、预先将铝塑膜的边缘(除了连接有极片一边的其他三边均可)冲切出用于安装排气补液管的预置槽，预置槽的宽度在50μm至2mm之间，之后将裸电芯与铝塑膜放入铝塑膜成型装置中进行封装得到包裹有铝塑膜的电芯，在封装的同时将排气补液管的一端伸入至铝塑膜的预置槽中与电芯内部连通，另一端采用密封胶密封形成密封端，并将排气补液管的外表面与铝塑膜密封，防止在电池使用的过程中漏液或进气；
优选地，电芯热封后将排气补液管采用胶带贴至封印直角处，防止影响其他工序的进行；
b、将电芯经过其他化成及分容等工序完成制备出厂使用，电池经过一定的充放电循环后，容量衰减，性能无法满足相应使用工况，将排气补液管的密封端裁切掉后对容量衰减的电芯进行真空排气；
优选地，步骤b中真空排气的真空度为-100kpa。
更优选地，步骤b中在对电芯进行真空排气的过程同时对电芯进行加压处理，加压处理的压力范围为0-5T。
c、在惰性气体环境下通过排气补液管将电解液注入经过真空排气的电芯中；
优选地，步骤c中电解液在振动工况下通过排气补液管注入电芯中，振动工况的振动频率为1Hz-50Hz，振幅为1mm-3mm。振动可增强电解液在电芯内部的流动及浸润效果。
d、在惰性气体环境下将排气补液管再次进行热封装后即完成对容量衰减后电芯的排气和补液。
优选地，步骤c和步骤d中惰性气体的组分为氮气和/或氩气，气体氧含量小于5ppm，水分小于3ppm。步骤c和步骤d均在温度为120-180℃的条件下进行，所述步骤d中的热封装压力为10-99kpa。
如图1-5所示，一种软包锂电池二次排气与补充电解液的设备，包括排气补液管2、铝塑膜成型装置、铝塑膜封装装置和排气与补液装置；
如图1和图2所示，排气补液管2预制于电芯1铝塑膜外壳边缘且一端设置有密封端23，排气补液管2包括相互连接的不锈钢空心管21和塑料空心管22，塑料空心管22的外壁设置有加强筋24，加强筋24的设置可防止排气补液管1收缩。加强筋24宽度为1mm至5mm，加强筋间距为5mm至8mm，不锈钢空心管21的管径在50μm至2mm之间，长度在3mm至8mm之间，根据电芯1边缘的宽度进行调整。
如图3所示，铝塑膜成型装置中的上模31和下模32表面设置有相互对应的凸起33和第一凹槽34用于在铝塑膜的边缘冲切出安装排气补液管2的预置槽；
如图4所示，铝塑膜封装装置中的上封头41和下封头42的表面内均设置有与排气补液管2外轮廓相配合的第二凹槽43；
如图5所示，排气与补液装置内设置有用于容纳电芯的容置腔50，所述容置腔50的顶部设置有电芯增压板51，底部设置有振动部52，电芯增压板51由高压气源驱动，振动部52由振动电机驱动，振动电机采用220V电压。容置腔50内依次设置有封装机构53、切刀54和惰性气体填充管55，封装机构52和切刀54均由气缸驱动，惰性气体填充管55与容置腔50内部连通；
容置腔50的侧壁设置有与电芯1铝塑膜边缘的排气补液管2相互对接的排气补液针管56，排气补液针管56分别与真空排气管57和电解液注液管58连接，连接处设置有气动三通阀59，抽真空排气结束后，高压气源驱动气动三通阀59切换至电解液注液管58，开始补充电解液。电解液注液管58的材质可采用不锈钢材质，管径在80μm至2.1mm之间，管长在5mm至3cm之间。
该设备的工作过程为：在软包电芯1制备过程中，采用铝塑膜成型模具，将铝塑膜边缘冲切成可放置排气补液管2的预置槽，在封装时，将裸电芯放入冲切好的铝塑膜中，然后放在铝塑膜封装装置中，放入一端采用密封胶密封的排气补液管2，然后盖上上层铝塑膜，电芯1边缘热封后将排气补液管2采用胶带贴至封印直角处，经过其他化成及分容等工序完成制备出厂使用，电池经过一定的充放电循环后，容量衰减，性能无法满足相应使用工况。将容量衰减的电芯1边缘的的胶带撕下，放入排气与补液装置内，通过惰性气体填充管55向容置腔50内填充惰性气体，将排气补液管2的密封端23通过切刀切断，之后通过机械手等辅助装置将排气补液管2与排气补液针管56连接，电芯1内通过真空排气管57将其内部抽真空，同时利用电芯增压板51对电芯1进行加压加速其内部的气体排出，启动振动电机驱动振动部52工作，将一定质量的电解液在振动工况下流经电解液注液管58、排气补液针管56、排气补液管2注入循环后的电芯中，然后在惰性气体环境下利用封装机构53将排气补液管2再次热封，完成循环后的电芯排气补液作业。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种软包锂电池二次排气与补充电解液的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
a、预先将铝塑膜的边缘冲切出用于安装排气补液管的预置槽，之后将裸电芯与铝塑膜进行封装得到电芯，同时将排气补液管的一端伸入至铝塑膜的预置槽中与电芯内部连通，另一端密封形成密封端，其外表面并与铝塑膜密封；
b、将电芯制成成品后使用至容量衰减后，将排气补液管的密封端裁切掉后对容量衰减的电芯进行真空排气；
c、在惰性气体环境下通过排气补液管将电解液注入经过真空排气的电芯中；
d、在惰性气体环境下将排气补液管再次进行热封装后即完成对容量衰减后电芯的排气和补液。
2.根据权利要求1所述的软包锂电池二次排气与补充电解液的方法，其特征在于：所述步骤b中真空排气的真空度为-100kpa。
3.根据权利要求2所述的软包锂电池二次排气与补充电解液的方法，其特征在于：所述步骤b中在对电芯进行真空排气的过程同时对电芯进行加压处理。
4.根据权利要求3所述的软包锂电池二次排气与补充电解液的方法，其特征在于：所述加压处理的压力范围为0-5T。
5.根据权利要求1所述的软包锂电池二次排气与补充电解液的方法，其特征在于：所述步骤c中电解液在振动工况下通过排气补液管注入电芯中。
6.根据权利要求5所述的软包锂电池二次排气与补充电解液的方法，其特征在于：所述振动工况的振动频率为1Hz-50Hz，振幅为1mm-3mm。
7.根据权利要求1所述的软包锂电池二次排气与补充电解液的方法，其特征在于：所述步骤c和步骤d中惰性气体的组分为氮气和/或氩气，气体氧含量小于5ppm，水分小于3ppm。
8.根据权利要求1所述的软包锂电池二次排气与补充电解液的方法，其特征在于：所述步骤c和步骤d均在温度为120-180℃的条件下进行，所述步骤d中的热封装压力为10-99kpa。
9.一种软包锂电池二次排气与补充电解液的设备，其特征在于：该设备包括：
-预制于电芯铝塑膜外壳边缘且一端设置有密封端的排气补液管；
-铝塑膜成型装置，所述铝塑膜成型装置中的上模和下模表面设置有相互对应的凸起和第一凹槽用于在铝塑膜的边缘冲切出安装排气补液管的预置槽；
-铝塑膜封装装置，所述铝塑膜封装装置中的第一上封头和第一下封头的表面内均设置有与排气补液管外轮廓相配合的第二凹槽；
-排气与补液装置，所述排气与补液装置内设置有用于容纳电芯的容置腔，所述容置腔的顶部设置有电芯增压板，底部设置有振动部，所述电芯增压板由高压气源驱动，所述振动部由振动电机驱动，所述容置腔内依次设置有封装机构、切刀和惰性气体填充管，所述封装机构和切刀均由气缸驱动，所述的惰性气体填充管与容置腔内部连通；
所述的容置腔的侧壁设置有与电芯铝塑膜边缘的排气补液管相互对接的排气补液针管，所述排气补液针管分别与真空排气管和电解液注液管连接。
10.根据权利要求9所述的软包锂电池二次排气与补充电解液的设备，其特征在于：所述排气补液管包括相互连接的不锈钢空心管和塑料空心管，所述塑料空心管的外壁设置有加强筋。
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