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CN111540876A - 一种锂离子极片电池包注液及开口激活装置 - Google Patents

一种锂离子极片电池包注液及开口激活装置 Download PDF

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CN111540876A CN202010501397.8A CN202010501397A CN111540876A CN 111540876 A CN111540876 A CN 111540876A CN 202010501397 A CN202010501397 A CN 202010501397A CN 111540876 A CN111540876 A CN 111540876A
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张聪聪
王卫润东
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Abstract

本发明公开了一种锂离子极片电池包注液及开口激活装置，包括加压模具一、加压器、进出气口、压力罐壳体一、液位传感器、密封夹紧件、直流电源集成控制箱、压力罐壳体二、热媒进出口管、电解液进出口、温度传感器、冷媒进出口管、加压模具二和气体压力传感器。本装置针对堆叠、焊接后的锂离子极片容量单元，而不是传统工艺中的单体电芯，通过结构设计提供了一个温度和气压等环境条件可控的密闭的保护性气体环境，对电池包进行注液和开口激活，此工艺后再进行密闭封装，形成成品电池包，解决了目前现有技术中没有锂离子极片电池包注液及开口激活装置的问题。

Description

一种锂离子极片电池包注液及开口激活装置
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体是一种锂离子极片电池包注液及开口激活装置。
背景技术
随着新能源汽车和5G技术的推广应用，智能社会已经走进人民的日常生活中，离网储能电源数量需求越来越大、品质要求越来越高。电池作为储能装置其安全性、使用寿命、全寿命成本备受关注。液态锂离子电池暴露出的漏液、着火、衰减、能量密度低以及成本居高不下等问题都已成为其应用的重要瓶颈。
电池产品尤其是动力电源、储能电源的终极应用是电池包。目前的电池包制作分为电芯的制作、电芯成组、模组成PACK等过程，而电芯的制作就分为混料、涂布、辊压、烘干、叠片、注液、化成、封口、老化、分容、拣选等多个步骤。现有的电池包制备过程中的注液和激活工步是针对单体电芯的。单体电芯的制备分为两种：一是铝塑膜封装的单体电芯，需要经过预封、抽真空注液、封口、激活和二次封口；由于激活过程中会产生气体，所以电芯的注液激活封装工艺的工步繁琐，需要多次封装。其二是钢壳封装的单体电芯，由于钢壳本身具有结构强度，一般是采用抽真空、注电解液、敞口激活，最后完成封装，注液完成后开口激活，需要控制大环境的水氧值等，工步繁琐，且难度巨大。传统的激活方法造成了单体电芯的不一致性，造成了单体电芯成组率低、生产效率低、制造成本高的缺点。单体电芯各自经过注液激活等工艺制备完成后，经过老化、分容、拣选后再将单体电芯通过连接件串并联组装成模组，再将模组通过连接件组装成成品电池包。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种锂离子极片电池包注液及开口激活装置。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种锂离子极片电池包注液及开口激活装置，其特征在于该装置包括加压模具一、加压器、进出气口、压力罐壳体一、液位传感器、密封夹紧件、直流电源集成控制箱、压力罐壳体二、热媒进出口管、电解液进出口、温度传感器、冷媒进出口管、加压模具二和气体压力传感器；
所述压力罐壳体一和压力罐壳体二通过密封夹紧件实现合扣密封连接，形成可拆卸的压力罐；加压模具一和加压模具二放置于压力罐内部；加压器设置于压力罐的外壁上，其输出端伸入压力罐内部，与加压模具一和加压模具二中的一个接触，用于施加压力；加压模具一和加压模具二中的另一个设置于压力罐的内壁上，此内壁位于加压器的对面；待注液激活锂离子极片电池包放置于加压模具一和加压模具二之间，通过加压器的加压实现加压模具一和加压模具二对电池包的夹持或夹紧；液位传感器设置于压力罐的内壁上，位于电池包的上方，用于测量压力罐内的电解液的液位；压力罐的顶部设置有通透的进出气口，位于液位传感器的上方，用于实现压力罐内抽真空以及通入保护性气体形成特定的气压；压力罐的底部设置有通透的电解液进出口，用于电解液的通入和排出；气体压力传感器设置于压力罐的内壁上，位于液位传感器的上方，用于测量环境真空度以及通入保护性气体后的环境气压；
热媒进出口管和冷媒进出口管用于为电池包提供冷热环境；温度传感器设置于压力罐内部，用于测量压力罐内电池包所处环境温度和电池包自身的温度。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)本装置针对堆叠、焊接后的锂离子极片容量单元，而不是传统工艺中的单体电芯，通过结构设计提供了一个温度和气压等环境条件可控的密闭的保护性气体环境，对电池包进行注液和开口激活，此工艺后再进行密闭封装，形成成品电池包，解决了目前现有技术中没有锂离子极片电池包注液及开口激活装置的问题。
(2)采用本装置缩短了电池包制作工艺的流程，免分容分组，而且环境可控，电芯间相同的环境和工艺流程大大提高了电池的一致性，提高生产效率，降低了制造成本。
附图说明
图1为本发明一种实施例的装置整体结构内部示意图；
图2为本发明一种实施例的待注液激活锂离子极片电池包的整体结构内部示意图；
图中：1、待注液激活锂离子极片电池包；2、加压模具一；3、加压器；4、进出气口；5、压力罐壳体一；6、液位传感器；7、密封夹紧件；8、直流电源集成控制箱；9、电压采集线束；10、正极总线；11、压力罐壳体二；12、热媒进出口管；13、电解液进出口；14、温度传感器；15、冷媒进出口管；16、压力罐底座；17、加压模具二；18、气体压力传感器；19、负极总线。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种锂离子极片电池包注液及开口激活装置(简称装置，参见图1)，其特征在于该装置包括加压模具一2、加压器3、进出气口4、压力罐壳体一5、液位传感器6、密封夹紧件7、直流电源集成控制箱8、压力罐壳体二11、热媒进出口管12、电解液进出口13、温度传感器14、冷媒进出口管15、加压模具二17和气体压力传感器18；
所述压力罐壳体一5和压力罐壳体二11通过密封夹紧件7实现合扣密封连接，形成可拆卸的压力罐；加压模具一2和加压模具二17放置于压力罐内部；加压器3设置于压力罐的外壁上，其输出端伸入压力罐内部，与加压模具一2和加压模具二17中的一个接触，用于施加压力，加压器3的压力可以设定；加压模具一2和加压模具二17中的另一个设置于压力罐的内壁上，此内壁位于加压器3的对面(本实施例是加压器3设置于压力罐顶部的外壁上，其输出端伸入压力罐内部，与加压模具一2接触；加压模具二17固定于压力罐底部的内壁上)；待注液激活锂离子极片电池包(简称电池包)1放置于加压模具一2和加压模具二17之间，通过加压器3的加压实现加压模具一2和加压模具二17对电池包1的夹持或夹紧；液位传感器6设置于压力罐的内壁上，位于电池包1的上方，用于测量压力罐内的电解液的液位使得电解液能够完全浸没电池包1并判断是否注液完成；压力罐的顶部设置有通透的进出气口4，位于液位传感器6的上方，用于实现压力罐内气体抽真空以及通入氮气等保护性气体(优选惰性气体)形成特定的气压；压力罐的底部设置有通透的电解液进出口13，用于电解液的通入和排出；气体压力传感器18设置于压力罐的内壁上，位于液位传感器6的上方，用于测量环境真空度以及通入保护性气体后的环境气压；
热媒进出口管12和冷媒进出口管15用于为电池包1提供冷热环境，冷却或加热(实施例1是热媒进出口管12和冷媒进出口管15穿过压力罐的壳体，末端位于加压模具一2和加压模具二17的一个或两个中；实施例2是热媒进出口管12和冷媒进出口管15的末端位于压力罐壳体一5和压力罐壳体二11的一个或两个中；实施例3是热媒进出口管12和冷媒进出口管15的末端压力罐内部的调温管路中，调温管路设置于电池包1外)；温度传感器14设置于压力罐内部，用于测量压力罐内电池包1所处环境温度和电池包1自身的温度；
优选地，该装置还包括压力罐底座16；压力罐底座16设置于压力罐的底部，用于调节水平度及稳定支撑压力罐。
待注液激活锂离子极片电池包1具有电压采集线束9、正极总线10和负极总线19；直流电源集成控制箱8通过电压采集线束9、正极总线10和负极总线19与电池包1连通，通过对正极总线10和负极总线19对电池包1进行充放电及通过电压采集线束9实现电压等数据的采集；电压采集线束9位于电池包1的侧边引出，用于采集传输电池包1的电压信号，穿过压力罐的壳体与直流电源集成控制箱8电连接；正极总线10和负极总线19位于电池包1的两侧，用于给电池包1充放电，穿过压力罐的壳体与直流电源集成控制箱8电连接；直流电源集成控制箱8通过电压采集线束9控制电池包1的并联容量单元的电压，直流电源集成控制箱8通过正极总线10和负极总线19控制电池包1的输入电压和电流。
所述直流电源集成控制箱8分别与加压器3、进出气口4的阀门、液位传感器6、热媒进出口管12的阀门、电解液进出口13的阀门、温度传感器14、冷媒进出口管15的阀门、气体压力传感器18、电池包1的电压采集线束9、电池包1的正极总线10和电池包1的负极总线19连接，用于采集压力罐内的电解液的液位信号、压力罐内的环境温度信号和环境气压信号以及控制加压器3的压力值、电解液进出量、热媒进出量、冷媒进出量、保护性气体进出量、电压电流大小等。
直流电源集成控制箱8集成有自动可调恒流恒压直流电源(优选高压均分恒流恒压直流电源)。
所述待注液激活锂离子极片电池包1是将极片经过裁切堆叠后得到极片容量单元101，再将极片容量单元101焊接后得到的，具体制备工艺是：将若干个正极片、若干个负极片和若干个隔离膜裁切后，正极片和负极片之间均粘合设置有一个隔离膜，按此方式堆叠得到堆叠单元；若干个堆叠单元并联构成极片容量单元101；按照此方法得到若干个极片容量单元101；每个极片容量单元101的所有堆叠单元的极片正极耳通过超声波焊接工艺连接成一个容量单元正极耳103，每个极片容量单元101的所有极片负极耳通过超声波焊接工艺连接成一个容量单元负极耳102；将一个极片容量单元101的容量单元负极耳102通过超声波焊接工艺连接上一个或下一个极片容量单元101的容量单元正极耳103，进而将所有的极片容量单元101逐个依次首尾连接，形成正负相接的串联结构，提升电池包的输出电压水平；第一个极片容量单元101的容量单元正极耳103引出电池包总正极接线端子105；最后一个极片容量单元101的容量单元负极耳102引出电池包总负极接线端子106；相邻两个极片容量单元101之间的容量单元正极耳103或容量单元负极耳102上通过超声波焊接工艺连接一个电压采集线束9；第一个极片容量单元101的容量单元正极耳103通过超声波焊接工艺连接一个电压采集线束9，最后一个极片容量单元101的容量单元负极耳102通过超声波焊接工艺连接一个电压采集线束9；相邻两个极片容量单元101之间设置一个绝缘防渗膜104，进而将每个极片容量单元101单独隔开，形成独立的单元，保证每个极片容量单元101的电解液不互通，得到待注液激活锂离子极片电池包1；
电池包总正极接线端子105通过焊接固定件连接正极总线10，电池包总负极接线端子106通过焊接固定件连接负极总线19。
本发明的工作原理和工作流程是：
步骤1、烘干：将待注液激活锂离子极片电池包1放入加压模具一2和加压模具二17之间，通过加压器3施加压力夹持，使得电池包1的位置固定；再将电池包1的电压采集线束9、正极总线10和负极总线19的对外接线头引出压力罐外；然后通过密封夹紧件7将压力罐壳体一5和压力罐壳体二11组合成密闭的压力罐；再通过热媒进出口管12通入热媒后使得压力罐内的环境温度升高至烘干所需温度来烘干电池包1；通过进出气口4外接设备进行抽真空以及通入氮气等保护性气体来净化罐内环境，排出水蒸气，使得压力罐内环境纯净，保证水、氧气等不与将要注入的锂离子电解液接触，不污染电解液；优选地，通过进出气口4通入保护性气体并通过气体压力传感器18采集气压信号，至烘干电池包1所需环境气压；
步骤2、注液：烘干完成后，通过热媒进出口管12、冷媒进出口管15和温度传感器14相互配合，调整压力罐内的环境温度至电池包1浸润电解液所需温度，加快电解液的流动速度；通过电解液进出口13注入电解液并通过液位传感器6测量电解液的液面位置，至电解液完全浸没电池包1后停止注入电解液；通过进出气口4外接设备控制抽真空气量和保护性气体进气量并通过气体压力传感器18采集气压信号，至电池包1浸润电解液所需环境气压(维持正压)，气压助力电解液向极片内部浸润；电池包1浸泡在电解液中静置，充分浸润、足量吸液；浸润完成后，通过电解液进出口13排空多余电解液；
优选地，可通过液位传感器6检测压力罐内的电解液的液位差来得到电解液进入电池包1极片内部的浸润量，通过浸润量或浸润时间来判断注液是否完成；
步骤3、开口激活：多余电解液排空后，通过热媒进出口管12、冷媒进出口管15和温度传感器14相互配合，调整压力罐内的环境温度至电池包1开口激活所需温度(30～65℃，优选45℃～60℃)；通过进出气口4外接设备控制抽真空气量和保护性气体进气量并通过气体压力传感器18采集气压信号，至电池包1开口激活所需环境气压(150kpa～250kpa)；通过加压器3施加压力达到电池包1开口激活所需夹紧力，实现对电池包1的夹紧；再通过电池包1的正极总线10、负极总线19和电压采集线束9连接直流电源集成控制箱8的自动可调恒流恒压直流电源为电池包1进行高压恒流、恒压分段充放电激活；激活直流电压5V～1000V(优选5V～750V)；
优选地，开口激活后，对电池包完成整体填充式密闭封装，将电池包1的正极总线10、负极总线19和电压采集线束9通过填充式密闭封装实现定位并在填充式密闭封装的外侧预留对外接线头，再连接用电器和电池管理系统后可制成充放电储能电源。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (8)

1.一种锂离子极片电池包注液及开口激活装置，其特征在于该装置包括加压模具一、加压器、进出气口、压力罐壳体一、液位传感器、密封夹紧件、直流电源集成控制箱、压力罐壳体二、热媒进出口管、电解液进出口、温度传感器、冷媒进出口管、加压模具二和气体压力传感器；
所述压力罐壳体一和压力罐壳体二通过密封夹紧件实现合扣密封连接，形成可拆卸的压力罐；加压模具一和加压模具二放置于压力罐内部；加压器设置于压力罐的外壁上，其输出端伸入压力罐内部，与加压模具一和加压模具二中的一个接触，用于施加压力；加压模具一和加压模具二中的另一个设置于压力罐的内壁上，此内壁位于加压器的对面；待注液激活锂离子极片电池包放置于加压模具一和加压模具二之间，通过加压器的加压实现加压模具一和加压模具二对电池包的夹持或夹紧；液位传感器设置于压力罐的内壁上，位于电池包的上方，用于测量压力罐内的电解液的液位；压力罐的顶部设置有通透的进出气口，位于液位传感器的上方，用于实现压力罐内抽真空以及通入保护性气体形成特定的气压；压力罐的底部设置有通透的电解液进出口，用于电解液的通入和排出；气体压力传感器设置于压力罐的内壁上，位于液位传感器的上方，用于测量环境真空度以及通入保护性气体后的环境气压；
热媒进出口管和冷媒进出口管用于为电池包提供冷热环境；温度传感器设置于压力罐内部，用于测量压力罐内电池包所处环境温度和电池包自身的温度。
2.根据权利要求1所述的锂离子极片电池包注液及开口激活装置，其特征在于热媒进出口管和冷媒进出口管穿过压力罐的壳体，末端位于加压模具一和加压模具二的一个或两个中。
3.根据权利要求1所述的锂离子极片电池包注液及开口激活装置，其特征在于热媒进出口管和冷媒进出口管的末端位于压力罐壳体一和压力罐壳体二的一个或两个中。
4.根据权利要求1所述的锂离子极片电池包注液及开口激活装置，其特征在于热媒进出口管和冷媒进出口管的末端压力罐内部的调温管路中，调温管路设置于电池包外。
5.根据权利要求1所述的锂离子极片电池包注液及开口激活装置，其特征在于该装置还包括压力罐底座；压力罐底座设置于压力罐的底部，用于调节水平度及稳定支撑压力罐。
6.根据权利要求1所述的锂离子极片电池包注液及开口激活装置，其特征在于所述直流电源集成控制箱分别与加压器、进出气口的阀门、液位传感器、热媒进出口管的阀门、电解液进出口的阀门、温度传感器、冷媒进出口管的阀门、气体压力传感器、电池包的电压采集线束、电池包的正极总线和电池包的负极总线连接。
7.根据权利要求1或6所述的锂离子极片电池包注液及开口激活装置，其特征在于直流电源集成控制箱集成有自动可调恒流恒压直流电源。
8.根据权利要求7所述的锂离子极片电池包注液及开口激活装置，其特征在于直流电源集成控制箱集成有高压均分恒流恒压直流电源。
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