电解液注液系统及注液方法
【专利摘要】一种电解液注液系统及注液方法，具有：电解液容器，储存电解液，并通过加压单元的加压而输出电解液；一次储液罐，通过管道与电解液容器连接，并储存由电解液容器供给的电解液；二次储液罐，通过管道与一次储液罐连接，并储存由一次储液罐供给的电解液；注液嘴，通过管道与二次储液罐连接，并将二次储液罐中的电解液向电池壳内注入；循环泵，设置在连接一次储液罐和二次储液罐之间的管道上，将一次储液罐中的电解液向二次储液罐供给；以及注液泵，设置在连接二次储液罐和注液嘴之间的管道上，将二次储液罐中的电解液向注液嘴供给，电解液注液系统还具有：循环管，使二次储液罐中逸出的气体和电解液向一次储液罐流动。
【专利说明】电解液注液系统及注液方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于对锂电池等电池注入电解液的注液系统，以及注液方法。
【背景技术】
[0002]锂电池由于其体积小、电容量大等优点而被广为利用。锂电池是通过如下方式制造的:在将极板组收纳在电池壳内之后，注入电解液，然后将电池壳的开口部封闭为密闭状态。
[0003]如专利文献I中记载，现有电解液注液系统如本申请的附图4所示依次包括:装有电解液的电解液容器1、流量计2、气控阀3、储液罐4、阀门5、定量注液泵6、注液嘴7以及管道等。向电解液容器I内通入氮气而进行加压，打开气动阀，电解液被压入储液罐4内。然后，打开阀门5，通过定量注液泵6将储液罐4内的电解液以规定量注入到锂电池内。
[0004]一般，储液罐4的容积为10L，而电解液注液系统需要对处于不同位置上的多个锂电池连续注入规定量的电解液，因此，体积较大的储液罐4不便于移动，这就需要将从储液罐4到注液嘴7的管道设定得足够长，以便能够通过移动定量注液泵6和注液嘴7以及管道来对处于不同位置上的锂电池予以注液。
[0005]然而，从电解液容器I经流量计2压入到储液罐4内的电解液内含有较多气泡，这些气泡进入到从储液罐4到注液嘴7的较长的管道中，由小气泡聚集成较大气泡，从而对注液量产生影响。而且，储液罐4的进出端压力不平衡，造成定量注液泵6的进出端的压力也不平衡。因此，在每次的规定注液量为2g左右时，受到气泡以及压力不平衡的影响，实际注入到电池中的注液量产生了偏差，出现±0.05g(cpkl.14/σ 0.08)的偏差。此时，就需要对未注入足够量的电解液的电池进行补液，该情况下的补液率为7.8%。
[0006]针对上述情况，有如专利文献2那样将锂电池装入密闭容器，对该密闭容器进行抽真空以除去电池壳内的气泡的技术,还有如专利文献3那样对储液罐4进行抽真空以除去该储液罐4内的气泡的技术等。
[0007]但上述专利文献I?3都没有涉及在从储液罐到注液口的较长的管道中如何减少气泡。
[0008]专利文献1:ZL200820185285.0
[0009]专利文献2:日本特许第4625232号公报
[0010]专利文献3:日本特开2004-247120
【发明内容】
[0011]本发明是针对上述情况而做出的，目的在于提供一种锂电池电解液注液系统及注液方法，减少在注液过程中产生的气泡，稳定准确地对锂电池进行电解液的注入。
[0012]本发明的电解液注液系统，向电池壳(19)中注入电解液，其特征在于，具有:电解液容器(U)，储存电解液，并通过加压单元(10)的加压而输出电解液；一次储液罐(14)，通过管道与上述电解液容器(11)连接，并储存由上述电解液容器(11)供给的电解液；二次储液罐(16)，通过管道与上述一次储液罐(14)连接，并储存由上述一次储液罐(14)供给的电解液；注液嘴(18)，通过管道与上述二次储液罐(16)连接，并将上述二次储液罐(16)中的电解液向电池壳(19)内注入；循环泵(15)，设置在连接上述一次储液罐(14)和上述二次储液罐(16)之间的管道上，将上述一次储液罐(14)中的电解液向上述二次储液罐(16)供给；以及注液泵(17)，设置在连接上述二次储液罐(16)和上述注液嘴(18)之间的管道上，将上述二次储液罐(16)中的电解液向上述注液嘴(18)供给，上述电解液注液系统还具有:循环管(S4)，将上述一次储液罐(14)和上述二次储液罐(16)连通，用于使上述二次储液罐(16)中逸出的气体向上述一次储液罐(14)流动。
[0013]根据上述电解液注液系统，由于设置了具有缓冲作用的二次储液罐，并将该二次储液罐与一次储液罐通过循环管进行连接，因此，能够缩短从储液罐到注液嘴之间的管道的长度，减少电解液中混入的气泡，进行稳定可靠地定量注入。并且，还能够使二次储液罐、注液泵与注液嘴一同移动，适合于对多个处于不同位置的电池壳进行注液。
[0014]上述电解液注液系统中，上述一次储液罐(14)设有对该一次储液罐(14)中的电解液的液面进行检测的第一液位传感器(26)，上述电解液注液系统还具有控制装置，当根据来自上述第一液位传感器(26)的信号判断为上述一次储液罐(14)中的液面为第一规定下限位置时，开启加压单元(10)，将上述电解液容器(11)中的电解液向上述一次储液罐
(14)中供给，当根据来自上述第一液位传感器(26)的信号判断为上述一次储液罐(14)中的液面为第一规定上限位置时，上述控制装置关闭加压单元(10)，停止向上述一次储液罐
[14]中供给电解液。
[0015]根据上述电解液 注液系统，可以使一次储液罐中的电解液始终保持在规定量，防止电解液过多或过少对一次储液罐进出端的压力的影响，并减少气泡混入的可能性。
[0016]上述电解液注液系统中，上述二次储液iil (16)设有对该二次储液iil (16)中的电解液的液面进行检测的第二液位传感器(36)，上述电解液注液系统还具有控制装置，当根据来自上述第二液位传感器(36)的信号判断为上述二次储液罐(16)中的液面为第二规定下限位置时，开启循环泵(15)，将上述一次储液罐(14)中的电解液向上述二次储液罐(16)中供给，当根据来自上述第二液位传感器(36)的信号判断为上述二次储液罐(16)中的液面为第二规定上限位置时，上述控制装置关闭循环泵(15)，停止向上述二次储液罐(16)中供给电解液。
[0017]根据上述电解液注液系统，可以使二次储液罐中的电解液始终保持在第二规定下限位置以上第二规定上限位置以下，防止电解液过多或过少对二次储液罐进出端的压力的影响，并减少注液泵将气泡直接输出到注液嘴的可能性。
[0018]上述电解液注液系统中，上述控制装置根据来自上述第二液位传感器(36)的信号判断为上述二次储液罐(16)中的液面为开始注入位置时，上述控制装置开启注液泵(17)，经由上述注液口(18)将上述二次储液罐(16)中的电解液向电池壳(19)注入，上述开始注入位置高于上述第二规定下限位置。
[0019]根据上述电解液注液系统，可以防止注液泵将气泡直接输出到注液嘴。
[0020]上述电解液注液系统中，上述一次储液罐(14)中的电解液入液口导管延伸到上述第一规定下限位置以下，上述循环管(S4)在上述一次储液罐(14)中的端部延伸到该一次储液罐(14)的罐体(21)内的第一规定上限位置以上。并且，上述二次储液罐(16)中的电解液入液口导管延伸到上述第二规定下限位置以下，上述循环管(S4)在上述二次储液罐(16)中的端部延伸到该二次储液罐(16)的罐体(31)内的第二规定上限位置以上。
[0021]根据上述电解液注液系统，能够防止气泡混入电解液。
[0022]上述电解液注液系统中，上述电解液容器(11)、上述一次储液罐(14)、上述二次储液罐(16)是密闭容器。并且，上述一次储液罐(14)还具有溢出口，用于排出该一次储液罐(14)中的气体。并且，上述循环管(S4)上设置有单向阀，阻止气体和电解液从上述一次储液罐(14)向上述二次储液罐(16)流动。
[0023]根据上述电解液注液系统，能够防止杂质以及气体进入到电解液中。
[0024]此外，本发明还提供了一种电解液的注液方法，应用在电解液注液系统中，向电池壳(19)中注入电解液，其特征在于，具有:通过加压单元(10)的加压，使电解液容器(11)中储存的电解液向一次储液罐(14)供给的步骤；通过循环泵(15)使上述一次储液罐(14)中的电解液向上述二次储液罐(16)供给的步骤；以及通过注液泵(17)，使上述二次储液罐
(16)中的电解液向上述注液嘴(18)供给并由该注液嘴(18)向电池壳(19)内注入的步骤，上述电解液注液方法中，使上述二次储液罐(16)中逸出的气体通过循环管(S4)向上述一次储液罐(14)流动。
[0025]根据上述电解液注液方法，由于使电解液经由二次储液罐再注入到电池壳中，并使二次储液罐中的气体和部分电解液经由循环管回流到一次储液罐中，因此，能够缩短从储液罐到注液嘴之间的管道的长度，减少电解液中混入的气泡，进行稳定可靠地定量注入。并且，还能够使二次储液罐、注液泵与注液嘴一同移动，适合于对多个处于不同位置的电池壳进行注液。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明的电解液注液系统的示意图。
[0027]图2为本发明的一次储液罐的结构图。
[0028]图3为本发明的二次储液罐的结构图。
[0029]图4为现有技术中的电解液注液系统的示意图。
[0030]符号说明
[0031]10加压装置、11电解液容器、12流量计、14 一次储液罐、15循环泵、16 二次储液罐、17注液泵、18注液嘴、19电池壳、SI?S3管道、S4循环管
[0032]21罐体、22入液口、23出液口、24循环管入口、25溢出口、26第一液位传感器
[0033]31罐体、32入液口、33出液口、34循环管出口、36、第二液位传感器
【具体实施方式】
[0034]下面利用附图1?3对本发明的【具体实施方式】进行说明。
[0035]图1是示出本发明的电解液注液系统的示意图。
[0036]该电解液注液系统包括:存放电解液的电解液容器11、经管道SI与电解液容器11连通的一次储液罐14、经管道S2与一次储液罐14连通的二次储液罐16、经管道s3与二次储液罐16连通的注液嘴18、以及将一次储液罐14与二次储液罐16连通的循环管S4。
[0037]并且，还设置有对电解液容器11进行加压以输出电解液的加压装置10，并在管道Si上设置测量电解液流量的流量计12和阀门BI，在管道S2上设置阀门B2和循环泵15，在管道S3上设置阀门B3和注液泵17，在循环管S4上设置单向阀B4。
[0038]另外，还设置有对上述阀门BI?B3、加压装置10、循环泵15、注液泵17进行控制的控制装置(未图示)。
[0039]下面，对一次储液罐14和二次储液罐16进行详细说明。
[0040]一次储液罐14如图2所示，具有:罐体21、接收来自电解液容器11的电解液进入的入液口 22、向二次储液罐16输出电解液的出液口 23、供循环管S4中的气体进入的循环管入口 24、排出一次储液罐14中的气体的溢出口 25、以及第一液位传感器26。
[0041]第一液位传感器26对一次储液罐14中的电解液的液面进行检测，这里，对一次储液罐14设定规定下限位置和规定上限位置(具体后述)。
[0042]另外，一次储液罐14中的入液口导管221伸入罐体21的底部，以减少电解液在下落过程中有气泡混入。优选该入液口导管221的端部延伸到一次储液罐14的规定下限位置以下。一次储液罐14的循环管入口 24也可以连接入口导管，该导管的端部优选延伸到一次储液罐14的罐体21的上方空间中，由此可以使循环到一次储液罐14中的气体及时从溢出口 25排出。
[0043]二次储液罐16如图3所示，具有:罐体31、接收来自一次储液罐14的电解液进入的入液口 32、向注液嘴18输出电解液的出液口 33、供罐体31中的气体逸出到循环管S4中的循环管出口 34、以及第二液位传感器36。
[0044]第二液位传感器36对二次储液罐16中的电解液的液面进行检测，这里，对二次储液罐16设定规定的上限位置、规定下限位置和开始注入位置(具体后述)。
[0045]同样地，二次储液罐16中的入液口导管321也伸入到罐体31的底部，以减少电解液在下落过程中有气泡混入。优选该入液口导管321的端部延伸到二次储液罐16的规定下限位置以下。二次储液罐16的循环管出口 34也可以连接出口导管，该导管的端部优选延伸到二次储液罐16的罐体31的规定上限位置以上，由此可以及时排出气体。
[0046]接下来，对电解液注液系统的动作进行说明。
[0047]如图1所示，首先通过控制装置使加压装置10对电解液容器11进行加压，例如可以充入相对压力为0.1MP的氮气以对该电解液容器11进行加压。并且，控制装置打开阀门BI，使存放在电解液容器11中的电解液经由流量计12、阀门BI，被压入一次储液罐14中。这里，对电解液容器11进行加压的方式不限于气体加压，也可以是通过液压缸进行加压等。
[0048]然后，控制装置根据来自第一液位传感器26的信号，当第一液位传感器26检测到一次储液罐14内的电解液的液面达到规定上限位置时，控制装置停止加压装置10的加压并关闭阀门BI，停止向一次储液罐14中输入电解液。当第一液位传感器26检测到一次储液罐14内的电解液的液面达到规定下限位置时，控制装置进行控制，再次开启加压装置10，向电解液容器11进行加压并打开阀门BI，使电解液容器11内的电解液进入到一次储液罐16中。如此，控制装置根据来自第一液位传感器26的信号，反复对加压装置10的加压和阀门BI进行控制，使一次储液罐14内的电解液的液面始终保持在上限位置与下限位置之间。
[0049]并且，控制装置根据来自第二液位传感器36的信号，当第二液位传感器36检测到二次储液罐16内的电解液的液面达到规定下限位置时，控制装置启动循环泵15，打开阀门B2，使一次储液罐14中的电解液经管道s2注入二次储液罐16中。当二次储液罐16内的电解液的液面达到规定的上限位置时，控制装置停止循环泵15，关闭阀门B2，停止电解液从一次储液罐14向二次储液罐16的供给。如此，控制装置根据来自第二液位传感器36的信号，反复对循环泵15和阀门B2进行控制，使二次储液罐16内的电解液的液面始终保持在下限位置与下限位置之间。在二次储液罐16中，从入液口 32进入的电解液由于自身重力作用从罐体31的底部开始沉积，而随电解液进入到二次储液罐16中的气泡则上升到罐体31的上方空间中，并通过设置在二次储液罐16上方的循环出液口 34，经由循环管S4进入到一次储液罐14中。这样，通过二次储液罐16可以进一步消除电解液中的气泡。该循环管S4在一次储液罐中的端部延伸到该一次储液罐14的电解液液面的规定上限位置以上，该循环管S4在二次储液罐16中的端部延伸到该二次储液罐的电解液液面的规定上限位置以上。
[0050]也可以不必在二次储液罐16中设置电解液液面的规定上限位置，当二次储液罐16中的电解液装满整个罐体31时，随着电解液从入液口 32的继续注入，罐体31上方的电解液经由循环管S4返回到一次储液罐14中。
[0051]然后，控制装置根据第二液位传感器36的信号，当第二液位传感器36检测的二次储液罐16中的电解液的液面位置为开始注入位置以上时，控制装置启动注液泵17，打开阀门B3，向电池壳18内注入电解液。
[0052]由于二次储液罐16的缓冲作用，以及循环管S4的循环作用，二次储液罐16的进出端压力保持平衡，这样，供给到注液泵17的电解液不但气泡会减少，而且注液泵17的进出端压力也保持平衡。由此，能够使注液泵17的每次注入量都保持稳定。
[0053]另外，优选在循环管S4上设置单向阀，以防止一次储液罐14中的气泡和电解液从循环管S4倒流进入二次储液罐16。
[0054]并且，优选注液泵17为定量注液泵，对每个电池注入规定注入量的电解液。
[0055]并且，上述开始注入位置设定为比二次储液罐16的规定下限位置高，由此，能够防止在二次储液罐16中电解液在规定下限位置时也开始进行注入，使刚刚从一次储液罐14进入到二次储液罐16中的电解液中的气泡也随着电解液被注入到电池壳中。例如，可以设置为:开始注入位置>规定下限位置+规定注入量X 10。
[0056]本发明的电解液注液系统中，设二次储液罐16的体积小于一次储液罐14的体积。例如，二次储液罐16的体积为1L，是一次储液罐14的体积的十分之一，因此，在对多个位置的电池进行注液的情况下，便于与管道S3、注液泵17及注液嘴18—同移动。由此，可以缩短储液罐与注液嘴之间的长度，减少气泡的产生。同时，体积较大的一次储液罐14可以放置在远离注液架台的位置，消除靠近注液架台上的设备的安全隐患，并能够远距离注液从而实现注液自动化。
[0057]并且，由于在一次储液罐14与二次储液罐16之间设置了循环管S4，因此，二次储液罐16的进出端的压力平衡，定量注入泵17的进出端压力也平衡。这样，可以使定量注入泵17的每次注入量都保持稳定。
[0058]另外，电解液注液系统中的电解液容器11、一次储液罐14、二次储液罐16都优选为密闭容器，可以防止外界杂质及空气等进入到容器中。[0059]根据本发明的电解液注液系统，能够提高注液精度为±0.02g(cpk2.67/σ 0.03)的偏差，并且补液率大幅降低为0.2%。
[0060]上述记载的实施方式仅是本发明的一个具体实施例，在不脱离本发明主旨的范围内可以进行各种变形。
【权利要求】
1.一种电解液注液系统，向电池壳(19)中注入电解液,其特征在于， 具有: 电解液容器(11)，储存电解液，并通过加压单元(10)的加压而输出电解液； 一次储液罐(14)，通过管道与上述电解液容器(11)连接，并储存由上述电解液容器(11)供给的电解液； 二次储液罐(16)，通过管道与上述一次储液罐(14)连接，并储存由上述一次储液罐(14)供给的电解液； 注液嘴(18)，通过管道与上述二次储液罐(16)连接，并将上述二次储液罐(16)中的电解液向电池壳(19)内注入； 循环泵(15)，设置在连接上述一次储液罐(14)和上述二次储液罐(16)之间的管道上，将上述一次储液罐(14)中的电解液向上述二次储液罐(16)供给；以及 注液泵(17)，设置在连接上述二次储液罐(16)和上述注液嘴(18)之间的管道上，将上述二次储液罐(16)中的电解液向上述注液嘴(18)供给， 上述电解液注液系统还具有: 循环管(S4)，将上述一次储液罐(14)和上述二次储液罐(16)连通，用于使上述二次储液罐(16)中逸出的气体向上述一次储液罐(14)流动。
2.如权利要求1所述的电解液注液系统，其特征在于， 上述一次储液罐(14)设有对该一次储液罐(14)中的电解液的液面进行检测的第一液位传感器(26)， 上述电解液注液系统还具有控制装置，当根据来自上述第一液位传感器(26)的信号判断为上述一次储液罐(14)中的液面为第一规定下限位置时，上述控制装置开启加压单元(10)，将上述电解液容器(11)中的电解液向上述一次储液罐(14)中供给，当根据来自上述第一液位传感器(26)的信号判断为上述一次储液罐(14)中的液面为第一规定上限位置时，上述控制装置关闭加压单元(10)，停止向上述一次储液罐(14)中供给电解液。
3.如权利要求1所述的电解液注液系统，其特征在于， 上述二次储液罐(16)设有对该二次储液罐(16)中的电解液的液面进行检测的第二液位传感器(36)， 上述电解液注液系统还具有控制装置，当根据来自上述第二液位传感器(36)的信号判断为上述二次储液罐(16)中的液面为第二规定下限位置时，上述控制装置开启循环泵(15)，将上述一次储液罐(14)中的电解液向上述二次储液罐(16)中供给，当根据来自上述第二液位传感器(36)的信号判断为上述二次储液罐(16)中的液面为第二规定上限位置时，上述控制装置关闭循环泵(15)，停止向上述二次储液罐(16)中供给电解液。
4.如权利要求3所述的电解液注液系统，其特征在于， 上述控制装置根据来自上述第二液位传感器(36)的信号判断为上述二次储液罐(16)中的液面为开始注入位置时，开启注液泵(17)，经由上述注液口(18)将上述二次储液罐(16)中的电解液向电池壳(19)注入， 上述开始注入位置高于上述第二规定下限位置。
5.如权利要求1或2所述的电解液注液系统，其特征在于， 上述一次储液罐(14)中的电解液入液口导管延伸到上述第一规定下限位置以下，上述循环管(S4)在上述一次储液罐(14)中的端部延伸到该一次储液罐(14)的罐体(21)内的第一规定上限位置以上。
6.如权利要求1或2所述的电解液注液系统，其特征在于， 上述二次储液罐(16)中的电解液入液口导管延伸到上述第二规定下限位置以下， 上述循环管(S4)在上述二次储液罐(16)中的端部延伸到该二次储液罐(16)的罐体(31)内的第二规定上限位置以上。
7. 如权利要求1或2所述的电解液注液系统，其特征在于， 上述电解液容器(11)、上述一次储液罐(14)、上述二次储液罐(16)是密闭容器。
8.如权利要求1或2所述的电解液注液系统，其特征在于， 上述一次储液罐(14)还具有溢出口(25)，用于排出该一次储液罐(14)中的气体。
9.如权利要求1或2所述的电解液注液系统，其特征在于， 上述循环管(S4)上设置有单向阀，阻止气体和电解液从上述一次储液罐(14)向上述二次储液罐(16)流动。
10.一种电解液的注液方法，应用在电解液注液系统中，向电池壳(19)中注入电解液，其特征在于， 具有: 通过加压单元(10)的加压，使电解液容器(11)中储存的电解液向一次储液罐(14)供给的步骤； 通过循环泵(15)使上述一次储液罐(14)中的电解液向上述二次储液罐(16)供给的步骤；以及 通过注液泵(17)，使上述二次储液罐(16)中的电解液向注液嘴(18)供给并由该注液嘴(18)向电池壳(19)内注入的步骤， 上述电解液注液方法中， 使上述二次储液罐(16)中溢出的气体通过循环管(S4)向上述一次储液罐(14)流动。
11.如权利要求10所述的电解液注液方法，其特征在于， 当根据来自第一液位传感器(26)的信号判断为上述一次储液罐(14)中的液面为第一规定下限位置时，由电解液注液系统中的控制装置开启加压单元(10)，将上述电解液容器(11)中的电解液向上述一次储液罐(14)中供给，上述第一液位传感器(26)检测上述一次储液罐(14)中的电解液的液面， 当根据来自上述第一液位传感器(26)的信号判断为上述一次储液罐(14)中的液面为第一规定上限位置时，上述控制装置关闭加压单元(10)，停止向上述一次储液罐(14)中供给电解液。
12.如权利要求10所述的电解液注液方法，其特征在于，当根据来自第二液位传感器(36)的信号判断为上述二次储液罐(16)中的液面为第二规定下限位置时，上述电解液注液系统中的控制装置开启循环泵(15)，将上述一次储液罐(14)中的电解液向上述二次储液罐(16)中供给，上述第二液位传感器(36)检测上述二次储液罐(16)中的电解液的液面，当根据来自上述第二液位传感器(36)的信号判断为上述二次储液罐(16)中的液面为第二规定上限位置时，上述控制装置关闭循环泵(15)，停止向上述二次储液罐(16)中供给电解液。
13.如权利要求12所述的电解液注液方法，其特征在于， 上述控制装置根据来自上述第二液位传感器(36)的信号判断为上述二次储液罐(16)中的液面为开始注入位置时，开启注液泵(17)，经由注液嘴(18)将上述二次储液罐(16)中的电解液向电池壳(19)注入， 上述开始注入位置高于上述第 二规定下限位置。
【文档编号】H01M2/36GK103545478SQ201210253645
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年7月16日 优先权日:2012年7月16日
【发明者】程剑锋 申请人:松下能源(无锡)有限公司