用于锂离子电池化成过程的间歇式负压调节系统和负压调节方法与流程

本发明涉及一种锂离子电池生产技术领域，尤其是一种用于锂离子电池化成过程的间歇式负压调节系统和负压控制方法。

背景技术

锂离子电池近年来作为新兴的新能源产品，已经开始被人们广泛的认识，它相比铅酸电池更高效、无污染和可循环利用，目前已经被广泛应用于数码产品、电脑和移动设备。在锂离子电池的生产过程中包含一道重要的工序，叫做电池的化成，具体是指将锂离子电池负极进行活化并在其表面形成对锂离子可以导通，而对电子绝缘的固体电解质膜的过程。在这个过程中，形成的电解质膜的好坏，极大的影响了锂离子电池的安全性能和寿命。但是，在化成过程中，往往会由于锂离子电池的负极和电解液发生副反应而产生各种气体，这些气体会积累在负极表面，导致其化成不充分、锂离子电池内部界面不良并最终影响锂离子电池的寿命和安全性能。

为此，为解决化成过程中电池的产气问题，现有技术的化成用真空系统，包含抽真空系统a以及与该真空系统连接的管道a1～an，每个管道a1～an又各自连接有若干根(一般是16根)与16个锂离子电池的抽气孔一一对应连接的吸管a(见图1所示)，各吸管a将电池产生的气体被抽吸出去，而每根管道a1～an则负责抽吸16个锂离子电池(一个化成柜约容纳16个待化成的锂离子电池)化成过程中产生的气体。该现有的用于锂离子电池化成工序的负压调节系统比较简单，虽然可用但存在许多问题，包括：(1)整个化成用真空系统包含5万多个化成柜(对应5万多根管道)，真空系统持续对每个化成柜产生负压，由于化成柜数量很庞大，即使真空系统持续处于工作状态，每个吸管a处的实际负压(对电池内部产生的工作负压)大概保持在0kpa左右，使所生产的电池鼓胀现象很严重，界面气道现象严重。(2)每根吸管a与电池抽气孔的连接方式过于简单，是一种紧配合的插接方式，密封性很差，只要其中一根吸管出现漏气问题，则导致该吸管所在的柜点所有吸管的负压受到影响，不仅降低化成用真空系统的工作效率，还影响了电池产品的生产质量。

技术实现要素：

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种用于锂离子电池化成过程的间歇式负压调节系统，该系统包含抽真空组合装置，并使该抽真空组合装置对各个化成柜间歇性产生负压，不仅可节省整个系统的能耗，而且还使各化成柜对电池内部产生的负压达到更低值，更彻底地抽吸出电池内部因化成产生的气体，提高产品的生产质量。本发明还包括该间歇式负压调节系统的负压调节方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案包括：

一种用于锂离子电池化成过程的间歇式负压调节系统，所述负压调节系统包括：

抽真空组合装置，所述抽真空组合装置用于给所述负压调节系统提供负压；

真空管道，所述真空管道第一端连接所述抽真空组合装置；

电磁阀组合装置，所述电磁阀组合装置设置于所述真空管道，该电磁阀组合装置持续判断该真空管道的负压值是否到达设定值；当判断达到设定值时，则切断该真空管道与该抽真空组合装置的连接通道；反之，当判断该真空管道的负压值未达到设定值时，则打开该真空管道与该抽真空组合装置的连接通道；

负压吸嘴，所述负压吸嘴与所述真空管道的第二端连接，所述负压吸嘴用于与化成电池的抽气孔对接。

优选地，所述电磁阀组合装置包含真空传感器、控制模块和阀门驱动组件。其中所述控制模块为内置于各所述电磁阀组合装置内部的控制芯片、单片机或控制电路；或者所述控制模块为外置的单片机或计算机(具体是利用计算机内置的程序)。总之，各电磁阀组合装置的真空传感器实时在线感测各真空管道的负压值，并将该负压值作为感测结果发送给控制模块，由控制模块将该感测结果与设定值进行比对，并根据比对结果控制所述阀门驱动组件的动作，实现该真空管道与该抽真空组合装置的切断或导通。外置的控制模块通过信号发射和接收装置与所述真空传感器、阀门驱动组件实现信号的传递。

优选地，在所述负压吸嘴与所述真空管道之间还设有封闭式储液槽，所述封闭式储液槽一侧与所述真空管道连接，所述封闭式储液槽另一侧与所述负压吸嘴连接，用于将从所述化成电池抽气孔抽吸出来的电解液汇集并储存到所述封闭式储液槽内。封闭式储液槽需定时清理，防止电解液被倒吸入真空泵。

优选地，所述真空管道的数量为4万～5万，所述各真空管道又分别连接大约16～20个负压吸嘴，所述负压吸嘴的数量对应各化成柜内化成锂离子电池的数量，因此每个所述真空管道负责对应抽吸某个化成柜内的所有化成电池的产气。

优选地，所述抽真空组合装置包含真空泵、以及与所述真空泵连接的真空储气罐，所述真空管道与所述真空储气罐连接；所述真空泵为所述负压调节系统提供负压，所述真空储气罐用于稳定所述负压调节系统的负压值，防止所述负压调节系统的负压值发生幅度过大的突然性变化。例如，当所述真空泵的工作参数发生突变时，借助所述真空储气罐来提供缓冲作用；优选地，所述真空储气罐的数量可为一个或多个。优选地，所述真空泵组合装置中真空泵的数量为一个或多个。

优选地，所述真空泵与所述真空储气罐之间安装有真空表，该真空表可为电子式也可以为机械式，用于测定整个间歇式负压调节系统的整体负压值。

优选地，在所述真空管道上安装有真空表，用于测定该真空管道对应的负压值。

优选地，所述负压吸嘴包括吸管本体，该吸管本体的第一端连接所述封闭式储液槽，所述吸管本体的第二端连接有橡胶材质制成的碗形吸盘，所述碗形吸盘为一个倒扣的碗形。当所述碗形吸盘朝所述化成电池的外壳压紧时，该碗形吸盘变形并紧扣在该化成电池的抽气孔周围，使所述负压吸嘴与所述化成电池的内部密封连接。优选地，所述橡胶材质为三元乙丙橡胶或其他能抗电解液腐蚀的橡胶材料。

优选地，所述封闭式储液槽上延伸出若干根接管，所述吸管本体的上端与所述接管相连接，所述接管为硬管或软管。

优选地，所述吸管本体的第二端外表面设有径向凸起，所述碗形吸盘包含套接部和吸盘部，所述套接部中央具有套接孔，所述套接孔的内壁面设有卡槽，所述套接孔的孔径小于该吸管本体第二端的外径，使所述碗形吸盘紧密套接在该吸管本体的第二端且该卡槽与所述径向凸起相嵌合。由于碗形吸盘与电解液的接触会导致老化较快，老化之后变形量小且会出现漏气现象，因而要经常更换，借助前述的结构特征，则可方便地进行拆卸和安装，并能保证有效的气密性。

优选地，所述负压吸嘴进一步包括压紧装置，所述压紧装置包含伸缩弹簧，其套设于该吸管本体外且该伸缩弹簧抵接所述碗形吸盘，借助该伸缩弹簧压紧该碗形吸盘，防止该碗形吸盘朝所述化成电池的外壳压紧时向上回缩，起到加强该碗形吸盘与化成电池的外壳紧密吸附的作用。

优选地，所述封闭式储液槽和所述负压吸嘴之间进一步包括孔板，所述孔板上设有安装孔位，所述安装孔位的数量与所述负压吸嘴的数量相同，每一个所述安装孔位固定安装一个所述负压吸嘴，以使同一个孔板上的所有负压吸嘴处于同一水平高度。通过该孔板的整合作用，使多个负压吸嘴形成模块化。其中，所述负压吸嘴的吸管本体上端穿出至所述孔板上方，并与所述封闭式储液槽下方的接管相连接。

本发明还包括一种用于锂离子电池化成过程的负压调节的方法，是利用上述任一实施例所述的间歇式负压调节系统进行负压调节，该方法包括：

s1：控制盛有化成电池的托盘上举，使化成电池的抽气孔分别与一个负压吸嘴对齐并相互靠近；

s2：所述抽真空组合装置开始工作，对所述负压吸嘴产生负压并抽吸所述化成电池内部的产气；

s3:在步骤s2过程的同时，所述真空管道上的电磁阀组合装置持续判断该真空管道的负压值是否到达设定值；

当判断该真空管道的负压值达到设定值时切断该真空管道与该抽真空组合装置的连接通道以进行保压；

反之，在判断该真空管道的负压值高于该设定值时，则打开该真空管道与该抽真空组合装置的连接通道，使该抽真空组合装置对该真空管道抽真空，以继续降低该真空管道的负压值；

s4:在化成工序未结束的情况下，重复按照s3的步骤判断并执行。

优选地，所述化成电池的抽气孔一般都是指尚未被封闭的注液孔，但在有些实施例中，可能是专门预留的用于化成时排除气体的排气孔或出气孔等结构。

优选地，所述设定值为-90kpa。

通过所述系统和负压控制方法，保证真空管道对电池内部产生的负压保持一个恒定值附近(-90kpa)，只有当电池内部负压值没有达到该恒定值时才进行抽负压处理，因此可节省能源，降低成本。

优选地，所述电磁阀组合装置包含真空传感器、控制模块和阀门驱动组件。其中所述控制模块为内置于各所述电磁阀组合装置内部的可编程逻辑控制器、控制芯片、单片机或控制电路；或者所述控制模块为外置的单片机或计算机(具体是利用计算机内置的程序)。总之，各电磁阀组合装置的真空传感器实时在线感测各真空管道的负压值，并将该负压值作为感测结果发送给控制模块，由控制模块将该感测结果与设定值进行比对，并根据比对结果控制所述阀门驱动组件的动作，实现该真空管道与该抽真空组合装置的切断或导通。外置的控制模块通过信号发射和接收装置与所述真空传感器、阀门驱动组件实现信号的传递。

本发明中，“高于”、“低于”、降低、升高都是指绝对压的高。例如-100kpa低于-90kpa，而0kpa则高于-90kpa；降低负压即表示增大真空度。

本发明的有益效果是：

(1)本发明间歇式负压调节系统，在各真空管道上设置有电磁阀组合装置，该电磁阀组合装置可用于预先设定负压值，在电池化成过程中，通过设定各真空管道(对应每一个化成柜)的负压值并不断实时测定该真空管道的负压值是否达到设定值的要求。当判断某时刻的真空管道的负压值达到设定值时，该电磁阀组合装置关闭该真空管道与抽真空组合装置的连接通道，仅作保压处理；反之，当保压一段时间后，由于电池的产气作用导致该真空管道的压力升高，不满足该设定值时，则该电磁阀组合装置打开该真空管道与抽真空组合装置的连接通道，使该抽真空组合装置对该真空管道抽气，以增大负压值。由此，保证真空管道对电池内部产生的负压保持一个恒定值附近(-90kpa)，只有当电池内部负压值没有达到该恒定值时才进行抽负压处理。因此，本发明的系统是一个间歇性的负压调节系统，可节省能源，降低成本。

(2)本发明对与化成电池连接的负压吸嘴进行了改进，将传统与化成电池的抽气孔(注液孔)对接的吸管改为具有倒扣的碗形吸盘的结构，利用该碗形吸盘的变形和吸附作用，像吸盘一样紧紧吸附在电池抽气孔(注液孔)的周围，与电池内部密封连接，减少漏气，提高负压调节系统的工作效率，尤其是防止连接在同一根真空管道下的一个负压吸嘴漏气造成与一组负压吸嘴的负压值均不足，影响同一化成柜内全部电池产品的质量。

附图说明

图1为现有技术化成用真空系统的示意图。

图2为本发明用于锂离子电池化成过程的间歇式负压调节系统的示意图。

图3为本发明间歇式负压调节系统与化成电池抽气孔对接部位的结构示意图。

图4为本发明间歇式负压调节系统与化成电池抽气孔的负压吸嘴的结构示意图。

图5为本发明用于锂离子电池化成过程的间歇式负压调节系统的控制方法流程图。

图6为本发明用于锂离子电池化成过程的间歇式负压调节系统的控制关系框图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

如图2所示，为本发明一种用于锂离子电池化成过程的间歇式负压调节系统100，主要包括三部分，即抽真空组合装置10、起到真空输送作用的真空管道20，以及直接作用于化成电池的负压吸嘴30。以下分别介绍三部分的结构和具体技术细节。

抽真空组合装置10为整个间歇式负压调节系统100提供负压。抽真空组合装置10包括真空泵11、与真空泵11连接的真空储气罐12。真空泵11，包含若干个真空泵，数量为1个到几十个都可。这些真空泵11，以为整个间歇式负压调节系统100提供预定的负压。真空储气罐12，与真空泵11连接，其作用是缓冲和稳定整个间歇式负压调节系统100的负压值，防止负压值发生幅度过大的突然性变化。例如，当真空泵11的工作参数发生突变时(其中一个真空泵故障不产生真空甚至导致空气倒灌)，即可借助真空储气罐12提供缓冲作用。同样地，真空储气罐12的数量可为1个到几十个都可。优选地，在真空泵11与真空储气罐12之间也可安装真空表，该真空表可为电子式或机械式，用于测定和反映整个间歇式负压调节系统100整体的工作负压值。

真空管道20，与真空储气罐12连接，用于将真空系统10产生的真空输送到各个化成柜，抽吸各个化成柜内容纳的化成电池90产生的气体。整个间歇式负压调节系统100包含几千到几万条真空管道20，这些真空管道20分别以其一端连接该抽真空组合装置10，另一端通过封闭式储液槽40连接负压吸嘴30。在各真空管道20上分别设有电磁阀组合装置21和真空表22。电磁阀组合装置21用于持续实时监测和判断其所在的真空管道20的负压值是否到达设定值，在监测到其所在真空管道20的负压值达到设定值时，则关闭该真空通道20与抽真空组合装置10的连接，反之则打开连接，让抽真空组合装置10的抽吸作用对该真空管道20继续产生负压，直至达到某设定值时，则切断该真空管道20与抽真空组合装置10的连接。真空表22用于测定该真空管道20的实时负压值，可供操作人员直接实时读取负压值。

负压吸嘴30，其下端对接化成电池90的抽气孔91(通常是尚未封闭的注液孔)，通过负压吸嘴30抽真空组合装置10的负压作用到每个化成电池90的壳体内部，将化成电池90因化成产生的气体抽吸出去，同时有少量的电解液也被抽吸出去。为了防止电解液进入真空管道20、真空储气罐12、甚至真空泵11，本发明较优选在负压吸嘴30与真空管道20之间连接有封闭式储液槽40。结合图1及图3所示，封闭式储液槽40的上方连接真空管道20，下方设有若干个接管41，各接管41下端连接负压吸嘴30，借此可将从化成电池90抽气孔91抽吸出来的电解液汇集并储存到所述封闭式储液槽40内。封闭式储液槽需定时清理，防止电解液被倒吸入真空泵11内。接管41可为硬质管或软管，接管41可以有一定的长度，几十厘米到几米都可。与每个封闭式储液槽40连接的负压吸嘴30数量为多个，一般为16～20个，对应于一个化成柜内容纳的化成电池90的数量，每个负压吸嘴30与一个化成电池90的抽气孔91进行一对一连接。

图3所示为负压吸嘴30、封闭式储液槽40，以及负压吸嘴30的固定方式结构示意图。负压吸嘴30吸管本体31和碗形吸盘32。其中吸嘴本体31为一个圆柱管结构，其上端连接封闭式储液槽40的接管41，吸嘴本体31的下端连接该碗形吸盘32，该碗形吸盘32为橡胶材质制成的可变形结构，为一个倒扣的碗形，接近吸盘状。利用该碗形吸盘32具有一般吸管所不不具备的优势。当化成电池90被托举向碗形吸盘32靠近并压紧时，该碗形吸盘32发生变形，并在真空吸力作用下紧扣在化成电池90的抽气孔91的周围，使负压吸嘴30与化成电池90的壳体内部呈紧密的气密性连接，减少漏气现象，提高间歇式负压调节系统100抽吸的工作效率，相对于吸管，碗形吸盘32的气密性更好。其次，吸管在与化成电池90的抽气孔91对接时必须对接精准，否则可导致吸管无法解插接到抽气孔91内，导致整个间歇式负压调节系统100内进入空气，负压不够，影响产品质量。而碗形吸盘32即使未精准对齐抽气孔91，也可实现高气密性连接。其中碗形吸盘32为橡胶材质制成，而吸管本体31的材质则不限制。该橡胶材质优选为三元乙丙橡胶或其他能抗电解液腐蚀的橡胶材料制成。

封闭式储液槽40和负压吸嘴之间进一步包括一个孔板50，所述孔板50上设有安装孔位，这些安装孔位的数量与封闭式储液槽40下方的负压吸嘴30的数量相同，以供每个安装孔位固定安装一个负压吸嘴30。负压吸嘴30的吸管本体31上端穿出至孔板50上方，并与封闭式储液槽40下方的接管41相连接。孔板50的作用是固定和调节各个负压吸嘴30下端的碗形吸盘32处于同一水平高度，并借助该孔板50的整合作用，使多个负压吸嘴30模块化。只有负压吸嘴30下端都处于同一个高度时，被托盘92托举升高的化成电池90才能同时与各个负压吸嘴30密封连接，以避免同一托盘92中个别化成电池90与负压吸嘴30未气密对接而漏气，以至于影响其他化成电池90的抽气效率。

结合图4所示，为负压吸嘴30的细节结构示意图。本发明进一步在吸管本体31的下端外表面设有径向凸起311，而碗形吸盘32包含一体成型的套接部321和吸盘部322，在套接部321中央具有套接孔h，而套接孔h内壁对应凸起311设有卡槽3211。其中套接孔h的孔径小于该吸管本体31下端的外径，在将碗形吸盘32套接至吸管本体31下端时，需要扩开碗形吸盘32的套接孔h，使套接部321包裹在吸管本体31的下端，并使卡槽3211与凸起311嵌合。由于碗形吸盘32与电解液的接触会导致老化较快，老化之后变形量小且会出现漏气现象，因而要经常更换，借助前述的结构特征，则可方便地进行拆卸和安装，并能保证有效的气密性。此外，在生产使用中，化成电池90会被托举起来靠近碗形吸盘32，使碗形吸盘32发生变形，但是在这个过程中，有可能导致碗形吸盘32向上发生位移。为此，本发明进一步设有一个压紧装置33。所述压紧装置33包含伸缩弹簧s，其套设于该吸管本体31外部，且该伸缩弹簧s的下端抵接碗形吸盘32的上部，借助该伸缩弹簧s压紧该碗形吸盘32，防止其朝相反于化成电池90的方向翻折或回缩，起到加强该碗形吸盘与32化成电池90的外壳紧密吸附连接的作用。

参见图5，本发明还包括利用上述间歇式负压调节系统100进行负压控制的方法，其包括：

s1：控制盛有化成电池的托盘92上举，使化成电池90的抽气孔91分别与一个负压吸嘴30对齐并相互靠近；负压吸嘴30下端的碗形吸盘32变形吸附连接在抽气孔91的周围。

s2：该抽真空组合装置10开始工作，对负压吸嘴30产生负压并抽吸所述化成电池90内部的产气；

s3:在步骤s2的过程的同时，各个真空管道20上的电磁阀组合装置21持续判断该真空管道20的负压值是否到达设定值；

当判断该真空管道20的负压值达到设定值时，切断该真空管道20与该抽真空组合装置10的连接通道以进行保压；

反之，在判断该真空管道20的负压值高于该设定值时，则打开该真空管道20与该抽真空组合装置10的连接通道，使该抽真空组合装置10对该真空管道20抽真空，以继续降低该真空管道20的负压值；

s4:在化成工序未结束的情况下，重复按照s3的步骤判断并执行。

优选地，所述设定值为-90kpa。

通过所述负压控制方法，保证真空管道对电池内部产生的负压保持一个恒定值附近(-90kpa)，只有当电池内部负压值没有达到该恒定值时才进行抽负压处理，因此可节省能源，降低成本。

结合图6所示，为该电磁阀组合装置21的工作原理。电磁阀组合装置21包含真空传感器211、内置或外置的控制模块212以及阀门驱动组件213。在开始工作之前，可通过控制模块212进行人为设定一个负压值，该真空传感器211则持续实时感测其所在的真空管道20内的负压值并将感测结果发送给控制模块212，控制模块212比较感测结果与设定值的大小关系，并根据比对结果的不同，向阀门驱动组件213输出不同的控制指令。例如，若感测结果值低于设定的负压值，控制模块212对阀门驱动组件213输出切断真空管道20的指令，使真空管道20下方进行保压；若感测结果值高于设定的负压值，控制模块212则对阀门驱动组件213输出导通真空管道20的指令，使真空管道20上方的抽真空组合装置10能够继续对真空管道20产生负压抽吸，并通过真空管道20作用于负压吸嘴30。其中控制模块212即可为内置于各电磁阀组合装置21内部的控制芯片、单片机或控制电路等，也可为外置的单片机或计算机(计算机内置的程序)。外置的控制模块212通过信号发射和接收装置与真空传感器211、阀门驱动组件213实现信号的传递。

除了可通过预先设定负压值的方式实现间歇性的控制外，还可以通过在该电磁阀组合装置21设定导通和切断的时间占比，还可以通过电池化成的阶段调整该电磁阀组合装置21的导通、阀门开启程度和切断等不同工作状态。例如，化成前期，电池的产气量较大，需要对电池不间断进行抽真空，此时该电磁阀组合装置21需要保证各真空管道20保持开通状态，而在化成中期，电池的产气量变少，此时则可能需要调整负压值，此时电磁阀组合装置21使真空管道20的管路呈半开或切断状态，对真空管道20至化成电池90之间的部分进行适当保压。在化成后期，电池几乎无产气，则此时该电磁阀组合装置21使真空管道20为切断关闭状态，以节省能耗。化成前期、中期、后期可由控制模块212根据化成电压值所在的范围来判断，还可根据化成工序进行的时间段的经验值来判断。例如，化成充电电压范围为2.900-3.650v一般为化成前期，大量产气，控制模块212将对阀门驱动组件213输出使真空管道20与抽真空组合装置10连接导通的控制指令；而化成电压在3.650-3.800v范围内是化成中期，产少量气体，此时控制模块212将对阀门驱动组件213输出使真空管道20与抽真空组合装置10切断保压或半开通的控制指令。

通过所述负压控制方法，根据化成的阶段或状态实时调整真空管道20与抽真空组合装置10的导通或关闭状态，当化成电池90大量产气时，使真空管道20保持开通，持续对化成电池90产生负压抽吸作用；在化成电池90产气变少时，则感测该真空管道20内的负压是否在一个比较保险的负压值(负压值较高)，此时关闭真空管道20与抽真空组合装置10的连接通道，进行保压处理；当化成电池90无产气时，则关闭真空管道20与抽真空组合装置10的连接通道。由此节省能源，降低成本。