注液机构、注液装置及注液方法与流程

1.本发明涉及锂电池设备技术领域，特别涉及一种注液机构、注液装置及注液方法。


背景技术：

2.在圆柱电池的制造工艺中，注液是重要的一个工序。注液工序一般分为两步，第一步是将电解液注入电池内，第二步是使电解液渗入至电池内部的各个间隙。目前的注液装置是先将定量的电解液一次性注入至电池内，在通过抽真空将电池内的空气抽气，再通过加压使电解液慢慢进行浸润。但是，这种方式会导致浸润时间较长，且一次性注入所有电解液会导致抽真空困难，故注液效率低，进而影响电池生产的效率。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够提升生产效率的注液机构及注液装置。
4.一种注液机构，包括：
5.注液杯，包括杯体及中心杯，所述杯体用于容纳电解液，所述中心杯穿设于所述杯体，且所述中心杯位于所述杯体内的一端设置有进液口，位于所述杯体外的一端设置有注液口；
6.控制组件，包括活塞杆及可滑动地穿设于所述活塞杆内的中心杆，所述活塞杆可受控地插入所述杯体与所述中心杯之间的间隙，并使所述杯体内电解液的液面沿所述中心杯与所述活塞杆之间的间隙上升，直至电解液由所述进液口进入所述中心杯，所述中心杆可受控地沿所述活塞杆的纵长方向滑动，并间歇性地封堵或打开所述进液口。
7.在其中一个实施例中，所述活塞杆上设置有气接头，通过所述气接头能够向所述活塞杆的内部充气，以驱动所述中心杆移动并封堵所述进液口。
8.在其中一个实施例中，所述气接头具有沿所述活塞杆的纵长方向延伸的气道，所述中心杆的顶部开设有与所述气道相对设置的锥形槽。
9.在其中一个实施例中，所述控制组件还包括设置于所述活塞杆与所述中心杆之间的弹性件，所述中心杆能够在所述弹性件的作用下远离所述中心杯以打开所述进液口。
10.在其中一个实施例中，所述活塞杆的内壁形成有第一台阶，所述中心杆的外壁形成有第二台阶，所述弹性件为套设于所述中心杆的压缩弹簧，且所述压缩弹簧的两端分别与所述第一台阶及所述第二台阶抵接。
11.在其中一个实施例中，所述中心杆的末端形成有套筒，所述中心杆能够沿所述活塞杆的纵长方向移动至使所述套筒与所述中心杯开设有所述进液口的一端套接，以封堵所述进液口。
12.在其中一个实施例中，所述中心杯开设有所述进液口的一端呈锥形。
13.一种注液装置，包括：
14.多个如上述优选实施例中任一项所述的注液机构；
15.腔体机构，能够形成正压及负压，多个所述注液机构的所述注液杯安装于所述腔体机构，且所述中心杯设置有所述注液口的一端伸入所述腔体机构的内部；
16.顶升机构，用于承载多个电池，并能够将多个电池顶升至所述腔体机构内；及
17.驱动机构，能够驱动多个所述注液机构的所述活塞杆插入所述杯体，并驱动所述中心杆沿所述活塞杆的纵长方向滑动，以间歇性地封堵或打开所述进液口。
18.在其中一个实施例中，所述驱动机构包括安装板，多个所述注液机构的所述活塞杆固定安装于所述安装板，并在所述安装板上呈矩阵排列。
19.在其中一个实施例中，还包括加液机构，所述加液机构能够向每个所述注液机构的所述杯体内注入额定量的电解液。
20.上述注液机构及注液装置，在电池的注液工序中，驱动机构能够先驱动活塞杆整体下压，以使杯体内的电解液由中心杯注入电池，再通过带动中心杆沿活塞杆移动，便可间歇性地封堵或打开中心杯的进液口。这样，注液杯内的电解液便可分多次注入电池。而且，配合腔体机构进行正负压切换，可在相邻两次注入操作之间使电池的内部维持正压，故每次注入的电解液能够迅速完成浸润。可见，上述注液机构及注液装置能够对额定量的电解液采用多次少量的方式进行注液，浸润所需的时长能够显著缩短，故能够显著提升电池生产的效率。
21.此外，本发明还提供一种注液方法。一种注液方法，包括步骤：
22.向注液杯内加入额定量的电解液；
23.通过控制组件控制所述注液杯的注液嘴间歇性的开启及关闭，以将所述注液杯内的电解液分多次注入电池内，并在相邻两次注入操作之间使电池的内部维持正压。
附图说明
24.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
25.图1为本发明一个实施例中注液装置的结构示意图；
26.图2为图1所示注液装置中注液机构的剖视图；
27.图3为图2所示注液机构另一个工作状态的示意图；
28.图4为图2所示注液机构中控制组件的剖视图；
29.图5为图1所示注液装置中腔体机构与注液杯的配合示意图；
30.图6为图1所示注液装置中顶升机构的结构示意图；
31.图7为图1所示注液装置中安装板与控制组件的配合示意图；
32.图8为发明一个实施例中注液方法的流程示意图。
具体实施方式
33.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不
违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
34.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
35.此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
36.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
38.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
39.请参阅图1，本发明提供了一种注液装置10及注液机构100。其中，注液装置10包括注液机构100、腔体机构200、顶升机构300及驱动机构400。
40.腔体机构200为能够开启或封闭的中空结构，能够与抽真空装置及充气装置连通，从而形成正压及负压。腔体机构200的内部形成有多个注液位，多个注液位一般呈矩阵排列，且每个注液位内均能够容纳一个待注液的电池20。
41.请一并参阅图6，顶升机构300用于承载多个待注液的电池20，并能够将多个电池20顶升至腔体机构200内。具体的，顶升机构300包括顶升架310及顶升驱动件320，顶升架310用于承载托盘30。待注液的多个电池20先装载于托盘30内，托盘30内可设置多个固定电池20的卡位。在注液前，承载有电池20的托盘30可通过人工或自动上料的方式上料至顶升架310。顶升架310的两侧还设有压紧件311，用于定位托盘30，防止其在作业时出现偏移。接着，顶升驱动件320驱动使顶升架310向上移动，直至电池20进入腔体机构200的内部，并使多个电池20分别容纳于多个注液位内。此时，便可由注液机构100对注液位内的电池20进行注液操作。
42.此外，本实施例中的注液装置10还包括机架600。机架600可以是金属框架结构，起
支撑作用。
43.注液机构100为多个，与多个注液位一一对应的设置。驱动机构400能够驱动注液机构100执行相应的动作，从而使多个注液机构100分别完成对多个注液位内电池20的注液操作。
44.请一并参阅图2及图3，本发明一个实施例中的注液机构100包括注液杯110及控制组件120。
45.注液杯110包括杯体111及中心杯112。其中，杯体111为一端开口的筒状结构，杯体111用于容纳电解液。中心杯112穿设于杯体111，且一般与杯体111同轴设置。中心杯112为中空的管状结构，可与杯体111一体成型，也可两者拼装构成注液杯110。中心杯112的外壁与杯体111的内壁之间形成有间隙，该间隙内能够容纳电解液。中心杯112位于杯体111内的一端设置有进液口(图未标)，位于杯体111外的一端设置有注液口(图未标)。具体的，中心杯112的两端开口，其上端的开口作为进液口，而下端的开口作为注液口。
46.请一并参阅图5，多个注液机构100的注液杯110安装于腔体机构200，且中心杯112设置有注液口的一端伸入腔体机构200的内部。具体的，多个中心杯112设置有注液口的一端分别插入腔体机构200的多个注液位。顶升机构300将多个电池20顶升至多个注液位时，多个中心杯112与多个电池20相对应。而且，中心杯112开设有注液口的一端形成斜切面，以电解液流出并减少残留。
47.在进行注液操作之前，需要先向杯体111内加入额定量的电解液，额定量的电解液指的是单个电池20所需的全部电解液。针对不同型号的电池20，额定量存在区别，可根据实际需求进行调整。
48.请再次参阅图1，在本实施例中，注液装置10还包括加液机构500，加液机构500能够向每个注液机构100的杯体111内注入额定量的电解液。
49.具体的，加液机构500包括移动平台510及安装于移动平台510的多个加液针520，多个加液针520与容纳电解液的容器及控制管路连通。初始状态下，多个加液针520位于注液机构100的上方。移动平台510能够带动多个加液针520平移及升降，直至多个加液针520分别伸入多个杯体111内，便可向杯体111内加入电解液。加液完成后，移动平台510带动多个加液针520复位，在下一次注液操作之前，移动平台510又可再次驱动多个加液针520向杯体111加液。
50.需要指出的是，在其他实施例中，加液机构500也可直接采用加液管路与杯体111连通，并通过阀门控制开启或关闭，同样能够实现向杯体111内注入额定量的电解液。
51.当杯体111加入额定量的电解液后，电解液的液面高度需低于中心杯112的进液口的高度，从而避免杯体111内的电解液提前注入电池20内，进而导致无法精确地控制注液量。
52.控制组件120用于对杯体111内的电解液注入电池20的过程进行控制。请一并参阅图4，控制组件120包括活塞杆121及中心杆122，中心杆122可滑动地穿设于活塞杆121内。活塞杆121中空的杆状结构，其一端设置有活塞头(图未标)。活塞头的外径与杯体111的内径大致相当，故能够与杯体111的内壁贴合，而活塞杆121的内径略大于中心杯112的外径，从而能够与中心杯112之间形成供电解液流动的间隙。
53.在执行注液操作时，驱动机构400能够驱动活塞杆121插入杯体111与中心杯112之
间的间隙，并使杯体111内电解液的液面沿中心杯112与活塞杆121之间的间隙上升，直至电解液由进液口进入中心杯112。活塞杆121插入杯体111后，杯体111内的电解液的将会在活塞头的挤压下沿中心杯112与活塞杆121之间的间隙上升，且当电解液的液面与进液口平齐时，电解液便能够由进液口进入中心杯112，并最终由注液口注入电池20内。
54.进一步的，注液开始后，驱动机构400还能够驱动中心杆122沿活塞杆121的纵长滑动，并间歇性地封堵或打开进液口。如图2及图3所示，中心杆122沿活塞杆121的纵长方向下降便可封堵进液口，上升则能够打开进液口。进液口打开时，杯体111内的电解液能够顺利进入中心杯112，并最终由注液口注入电池20；进液口被封堵时，杯体111内的电解液将无法注入电池20。
55.由此可见，通过间歇性的封堵或打开进液口，能够控制托杯111内的电解液注入电池20的节奏，从而可分多次将额定量的电解液注入电池20内。譬如，额定量的电解液为3毫升，通过三次封堵及打开进液口，便可每次1毫升并分三次将3毫升的电解液全部注入电池20。
56.通常情况下，活塞杆121能够按照预设周期间歇性地封堵或打开进液口。即，活塞杆121每次封堵或打开进液口的时长是相同的。这样，每次注入电池20的电解液精确可控。而且，针对多批次电池20进行注液的一致性较好，从而有助于提升电池20的品质。
57.下面结合附图，对注液装置10的工作过程中进行大致描述：
58.先由加液机构500向每个注液杯110的杯体111内加入额定量的电解液；接着，活塞杆121在驱动机构400的驱动下向下移动并下压电解液，待电解液的液面上升至与中心杯112进液口的高度齐平时，电解液流入中心杯112内部并由注液口注入电池20，直至完成电解液的第一次注入(注入预设量的电解液，预设量小于额定量)；完成第一次注入后，活塞杆121保持不动，中心杆122在驱动机构400的驱动下相对于活塞杆121向下移动至将中心杯112的进液口堵住(如图3)。与此同时，腔体机构200由负压切换至正压，从而使第一次注入的电解液渗入电池20内部；等待预设时间，待第一次注入的电解液完成浸润后，中心杆122向上移动以打开中心杯112的进液口(如图2)，而活塞杆121继续下压，直至完成电解液的第二次注入；完成第二次注入后，活塞杆121保持不动，中心杆122在驱动机构400的驱动下相对于活塞杆121向下移动至将中心杯112的进液口封堵，而腔体机构200再次由负压切换至正压，从而使第二次注入的电解液渗入电池20内部；如此循环，杯体111内额定量的电解液便可以多次少量的方式注入电池20，且每次注入后均可通过腔体机构200对电池20加压从而快速进行浸润，显著缩短了浸润时间。
59.而且，由于每一次注入的电解液量少，每次浸润也更充分，故还能够在一定程度上改善所制得的电池的品质及性能。此外，每个注液机构100均通过驱动活塞杆121及中心杆122沿纵长方向移动来实现对注液过程中的控制，无需在外部设置电磁阀等控制元件，故每个注液机构100的横向尺寸较小，相邻两个注液机构100之间可以靠的更近、间距则更小，从而使得注液机构100适用于对多个电池20同时进行注液操作的注液装置10。
60.请再次参阅图1且一并参阅图7，在本实施例中，驱动机构400包括安装板410，多个注液机构110的活塞杆121固定安装于安装板410，并在安装板410上呈矩阵排列。安装板410可通过导轨-滑块沿活塞杆121的纵长方向可滑动地安装于机架600，并能够在气缸或电机螺纹丝杠副的驱动下沿机架600滑动，进而带动多个活塞杆121同步升降。
61.由于加液机构500位于安装板410的上方，故在加液机构500加液的过程中，安装板410有可能对加液针520造成阻挡。为了避免这一问题，安装板410上还开设有镂空槽411，加液机构500在向托杯110加电解液时，加液针520能够向下移动并穿过镂空槽411，从而顺利伸入杯体111内。
62.请再次参阅图2至图4，在本实施例中，活塞杆121上设置有气接头123，通过气接头123能够向活塞杆121的内部充气，以驱动中心杆122封堵进液口。
63.由气接头123吹入的气体进入活塞杆121内部，可使活塞杆121内部气压升高，从而驱动中心杆122朝中心杯112移动并封堵进液口。提供动力的气源可通过管路与气接头123相连，故可设置在距注液机构100较远的位置，从而方便对注液装置10进行布局。
64.具体在本实施例中，安装板410上设置有多个平行且间隔设置的连接块420，每个连接块420上均安装有多个活塞杆121，从而使得活塞杆121在安装板410的表面呈矩阵排列。而且，每个连接块420的内部均开设有气体通道(图未示)，外部气源能够与该气体通道连通。安装于连接块420上的多个活塞杆121的气接头123与气体通道相连，故气体便可通过气体通道导入到多个活塞杆121内，从而驱动多个中心杆122同时移动。
65.进一步的，在本实施例中，气接头123具有沿活塞杆121的纵长方向延伸的气道1231，中心杆122的顶部开设有与气道1231相对设置的锥形槽1221。由此可见，当气体由气道1231进入活塞杆121内部时，能够直接冲击中心杆122的顶部。由于锥形槽1221具有收拢的作用，故使得气体压力能够集中作用于锥形槽1221，从而快速推动中心杆122向下移动，提升响应速度。
66.更进一步的，在本实施例中，控制组件120还包括设置于活塞杆121与中心杆122之间的弹性件124，中心杆122能够在弹性件124的作用下远离中心杯112以打开进液口。因此，当上一次注入的电解液浸润完成并需要再次向电池20内注液时，停止像活塞杆121供气，中心杆122便能够在弹性件124的作用下快速回退，从而打开进液口。这样，不用额外设置驱动结构驱动中心杆122回退，能够简化驱动机构400的结构，且响应速度更快。
67.具体在本实施例中，活塞杆121的内壁形成有第一台阶(图未标)，中心杆122的外壁形成有第二台阶(图未标)，弹性件124为套设于中心杆122的压缩弹簧，且压缩弹簧的两端分别与第一台阶及第二台阶抵接。第一台阶及第二台阶抵接能够对弹性件124进行可靠地限位。而且，第一台阶与第二台阶配合，还能够对中心杆122相对于活塞杆121的最大行程进行限制，以防止中心杆122从活塞杆121内脱离。
68.具体在本实施例中，中心杆122的末端形成有套筒1222，中心杆122能够沿活塞杆121的纵长方向移动至使套筒1222与中心杯112开设有进液口的一端套接，以将进液口封堵。也就是说，中心杯112在封堵进液口时，套筒1222能够将中心杯112开设有进液口的一端整个包裹住，故封堵效果更好。
69.进一步的，在本实施例中，中心杯112开设有进液口的一端呈锥形。这样，在中心杯112封堵进液口时，中心杯112的端部可起到导向作用，从而方便套筒1222顺利与中心杯112开设有进液口的一端实现套接。
70.上述注液机构100及注液装置10，在针对电池20的注液工序中，驱动机构400能够先驱动活塞杆121整体下压，以使杯体111内的电解液由中心杯112注入电池20，再通过带动中心杆122沿活塞杆121移动，便可间歇性地封堵或打开中心杯112的进液口。这样，注液杯
110内的电解液便可分多次注入电池20。而且，配合腔体机构200进行正负压切换，可在相邻两次注入操作之间使电池20的内部维持正压，故每次注入的电解液能够迅速完成浸润。可见，上述注液机构100及注液装置10能够对额定量的电解液采用多次少量的方式进行注液，浸润所需的时长能够显著缩短，故能够显著提升电池生产的效率。
71.此外，本发明还提供一种注液方法。该注液方法可借助上述注液机构100及注液装置10进行，也可借助其他形式的装置进行。
72.请参阅图8，本发明一个实施例中的注液方法包括步骤s101及步骤s102。
73.其中：
74.步骤s101，向注液杯内加入额定量的电解液。
75.步骤s102，通过控制组件控制注液杯的注液嘴间歇性的开启及关闭，以将注液杯内的电解液分多次注入电池内，并在相邻两次注入操作之间使电池的内部维持正压。
76.额定量的电解液注入注液杯后，控制组件控制注液嘴开启，进行电解液第一次注入；注入一定量(注入量少于额定量)的电解液后，控制组件控制注液嘴关闭。与此同时，通过操作使电池的内部维持正压，从而使第一次注入的电解液渗入电池内部；等待预设时间后，第一次注入的电解液已完成浸润。接着，控制组件再次控制注液嘴开启，以进行电解液的第二次注入。如此循环，注液杯内额定量的电解液便可以多次少量的方式注入电池，且每次注入后均可对电池加压以促进浸润，从而能够显著缩短浸润时间，进而提升电池生产效率。
77.借助上述注液机构100，上述注液方法能够用于同时对多个电池进行注液操作。而且，重复上述步骤s101及步骤s102，便可对多批电池进行连续的注液操作。
78.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
79.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。