软包锂电池电解液浸润装置及方法与流程

1.本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种软包锂电池电解液浸润装置及软包锂电池电解液浸润方法。


背景技术：

2.电解液是锂离子电池中正负极之间的离子传导体，在电池充放电过程中，负责正负极间的锂离子往返传输。一般锂离子电池在注液工序后需经过长时间的静置，保证电解液在电池内部均匀扩散，以充分浸润电池内部的正负极活性材料及隔膜。若静置时间不足，电解液浸润效果不好，锂离子传输路径变远，将会阻碍锂离子在正负极之间的传输，且未接触电解液的极片将无法参与电池内的电化学反应，电极活性物质表面无法形成稳定固态电解质保护膜。同时电池界面阻抗增大，影响电池的倍率、循环及安全性能等。若静置时间过长，则直接影响锂离子电池的生产效率。
3.现有技术中为了解决极片浸润问题，通常的方法有，通过增加常温浸润时间，但该方法一般静置时间较长(20～50h)。通过提高浸润温度的方法进行浸润，但该方法长时间的高温搁置会导致电解液副反应增多，恶化电池性能。通过多次注液或注液后采用真空负压-常压-高压等多段循环操作，增加电解液与电极及隔膜的接触机会，但该类方法一般流程较为复杂，且电池长时间处于敞口状态，增加了电解液吸水率和电解液挥发率。还有将注液后电池放置于注水的超声清洗装置内，利用超声清洗装置进行电解液浸润，该方法对介质水的纯度要求高，易引起电池短路，且超声清洗装置的作用更多的是在介质水与电池外壳的界面上，对电池内部的电解液浸润效果大大折扣。


技术实现要素：

4.本发明提供一种软包锂电池电解液浸润装置及软包锂电池电解液浸润方法，用以解决现有技术中锂电池电解液浸润时间长的缺陷。
5.本发明提供一种软包锂电池电解液浸润装置，包括：超声波系统；导杆，所述导杆的第一端与所述超声波系统连接，所述导杆用于传递超声波；夹具，所述夹具包括一对夹板，软包锂电池夹设于所述一对夹板之间，所述导杆的第二端与一个所述夹板连接。
6.根据本发明提供的一种软包锂电池电解液浸润装置，所述导杆的第一端与所述超声波系统可伸缩连接，所述导杆的第二端与一个所述夹板可伸缩连接，以调节一对所述夹板之间的距离。
7.根据本发明提供的一种软包锂电池电解液浸润装置，还包括步进控制器，所述步进控制器与所述导杆连接，用于调节所述超声波系统与所述夹具之间的距离。
8.根据本发明提供的一种软包锂电池电解液浸润装置，还包括应力检测板，所述应力检测板夹设于一对所述夹板内，并与所述软包锂电池叠设，所述应力检测板用于检测所述夹具对所述软包锂电池的夹持力。
9.根据本发明提供的一种软包锂电池电解液浸润装置，所述超声波系统的频率为
10-100khz，所述超声波系统的工作时长为5-120min。
10.根据本发明提供的一种软包锂电池电解液浸润装置，还包括固定组件，所述固定组件包括：固定支架，所述固定支架通过固定件与所述超声波系统连接；底座，所述底座与所述固定支架连接。
11.本发明还提供一种利用如上所述的软包锂电池电解液浸润装置进行浸润的方法，包括：将所述软包锂电池夹设于一对所述夹板内；控制所述超声波系统的工作时长满足预设阈值，以使所述超声波系统产生的超声波作用于所述软包锂电池，以对所述软包锂电池进行浸润。
12.根据本发明提供的一种软包锂电池电解液浸润的方法，所述方法还包括：控制所述超声波系统的工作方式为连续工作方式或间歇工作方式。
13.根据本发明提供的一种软包锂电池电解液浸润的方法，所述控制所述超声波系统的工作方式为间歇工作方式的步骤进一步包括：控制所述超声波系统每次的运行时长与停止时长相等。
14.根据本发明提供的一种软包锂电池电解液浸润的方法，在所述将所述软包锂电池夹设于一对所述夹板内的步骤之前，所述方法还包括：将干电芯装入铝塑膜中，将所述铝塑膜的三侧封装，剩余一侧开口作为注液口，将所述干电芯干燥；通过所述注液口向所述干电芯内注入电解液，将所述干电芯真空静置预设时长后，将所述注液口封闭。
15.本发明提供的软包锂电池电解液浸润装置，通过设置超声波系统、导杆和夹具，利用超声振动可增加软包锂电池内电解液的运动，减小电解液与固体界面的润湿角，从而快速达到良好的浸润效果，缩短了电解液的浸润时长。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
17.图1是本发明提供的软包锂电池电解液浸润装置的结构示意图；
18.附图标记：
19.10：超声波系统；20：导杆；30：夹具；31：上夹板；32：下夹板；40：应力检测板；51：固定支架；52：底座；53：固定件；60：步进控制器；100：软包锂电池。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”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。
22.下面结合图1描述本发明的软包锂电池电解液浸润装置及软包锂电池电解液浸润方法。
23.如图1所示，在本发明的一个实施例中，软包锂电池电解液浸润装置包括：超声波系统10、导杆20和夹具30。导杆20的第一端与超声波系统10连接，导杆20的第二端与夹具30连接，导杆20用于传递超声波系统10产生的超声波。夹具30包括一对夹板，软包锂电池100夹设于一对夹板之间，导杆20的第二端与一个夹板连接。
24.具体来说，夹具30包括上夹板31和下夹板32。软包锂电池100夹设于上夹板31和下夹板32之间。开启超声波系统10后，超声波系统10产生的超声波通过导杆20传递至软包锂电池100，超声振动可促进软包锂电池100内电解液运动，同时，超声波的空化效应，还可减小电解液与电极极片以及隔膜之间的润湿角，使电解液与电极及隔膜之间的润湿性变好，从而能够更好地铺展开来，快速达到良好的浸润效果，从而缩短浸润时间。
25.可选地，在本发明的实施例中，超声波系统的频率为10-100khz。
26.本发明实施例提供的软包锂电池电解液浸润装置，通过设置超声波系统、导杆和夹具，利用超声振动可增加软包锂电池内电解液的运动，减小电解液与固体界面的润湿角，从而快速达到良好的浸润效果，缩短了电解液的浸润时长。
27.在本发明的一个实施例中，导杆20的第一端与超声波系统10可伸缩连接，导杆20的第二端与上夹板31可伸缩连接，以调节上夹板31与下夹板32之间的距离。
28.具体来说，通过调节导杆20的伸缩长度，可调节超声波系统10与上夹板31之间的距离，进而调节上夹板31与下夹板32之间的间距，从而调节夹具30的夹持力。需要说明的是：在本发明的实施例中，夹具30的夹持力不会太大，夹具30的主要作用为：使软包锂电池100的两个端面与夹板的表面接触，进而使软包锂电池100的表面平整，从而使超声波能够均匀传递至软包锂电池100内。
29.可选地，在本发明的一个实施例中，导杆20的第一端与超声波系统10螺纹连接，导杆20的第二端与上夹板31螺纹连接，以调节上夹板31与下夹板32之间的距离。
30.进一步地，如图1所示，在本发明的一个实施例中，软包锂电池电解液浸润装置还包括应力检测板40。应力检测板40夹设于一对夹板内，并与软包锂电池100叠设，应力检测板40用于检测夹具30对软包锂电池100的夹持力。
31.具体来说，应力检测板40叠设于下夹板32上，软包锂电池100叠设于应力检测板40上，应力检测板40用于检测上夹板31对软包锂电池100的作用力，在本发明的实施例中，夹具30的夹持力应小于0.10.1mpa，以免夹持力过大导致软包锂电池100破裂。
32.如图1所示，在本发明的一个实施例中，软包锂电池电解液浸润装置还包括步进控制器60。步进控制器60与导杆20连接，用于调节超声波系统10与夹具30之间的距离。
33.具体来说，步进控制器60可带动导杆20旋转，调节超声波系统10与夹具30之间的距离，从而调节上夹板31与下夹板32之间的距离。
34.如图1所示，在本发明的一个实施例中，软包锂电池电解液浸润装置还包括固定组件。固定组件包括：固定支架51、底座52和固定件53。固定支架51通过固定件53与超声波系统10的作用端连接，以固定超声波系统10的作用端。固定支架51与底座52连接，以对固定支架51进行固定。
35.本发明实施例还提供了一种软包锂电池电解液浸润的方法，具体包括以下步骤：
36.步骤101：将软包锂电池100夹设于一对夹板内。
37.具体来说，将软包锂电池100夹设于一对夹板内，可使软包锂电池100与上夹板31和下夹板32接触的两个表面平整，以便超声波可均匀传递至软包锂电池100内。
38.步骤102：控制超声波系统10的工作时长满足预设阈值，以使超声波系统10产生的超声波作用于软包锂电池100，以对软包锂电池100进行浸润。
39.具体来说，在将软包锂电池100夹持好后，开启超声波系统10，超声波通过导杆20和夹具30传递至软包锂电池100内。超声波振动可增加软包锂电池100内电解质的运动，同时，超声波的空化效应，可减小电解液与电极极片以及隔膜之间的润湿角，使电解液与电极及隔膜之间的润湿性变好，从而能够更好地铺展开来，快速达到良好的浸润效果，缩短电解液的浸润时长。进一步地，在本发明的实施例中，超声波系统10的工作时长应满足预设阈值，其中，预设阈值为5-120min。
40.本发明实施例提供的软包锂电池电解液浸润方法，利用超声振动可增加软包锂电池内电解液的运动，减小电解液与固体界面的润湿角，从而快速达到良好的浸润效果，缩短了电解液的浸润时长。
41.进一步地，在本发明的实施例中，软包锂电池电解液浸润的方法还包括以下步骤：控制超声波系统10的工作方式为连续工作方式或间歇工作方式。
42.具体来说，连续工作方式为超声波系统10持续工作一定时长；间歇工作方式为超声波系统10工作一定时长后停止，停止一定时长后再工作、再停止，如此反复。
43.进一步地，当采用间歇工作方式时，超声波系统10每次的运行时长与停止时长相等。如：运行1s停止1s，或运行2s停止2s等。
44.在本发明的一个实施例中，在将软包锂电池100夹设于一对夹板内的步骤之前，软包锂电池电解液浸润的方法还包括：将干电芯装入铝塑膜中，将铝塑膜的三侧封装，剩余一侧开口作为注液口，将干电芯干燥；通过注液口向干电芯内注入电解液，将干电芯真空静置预设时长后，将注液口封闭。
45.具体来说，按照软包锂电池的常规制作流程生产干电芯，并将干电芯装入铝塑膜中，铝塑膜的三侧热压封装，剩余一侧留置气袋，留置气袋端开口作为注液口。将铝塑膜放入真空烘箱中将干电芯干燥。干燥后，采用一次注液方式向干燥后的干电芯内注入定量电解液，将软包锂电池进行1min左右的真空静置，并对软包锂电池留置气袋端进行封口。
46.常温常压下，将软包锂电池放置于夹具30内进行超声波辅助浸润，待浸润操作完成之后，对软包锂电池进行预充、化成、二封、及相关电化学性能测试。需要说明的是，在本发明的实施例中，所有的电芯体系、电极设计及电解液配方及电解液注液量均相同，软包锂电池电解液浸润完成之后的预充、化成及电池测试制度也相同，故不在此处赘述。
47.采用本发明实施例提供的软包锂电池电解液浸润装置和方法，通过调节超声波系统10的频率、超声波系统10的工作时长以及超声波系统10的工作方式，进行了如下试验：
48.实施例1
49.电池注液后，用上导板与下垫板夹住电池，应力为0.02mpa；使用20khz超声频率作用于软包电池，作用时间为60min；超声施加方式为开2s停2s。
50.实施例2
51.电池注液后，用上导板与下垫板夹住电池，应力为0.02mpa；使用40khz超声频率作
用于软包电池，作用时间为30min；超声施加方式为开3s停3s。
52.实施例3
53.电池注液后，用上导板与下垫板夹住电池，应力为0.01mpa；使用100khz超声频率作用于软包电池，作用时间为30min；超声施加方式为开1s停1s。
54.实施例4
55.电池注液后，用上导板与下垫板夹住电池，应力为0.08mpa；使用50khz超声频率作用于软包电池，作用时间为20min；超声施加方式为连续施加。
56.实施例5
57.电池注液后，用上导板与下垫板夹住电池，应力为0.02mpa；使用30khz超声频率作用于软包电池，作用时间为30min；超声施加方式为连续施加。
58.实施例6
59.电池注液后，用上导板与下垫板夹住电池，应力为0.02mpa；使用10khz超声频率作用于软包电池，作用时间为60min；超声施加方式为连续施加。
60.采用现有技术中的浸润方法进行了以下试验，作为对比例。
61.对比例1
62.电池注液后，用上导板与下垫板夹住电池，应力为0.02mpa；
63.电解液浸润静置时间为60min；
64.无超声波作用。
65.对比例2
66.电池注液后，自然放置于常温常压环境中静置48h
67.无上导板与下垫板夹持；
68.无超声波作用。
69.对比例3
70.电池注液后，用上导板与下垫板夹住电池，应力为0.02mpa；电解液浸润静置时间为48h；
71.无超声波作用。
72.对比例4
73.电池注液后，将电池放置于超声清洗装置内；
74.使用20khz超声频率作用于软包锂电池，作用时间为60min；超声清洗装置为连续施加超声。
75.表1为不同实施例的软包锂电池的电化学性能表
[0076][0077][0078]
由上表可知：在对比例1中，电解液浸润时间较短，无超声作用，电解液效果较差，对比例4中超声清洗器的效果也较差，对比例1和4中软包锂电池的首周放电容量、首周充放电效率及循环300周电池容量保持率都比较低。而实施例1-6由于对电解液采用了超声波振动，在电解液浸润时间较短的情况下，首周放电容量、首周充放电效率及循环300周电池容量保持率较之对比例1和4均有明显提高，电池的电化学性能与静置48h的效果相当(对比例2和对比例3)。由此可知，本发明实施例提供的软包锂电池电解液浸润装置和方法通过采用
超声振动来对电解液进行浸润，能有效缩短电解液的浸润时间，同时还能使软包锂电池保持良好的电化学性能。
[0079]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。