一种电池化成夹具及化成设备的制作方法

1.本实用新型属于电池技术领域，具体涉及一种电池化成夹具及化成设备。


背景技术：

2.锂离子电池具有电压高、能量密度大、环境污染小等优点，在小型电子产品得到广泛应用。随着产品的发展，为延长电器使用时间，电池的能量密度不断提升，与之对应的极片压实密度也越来越大，压实密度的提升会直接恶化电池的浸润效果；一颗具备正常功能的锂离子电池，电解液在极片中的浸润效果直接决定了电池性能的优劣，只有极片中的活性材料只有被电解液充分浸润，才能进行正常的电化学反应。
3.参考图6，正负极片中，正极活性材料(一般为钴酸锂、三元材料等)不易变形，迂曲度较低，相应的浸润阻力较小，对石墨负极而言，由于石墨颗粒在压缩的过程中经过塑性变形，极片平面内出现膨胀，在垂直极片方向被压缩，导致电解液从极片表面向下浸润阻力较大，且压实密度越大，电解液浸润难度越高。
4.锂离子电池制造中的化成工序，也是锂离子电池制造中的一个关键工序，具体是电池注液并完成浸润后，使用热夹具对电池升温加压，并充电完成激活。温度和加压的目的是提升电池动力学、激活隔膜粘接完成定型。提升压力使得正负界面距离降低，粘接更好，提升界面反应的同时，还能降低电池厚度，提升能量密度。同样地，一味提升化成压力会造成电池中的电解液被挤出，造成保液量减小，影响电池性能。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种电池化成夹具，以解决技术背景中存在的技术问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种电池化成夹具，用于夹持电池，包括上压板和下压板，所述下压板和所述上压板对应设置，所述上压板和所述下压板之间形成有用于放置电池的容置腔；其中，所述上压板和/或所述下压板设置有距离传感器，所述距离传感器用于检测所述上压板和所述下压板之间的距离。
7.进一步地，还包括多个止动件，多个所述止动件一端与所述下压板和/或所述上压板固定连接，且所述止动件位于所述容置腔内。
8.进一步地，多个所述止动件的高度相等。
9.进一步地，所述止动件的高度为h，所述上压板和所述下压板之间的距离为d，其中，h和d满足关系式：h≤d。
10.进一步地，所述止动件的高度小于所述电池的厚度。
11.进一步地，所述距离传感器为超声波测距传感器、激光测距仪或红外线测距传感器中的一种。
12.进一步地，所述上压板和所述下压板的尺寸和形状均相同。
13.进一步地，所述距离传感器的测试精度小于或等于1um。
14.进一步地，所述止动件设置有3个，3个止动件呈一字排列，且3个止动件之间的间距相等。
15.本实用新型的目的之二在于：提供了一种化成设备，包括上述的电池化成夹具。
16.本实用新型的有益效果在于：
17.(1)本实用新型提供的一种电池化成夹具，通过在上压板和/或下压板安装距离传感器，用以实时监控上压板和下压板之间的距离，即此时的电池厚度，因化成充电初期，电芯处于快速膨胀中，为保证电池保液能力，此时上压板施加的压力为f，当激光测距仪监控到电池厚度膨胀到指定厚度t时，提升化成压力至f，使电池厚度保持在规定厚度附近，使得电池的保液量和电池能量密度不受影响，还能改善电池的界面反应。
18.(2)在上压板和下压板之间设置有止动件，能够使得电池的厚度更趋近于目标厚度，使得各组电池厚度差保持在一定范围之内，提高了电池厚度的一致性。
附图说明
19.下面将参考附图来描述本实用新型示例性实施方式的特征、优点和技术效果。
20.图1为本实用新型实施例中的电池化成夹具的结构示意图；
21.图2为由表1-1制作的压实密度与化成压力的曲线图；
22.图3为电池厚度与化成压力组合对应的电池厚度3d图；
23.图4为电池厚度与化成压力组合对应的电池保液3d图；
24.图5为电池化成soc与其厚度的关系图；
25.图6为正负极片冷压效果图。
26.其中，附图标记说明如下：
27.1、上压板；2、下压板；3、容置腔；4、距离传感器；5、止动件；6、电池。
具体实施方式
28.如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。
29.在申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“水平”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
30.在本技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个或两个以上；除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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
申请中的具体含义。
31.以下结合附图1～6对本实用新型作进一步详细说明，但不作为对本实用新型的限定。
32.本实用新型实施例提供了一种电池化成夹具，用于夹持电池6，包括上压板1、下压板2和多个止动件5，所述下压板2和所述上压板1对应设置，所述上压板1和所述下压板2之间形成有用于放置电池6的容置腔3；其中，所述上压板1和/或所述下压板2上设置有距离传感器4，所述距离传感器4用于检测所述上压板1和所述下压板2之间的距离，多个所述止动件5一端与所述下压板2和/或所述上压板1固定连接，且所述止动件5位于所述容置腔3内。
33.为了保证电池6上表面受力均匀，在本实施例中，多个所述止动件5的高度相等，当上压板1下压到一定高度时，上压板1抵接在止动件5上端面，从而能够防止压力值过大，避免电池6中的电解液被挤出进而造成保液量减小的问题出现。
34.更为具体地，所述止动件5的高度为h，所述上压板1和所述下压板2之间的距离为d，其中，h和d满足关系式：h≤d，所述止动件5的高度小于所述电池6的厚度。采用这种结构设计，既能够保证上压板1作用在电池6上表面，从而对电池6施加压力，又能够避免上压板1施加的压紧力过大导致电池6失液量过重的问题。
35.在本实施例中，所述距离传感器4为激光测距仪，在另一实施例中，距离传感器4为超声波测距传感器和红外线测距传感器中的一种，本领域技术人员可根据实际需求，来选择适合的测距传感器来测量上压板1和下压板2之间的距离，本实施例不做过多限定。
36.在本实施例中，所述上压板1和所述下压板2的尺寸和形状均相同。采用这种结构设计，便于将上压板1和下压板2对齐放置。
37.优选地，所述距离传感器4的测试精度小于或等于1um。
38.优选地，所述止动件5设置有3个，3个止动件5呈一字排列，且3个止动件5之间的间距相等。
39.本实用新型实施例还提供了一种提升电池6浸润效果及改善界面反应的方法，其采用上述的电池化成夹具，具体如下：
40.首先，确认电池6的压实密度与化成压力f的搭配，通过实验验证得到降低压实密度后的化成压力f，以满足当前能量密度要求，实验数据如下表1-1。
41.表1-1压密/化成压力对应电池厚度保液表
[0042][0043]
其次，检查不同组合下电池厚度及保液是否相当，检测如图2和图3所示。
[0044]
综上可知，在表1-1的组合下，各组电池厚度差基本在20um以内(激光测距仪精度一般为1um)，基本在可控范围之内，保液量差在0.04g以内，无显著影响。具备以上数据后，以当前电池厚度平均值t(补偿值)设为化成目标厚度t，并依据表格验证数据确认化成压力f；
[0045]
例如：设计方案为：阳极压实密度1.7g/mm3，化成压力恒定1mpa；如果目标压实密度降到1.65g/mm3，则通过单因子验证所需要的化成大压力f，以保证电池厚度相当，如表1-1，1.65g/mm3的压实密度下，需要1.51mpa的化成压力，才能够保证电池厚度和保液量在可控范围之内，此时就确认了(1.7g/mm3，1mpa)等价于(1.65g/mm3，1.51mpa)。
[0046]
确认化成压力f
→
f的触发点，如图5，实验样本显示化成soc(荷电状态，即，用来反映电池6的剩余容量)在大于30％后，厚度增长趋势放缓，可测量soc为30％时的电池6厚度设为t，由此可认为在此时，电池大幅度膨胀已完成，此时可施加压力f以控制电池6的厚度，若在soc为30％时施加压力f的电池6其保液受到一定影响，则可考虑延后施加压力f，具体以实际为准。
[0047]
最后，根据上述实验分析来实行，即在上压板1上安装激光测距仪，用以监控此时电池6的厚度，因化成充电初期，电芯处于快速膨胀中，为保证电池保液能力，此时上压板1施加的压力为f，当激光测距仪监控到电池厚度膨胀到指定厚度t时，提升化成压力至f，使电池厚度保持在规定厚度附近。
[0048]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0049]
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本实用新型的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。