(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 106602145 A(43)申请公布日 2017.04.26
(21)申请号 201611044580.X(22)申请日 2016.11.24
(71)申请人 天津市捷威动力工业有限公司
地址 300380 天津市西青区西青汽车工业
区开源路11号(72)发明人 兰建云 冯树南 从长杰 王驰伟 (74)专利代理机构 天津滨海科纬知识产权代理
有限公司 12211
代理人 王雨杰(51)Int.Cl.
H01M 10/058(2010.01)H01M 10/0525(2010.01)
权利要求书1页 说明书5页 附图1页
CN 106602145 A(54)发明名称
一种改善高比能量密度电池的浸润性能的设备与方法(57)摘要
本发明提供了改善高比能量密度电池的浸润性能的设备与方法，包括微波发生装置、电场发生装置和红外发生装置，微波发生装置电连接
电场发生装置电连接有电场检有微波检测装置，
测装置，红外发生装置电连接有红外检测装置，设备还包括用于传输待浸润电芯的传输装置，传输装置设置在微波发生装置产生的微波场、电场发生装置产生的电场以及红外发生装置产生的红外场内部，微波发生装置、电场发生装置、红外发生装置、微波检测装置、电场检测装置、红外检测装置均与综合控制枢纽电连接。本发明所述的改善高比能量密度电池的浸润性能的设备与方法改善锂电池电芯电解液浸润的结构，其可以有效改善电解液对电芯的浸润能力，缩短浸润时间。
CN 106602145 A
权 利 要 求 书
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1.一种改善高比能量密度电池的浸润性能的设备，其特征在于：所述设备包括微波发生装置、电场发生装置和红外发生装置，所述微波发生装置电连接有微波检测装置，所述电场发生装置电连接有电场检测装置，所述红外发生装置电连接有红外检测装置，所述设备还包括用于传输待浸润电芯的传输装置，所述传输装置设置在微波发生装置产生的微波场、电场发生装置产生的电场以及红外发生装置产生的红外场内部，所述微波发生装置、电场发生装置、红外发生装置、微波检测装置、电场检测装置、红外检测装置均与综合控制枢纽电连接。
2.根据权利要求1所述的改善高比能量密度电池的浸润性能的设备，其特征在于：所述微波检测装置通过数显或指针的方式显示微波的频率，通过示波器显示微波的波长。
3.根据权利要求1所述的改善高比能量密度电池的浸润性能的设备，其特征在于：所述电场发生装置由直流电源或交流电源供电，所述电场检测装置通过数字或指针显示电场力的大小，所述电场检测装置根据综合控制枢纽中的设定值进行自动闭环来调整电场力大小。
4.根据权利要求1所述的改善高比能量密度电池的浸润性能的设备，其特征在于：所述红外检测装置设置有示波器和计波器，通过示波器显示红外线的波形与波长，通过计波器显示红外线的复合度。
5.根据权利要求1所述的改善高比能量密度电池的浸润性能的设备，其特征在于：所述微波发生装置产生的微波场中设置有旋转装置与旋转速度调节装置。
6.根据权利要求5所述的改善高比能量密度电池的浸润性能的设备，其特征在于：所述旋转装置与旋转速度调节装置均由电机或压缩气流驱动。
7.一种改善高比能量密度电池的浸润性能的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
步骤一：先将电芯放置于微波场中预热至45-80℃；步骤二：将经过热处理的电芯放置于电场中静置0.5-10min；步骤三：将电芯放置于红外场中静置1-2h即完成电芯的浸润。
8.根据权利要求7所述的改善高比能量密度电池的浸润性能的方法，其特征在于：所述步骤一中的电芯在微波场中先静置后旋转。
9.根据权利要求8所述的改善高比能量密度电池的浸润性能的方法，其特征在于：所述旋转的角度为0-360°，旋转间隔时间为1-3h。
10.根据权利要求7所述的改善高比能量密度电池的浸润性能的方法，其特征在于：所述电场由直流电源或交流电源驱动产生，直流电源的电压为380V或220V，所述交流电源的电压为380V或220V；所述红外场中红外线为复合光或波长为0.7um-80um的单色光；所述微波场中微波的频率为300MHz～300GHz，波长为1mm～1000mm；所述电场的电场强度大小为1N/C～10MN/C。
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一种改善高比能量密度电池的浸润性能的设备与方法
技术领域[0001]本发明属于锂离子电池领域，尤其是涉及一种改善高比能量密度电池的浸润性能的设备与方法。
背景技术[0002]日常生活与工作中，人类对3C等通讯工具的使用越来越频繁，日使用时间越来越长，对电池的续航能力提出了更高的要求。同时，为缓解环境污染及人类环保意识的提高，采用新型节能环保的电动交通工具作为出行解决方案越来越被人们所接受。鉴于此，手机与电动交通工具等的续航能力受到社会的广泛关注，续航时间越长，产品竞争力越强，市场越大，开发高比能量密度(250Wh/kg及以上)、长续航能力的电池成为当前各锂电制造厂商的重点开发项目。开发高比能量密度电池的基本思路是减少惰性组分的含量，增加具有电化学活性材料的含量。最被锂电厂商接受的做法是提高单位铜铝箔上的活性材料附着量(即涂层面密度)，而高面密度涂层会影响电解液对涂层的浸润性能，浸润性差会恶化电池的循环、倍率等电性能。因此，开发高效率浸润工艺成为当前锂电厂商开发高能量密度电池的重点攻关项目，越来越受到行业的重视。[0003]目前各锂电厂商广泛采用的电池浸润工艺是采用高温静置条件与延长静置时间，高温静置会增加锂电池生产成本，延长静置时间会降低产线使用效率，间接增加锂电池成本，降低产品市场竞争力。即便采用高温静置与延长静置时间等手段，还是无法解决高比能量密度电池体系的浸润问题。
发明内容[0004]有鉴于此，本发明旨在提出一种改善高比能量密度电池的浸润性能的设备与方法，通过在电芯注液后的浸润工序增加电场、红外、微波等外部辅助浸润手段，配合旋转机构来改善电芯浸润效果，提高电芯浸润效率，降低单位产品的制造成本，提高产品的市场竞争力。[0005]为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：[0006]一种改善高比能量密度电池的浸润性能的设备，包括微波发生装置、电场发生装置和红外发生装置，所述微波发生装置电连接有微波检测装置，所述电场发生装置电连接有电场检测装置，所述红外发生装置电连接有红外检测装置，所述设备还包括用于传输待浸润电芯的传输装置，所述传输装置设置在微波发生装置产生的微波场、电场发生装置产生的电场以及红外发生装置产生的红外场内部，所述微波发生装置、电场发生装置、红外发生装置、微波检测装置、电场检测装置、红外检测装置均与综合控制枢纽电连接。[0007]进一步的，所述微波检测装置通过数显或指针的方式显示微波的频率，通过示波器显示微波的波长。[0008]进一步的，所述电场发生装置由直流电源或交流电源供电。[0009]进一步的，所述电场检测装置通过数字或指针显示电场力的大小，所述电场检测
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装置根据综合控制枢纽中的设定值进行自动闭环来调整电场力大小。以确保电场强度按预设流程进行调整。[0010]进一步的，所述红外检测装置通过示波器显示红外线的波形与波长，通过计波器显示红外线的复合度。[0011]进一步的，所述微波发生装置产生的微波场中设置有旋转装置与旋转速度调节装置。[0012]进一步的，所述旋转装置与旋转速度调节装置均由电机或压缩气流驱动。[0013]一种改善高比能量密度电池的浸润性能的方法，包括如下步骤：[0014]步骤一：先将电芯放置于微波场中预热至45-80℃；[0015]步骤二：将经过热处理的电芯放置于电场中静置0.5-10min[0016]步骤三：将电芯放置于红外场中静置1-2h即完成电芯的浸润。[0017]进一步的，所述步骤一中的电芯在微波场中先静置后旋转。[0018]进一步的，所述旋转的角度为0-360°，旋转间隔时间为1-3h。[0019]进一步的，所述电场由直流电源或交流电源驱动产生，直流电源的电压为380V或220V，所述交流电源的电压为380V或220V。[0020]进一步的，所述红外场中红外线为复合光或波长为0.7um-80um的单色光。[0021]进一步的，所述电场的电场强度大小为1N/C～10MN/C。。[0022]进一步的，所述微波场中微波的频率为300MHz～300GHz，波长为1mm～1000mm。微波发射面积可根据电芯大小进行调整，微波频率可根据电芯厚度进行动态调整，确保电芯内部温度的均匀与一致。[0023]相对于现有技术，本发明所述的一种改善高比能量密度电池的浸润性能的设备与方法具有以下优势：[0024](1)本发明提供了一种采用电场、红外、微波联合旋转角度与速度调节装置改善锂电池电芯电解液浸润的结构，其可以有效改善电解液对电芯的浸润能力，缩短浸润时间。避免高比能量密度电池因浸润不充分而产生析锂现象及恶化循环性能。同时在浸润工序采用本发明的结构可降低浸润时的环境温度、缩短浸润时间，提高浸润效率，降低电池制作成本，有力地提高了产品市场竞争力，有利于广泛地在生产中应用，具有重大的生产实践意义。[0025](2)本发明采用电场、红外和微波三者并用的方法改善锂电池电芯电解液浸润性能，首先将电芯放置在电场区域，在该区域静置一定时间，电解液在电场力的作用下做定向强制对流输运，增强电解液在电芯极片纵向的传递能力，改善电解液对电芯的浸润能力。经电场作用一定时间后的电芯经传送带传递至红外场，在红外场静置一定时间，电解液分子基团在红外线的作用下进行一定得微震荡运动，增强电解液分子对电芯极片活性材料颗粒表面的渗透与浸润效果。在电场与红外场对电芯作用之前，先将电芯在微波场中放置一定时间，在微波的作用下对电芯进行一定得微波热处理，增强电解液所在区域的温度，改善电解液在功能场中的运动强度。[0026](3)本发明在微波场中还设置有角度旋转装置与速度调节装置，电芯在微波场作用的同时，可在角度旋转装置与速度调节装置的作用下分别进行三个维度的运动，使电解液在重力与向心力的作用下浸润电芯内部，增强电解液从四周往中心的物理输运能力。
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附图说明[0027]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：[0028]图1为本发明实施例所述的改善高比能量密度电池的浸润性能的设备的原理示意图；[0029]图2为本发明实施例所述的改善高比能量密度电池的浸润性能的设备的结构示意图。[0030]附图标记说明：[0031]1-微波发生装置；2-电场发生装置；3-红外发生装置；4-微波检测装置；5-电场检测装置；6-红外检测装置；7-传输装置；8-角度旋转装置；9-速度调节装置。具体实施方式[0032]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。[0033]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等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。[0034]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0035]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。[0036]实施例1[0037]如图1和图2所示，一种改善高比能量密度电池的浸润性能的设备，包括微波发生装置1、电场发生装置2和红外发生装置3，微波发生装置1电连接有微波检测装置4，电场发生装置2电连接有电场检测装置5，红外发生装置3电连接有红外检测装置6；微波检测装置4通过数显或指针的方式显示微波的频率，通过示波器显示微波的波长。电场发生装置2由直流电源或交流电源驱动。电场检测装置5通过数字或指针显示电场力的大小，电场检测装置5根据综合控制枢纽中的设定值进行自动闭环来调整电场力大小。以确保电场强度按预设流程进行调整。红外检测装置6通过示波器显示红外线的波形与波长，通过计波器显示红外线的复合度。[0038]设备还包括用于传输待浸润电芯的传送带7，传送带7设置在微波发生装置1产生
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的微波场、电场发生装置2产生的电场以及红外发生装置3产生的红外场内部，传送带7表面设置有用于将电芯10进行旋转的旋转装置8与旋转速度调节装置9，旋转装置8与旋转速度调节装置9均由气缸或压缩气流驱动。[0039]微波发生装置1、电场发生装置2、红外发生装置3、微波检测装置4、电场检测装置5、红外检测装置6和传送带7均与综合控制枢纽电连接来实现自动控制。[0040]应用上述设备改善高比能量密度电池的浸润性能的方法，包括如下步骤：[0041]步骤一：先将电芯放置于微波场中预热至45℃，同时电芯在微波场中先静置后旋转，旋转的角度为180°，旋转的间隔时间为1h。微波场中微波的频率为300MHz，波长为500mm。[0042]步骤二：将经过热处理的电芯放置于电场中静置30s，电场强度为100N/C。电场由380v直流电源驱动产生。[0043]步骤三：将电芯放置于红外场中静置1h，该红外场中红外线为波长为10um的单色光。[0044]将经过步骤一至步骤三处理后的电芯在25℃的温度下静置24h后即完成浸润。[0045]实施例2[0046]改善高比能量密度电池的浸润性能的设备结构同实施例1。[0047]应用上述设备改善高比能量密度电池的浸润性能的方法，包括如下步骤：[0048]步骤一：先将电芯放置于微波场中预热至60℃，同时电芯在微波场中先静置后旋转，旋转的角度为180°，旋转的间隔时间为2h。微波场中微波的频率为1GHz，波长为300mm。[0049]步骤二：将经过热处理的电芯放置于电场中静置8min，电场强度为500N/C，电场由220v交流电源驱动产生。[0050]步骤三：将电芯放置于红外场中静置1.5h，该红外场中红外线为波长为50um的单色光。[0051]将经过步骤一至步骤三处理后的电芯在25℃的温度下静置12h后即完成浸润。[0052]对比例1[0053]将注满电解液的电芯进行常规浸润：温度为45℃，静置时间为24h。[0054]对比例2[0055]将注满电解液的电芯进行常规浸润：温度为45℃，静置时间为48h。[0056]对比例3[0057]将注满电解液的电芯放置于微波发生装置产生的微波场中加热至电芯的温度为45℃后，在温度为25℃的条件下静置时间为24h。[0058]对比例4[0059]将注满电解液的电芯放置于红外发生装置产生的红外场(该红外场中红外线为波长为10um的单色光)中静置1h后，在温度为25℃的条件下静置时间为24h。[0060]对比例5[0061]将注满电解液的电芯放置于电场发生装置产生的电场(电场由220v交流电源驱动产生)中静置8min后，电场强度为1000N/C，在温度为25℃的条件下静置时间为24h。[0062]将实施例1-2和对比例1-5得到的浸润后的电芯通过电芯内阻仪检测内阻，得到的检测结果见下表：
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项目
电芯内阻(mΩ)
实施例11.12
实施例20.86
说 明 书
对比例11.3
对比例21.12
对比例31.09
对比例41.1
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对比例51.12
从上表的数据可以看出，经过本发明所述的机构和方法处理的电芯内阻明显降
低，同时有效改善电解液对电芯的浸润能力，降低浸润时间。避免高比能量密度电池因浸润不充分而产生析锂现象及恶化循环性能。[0065]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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说 明 书 附 图
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