一种超薄锂离子电池封口的制造方法
【专利摘要】一种超薄锂离子电池封口机，包括支座、下真空腔、上真空腔、真空系统和控制器，下真空腔固定设置在支座底部，上真空腔通过上真空腔驱动器连接在支座上部，电池底模固定设置在下真空腔内，封口模头通过封口模头驱动器连接在上真空腔内，电池底模上设有极片腔，封口模头下端与极片腔配合，封口模头下端面具有封闭的凸起封口面，封口模头上设有发热元件，发热元件与控制器电连接；上真空腔下端能与下真空腔上端密封配合，上、下真空腔与真空系统连接，上真空腔驱动器和封口模头驱动器分别与控制器连接。由于在真空环境下，电池的正极片、隔膜、电解质和负极片之间可以紧密封装在一起，同时平整极片上起伏的区域，制出密封质量好的超薄锂离子电池。
【专利说明】一种超薄锂离子电池封口机【技术领域】
[0001]本实用新型属于锂离子电池生产加工设备领域，具体为一种超薄锂离子电池封口机。
【背景技术】
[0002]现有的超薄锂离子电池的极片包括正、负极集流体，在生产正极片时，将正极电极膏均匀印刷或喷涂在正极集流体一面的中部位置上，正极集流体周边留空作粘合密封边，将正极片烘干，辊压，清洁正极集流体预留出来的周边，得到正极片。然后，将热熔胶冲切出热熔胶圈，其大小跟正极集流体预留出来的周边对应；将热熔胶圈热熔粘合在正极集流体预留出来的周边，得到带热熔胶圈的正极片，用同样的方法生产出带热熔胶圈的负极片。通过封口机将在上述带热熔胶圈的正、负极片之间放入隔膜，并在隔膜中加入电解质，然后将极片上热熔胶圈对应地贴合在一起，实现正、负极片的封口制成电池。
[0003]现有的电池封口装置一般在常压下进行，由于超薄锂离子电池的极片比较薄软，正、负极片之间容易残留空气 ，而且正、负极片也容易发生变形，这时如果直接进行封口就会导致电池内部残留空气或出现不平整的区域，无法保证电池的质量。中国专利CN202712287U公开了一种锂离子电池封口装置，在底座上方设置有纵截面大致为倒U形的盖子，盖子的下端与底座上端面接触时盖子的内部与底座之间就形成一个密闭腔体，使将电池在真空状态下封口，能保证电池正负极极片、隔膜更紧密贴合。但是上述封口装置只适用于方形铝壳锂电池注液孔的密封，无法实现超薄锂离子电池的正、负极片的封口。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种将超薄锂离子电池正极片、隔膜、电解质和负极片封装成电池的封口机。
[0005]为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0006]一种超薄锂离子电池封口机，包括支座、下真空腔、上真空腔、真空系统和控制器，下真空腔设在支座下部，上真空腔设在支座上部，下真空腔内设有电池底模，上真空腔内设有封口模头，电池底模上设有能够容纳和定位电池极片的极片腔，所述封口模头下端与极片腔配合，使封口模头下端能嵌入极片腔内，封口模头下端面具有封闭的凸起封口面，封口模头上设有发热元件，发热元件与控制器电连接；上真空腔下端能与下真空腔上端密封配合，上、下真空腔与真空系统连接；下真空腔固定设置在支座底部，上真空腔通过上真空腔驱动器连接在支座上部，电池底模固定设置在下真空腔内，封口模头通过封口模头驱动器连接在上真空腔内，上真空腔驱动器和封口模头驱动器分别与控制器连接。
[0007]本实用新型的封口过程是这样实现的:将带热熔胶圈的负/正极片有热熔胶圈和电极膏的一面向上放置在极片腔内；将隔膜覆盖在负/正极片上，向隔膜中滴加液体电解质，所述隔膜还可以采用包含固体电解质的功能隔膜；将带热熔胶圈的正/负极片有热熔胶圈和电极膏的一面向下对应地叠合的隔膜上；开启上真空腔驱动器驱动上真空腔下移至其下端与下真空腔上端上形成密封的腔体，开启真空系统对密封的腔体进行抽真空，密封腔体处于真空环境中，真空度通过控制器是可以调节的；开启封口模头驱动器驱动加热的封口模头下移至凸起封口面压紧极片上并施加一定的压力并保持一定时间，加热的封口模头将热熔胶圈表面熔融，在压力的作用下正、负极片的热熔胶圈相互贴紧，使封口模头脱离电池底模，开启真空系统使密封腔体恢复常压，使上真空腔脱离下真空腔，取出封口后的电池。由于在真空环境下，电池的正极片、隔膜、电解质和负极片之间可以紧密相贴封装在一起，并且可以平整极片上起伏的区域，从而制出密封质量好的超薄锂离子电池。
[0008]作为第二种配置方案:下真空腔通过下真空腔驱动器连接在支座底部，上真空腔固定设置在支座上部，电池底模通过电池底模驱动器连接在下真空腔内，封口模头固定设置在上真空腔内，下真空腔驱动器和电池底模驱动器分别与控制器连接。本配置方案与第一种配置方案的区别在于:本方案的下真空腔和电池底模通过各自的驱动器向上驱动完成抽真空和封口。
[0009]作为第三种配置方案:下真空腔通过下真空腔驱动器连接在支座底部，上真空腔通过上真空腔驱动器连接在支座上部，电池底模通过电池底模驱动器连接在下真空腔内，封口模头通过封口模头驱动器连接在上真空腔内，下真空腔驱动器、上真空腔驱动器、电池底模驱动器和封口模头驱动器分别与控制器连接。本配置方案与第一种配置方案的区别在于:本方案的上、下真空腔和封口模头、电池底模通过各自的驱动器向相对靠近驱动完成抽真空和封口。
[0010]优选的，封口模头上设有测温元件，测温元件与控制器电连接。通过测温元件可以检测封口模头的温度，并将检测数据反馈至控制器，控制器调整发热元件的温度，使封口模头达到最佳的封口温度。
[0011]优选的，极片腔侧部开有极片极耳放置槽，用于放置极耳并起到定位的作用。
[0012]优选的，所述凸起封口面围绕在封口模头下端面的外边沿并使下端面内部形成一凹槽。这样设置的好处在于，封口模头封口压紧过程中热量集中于热熔胶圈的部位，避开了极片中部的电极膏，防止高温对电极膏造成损坏。
[0013]所述凸起封口面和极片腔底面为平面，用于平面形锂离子电池的封口 ；或者，所述凸起封口面和极片腔底面为相互配合的曲面，用于曲面形锂离子电池的封口。
[0014]所述凸起封口面的宽度相等；或者所述凸起封口面的宽度不相等。
[0015]所述凸起封口面的宽度相等的情况下，所述凸起封口面的形状为:内外轮廓为正方形、内外轮廓为长方形、内外轮廓为菱形、内外轮廓为三角形、内外轮廓为圆形、内外轮廓为椭圆形、内外轮廓为星形、内外轮廓为心形、内外轮廓为五边形或内外轮廓为D形。
[0016]所述凸起封口面的宽度不相等的情况下，所述凸起封口面的形状为:内外轮廓分别为长方形和正方形、内外轮廓分别为正方形和长方形、内外轮廓分别为圆形和正方形、内外轮廓分别为椭圆形和长方形、内外轮廓分别为椭圆形和圆形或内外轮廓分别为圆形和椭圆形。
[0017]所述下真空腔驱动器、上真空腔驱动器、电池底模驱动器和封口模头驱动器为气缸、丝杆电机、伺服电机或步进电机。
[0018]作为一种改进方案:所述上真空腔和封口模头、下真空腔和电池底模对应地设置两组以上，多机同时操作实现一次上料进行多个电池的封口，提高了加工效率。[0019]作为一种更优的改进方案:下真空腔和电池底模设有两组以上，并且下真空腔和电池底模设在支座底部的移动工作台上，移动工作台与控制器电连接，移动工作台在控制器控制下作平移移动或旋转运动以使各电池底模在封口工位与上料工位间切换，实现多工位循环操作，做到一边上料一边封口，大大提高了加工效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为超薄锂离子电池封口机的结构示意图；
[0021]图2为超薄锂离子电池封口机主体部分的结构示意图；
[0022]图3为超薄锂离子电池封口机主体部分去除上、下真空腔后的结构示意图；
[0023]图4为封口模头的结构示意图；
[0024]图5为电池底模的结构示意图；
[0025]图6为内外轮廓为正方形的凸起封口面的正视图；
[0026]图7为内外轮廓为长方形的凸起封口面的正视图；
[0027]图8为内外轮廓为圆形的凸起封口面的正视图；
[0028]图9为内外轮廓为椭圆形的凸起封口面的正视图；
[0029]图10为内外轮廓为五边形的凸起封口面的正视图；
[0030]图11为内外轮廓为D形的凸起封口面的正视图；
[0031]图12为内外轮廓为星形的凸起封口面的正视图；
[0032]图13为内外轮廓为心形的凸起封口面的正视图。
【具体实施方式】
[0033]本实用新型所述的封口是指将超薄锂离子电池正极片、隔膜、电解质和负极片封装成电池的操作。
[0034]以下结合附图详细说明本实用新型的技术方案。
[0035]参见图1、图4和图5，本实用新型的超薄锂离子电池封口机，包括支座7、下真空腔
5、上真空腔4、真空系统13和控制器12，下真空腔5设在支座7下部，上真空腔4设在支座7上部，下真空腔5内设有电池底模I，上真空腔4内设有封口模头2，电池底模I上设有能够容纳和定位电池极片的极片腔101，所述封口模头2下端与极片腔101配合，使封口模头2下端能嵌入极片腔101内，封口模头2下端面具有封闭的凸起封口面201，封口模头2上设有发热元件(图中未示出)，发热元件采用发热棒，发热元件与控制器12电连接；上真空腔4下端能与下真空腔5上端密封配合，为了保证密封效果，可以在上、下真空腔接触面上设置密封圈，上、下真空腔与真空系统13连接；下真空腔5固定设置在支座7底部，上真空腔4通过上真空腔驱动器6连接在支座7上部，电池底模I固定设置在下真空腔5内，封口模头2通过封口模头驱动器3与上真空腔4顶部的连接板8连接，上真空腔驱动器6和封口模头驱动器3分别与控制器12电连接，所述支座7、真空系统13和控制器12安装在工作台14上。所述真空系统13为真空泵，或者采用保持真空的罐和阀体组成的系统。真空泵13通过管道与下真空腔5上的气孔501相连。真空系统可以单独配置，以获得更好的真空度。下真空腔5和上真空腔4密闭时通过真空系统13调控的真空度在-100000至-1OOOOPa之间。[0036]参见图2，所述支座7底部设有操作开关9 (包括真空腔驱动开关和封口模头驱动开关)、急停开关10 ;这些开关还可以设置在工作台下方采用脚踩的方式来控制。所述上真空腔4上设有观察窗401，方便操作者在封口过程中观察封口模头2的运动状态。
[0037]参见图1和3，所述电池底模I与支座7底部之间设有缓冲装置11，缓冲装置11采用弹簧。
[0038]为了避免封口过程中，由于压力过大压坏热熔胶圈或锂离子电池极片，可以采用限压和限厚两种控制方法，限压控制方法:在封口模头2上或电池底模I下设有压力传感器，压力传感器与控制器12电连接，通过压力传感器反馈的信息，控制器12控制封口的压力和压紧的时间，保证封口质量。限厚控制方法:在可电池底模I上设置限位槽，当封口模头2到达限位槽时即停止移动，保证热熔胶圈或电池极片不被压坏。当然，限压和限厚两种控制方法可能同时使用，效果会更好。
[0039]另外，所述控制器12还可以通过封口模头驱动器3的运动状态反馈的信息记录封口电池的数量并显示在显示屏上。所述控制器12优选PLC控制器，当然也可以采用等效的控制电路来实现相同的功能。控制器设有电源开关(图中未示出)，控制封口机总电源。
[0040]参见图4为封口模头2的结构图，所述凸起封口面201围绕在封口模头2下端面的外边沿并使下端面内部形成一凹槽202。这样设置的好处在于，封口模头2封口压紧过程中热量集中于热熔胶圈的部位，避开了极片中部的电极膏，防止高温对电极膏造成损坏，也避免电极膏部位与热熔胶圈部位不等厚而影响封口效果。所述封口模头2上设有发热棒安装孔203和测温装置安装孔204，所述测温装置为测温探头，所述发热棒安装孔203可以是一个或多个，根据封口模头2大小与功率需要来确定。本实用新型的封口模头2的温度可控制在40至400度之间。
[0041]参见图5为电池底模I的结构图，极片腔101的为凹槽，其形状与封口模头2下端面外侧相配合，并且极片腔101侧壁与封口模头2下端面外侧之间具有一定间隙。在极片腔101侧壁上设有极片极耳放置槽102，用于容纳放置极耳并起到定位的作用；对于没有极耳的电池设计，可以不用设置极片极耳放置槽102。电池底模I采用金属制作、非金属制作或合金制作。为了在封口完成后对电池进行及时散热，还可在电池底模I下部设置散热腔，为了提高散热效果，可以向散热腔内通入冷却气体；或将散热腔设计成冷却夹套，通冷却液进一步提高散热效果，防止使用过程中电池底模温度过高，损伤电池内的隔膜和电解质。
[0042]参见图4和图5，所述凸起封口面201和极片腔101底面为平面，用于平面形锂离子电池的封口 ；或者，所述凸起封口面201和极片腔底101面为相互配合的曲面，用于曲面形锂离子电池的封口。所述凸起封口面201的宽度相等；或者所述凸起封口面201的宽度不相等。
[0043]所述凸起封口面的宽度相等的情况下，所述凸起封口面的形状为:内外轮廓为正方形、内外轮廓为长方形、内外轮廓为菱形、内外轮廓为三角形、内外轮廓为圆形、内外轮廓为椭圆形、内外轮廓为星形、内外轮廓为心形、内外轮廓为五边形或内外轮廓为D形,或其他形状。本实施例的凸起封口面201的形状为内外轮廓为正方形。
[0044]所述凸起封口面的宽度不相等的情况下，所述凸起封口面的形状为:内外轮廓分别为长方形和正方形、内外轮廓分别为正方形和长方形、内外轮廓分别为圆形和正方形、内外轮廓分别为椭圆形和长方形、内外轮廓分别为椭圆形和圆形或内外轮廓分别为圆形和椭圆形，或其他形状。
[0045]图6至图13展示了上述不同形状的凸起封口面的正视图，热熔胶圈的形状与凸起封口面的形状是相对应的。
[0046]图6为内外轮廓为正方形的凸起封口面的正视图，图7为内外轮廓为长方形的凸起封口面的正视图，图8为内外轮廓为圆形的凸起封口面的正视图，图9为内外轮廓为椭圆形的凸起封口面的正视图，图10为内外轮廓为五边形的凸起封口面的正视图，图11为内外轮廓为D形的凸起封口面的正视图，图12为内外轮廓为星形的凸起封口面的正视图，图13为内外轮廓为心形的凸起封口面的正视图。上述图6至图13的凸起封口面的内外轮廓的几何中心重合，即凸起封口面各处宽度相等；当然也可以设置内外轮廓的几何中心不重合，即凸起封口面各处宽度不全相等。
[0047]所述上真空腔驱动器6和封口模头驱动器3为气缸、丝杆电机、伺服电机或步进电机。所述真空腔驱动器6和封口模头驱动器3通过向控制器12中输入程序来控制，或者采用手动开关或脚动开关的方式进行控制。
[0048]作为一种改进方案:所述上真空腔4和封口模头2、下真空腔5和电池底模I对应地设置两组以上，多机同时操作实现一次上料进行多个电池的封口，提高了加工效率。
[0049]作为一种更优的改进方案:下真空腔5和电池底模I设有两组以上，并且下真空腔5和电池底模I设在支座7底部的移动工作台(图中未示出)上，移动工作台与控制器12电连接，移动工作台在控制器12控制下作平移移动或旋转运动以使各电池底模I在封口工位与上料工位间切换，实现多工位循环操作，做到一边上料一边封口，大大提高了加工效率。采用旋转运动工作台时，电池底模I呈圆周分布在移动工作台上。
[0050]本实用新型还有另外两种配置方案:
[0051]作为第二种配置方案:下真空腔通过下真空腔驱动器连接在支座底部，上真空腔固定设置在支座上部，电池底模通过电池底模驱动器连接在下真空腔内，封口模头固定设置在上真空腔内，下真空腔驱动器和电池底模驱动器分别与控制器连接。本配置方案与第一种配置方案的区别在于:本方案的下真空腔和电池底模通过各自的驱动器向上驱动完成抽真空和封口。
[0052]作为第三种配置方案:下真空腔通过下真空腔驱动器连接在支座底部，上真空腔通过上真空腔驱动器连接在支座上部，电池底模通过电池底模驱动器连接在下真空腔内，封口模头通过封口模头驱动器与上真空腔连接，下真空腔驱动器、上真空腔驱动器、电池底模驱动器和封口模头驱动器分别与控制器连接。本配置方案与第一种配置方案的区别在于:本方案的上、下真空腔和封口模头、电池底模通过各自的驱动器向相对靠近驱动完成抽真空和封口。
[0053]以下结合附图1-附图5说明本实用新型的封口过程:将带热熔胶圈的负/正极片有热熔胶圈和电极膏的一面向上放置在极片腔内101 ;将隔膜覆盖在负/正极片上，向隔膜中滴加液体电解质，所述隔膜还可以采用包含固体电解质的功能隔膜；将带热熔胶圈的正/负极片有热熔胶圈和电极膏的一面向下对应地叠合的隔膜上；开启上真空腔驱动器6驱动上真空腔4下移至其下端与下真空腔5上端上形成密封的腔体，开启真空系统13对密封的腔体进行抽真空，使密封腔体处于设定的真空环境中，真空度通过控制器12是可以调节的；开启封口模头驱动器3驱动加热的封口模头2下移至凸起封口面201压紧极片上并施加一定的压力并保持一定时间，加热的封口模头2将热熔胶圈表面熔融，在压力的作用下正、负极片的热熔胶圈相互贴紧；使封口模头2脱离电池底模1，开启真空系统13使密封腔体恢复常压，使上真空腔4脱离下真空腔5，取出封口后的电池。由于在真空环境下，电池的正极片、隔膜、电解质和负极片之间可以紧密相贴封装在一起，并且可以平整极片上起伏的区域，从而制出密封质量好的超薄锂离子电池。
[0054]图6-图13仅罗列部分封口模头的封口面的正视图，当然也可以设计各种其它形状的封口模头的封口面，实现对各种形状的超薄锂离子电池的封口。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可以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面揭示和描述的【具体实施方式】，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。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。
【权利要求】
1.一种超薄锂离子电池封口机，其特征在于:包括支座、下真空腔、上真空腔、真空系统和控制器，下真空腔设在支座下部，上真空腔设在支座上部，下真空腔内设有电池底模，上真空腔内设有封口模头，电池底模上设有能够容纳和定位电池极片的极片腔，所述封口模头下端与极片腔配合，使封口模头下端能嵌入极片腔内，封口模头下端面具有封闭的凸起封口面，封口模头上设有发热元件，发热元件与控制器电连接；上真空腔下端能与下真空腔上端密封配合，上、下真空腔与真空系统连接； 下真空腔固定设置在支座底部，上真空腔通过上真空腔驱动器连接在支座上部，电池底模固定设置在下真空腔内，封口模头通过封口模头驱动器连接在上真空腔内，上真空腔驱动器和封口模头驱动器分别与控制器连接； 或者，下真空腔通过下真空腔驱动器连接在支座底部，上真空腔固定设置在支座上部，电池底模通过电池底模驱动器连接在下真空腔内，封口模头固定设置在上真空腔内，下真空腔驱动器和电池底模驱动器分别与控制器连接； 或者，下真空腔通过下真空腔驱动器连接在支座底部，上真空腔通过上真空腔驱动器连接在支座上部，电池底模通过电池底模驱动器连接在下真空腔内，封口模头通过封口模头驱动器连接在上真空腔内，下真空腔驱动器、上真空腔驱动器、电池底模驱动器和封口模头驱动器分别与控制器连接。
2.根据权利要求1所述的超薄锂离子电池封口机，其特征在于:封口模头上设有测温元件，测温元件与控制器电连接。
3.根据权利要求1所述的超薄锂离子电池封口机，其特征在于:极片腔侧部开有极片极耳放置槽。
4.根据权利要求1所述的超薄锂离子电池封口机，其特征在于:所述凸起封口面围绕在封口模头下端面的外边沿并使下端面内部形成一凹槽。
5.根据权利要求4所述的超薄锂离`子电池封口机，其特征在于:所述凸起封口面和极片腔底面为平面；或者，所述凸起封口面和极片腔底面为相互配合的曲面。
6.根据权利要求5所述的超薄锂离子电池封口机，其特征在于:所述凸起封口面的宽度相等；或者所述凸起封口面的宽度不相等。
7.根据权利要求6所述的超薄锂离子电池封口机，其特征在于:所述凸起封口面的宽度相等的情况下，所述凸起封口面的形状为:内外轮廓为正方形、内外轮廓为长方形、内外轮廓为菱形、内外轮廓为三角形、内外轮廓为圆形、内外轮廓为椭圆形、内外轮廓为星形、内外轮廓为心形、内外轮廓为五边形或内外轮廓为D形。
8.根据权利要求6所述的超薄锂离子电池封口机，其特征在于:所述凸起封口面的宽度不相等的情况下，所述凸起封口面的形状为:内外轮廓分别为长方形和正方形、内外轮廓分别为正方形和长方形、内外轮廓分别为圆形和正方形、内外轮廓分别为椭圆形和长方形、内外轮廓分别为椭圆形和圆形或内外轮廓分别为圆形和椭圆形。
9.根据权利要求7或8所述的超薄锂离子电池封口机，其特征在于:所述下真空腔驱动器、上真空腔驱动器、电池底模驱动器和封口模头驱动器为气缸、丝杆电机、伺服电机或步进电机。
10.根据权利要求9所述的超薄锂离子电池封口机，其特征在于:所述上真空腔和封口模头、下真空腔和电池底模对应地设置两组以上；或者，下真空腔和电池底模设有两组以上，并且下真空腔和电池底模设在支座底部的移动工作台上，移动工作台与控制器电连接，移动工作台在控制器控制下作平移移动或旋转运动以使各电池底模在封口工位与上料工位间切换。
【文档编号】H01M10/058GK203503749SQ201320617202
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年10月8日 优先权日:2013年10月8日
【发明者】曾石华, 陈江平, 朱佳宝, 容铭毅 申请人:广州丰江电池新技术股份有限公司