超薄锂离子电池化成系统、化成方法及制作的电池的制作方法
【专利摘要】本发明的超薄锂离子电池化成系统，包括充电机、加压机、电池盘和干燥空间，所述加压机和电池盘设于干燥空间内，电池盘设有电池槽道；化成时，将注入电解液后未封口的超薄锂离子电池装载到电池盘内，再将电池盘安装在加压机上，超薄锂离子电池的正负极分别与充电机的正负极连接，在加压机对超薄锂离子电池加压的情况下进行充电；本发明还提供了应用上述化成系统的化成方法和应用上述系统和方法制作的电池；本发明解决了超薄锂离子电池化成时排气的技术问题，保持锂离子通路畅通；化成时可采用串联充电、并联充电或混联充电三种方式充电，能批量化生产，应用本发明生产的电池，制成后保持负压状态，正负极与隔膜紧密贴合，电性能稳定，循环寿命长。
【专利说明】超薄锂离子电池化成系统、化成方法及制作的电池
【技术领域】
[0001]本发明属于超薄锂离子电池【技术领域】，具体涉及超薄锂离子电池化成系统、化成方法及制作的电池。
【背景技术】
[0002]刚制造出来的锂离子电池需要进行第一次小电流充电，以使电极表面形成一层固体电解质界面膜一SEI (solid electrolyte interface)膜,称作化成,在化成过程中电池内会产生一定的气体。
[0003]现在的聚合物锂离子电池和软包装锂离子电池在生产过程中，电池注入电解液时留有气袋以容纳化成产生的气体，在化成后再刺穿气袋,抽真空,抽除化成时产生的气体，在真空状态下将气袋一侧封上，制作出负压的、硬挺的、循环寿命良好的电池。
[0004]现在的钢壳和铝壳锂离子电池生产过程中，电池注入电解液后有两种做法，一是闭口化成，注入电解液后直接封口，在化成时产生的气体，一直留存在坚硬的外壳中，生产流程简捷，缺点是电池要有预留储气空间，影响电池的体积比能量；二是开口化成，注入电解液后暂不完全封口，只在注入电解液口贴胶纸暂时封闭，在化成时产生的气体，能够从注入电解液口排出，化成后才完全封闭注入电解液口，虽然电池不用预留储气空间，提高了电池的体积比能量，但是生产流程长。
[0005]现在的钢壳、铝壳、聚合物和软包装锂离子电池的化成时，都是每只电池使用一个充放电通道对电池进行充放电，需要很大的空间和化成柜资源。
[0006]对于超薄锂离子电池，如中国专利CN202503073U公开的“一种超薄锂离子电池”包括正极片，负极片，电解质、隔膜和热熔胶圈组成，隔膜将正极片和负极片隔开，隔膜与正极片和负极片之间填充电解质，正极片包括正极集流体、正极膏、正极极耳组成，正极集流体采用钛箔或钛合金箔或铬箔，正极膏黏结在正极集流体上，正极集流体直接引伸出正极极耳，负极片包括负极集流体、负极膏、负极极耳组成，负极集流体采用不锈钢箔或铜箔或镍箔或钛箔或钛合金箔或铬箔，负极膏黏结在负极集流体上，负极集流体直接引出负极极耳，集流体兼做包装膜，热熔胶圈将正极集流体边缘和负极集流体边缘熔合封装。现在的钢壳、铝壳、聚合物和软包装锂离子电池的化成方法都不适用，即使不怕麻烦给超薄锂离子池设计气袋，超薄锂离子电池由于没有坚硬的外壳，不能压迫正负极片与隔膜紧密接触，化成时充电产生的气体会隔断锂离子的通路，特别是对于电池体系和容量较大(IOmAh以上)的电池，在后续的化成中会产生较多气体，无法完成充电操作；另外，设计气袋的超薄电池，在切除气袋时易造成电池短路，影响电池质量与成品率。
[0007]由于现有技术的不足，限制了超薄锂离子电池的发展和品种的扩展，所以必须寻找高效可靠的设备与方法，才能大批量生产超薄锂离子电池。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超薄锂离子电池化成系统，该系统在干燥的环境中对注入电解液后未封口的超薄锂离子电池加压化成，使产生的气体可以顺利排出。本发明还提供了应用上述化成系统的化成方法和应用该系统与方法制作的电池。
[0009]为了达到上述目的，本发明在干燥环境中对注入电解液后未完全封口的超薄锂离子电池进行加压开口化成，迫使充电时产生的气体排出，保持了锂离子通路畅通；利用超薄锂离子电池体积小、容量小的特点，对超薄锂离子电池进行串联或(和)并联充电，这样一个电池槽道就可以对多个电池进行充电，节省空间与资源，实现超薄锂离子电池批量化生产。
[0010]不同结构的锂离子电池对“超薄”有不同定义，如铝壳锂离子电池厚度薄于4_就可以称为超薄锂离子电池。
[0011]本发明所指超薄锂离子电池是直接使用正极集流体与负极集流体兼做包装膜所做的厚度小于1_的锂离子电池；没有额外的硬包装壳和软包装膜，可以有防护需要或美观需要的外涂层或外贴膜。
[0012]本发明化成系统的技术方案如下:
[0013]第一种方案:超薄锂离子电池化成系统，包括充电机、加压机、电池盘和干燥空间，所述加压机和电池盘设于干燥空间内，所述电池盘设有电池槽道；化成时，将注入电解液后未封口的超薄锂离子电池装载到电池盘上，然后将所述电池盘安装在加压机上，超薄锂离子电池的正负极分别与充电机的正负极连接，并且在加压机对超薄锂离子电池加压的情况下进行充电。
[0014]所述干燥空间为手套箱内腔、干燥室或干燥车间，优选手套箱内腔，所述加压机和电池盘设在手套箱内腔内，所述干燥空间控制湿度< 5%RH，优选地湿度< 1%RH，以满足开口化成环境的要求。
[0015]所述加压机包括机架和施压器，所述施压器安装在机架上，所述电池盘装载超薄锂离子电池后放置在机架内；化成时，所述施压器的推杆推压电池槽道内的超薄锂离子电池，超薄锂离子电池在受压的状态下进行充电。
[0016]优选的，所述机架为长方体形，其内部设有上侧和一侧壁开口的矩形腔体，机架与施压器相对一侧的腔体侧壁上设有与推杆同轴的顶杆；所述电池盘为长方体形，其设有上侧开口的电池槽道，电池槽道一端或两端设有加压通孔；所述充电机的两个电极分别与推杆和顶杆电连接，推杆和顶杆分别跟施压器和机架绝缘连接。这样，在安装电池盘时，便于电池盘的定位，对于设有两个加压通孔的电池盘，将其抵靠在矩形腔体侧壁上，并使顶杆穿过一个加压通孔伸入矩形腔体内，这时另一端的加压通孔也与施压器的推杆对齐；施压器施压将电池槽道内的超薄锂离子电池压紧后，开启充电机对电池槽道内的超薄锂离子电池进行首次开口化成充电。
[0017]作为一种改进方案，所述电池盘的电池槽道内配设有若干大小与电池槽道相配合的金属压片，各超薄锂离子电池同向排列装载入各金属压片之间，这样各超薄锂离子电池能够被推压到位，以保证充电时产生的气体可以被排出。金属压片可以设置局部绝缘区以防止金属压片跟带极耳的超薄锂离子电池的极耳接触造成短路。
[0018]作为进一步的改进方案，所述金属压片一侧或两侧设有凸台，凸台的位置与超薄锂离子电池电极膏的位置相对应，并且并且正极膏的面积 < 凸台的面积 < 负极膏的面积。这样，对于封边厚度大于电极膏部位的超薄锂离子电池，施压器推压时可以保证压力能传递到电极膏的部位，以在化成充电过程中保持正极膏、负极膏、隔膜与电解质紧密地接触，压迫化成时产生的气体排出。
[0019]所述施压器为气缸、气囊、液压缸、千斤顶、气液增压缸、弹簧、弹弓、夹子、夹具、重物、螺杆、伺服电机或丝杆电机，优选为气缸。
[0020]所述充电机为直流可编程电源、程控电源、恒流恒压电源、恒流电源、充电器、充放电柜、化成柜或脉冲充电器。
[0021]作为一种提高生产效率的改进方案，加压机并排设置有两个以上，或者加压机层叠设置两个以上。这样可以同时容纳更多的电池盘，更好地利用干燥空间，提高生产效率。
[0022]一种应用上述化成系统的化成方法，其包括以下操作步骤:
[0023]a.将注入电解液后未封口的超薄锂离子电池同向排列装载入电池盘的电池槽道中；或者，将注入电解液后未封口的超薄锂离子电池同向排列装载入电池盘的电池槽道中，并且在电池的两面放置金属压片；
[0024]b.将装载好超薄锂离子电池的电池盘安装到加压机内；
[0025]c.启动加压机，以设定的压力推压电池盘内的超薄锂离子电池或金属压片，实现各超薄锂离子电池的串联连接；
[0026]d.开启充电机，设定充电参数，对电池盘内的超薄锂离子电池进行充电，同时充电时产生的气体被压迫排出；
[0027]e.超薄锂离子电池完成充电后，将电池盘从加压机中取出，然后将超薄锂离子电池从电池盘中取出，完成首次开口化成充电。
[0028]本发明的第二种方案:
[0029]本方案第一种方案相比，本方案的电池盘并列设有2个以上的电池槽道。各电池槽道中配设有若干间隔设置、大小与电池槽道相配合的金属压片，并且各电池槽道中相同位置的金属压片并联连接成金属压片组，相邻金属压片组分别与充电机的正极和负极连接；各个与正极连接的金属压片组并联连接，各个与负极连接的金属压片组并联连接，并且在每两组金属压片组之间设有绝缘隔片；在电池槽道的一端设有电池盘压板，电池盘压板上设有与各电池槽道相对应的压头，加压机推压电池盘压板，使电池盘压板向电池槽道的底部推压金属压片组。
[0030]本方案采用并联的充电方式，可以采用较低的充电电压实现电池的首次开口化成。
[0031]优选的，所述电池盘设有上侧开口的长槽，所述长槽内设有若干并列设置的电池槽道隔板，各电池槽道隔板之间为宽度相等的电池槽道；并且各电池槽道隔板的一端与长槽的侧壁留有用于放置电池盘压板的过道，所述长槽位于电池盘压板的一侧设有加压通孔，所述施压器的推杆通过加压通孔推压电池盘压板。
[0032]优选的，所述金属压片组包括压片连接杆和2块以上设在压片连接杆上的金属压片，所述金属压片均等设置在压片连接杆的同一侧，并且各金属压片卡入对应的电池槽道内。
[0033]一种应用本发明第二种方案化成系统的化成方法，其包括以下操作步骤:
[0034]a.将注入电解液后未封口的超薄锂离子电池同向排列装载入各电池槽道内相邻的金属压片之间，并使电池未封口的位置向上；[0035]b.将装载好超薄锂离子电池的电池盘安装到加压机的机架内；
[0036]c.启动加压机，以设定的压力推压电池盘压板，实现超薄锂离子电池的并联连接；
[0037]d.开启充电机，设定充电参数，对电池盘内的超薄锂离子电池进行充电，同时充电时产生的气体被压迫排出；
[0038]e.超薄锂离子电池完成充电后，将电池盘从加压机中取出，然后将超薄锂离子电池从电池盘中的取出，完成首次开口化成充电。
[0039]另外还可以采用第一方案与第二方案的组合来实现，就是采用混联的方法，通过改变电路的接线方法，实现待化成的超薄锂离子电池先串联后并联，或先并联后串联，在加压的情况对超薄锂离子电池进行化成充电。
[0040]本发明还提供了一种应用上述化成系统制作的电池，该电池化成后在干燥空间内做真空封口，然后从干燥空间中取出做续化成、分容和检验。
[0041]本发明还提供了一种应用上述化成方法制作的电池，该电池化成后在干燥空间内做真空封口，然后从干燥空间中取出做续化成、分容和检验。
[0042]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
[0043]1.在干燥空间内开口化成，防止电池吸水损坏；
[0044]2.开口加压化成，化成时产生的气体被压迫排出，保持了锂离子通路畅通；
[0045]3.采用串联充电或并联充电，一个充电通道可以同时对多个电池充电，提高了生产效率，节省了生产成本与设备占用的空间；
[0046]4.应用本发明化成系统或化成方法生产的电池，在后续的加工和使用过程中能使电池保持负压状态，正负极与隔膜紧密贴合，电性能稳定，循环寿命长；
[0047]5.能够批量化生产超薄锂离子电池。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]图1为实施例一中的超薄锂离子电池化成系统的结构图；
[0049]图2为实施例一中的安装有电池盘的加压机的结构图；
[0050]图3为实施例一中的安装有电池盘的加压机的俯视图；
[0051]图4为实施例一中的电池盘的一个角度的结构图；
[0052]图5为实施例一中的电池盘的另一个角度的结构图；
[0053]图6为实施例一中的电池盘的正视图；
[0054]图7为实施例五中的电池盘的一个角度的结构图；
[0055]图8为实施例五中的电池盘另一个角度的结构图；
[0056]图9为实施例五中的电池盘的俯视图。
【具体实施方式】
[0057]本发明所述的电池均指超薄锂子电池，本发明所述的化成是指在超薄锂子电池生产过程中，电池注入电解液后的首次充电操作，充电的目的是为了使电极表面形成一层固体电解质界面膜-SEI (solid electrolyte interface)膜,并在电池未完全封口的情况下将首次充电产生的气体排出。[0058]本发明在干燥环境中开口加压对串联、并联或混联电池充电，以充电状态SOC(station of charge)计算,可以充入20_100%S0C，若太低,化成产气未完成,若太高会过充。优选地，以充入30-60%S0C为佳，保证化成产气完成并少占用电池在干燥空间内的充电时间。一般地，根据超薄锂子电池种类、串联数量、并联数量或混联数量来选择合适电压量程和电流量程的充电机；对于并联电池的充电，设其总容量为C，可以按0.1C-1C充电，一般按0.2C-0.5C充电为佳，可以一步充电，如0.5C恒流充电至30%S0C ;也可以多步充电，如0.2C恒流充电至10%S0C，转0.5C恒流充电至30%S0C。一般地，当充电量小于100%S0C时，可以理解为预化成。
[0059]在化成之前，需要按照公知的方法制作正负极片、贴胶、组装、非闭合式封口、烘干、在干燥空间内注液；在化成之后，需要按照公知的方法，在干燥空间内对电池进行真空封口，然后转出干燥空间在续化成车间续化成、分容、检验，得到合格的超薄锂离子电池。
[0060]以下结合【专利附图】
【附图说明】本发明的技术方案。
[0061]实施例一:
[0062]参见图1至图6，本实施例的超薄锂离子电池化成系统，包括手套箱I和充电机2，所述手套箱I内设有加压机3和电池盘4，所述电池盘4上设有上侧开口的长槽形的电池槽道401，电池槽道401用于放置超薄锂离子电池403，并且超薄锂离子电池403串联放置，所述加压机3包括机架302和施压器301，所述施压器301安装在机架302上，所述电池盘4放置在机架302内，所述电池槽道401的一端设有贯通电池盘4的加压通孔404，所述电池槽道401的另一端设有加压通孔405，所述施压器301的推杆303穿过加压通孔404在电池槽道401内往复移动，所述机架302 —端设有顶杆304，所述顶杆304可穿过加压通孔405伸入电池槽道401内，所述充电机2的两个电极分别通过导线5与推杆303和顶杆304连接。
[0063]参见图3和图4，所述机架302为长方体形，其内部设有矩形腔体，并且矩形腔体的上侧和前侧设有开口 3022和3021，这样不仅便于操作者放置电池盘4，同时也方便操作者观察电池的化成情况。所述机架302的左侧/右侧设有施压器301，施压器301的推杆303可伸入矩形腔体内做往复移动，机架302与施压器301相对一侧的腔体侧壁上设有顶杆304。
[0064]所述顶杆304与推杆303同轴相对设置；并且顶杆304轴心与矩形腔体后侧壁的距离与电池盘4的加压通孔405圆心到外侧壁的距离相等，作为更细化的方案，所述电池盘4为长方体形，其内部设有上侧开口的电池槽道401，其两端对称设有加压通孔(B卩加压通孔404和加压通孔405)。这样，在安装电池盘4时，将其抵靠在机架302矩形腔体后侧壁上，并使顶杆304穿过一个加压通孔伸入矩形腔体，这时另一侧的加压通孔也与施压器301的推杆303对齐，实现了定位。
[0065]施压器301可采用气缸、气囊、液压缸、千斤顶、气液增压缸、弹簧、弹弓、夹子、夹具、重物、螺杆、伺服电机、丝杆电机等，只要能施力带动推杆303以合适的力推压电池槽道内的超薄锂离子电池就可达到发明要求。
[0066]本实施例优选气缸301，气缸301的直径选用30mm，并且推杆(气缸推杆)303的头部与充电机2的正极(或负极)连接，推杆303的头部与推杆主体绝缘连接；同样，顶杆304的头部与充电机2的负极(或正极)，顶杆2的头部与顶杆主体绝缘连接。[0067]气缸301对超薄锂离子电池受压面的施加的压强为0.1-1.0MPa，优选压强范围为0.2-0.5MPa，在该压强范围内，更利用气体的排出。
[0068]手套箱I能控制箱内湿度≤1%RH,以满足开口化成环境的要求。
[0069]充电机2采用直流可编程电源，电压量程500V，电流量程为1A，并且可以精确控制输出电流在±0.1mA范围内。
[0070]电池盘4采用电木材料制成，可以保证电池盘4良好的绝缘性能。
[0071]作为一种改进方案,所述电池盘4的电池槽道401内配设有若干大小与电池槽道401相配合的金属压片402，各超薄锂离子电池403同向放置在各金属压片402之间，这样各超薄锂离子电池403能够被推压到位，以保证充电时产生的气体可以被排出。
[0072]作为一种细化的方案，所述金属压片402 —侧或两侧设有凸台，凸台的位置与超薄锂离子电池403电极膏的位置相对应，并且正极膏的面积≤ 凸台的面积≤负极膏的面积。这样，对于封边厚度大于电极膏部位的超薄锂离子电池403，施压器301推压时可以保证压力能传递到电极膏的部位，以在化成充电过程中保持正极膏、负极膏、隔膜与电解质紧密地接触,压迫化成时产生的气体排出。
[0073]作为一种提高生产效率的改进方案，加压机3并排设置有两个以上，或者加压机3层叠设置两个以上，这样可以同时容纳更多的电池盘4，更好地利用手套箱I的空间，提高
生产效率。
[0074]电池盘4的电池槽道401内放置的超薄锂离子电池403的数量由充电机2的电压量程决定，如使用500V的充电机，可以最多对119个超薄锂离子电池403 (钴酸锂-石墨超薄锂离子电池)充电。采用串联充电，可以将超薄锂离子电池403在同一条电池槽道401内叠加充电，节省空间；由于充电时通过每只电池的电量是相同的，这样能够同时准确地控制各个电池的充电量。采用串联方式充电即使个别待化成的电池有短路或微短路的缺陷，也不会影响整盘电池的充电。
[0075]所述充电机2具有直流充电功能，除了直流可编程电源外，还可采用程控电源、恒流恒压电源、恒流电源、充电器、充放电柜、化成柜、脉冲充电器等。由于目前常见的锂离子电池,如磷酸铁锂-钛酸锂电池的工作电压为1.0-2.5V,磷酸铁锂-石墨电池的工作电压为2.0-3.6V，钴酸锂-钛酸锂电池工作电压为2.0-3.2V,钴酸锂-石墨电池的工作电压为
3.0-4.2V，锰酸锂-石墨电池的工作电压为3.0-4.2V，镍钴锰酸锂-石墨电池的工作电压为
3.0-4.2V，因此充电机2的输入电压要高于2.5V。对于同时对两个以上的电池充电的情况，充电电流和电压需要根据电池容量大小、电池数量以及接法(串联充电、并联充电或混联充电)来选择或设定。
[0076]除此之外，充电机2可以配置辅助功能，如记录数据、设定工步、过压保护、过流保护、超温保护、防反接、防短路、定时等功能，使用者可根据实际需要增加上述辅助功能。
[0077]所述充电机2设置在手套箱I外或手套箱I内，优选的，充电机2设置在手套箱I外部，只将导线5引入手套箱I内，这样可以节省更多手套箱I内部的空间。当然，加压机3的辅助部件如压力调节阀、控制开关等可以安装在手套箱I外，以进一步节省手套箱I内部的空间。
[0078]以下说明本实施例的工作过程:
[0079](1)将注入电解液后的超薄锂离子电池403同向放置在电池盘4的电池槽道401内，在各电池的两面放置金属压片402，并使电池未封口的位置向上(这样放置有利用气体的排出，并且可以防止电解液的漏出)；
[0080]对于带极耳的电池的化成，金属压片402上部需要做绝缘处理，并且电池的极耳朝上放置，以防止金属压片402与极耳接触发生短路；
[0081]对于没有极耳并且电极膏部位厚度大于封边厚度的电池的化成，可以不放置金属压片402，利用电池极片之间的紧密接触推压压迫化成时产生的气体排出；
[0082](2)将装载好超薄锂离子电池403的电池盘4放入加压机3的机架302内，并使加压机3的顶杆304伸入电池盘4 一侧的加压通孔内，并且将电池盘4另一侧的加压通孔与施压器301的推杆303对齐；
[0083](3)启动气缸301，使推杆303以设定的推力推压电池盘4内的金属压片402或超薄锂离子电池403，这时各超薄锂离子电池403通过极片的相互紧密接触或通过极片与金属压片402的相互紧密接触实现串联连接；
[0084](4)开启充电机2对电池盘4内的超薄锂离子电池403进行充电，充电时产生的气体被压迫排出；
[0085](5)超薄锂离子电池403完成充电后，将电池盘4从加压机3中取出，然后将超薄锂离子电池403从电池盘4中的取出，完成本发明的化成操作。
[0086]本实施例仅说明了本发明的发明要素，除此之外，手套箱I中还有注液机、真空封口机等设备用于完成化成前与化成后的部分工序。
[0087]实施例二:
[0088]参见图1至图6，本实施例是应用实施例一所述化成系统的化成方法，并以钴酸锂-石墨电池为例进行说明，其设有极耳，设计厚度为0.24mm,宽度30mm，高度30mm，正极膏的面积为20 X 20mm，正极膏的面积为22 X 22mm，设计容量为IOmAh。
[0089]其包括以下操作步骤:
[0090]a.将注入电解液后未封口的超薄锂离子电池403同向排列装载入电池盘4的电池槽道401中，极耳朝上放置，并且电池的两面放置金属压片402 ;对于没有极耳并且电极膏部位厚度大于封边厚度的电池的化成，可以不放置入金属压片402 ；
[0091]b.将装载好超薄锂离子电池403的电池盘4安装到加压机3的机架302内，气缸301的推杆303和顶杆304分别与电池槽道401内的金属压片402对齐(对没有放置金属压片402的情况，气缸301的推杆303和顶杆304分别电池403对齐)；
[0092]c.调节气缸301的工作压力为0.3MPa，启动气缸301使推杆303推压电池槽道401内的金属压片402 (对没有放置金属压片402的情况，推杆303直接推压超薄锂离子电池403)，这样在推杆303和顶杆304的作用下，加载到正极膏(面积为20 X 20mm)的压强为
0.5MPa ；
[0093]d.开启充电机2，使用5mA的充电电流，对电池盘4内的超薄锂离子电池403充电36min，相当于0.5C充入30%S0C电量，同时充电时产生的气体被压迫排出；
[0094]e.超薄锂离子电池403完成充电后，将电池盘4从加压机3中取出，然后将超薄锂离子电池403从电池盘4中取出，完成超薄锂离子电池403的首次开口化成充电。
[0095]实施例三:
[0096]本实施是应用实施例一的化成系统所制作的电池，该电池化成后在手套箱内做真空封口，然后从手套箱中取出做续化成、分容和检验，最后得到合格的超薄锂离子电池。
[0097]实施例四:
[0098]本实施是应用实施例二的化成方法所制作的电池，该电池化成后在手套箱内做真空封口，然后从手套箱中取出做续化成、分容和检验，最后得到合格的超薄锂离子电池。
[0099]实施例五:
[0100]参见图7至图9，本实施例与实施例一的区别在于:本实施例的超薄锂离子电池603采用并联充电，因此与实施例一的电池盘4相比，本实施例的电池盘6并列设有2个以上的电池槽道608。具体结构如下:
[0101]本实施例的电池盘6中设置有7个并列的电池槽道608，各电池槽道608中配设有若干间隔设置、大小与电池槽道608相配合的金属压片6021,并且各电池槽道608中相同位置的金属压片6021并联连接成金属压片组602A (602B)，相邻的金属压片组602A和602B分别与充电机2的正极和负极连接，金属压片组602A和602B具有相同的结构，此处仅为方便描述采用不同的标号；各个与正极连接的金属压片组602A (或602B)并联连接，即各金属压片组602A并联连接，各个与负极连接的金属压片组602B (或602A)并联连接，即各金属压片组606B并联连接，并且在每两个金属压片组(图中的602A和602B)之间设有绝缘隔片606,本实施例的金属压片6021与实施例一中的金属压片402结构相同。在电池槽道608的一端设有电池盘压板605，电池盘压板605上设有与各电池槽道608相对应的压头6051，在电池盘6上设有加压通孔604，施压器的推杆能穿入加压通孔604推压电池盘压板605，使电池盘压板605向电池槽道的底部移动,压头6051推压金属压片组602A。
[0102]作为一种细化结构，所述电池盘6设有上侧开口的长槽601，所述长槽601内设有若干并列设置的电池槽道隔板607，各电池槽道隔板607之间为宽度相等的电池槽道608 ；并且各电池槽道隔板607的一端与长槽601的侧壁留有用于放置电池盘压板605的过道，所述长槽601位于电池盘压板605的一侧设有加压通孔604。
[0103]所述金属压片组602A(602B)为一体成形结构，其包括压片连接杆和设在压片连接杆同一侧的若干均等设置的金属压片6021,并且各金属压片6021卡入对应的电池槽道608内。相邻金属压片组602A和602B的压片连接杆分别与充电机2的正极和负极连接；各个与正极连接的金属压片组602A (或602B)的压片连接杆并联连接，各个与负极连接的金属压片组602B (或602A)的压片连接杆并联连接。所述绝缘隔片606包括隔片连接杆和设在隔片连接杆同一侧的若干均等设置的子隔片，并且各子隔片卡入对应的电池槽道608内阻隔相邻两组金属压片组内部相邻的金属压片组。
[0104]由于采用并联的充电方式，因此充电机2采用直流可编程电源，其电压量程为5V，电流量程为1A，可以精确控制充电电流在误差±0.1mA内；所述气缸直径选用100mm。
[0105]以上为本实施例的设计要点，其它技术特征与实施例一相相同，在此不再描述。本实施例采用并联的充电方式，可以采用较低的充电电压实现电池的化成，并且即使个别电池出现异常情况时，也不会影响其它电池的充电。
[0106]以下说明本实施例的工作过程:
[0107](I)将注入电解液后的超薄锂离子电池603同向放置在各电池槽道608内相邻的金属压片6021之间，并使电池未封口的位置向上；
[0108](2)将电池盘6放入加压机的机架内，并使加压通孔604与施压器的推杆对齐；[0109](3)启动施压器，使推杆以设定的推力推压电池盘压板605，这时位于两个相邻金属压片组602A和602B之间各超薄锂离子电池603并联连接；
[0110](4)开启充电机对电池盘内的超薄锂离子电池603进行充电，充电时产生的气体被压迫排出；
[0111](5)超薄锂离子电池603完成充电后，将电池盘6从加压机中取出，然后将超薄锂离子电池603从电池盘6中的取出，完成本发明的化成操作。
[0112]本实施例仅说明了本发明的发明要素，除此之外，手套箱中I还有注液机、真空封口机等设备用于完成化成前与化成后的部分工序。
[0113]实施例六:
[0114]参见图7至图9，本实施例是应用实施例五所述化成系统的化成方法，并以钴酸锂-石墨电池为例进行说明，其设有极耳，设计厚度为0.24mm,宽度30mm，高度30mm，正极膏的面积为20 X 20mm，正极膏的面积为22 X 22mm，设计容量为IOmAh ;同时以具有7条电池槽道608，28个金属压片组的电池盘为例进行说明。
[0115]其包括以下操作步骤:
[0116]a.将注入电解液后未封口的超薄锂离子电池603同向排列装载入各电池槽道608内相邻的金属压片6021之间，并使电池未封口的位置向上，这样28个金属压片组可以装载14排共98个注入电解液后(未完全封口)的超薄锂离子电池603 ；
[0117]b.将装载好超薄锂离子电池603的电池盘6安装到加压机的机架内，并使加压通孔604与气缸的推杆对齐；
[0118]c.调节气缸的工作压力为0.18MPa，启动气缸使推杆推压电池盘压板605，这样在气缸推杆的作用下，加载到正极膏(面积为20X20mm)的压强为0.5MPa，这样各金属压组602A和602B之间的超薄锂离子电池603的正极并联，负极并联，实现了超薄锂离子电池603的并联连接；
[0119]d.开启充电机，使用490mA的充电电流，对电池盘6内的超薄锂离子电池603充电36min，相当于0.5C充入30%S0C电量，同时充电时产生的气体被压迫排出；
[0120]e.超薄锂离子电池603完成充电后，将电池盘6从加压机中取出，然后将超薄锂离子电池603从电池盘6中的取出，完成超薄锂离子电池603的首次开口化成充电。
[0121]作为一种改进方案，本实施例也可以在相邻的金属压片6021之间和电池槽道内放置2个以上的超薄锂离子电池603，实现电池的串联和并联混合充电。
[0122]实施例七:
[0123]本实施是应用实施例五的化成系统所制作的电池，该电池化成后在手套箱内做真空封口，然后从手套箱中取出做续化成、分容和检验，最后得到合格的超薄锂离子电池。
[0124]实施例八:
[0125]本实施是应用实施例六的化成方法所制作的电池，该电池化成后在手套箱内做真空封口，然后从手套箱中取出做续化成、分容和检验，最后得到合格的超薄锂离子电池。
[0126]对比实验
[0127]将与实施三和实施例七相同的钴酸锂-石墨电池，在手套箱内注入电解液后没有做开口加压化成，直接真空封口，然后从手套箱取出，做化成、分容、检验，将得到的对比例超薄锂离子电池与实施例三和实施例七的超薄锂离子电池进行对比，见下表1:[0128]表1实施例三、实施例七与对比例电池的性能对比
[0129]
【权利要求】
1.超薄锂离子电池化成系统，其特征在于:包括充电机、加压机、电池盘和干燥空间，所述加压机和电池盘设于干燥空间内，所述电池盘设有电池槽道；化成时，将注入电解液后未封口的超薄锂离子电池装载到电池盘内，然后将所述电池盘安装在加压机上，超薄锂离子电池的正负极分别与充电机的正负极连接，并且在加压机对超薄锂离子电池加压的情况下进行充电。
2.根据权利要求1所述的超薄锂离子电池化成系统，其特征在于:所述干燥空间为手套箱内腔、干燥室或干燥车间。
3.根据权利要求1所述的超薄锂离子电池化成系统，其特征在于:所述加压机包括机架和施压器，所述施压器安装在机架上，所述电池盘装载超薄锂离子电池后放置在机架内；化成时，所述施压器的推杆推压电池槽道内的超薄锂离子电池，超薄锂离子电池在受压的状态下进行充电。
4.根据权利要求3所述的超薄锂离子电池化成系统，其特征在于:所述机架为长方体形，其设有上侧和一侧壁开口的矩形腔体，机架与施压器相对一侧的腔体侧壁上设有与推杆同轴的顶杆；所述电池盘为长方体形，其设有上侧开口的电池槽道，电池槽道一端或两端设有加压通孔；所述顶杆轴心与矩形腔体后侧壁的距离与加压通孔圆心到电池盘外侧壁的距离相等；所述充电机的两个电极分别与推杆和顶杆电连接。
5.根据权利要求4所述的超薄锂离子电池化成系统，其特征在于:所述电池盘的电池槽道内配设有若干大小与电池槽道相配合的金属压片，各超薄锂离子电池同向排列装载入各金属压片之间。
6.根据权利要求5所述的超薄锂离子电池化成系统，其特征在于:所述金属压片一侧或两侧设有凸台，凸台的位置与超薄锂离子电池电极膏的位置相对应，并且正极膏的面积<凸台的面积< 负极膏的面积。
7.根据权利要求3所述的超薄锂离子电池化成系统，其特征在于:所述电池盘并列设有2个以上的电池槽道；各电池槽道中配设有若干间隔设置且大小与电池槽道相配合的金属压片，并且各电池槽道中相同位置的金属压片并联连接成金属压片组，相邻金属压片组分别与充电机的正极和负极连接；各个与正极连接的金属压片组并联连接，各个与负极连接的金属压片组并联连接，并且在每两组金属压片组之间设有绝缘隔片；在电池槽道的一端设有电池盘压板，电池盘压板上设有与各电池槽道相对应的压头，加压机推压电池盘压板，使电池盘压板向电池槽道的底部推压金属压片组。
8.根据权利要求7所述的超薄锂离子电池化成系统，其特征在于:所述电池盘设有上侧开口的长槽，所述长槽内设有若干并列设置的电池槽道隔板，各电池槽道隔板之间为宽度相等的电池槽道；并且各电池槽道隔板的一端与长槽的侧壁留有用于放置电池盘压板的过道，所述长槽位于电池盘压板的一侧设有加压通孔，所述施压器的推杆穿过加压通孔推压电池盘压板。
9.根据权利要求3所述的超薄锂离子电池化成系统，其特征在于:所述施压器为气缸、气囊、液压缸、千斤顶、气液增压缸、弹簧、弹弓、夹子、夹具、重物、螺杆、伺服电机或丝杆电机。
10.根据权利要求1所述的超薄锂离子电池化成系统，其特征在于:所述充电机为直流可编程电源、程控电源、恒流恒压电源、恒流电源、充电器、充放电柜、化成柜或脉冲充电器。
11.根据权利要求1所述的超薄锂离子电池化成系统，其特征在于:所述加压机并排设置有两个以上，或者所述加压机层叠设置两个以上。
12.—种应用权利要求1所述化成系统的化成方法，其特征在于:包括以下操作步骤: a.将注入电解液后未封口的超薄锂离子电池串联、并联或混联装载入电池盘的电池槽道中； b.将装载好超薄锂离子电池的电池盘安装到加压机内； c.启动加压机，以设定的压力推压电池盘内的超薄锂离子电池或金属压片； d.开启充电机，设定充电参数，对电池盘内的超薄锂离子电池进行充电，同时充电时产生的气体被压迫排出； e.超薄锂离子电池完成充电后，将电池盘从加压机中取出，然后将超薄锂离子电池从电池盘中取出，完成首次开口化成充电。
13.一种超薄锂离子电池，其特征在于:该电池应用权利要求1所述的化成系统进行化成，化成后在干燥空间内做真空封口，然后从干燥空间中取出做续化成、分容和检验。
14.一种超薄锂离子电池，其特征在于:该电池应用权利要求12所述的化成方法进行化成，化成后在干燥空间内`做真空封口，然后从干燥空间中取出做续化成、分容和检验。
【文档编号】H01M10/0525GK103779613SQ201410057195
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2014年2月19日
【发明者】曾石华, 容铭毅, 朱佳宝, 陈江平 申请人:广州丰江电池新技术股份有限公司