电池注液装置及注液方法与流程

1.本发明涉及电池注液技术领域，尤其涉及一种电池注液装置及注液方法。


背景技术：

2.锂离子电池的生产工艺中，需要对电池进行注液，也就是向电池的电芯中注入电解液。为了防止电解液添加剂分解，存储电解液的储液间一般将电解液控制在10℃以下存储。注液时，将储液间的电解液通过管道输送到注液恒温车间进行注液，注液恒温车间的温度一般在25℃
±
3℃。但是，储液间的低温电解液经过管道输送至注液车间经过注液设备缓存罐短暂存储后，低温电解液温度有所回升，但其回升后的最终温度不可控，导致电解液注入电芯时的温度波动变化较大。最低温度为10℃，甚至更低，最高温度可能为28℃，温度变化区间大，造成电解液密度波动较大。而目前注液一般采用体积计量方式，这样会导致在实际注液过程中注液量波动较大，注液一致性较差。
3.另外，由于对电池能量密度的要求越来越高，电池极片尺寸和压实密度也越来越大，导致电解液对极片浸润难度较大，极片未被充分浸润区域容量发挥低，甚至出现析锂，存在安全隐患。为改善浸润效果，可以增加浸润的时间，但浸润时间越长，极片粉料越易脱离基材，这样就又提高了安全隐患。另一种方式是提高电解液温度，以降低电解液粘度，从而使电解液尽快浸润极片。但是，现有的通过提高电解液温度来改善浸润效果的方式中，电解液的加热效果不理想，温度达不到理想的温度，且保温效果及温度一致性较差，温度不均匀。
4.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供一种加热效果理想，保温及温度一致性较好的电池注液装置及注液方法。
6.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
7.一种电池注液装置，包括：
8.加热罐，用于对电解液进行加热，所述加热罐中设置有第一夹层，所述第一夹层连接有热油进口和热油出口，所述热油进口连接热油加热系统，以向所述第一夹层中通入热油，所述热油能加热电解液；
9.恒温缓存罐，与所述加热罐连接，所述恒温缓存罐的外周设置有保温层，所述保温层用于对所述恒温缓存罐中的电解液进行保温；
10.注液系统，与所述恒温缓存罐连接，用于向电芯中注入电解液。
11.作为上述电池注液装置的可选方案，所述第一夹层设于所述加热罐的外周。
12.作为上述电池注液装置的可选方案，所述保温层为第二夹层。
13.作为上述电池注液装置的可选方案，所述第二夹层连接有抽真空口，所述抽真空口连接抽真空系统，以对所述第二夹层抽真空，形成保温层。
14.作为上述电池注液装置的可选方案，所述第二夹层还连接有热气体进口和热气体出口，所述热气体进口连接热气体加热系统，以向所述第二夹层中通入热气体加热电解液。
15.作为上述电池注液装置的可选方案，所述第二夹层连接有进气管道，所述抽真空口与所述热气体进口均设于所述进气管道上。
16.作为上述电池注液装置的可选方案，所述加热罐及所述恒温缓存罐中均设置有搅拌桨。
17.作为上述电池注液装置的可选方案，所述加热罐及所述恒温缓存罐中均设置有液位检测单元和温度检测单元。
18.作为上述电池注液装置的可选方案，所述加热罐连接至用于储存电解液的储液间。
19.一种基于上述电池注液装置的注液方法，包括如下步骤：
20.打开加热罐的进液阀门，将低温的电解液输送到加热罐；
21.控制热油加热系统中的热油进入加热罐的第一夹层中加速第一夹层内热油流动，以加热电解液；
22.打开恒温缓存罐的进液阀门，将加热罐内的高温电解液输送到恒温缓存罐内保温；
23.当注液系统感应到未注液电芯就位后，注液系统与电芯的注液孔连接，抽出电芯内空气，并将恒温缓存罐内的电解液注入到电芯内。
24.一种基于上述电池注液装置的注液方法，包括如下步骤：
25.打开加热罐的进液阀门，将低温的电解液输送到加热罐；
26.控制热油加热系统中的热油进入加热罐的第一夹层中加速第一夹层内热油流动，以加热电解液；
27.打开抽真空系统，对恒温缓存罐的第二夹层抽真空；
28.打开恒温缓存罐的进液阀门，将加热罐内的高温电解液输送到恒温缓存罐内；
29.若恒温缓存罐内的电解液温度在设定的范围内，则维持恒温缓存罐的第二夹层内的真空度，对电解液进行保温；
30.若恒温缓存罐内的电解液温度低于设定的范围，则打开热气体加热系统，向恒温缓存罐的第二夹层内通入热气体以加热电解液；
31.当注液系统感应到未注液电芯就位后，注液系统与电芯的注液孔连接，抽出电芯内空气，并将恒温缓存罐内的电解液注入到电芯内。
32.本发明的有益之处在于：本发明设计了包括加热罐、恒温缓存罐及注液系统的电池注液装置，通过加热罐对电解液进行加热，加热后的电解液在恒温缓存罐中保温，然后从恒温缓存罐中注入电池的电芯中，整个过程电解液经过加热及保温，使得电解液的恒温效果较好，保证电解液的高温和温度一致性。同时，加热罐通过热油对电解液进行加热，能避免加热过程中的冲温问题，保证温度的均匀性。
附图说明
33.图1是本发明实施例中电池注液装置的结构示意图；
34.图2是本发明实施例中注液方法的流程图；
35.图3是本发明另一实施例中注液方法的流程图。
36.图中：
37.101、电芯；102、注液孔；100、加热罐；110、第一夹层；111、热油进口；112、热油出口；113、加热罐进液阀门；114、搅拌桨；200、恒温缓存罐；210、保温层；211、抽真空口；212、热气体进口；213、热气体出口；214、进气管道；215、进气阀门；216、出气阀门；217、恒温缓存罐进液阀门；300、注液系统；301、注液阀门。
具体实施方式
38.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
39.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。
40.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
41.此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
42.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
43.本发明提供了一种电池注液装置。如图1所示，电池注液装置包括加热罐100、恒温缓存罐200以及注液系统300。于一实施例中，加热罐100连接至储液间。如背景技术介绍，储液间用于储存电解液。为了防止电解液添加剂分解，储液间一般将电解液控制在10℃以下存储。本发明中，储液间将低温电解液输送至加热罐100加热，然后输送至恒温缓存罐200缓存，从恒温缓存罐200中通过注液系统300注入电池中。整个注液过程温度的加热及保温效果较好，能保证电解液温度的高温和一致性。
44.参考图1，加热罐100中设置有第一夹层110，第一夹层110连接有热油进口111和热油出口112，热油进口111连接热油加热系统，热油加热系统可以向第一夹层110中通入热油，通过热油来加热电解液。可以理解的是，热油也就是温度比电解液温度高的油。通过热油来加热电解液，相对于通过热空气加热等其它的加热方式，可避免加热过程中的冲温问题。若是通过热空气加热的方式，电热丝在加热空气时温度的均匀性得不到保证，电热丝所在部位的空气温度较高，没有电热丝的部位空气温度较低，存在冲温问题。而油的比热容较大，通过热油来加热使得温度均匀性较好，能避免冲温问题。
45.另外，第一夹层110的结构和成型方式不作具体限定，只要能使热油与加热罐100中的电解液完成热交换对电解液进行加热即可。例如第一夹层110可以是设置在加热罐100
外周的一个夹层套，或者直接将加热罐100的侧壁加工成具有夹层的结构来形成第一夹层110，夹层也可以设置在加热罐100内部而不是侧壁。另外，第一夹层110也可以是设置在加热罐100中的盘管。本发明中，在加热罐100的外周套设夹层套来作为第一夹层110，将第一夹层110设置在加热罐100的外周可以增大第一夹层110的表面积，也就增大了第一夹层110的换热面积，提升加热电解液的加热效率。另外，在加热罐100的外周套设夹层套来作为第一夹层110的方式使得第一夹层110的成型方式更简单，只需将夹层套安装在加热罐100外周即可。
46.本发明中，加热罐100可将电解液加热至40-60℃，保证了电解液的高温，以提升电解液浸润电极的浸润速度。加热罐100和恒温缓存罐200体积均较大，一次性可以储存较多量的电解液，加热罐100将电解液加热完成后输送到恒温缓存罐200中恒温缓存，恒温缓存罐200中的液体可供较多电池的注液，而此注液过程中，也为加热罐100提供了充足的时间来加热下一批次的电解液。因此，使得电解液有充足的时间加热，温度一致性的到了保证。也就是说，本发明的电池注液装置可以保证电解液的高温和温度一致性。
47.请继续参考图1，恒温缓存罐200与加热罐100连接，恒温缓存罐200的外周设置有保温层210，保温层210用于对恒温缓存罐200中的电解液进行保温，以保证加热罐100中输送过来的电解液的温度保持在一个较高的温度，然后注入电池中，从而避免电解液注液前温度下降，影响浸润电极的浸润效率。
48.保温层210的结构在此不作限制，例如可以是保温棉或其它保温层210。本发明中，采用真空层作为保温层210。如图1所示，保温层210为第二夹层，第二夹层可以是恒温缓存罐200侧壁中一体成型形成的夹层，也可以是单独套设在恒温缓存罐200外周的夹层套，在此不作限制。对第二夹层抽真空，使恒温缓存罐200外周形成一层真空保温层，将电解液与外界隔绝，实现保温。采用真空保温的保温效果较好，且成本也较低。
49.如图1所示，第二夹层连接有抽真空口211，抽真空口211连接抽真空系统，以使抽真空系统对第二夹层抽真空，形成真空保温层。
50.进一步的，本发明中，第二夹层还连接有热气体进口212和热气体出口213，热气体进口212连接热气体加热系统，热气体加热系统能向第二夹层中通入热气体加热电解液。设置热气体进口212向第二夹层中通热气体主要是为了在恒温缓存罐200中电解液出现温度偏低的情况时，作为辅助加热再对电解液进行加热。恒温缓存罐200的主要作用是保温。本发明中将保温层210设置为夹层结构使得使用时不仅可以通过对保温层210抽真空实现保温功能，而且可以通过向保温层210中通入热气体对电解液进行加热。一种结构，两种功能。热气体可以采用空气，或者氮气等，在此不作限制。
51.可以理解的是，抽真空口211和热气体进口212同一时间只有一个打开，例如抽真空时，抽真空口211打开，热气体进口212和热气体出口213关闭；而通热气体时，抽真空口211关闭，热气体进口212和热气体出口213打开。热气体进口212和热气体出口213同时打开，以使第二夹层中具有流动的热气体，不断的对电解液加热。
52.更进一步的，抽真空口211和热气体进口212可以设置在同一条管道上。如图1所示，第二夹层连接有进气管道214，抽真空口211和热气体进口212均设置在进气管道214上。这样可以只在第二夹层上安装一条管道就完成抽真空口211和热气体进口212的设置，使结构更简单，安装更方便。如图1所示，在进气管道214上设置进气阀门215完成抽真空口211和
热气体进口212的打开和关闭即可。热气体出口213处设置出气阀门216。
53.参考图1，加热罐100与储液间之间通过管道连接，管道上设置加热罐进液阀门113，以控制储液间向加热罐100输送电解液。恒温缓存罐200与加热罐100之间通过管道连接，管道上设置恒温缓存罐进液阀门217，以控制加热罐100向恒温缓存罐200输送电解液。
54.注液系统300与恒温缓存罐200连接，注液系统300用于向电芯101中注入电解液。注液系统300与恒温缓存罐200之间的连接管路上设置注液阀门301，以控制恒温缓存罐200向注液系统300输送电解液。如图1所示，电芯101上设置有注液孔102，当注液系统300检测到电芯101就位后，注液系统300与注液孔102连接，先将电芯101抽真空，然后再向电芯101中注入电解液。
55.本发明中，阀门均可以采用电磁阀，以实现自动、实时、精确的流量控制，当然也可以采用其它类型的阀门，在此不作限制。
56.可以理解的是，电池注液装置还可以包括循环泵，加热罐100、恒温缓存罐200及注液系统300之间的电解液输送可以借助循环泵来实现，也可以仅将三者由上至下依次设置，利用高度差形成压差来完成电解液的输送。同时还可以利用压差和循环泵结合的方式。
57.于一实施例中，如图1所示，加热罐100及恒温缓存罐200中均设置有搅拌桨114。搅拌桨114可起到消泡作用，同时可以使电解液温度更均匀。搅拌桨114可设置在加热罐100及恒温缓存罐200顶部的中间位置，消泡和匀温效果更好。搅拌桨114的顶端固定在相应的罐体顶部，末端大致伸入靠近到罐体的底部的位置，以尽可能的搅动到罐体内的全部电解液。
58.于一实施例中，加热罐100及恒温缓存罐200中均设置有液位检测单元和温度检测单元，以对罐体内的液位和温度进行实时精确的检测。液位检测单元和温度检测单元可采用液位传感器和温度传感器，也可以采用其它等效的检测设备，在此不作限制。
59.基于上述电池注液装置，本发明还提供一种注液方法。注液方法包括如下步骤：
60.打开加热罐100的进液阀门，将低温的电解液输送到加热罐100；
61.控制热油加热系统中的热油进入加热罐100的第一夹层110中加速第一夹层110内热油流动，以加热电解液；
62.打开恒温缓存罐200的进液阀门，将加热罐100内的高温电解液输送到恒温缓存罐200内保温；
63.当注液系统300感应到未注液电芯101就位后，注液系统300与电芯101的注液孔102连接，抽出电芯101内空气，并将恒温缓存罐200内的电解液注入到电芯101内。
64.上述注液方法通过加热罐100对电解液进行加热，加热后的电解液在恒温缓存罐200中保温，然后从恒温缓存罐200中注入电池，整个过程电解液经过加热及保温，使得电解液的恒温效果较好，保证电解液的高温和温度一致性。同时，加热罐100通过热油对电解液进行加热，能避免加热过程中的冲温问题，保证温度的均匀性。更详细的效果与电池注液装置对应，在此不再重复赘述。
65.本发明还提供另一中注液方法。注液方法包括如下步骤：
66.打开加热罐100的进液阀门，将低温的电解液输送到加热罐100；
67.控制热油加热系统中的热油进入加热罐100的第一夹层110中加速第一夹层110内热油流动，以加热电解液；
68.打开抽真空系统，对恒温缓存罐200的第二夹层抽真空；
69.打开恒温缓存罐200的进液阀门，将加热罐100内的高温电解液输送到恒温缓存罐200内；
70.若恒温缓存罐200内的电解液温度在设定的范围内，则维持恒温缓存罐200的第二夹层内的真空度，对电解液进行保温；
71.若恒温缓存罐200内的电解液温度低于设定的范围，则打开热气体加热系统，向恒温缓存罐200的第二夹层内通入热气体以加热电解液；
72.当注液系统300感应到未注液电芯101就位后，注液系统300与电芯101的注液孔102连接，抽出电芯101内空气，并将恒温缓存罐200内的电解液注入到电芯101内。
73.上述注液方法通过加热罐100对电解液进行加热，加热后的电解液在恒温缓存罐200中保温，然后从恒温缓存罐200中注入电池，整个过程电解液经过加热及保温，使得电解液的恒温效果较好，保证电解液的高温和温度一致性。同时，加热罐100通过热油对电解液进行加热，能避免加热过程中的冲温问题，保证温度的均匀性。恒温缓存罐200的保温层210为第二夹层，通过对第二夹层中抽真空来实现保温，保温效果好，且结构简单，成本较低。同时，第二夹层中还可以通入热气体来对电解液进行辅助加热，也就是说，保温层210设置为第二夹层不仅可以实现保温，还可以实现加热，一种结构两种功能，同时能更好的保证电解液的温度。更详细的效果与电池注液装置对应，在此不再重复赘述。
74.实施例一
75.为防止电解液中添加剂失效，将储液间温度控制在5-10℃；
76.生产时，当加热罐100内的液位检测单元检测到电解液不足时，发出信号使加热罐进液阀门113打开，将储液间的低温电解液输送到加热罐100，直至加热罐100内液位检测单元检测到电解液达到预定液位，发出信号使加热罐进液阀门113关闭，终止输液；
77.此时加热罐100底部的温度检测单元检测到电解液温度不足，热油加热系统向第一夹层110输送热油，通过第一夹层110内热油的流动，迅速提升电解液温度，当温度达到设定温度50℃时，热油加热系统关闭，维持温度平衡；同时加热罐100内搅拌桨114慢速搅拌，维持罐内温度一致性并消除罐内电解液气泡；
78.若恒温缓存罐200内的液位检测单元检测到电解液不足时，发出信号使恒温缓存罐进液阀门217打开，通过热电解液输送管道将加热罐100内的高温电解液输送到恒温缓存罐200内，恒温缓存罐200内液位检测单元检测到电解液达到预定液位时，发出信号使恒温缓存罐进液阀门217关闭，终止输液；
79.若恒温缓存罐200内底部的温度检测单元检测到电解液温度不足时，开启热空气加热系统使得第二夹层内充满热空气，加热电解液；当温度达到设定温度50℃时，关闭热空气加热系统，开启真空系统，将第二夹层内的热空气抽出并维持第二夹层内真空，避免恒温缓存罐200内的热量散失，维持电解液温度平衡；同时恒温缓存罐200内搅拌桨114慢速搅拌，维持恒温缓存罐200内温度一致性并消除恒温缓存罐200内电解液气泡；
80.当注液系统300感应到未注液电芯101就位后，注液系统300与电芯101通过注液孔102连接，首先抽出电芯101内空气，然后开启注液阀门301，将恒温缓存罐200内高温恒温电解液注入到电芯101内，注液系统300通过正负压循环系统将电解液注入到电芯101内部，利用恒温电解液的温度高，粘度低，能充分保障电解液的浸润性能。
81.实施例二
82.为防止电解液中添加剂失效，将储液间温度控制在5-10℃；
83.生产时，当加热罐100内的液位检测单元检测到电解液不足时，发出信号使加热罐进液阀门113打开，将储液间的低温电解液输送到加热罐100，直至加热罐100内液位检测单元检测到电解液达到预定液位，发出信号使加热罐进液阀门113关闭，终止输液；
84.此时电解液加热罐100底部的温度检测单元检测到电解液温度不足，热油加热系统向第一夹层110输送热油，通过第一夹层110内热油的流动，迅速提升电解液温度，当温度达到设定温度50℃时，热油加热系统关闭，维持温度平衡；同时加热罐100内搅拌桨114慢速搅拌，维持罐内温度一致性并消除罐内电解液气泡；
85.若恒温缓存罐200内的液位检测单元检测到电解液不足时，发出信号使恒温缓存罐进液阀门217打开，通过热电解液输送管道将加热罐100内的高温电解液输送到恒温缓存罐200内，恒温缓存罐200内液位检测单元检测到电解液达到预定液位时，发出信号使恒温缓存罐进液阀门217关闭，终止输液；
86.若恒温缓存罐200内底部的温度检测单元检测到电解液温度不足时，开启热氮气加热系统使得第二夹层内充满热氮气(实施例二与实施例一的区别在于恒温缓存罐200加热电解液时使用氮气加热，实施例一采用空气加热)，加热电解液；当温度达到设定温度50℃时，关闭热氮气加热系统，开启真空系统，将第二夹层内的热氮气抽出并维持第二夹层内真空，避免恒温缓存罐200内的热量散失，维持电解液温度平衡；同时恒温缓存罐200内搅拌桨114慢速搅拌，维持恒温缓存罐200内温度一致性并消除恒温缓存罐200内电解液气泡；
87.当注液系统300感应到未注液电芯101就位后，注液系统300与电芯101通过注液孔102连接，首先抽出电芯101内空气，然后开启注液阀门301，将恒温缓存罐200内高温恒温电解液注入到电芯101内，注液系统300通过正负压循环系统将电解液注入到电芯101内部，利用恒温电解液的温度高，粘度低，能充分保障电解液的浸润性能。
88.实施例三
89.为防止电解液中添加剂失效，将储液间温度控制在5-10℃；
90.生产时，当加热罐100内的液位检测单元检测到电解液不足时，发出信号使加热罐进液阀门113打开，将储液间的低温电解液输送到加热罐100，直至加热罐100内液位检测单元检测到电解液达到预定液位，发出信号使加热罐进液阀门113关闭，终止输液；
91.此时电解液加热罐100底部的温度检测单元检测到电解液温度不足，热油加热系统向第一夹层110输送热油，通过第一夹层110内热油的流动，迅速提升电解液温度，当温度达到设定温度50℃时，热油加热系统关闭，维持温度平衡；同时加热罐100内搅拌桨114慢速搅拌，维持罐内温度一致性并消除罐内电解液气泡；
92.若恒温缓存罐200内的液位检测单元未检测到电解液不足时，则维持恒温缓存罐进液阀门217关闭；若恒温缓存罐200内底部的温度检测单元检测到电解液温度在设定的范围内，则维持第二夹层内真空，避免恒温缓存罐200内的热量散失，维持电解液温度平衡；同时恒温缓存罐200内搅拌桨114慢速搅拌，维持恒温缓存罐200内温度一致性并消除恒温缓存罐200内电解液气泡；
93.当注液系统300感应到未注液电芯101就位后，注液系统300与电芯101通过注液孔102连接，首先抽出电芯101内空气，然后开启注液阀门301，将恒温缓存罐200内高温恒温电解液注入到电芯101内，注液系统300通过正负压循环系统将电解液注入到电芯101内部，利
用恒温电解液的温度高，粘度低，能充分保障电解液的浸润性能。
94.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。