超薄鋰離子電池化成系統、化成方法及製作的電池的製作方法
2023-11-06 15:33:12 1
超薄鋰離子電池化成系統、化成方法及製作的電池的製作方法
【專利摘要】本發明的超薄鋰離子電池化成系統，包括充電機、加壓機、電池盤和乾燥空間，所述加壓機和電池盤設於乾燥空間內，電池盤設有電池槽道；化成時，將注入電解液後未封口的超薄鋰離子電池裝載到電池盤內，再將電池盤安裝在加壓機上，超薄鋰離子電池的正負極分別與充電機的正負極連接，在加壓機對超薄鋰離子電池加壓的情況下進行充電；本發明還提供了應用上述化成系統的化成方法和應用上述系統和方法製作的電池；本發明解決了超薄鋰離子電池化成時排氣的技術問題，保持鋰離子通路暢通；化成時可採用串聯充電、並聯充電或混聯充電三種方式充電，能批量化生產，應用本發明生產的電池，製成後保持負壓狀態，正負極與隔膜緊密貼合，電性能穩定，循環壽命長。
【專利說明】超薄鋰離子電池化成系統、化成方法及製作的電池
【技術領域】
[0001]本發明屬於超薄鋰離子電池【技術領域】，具體涉及超薄鋰離子電池化成系統、化成方法及製作的電池。
【背景技術】
[0002]剛製造出來的鋰離子電池需要進行第一次小電流充電，以使電極表面形成一層固體電解質界面膜一SEI (solid electrolyte interface)膜,稱作化成,在化成過程中電池內會產生一定的氣體。
[0003]現在的聚合物鋰離子電池和軟包裝鋰離子電池在生產過程中，電池注入電解液時留有氣袋以容納化成產生的氣體，在化成後再刺穿氣袋,抽真空,抽除化成時產生的氣體，在真空狀態下將氣袋一側封上，製作出負壓的、硬挺的、循環壽命良好的電池。
[0004]現在的鋼殼和鋁殼鋰離子電池生產過程中，電池注入電解液後有兩種做法，一是閉口化成，注入電解液後直接封口，在化成時產生的氣體，一直留存在堅硬的外殼中，生產流程簡捷，缺點是電池要有預留儲氣空間，影響電池的體積比能量；二是開口化成，注入電解液後暫不完全封口，只在注入電解液口貼膠紙暫時封閉，在化成時產生的氣體，能夠從注入電解液口排出，化成後才完全封閉注入電解液口，雖然電池不用預留儲氣空間，提高了電池的體積比能量，但是生產流程長。
[0005]現在的鋼殼、鋁殼、聚合物和軟包裝鋰離子電池的化成時，都是每隻電池使用一個充放電通道對電池進行充放電，需要很大的空間和化成櫃資源。
[0006]對於超薄鋰離子電池，如中國專利CN202503073U公開的「一種超薄鋰離子電池」包括正極片，負極片，電解質、隔膜和熱熔膠圈組成，隔膜將正極片和負極片隔開，隔膜與正極片和負極片之間填充電解質，正極片包括正極集流體、正極膏、正極極耳組成，正極集流體採用鈦箔或鈦合金箔或鉻箔，正極膏黏結在正極集流體上，正極集流體直接引伸出正極極耳，負極片包括負極集流體、負極膏、負極極耳組成，負極集流體採用不鏽鋼箔或銅箔或鎳箔或鈦箔或鈦合金箔或鉻箔，負極膏黏結在負極集流體上，負極集流體直接引出負極極耳，集流體兼做包裝膜，熱熔膠圈將正極集流體邊緣和負極集流體邊緣熔合封裝。現在的鋼殼、鋁殼、聚合物和軟包裝鋰離子電池的化成方法都不適用，即使不怕麻煩給超薄鋰離子池設計氣袋，超薄鋰離子電池由於沒有堅硬的外殼，不能壓迫正負極片與隔膜緊密接觸，化成時充電產生的氣體會隔斷鋰離子的通路，特別是對於電池體系和容量較大(IOmAh以上)的電池，在後續的化成中會產生較多氣體，無法完成充電操作；另外，設計氣袋的超薄電池，在切除氣袋時易造成電池短路，影響電池質量與成品率。
[0007]由於現有技術的不足，限制了超薄鋰離子電池的發展和品種的擴展，所以必須尋找高效可靠的設備與方法，才能大批量生產超薄鋰離子電池。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種超薄鋰離子電池化成系統，該系統在乾燥的環境中對注入電解液後未封口的超薄鋰離子電池加壓化成，使產生的氣體可以順利排出。本發明還提供了應用上述化成系統的化成方法和應用該系統與方法製作的電池。
[0009]為了達到上述目的，本發明在乾燥環境中對注入電解液後未完全封口的超薄鋰離子電池進行加壓開口化成，迫使充電時產生的氣體排出，保持了鋰離子通路暢通；利用超薄鋰離子電池體積小、容量小的特點，對超薄鋰離子電池進行串聯或(和)並聯充電，這樣一個電池槽道就可以對多個電池進行充電，節省空間與資源，實現超薄鋰離子電池批量化生產。
[0010]不同結構的鋰離子電池對「超薄」有不同定義，如鋁殼鋰離子電池厚度薄於4_就可以稱為超薄鋰離子電池。
[0011]本發明所指超薄鋰離子電池是直接使用正極集流體與負極集流體兼做包裝膜所做的厚度小於1_的鋰離子電池；沒有額外的硬包裝殼和軟包裝膜，可以有防護需要或美觀需要的外塗層或外貼膜。
[0012]本發明化成系統的技術方案如下:
[0013]第一種方案:超薄鋰離子電池化成系統，包括充電機、加壓機、電池盤和乾燥空間，所述加壓機和電池盤設於乾燥空間內，所述電池盤設有電池槽道；化成時，將注入電解液後未封口的超薄鋰離子電池裝載到電池盤上，然後將所述電池盤安裝在加壓機上，超薄鋰離子電池的正負極分別與充電機的正負極連接，並且在加壓機對超薄鋰離子電池加壓的情況下進行充電。
[0014]所述乾燥空間為手套箱內腔、乾燥室或乾燥車間，優選手套箱內腔，所述加壓機和電池盤設在手套箱內腔內，所述乾燥空間控制溼度< 5%RH，優選地溼度< 1%RH，以滿足開口化成環境的要求。
[0015]所述加壓機包括機架和施壓器，所述施壓器安裝在機架上，所述電池盤裝載超薄鋰離子電池後放置在機架內；化成時，所述施壓器的推桿推壓電池槽道內的超薄鋰離子電池，超薄鋰離子電池在受壓的狀態下進行充電。
[0016]優選的，所述機架為長方體形，其內部設有上側和一側壁開口的矩形腔體，機架與施壓器相對一側的腔體側壁上設有與推桿同軸的頂杆；所述電池盤為長方體形，其設有上側開口的電池槽道，電池槽道一端或兩端設有加壓通孔；所述充電機的兩個電極分別與推桿和頂杆電連接，推桿和頂杆分別跟施壓器和機架絕緣連接。這樣，在安裝電池盤時，便於電池盤的定位，對於設有兩個加壓通孔的電池盤，將其抵靠在矩形腔體側壁上，並使頂杆穿過一個加壓通孔伸入矩形腔體內，這時另一端的加壓通孔也與施壓器的推桿對齊；施壓器施壓將電池槽道內的超薄鋰離子電池壓緊後，開啟充電機對電池槽道內的超薄鋰離子電池進行首次開口化成充電。
[0017]作為一種改進方案，所述電池盤的電池槽道內配設有若干大小與電池槽道相配合的金屬壓片，各超薄鋰離子電池同向排列裝載入各金屬壓片之間，這樣各超薄鋰離子電池能夠被推壓到位，以保證充電時產生的氣體可以被排出。金屬壓片可以設置局部絕緣區以防止金屬壓片跟帶極耳的超薄鋰離子電池的極耳接觸造成短路。
[0018]作為進一步的改進方案，所述金屬壓片一側或兩側設有凸臺，凸臺的位置與超薄鋰離子電池電極膏的位置相對應，並且並且正極膏的面積 < 凸臺的面積 < 負極膏的面積。這樣，對於封邊厚度大於電極膏部位的超薄鋰離子電池，施壓器推壓時可以保證壓力能傳遞到電極膏的部位，以在化成充電過程中保持正極膏、負極膏、隔膜與電解質緊密地接觸，壓迫化成時產生的氣體排出。
[0019]所述施壓器為氣缸、氣囊、液壓缸、千斤頂、氣液增壓缸、彈簧、彈弓、夾子、夾具、重物、螺杆、伺服電機或絲杆電機，優選為氣缸。
[0020]所述充電機為直流可編程電源、程控電源、恆流恆壓電源、恆流電源、充電器、充放電櫃、化成櫃或脈衝充電器。
[0021]作為一種提高生產效率的改進方案，加壓機並排設置有兩個以上，或者加壓機層疊設置兩個以上。這樣可以同時容納更多的電池盤，更好地利用乾燥空間，提高生產效率。
[0022]一種應用上述化成系統的化成方法，其包括以下操作步驟:
[0023]a.將注入電解液後未封口的超薄鋰離子電池同向排列裝載入電池盤的電池槽道中；或者，將注入電解液後未封口的超薄鋰離子電池同向排列裝載入電池盤的電池槽道中，並且在電池的兩面放置金屬壓片；
[0024]b.將裝載好超薄鋰離子電池的電池盤安裝到加壓機內；
[0025]c.啟動加壓機，以設定的壓力推壓電池盤內的超薄鋰離子電池或金屬壓片，實現各超薄鋰離子電池的串聯連接；
[0026]d.開啟充電機，設定充電參數，對電池盤內的超薄鋰離子電池進行充電，同時充電時產生的氣體被壓迫排出；
[0027]e.超薄鋰離子電池完成充電後，將電池盤從加壓機中取出，然後將超薄鋰離子電池從電池盤中取出，完成首次開口化成充電。
[0028]本發明的第二種方案:
[0029]本方案第一種方案相比，本方案的電池盤並列設有2個以上的電池槽道。各電池槽道中配設有若干間隔設置、大小與電池槽道相配合的金屬壓片，並且各電池槽道中相同位置的金屬壓片並聯連接成金屬壓片組，相鄰金屬壓片組分別與充電機的正極和負極連接；各個與正極連接的金屬壓片組並聯連接，各個與負極連接的金屬壓片組並聯連接，並且在每兩組金屬壓片組之間設有絕緣隔片；在電池槽道的一端設有電池盤壓板，電池盤壓板上設有與各電池槽道相對應的壓頭，加壓機推壓電池盤壓板，使電池盤壓板向電池槽道的底部推壓金屬壓片組。
[0030]本方案採用並聯的充電方式，可以採用較低的充電電壓實現電池的首次開口化成。
[0031]優選的，所述電池盤設有上側開口的長槽，所述長槽內設有若干並列設置的電池槽道隔板，各電池槽道隔板之間為寬度相等的電池槽道；並且各電池槽道隔板的一端與長槽的側壁留有用於放置電池盤壓板的過道，所述長槽位於電池盤壓板的一側設有加壓通孔，所述施壓器的推桿通過加壓通孔推壓電池盤壓板。
[0032]優選的，所述金屬壓片組包括壓片連接杆和2塊以上設在壓片連接杆上的金屬壓片，所述金屬壓片均等設置在壓片連接杆的同一側，並且各金屬壓片卡入對應的電池槽道內。
[0033]一種應用本發明第二種方案化成系統的化成方法，其包括以下操作步驟:
[0034]a.將注入電解液後未封口的超薄鋰離子電池同向排列裝載入各電池槽道內相鄰的金屬壓片之間，並使電池未封口的位置向上；[0035]b.將裝載好超薄鋰離子電池的電池盤安裝到加壓機的機架內；
[0036]c.啟動加壓機，以設定的壓力推壓電池盤壓板，實現超薄鋰離子電池的並聯連接；
[0037]d.開啟充電機，設定充電參數，對電池盤內的超薄鋰離子電池進行充電，同時充電時產生的氣體被壓迫排出；
[0038]e.超薄鋰離子電池完成充電後，將電池盤從加壓機中取出，然後將超薄鋰離子電池從電池盤中的取出，完成首次開口化成充電。
[0039]另外還可以採用第一方案與第二方案的組合來實現，就是採用混聯的方法，通過改變電路的接線方法，實現待化成的超薄鋰離子電池先串聯後並聯，或先並聯後串聯，在加壓的情況對超薄鋰離子電池進行化成充電。
[0040]本發明還提供了一種應用上述化成系統製作的電池，該電池化成後在乾燥空間內做真空封口，然後從乾燥空間中取出做續化成、分容和檢驗。
[0041]本發明還提供了一種應用上述化成方法製作的電池，該電池化成後在乾燥空間內做真空封口，然後從乾燥空間中取出做續化成、分容和檢驗。
[0042]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
[0043]1.在乾燥空間內開口化成，防止電池吸水損壞；
[0044]2.開口加壓化成，化成時產生的氣體被壓迫排出，保持了鋰離子通路暢通；
[0045]3.採用串聯充電或並聯充電，一個充電通道可以同時對多個電池充電，提高了生產效率，節省了生產成本與設備佔用的空間；
[0046]4.應用本發明化成系統或化成方法生產的電池，在後續的加工和使用過程中能使電池保持負壓狀態，正負極與隔膜緊密貼合，電性能穩定，循環壽命長；
[0047]5.能夠批量化生產超薄鋰離子電池。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0048]圖1為實施例一中的超薄鋰離子電池化成系統的結構圖；
[0049]圖2為實施例一中的安裝有電池盤的加壓機的結構圖；
[0050]圖3為實施例一中的安裝有電池盤的加壓機的俯視圖；
[0051]圖4為實施例一中的電池盤的一個角度的結構圖；
[0052]圖5為實施例一中的電池盤的另一個角度的結構圖；
[0053]圖6為實施例一中的電池盤的正視圖；
[0054]圖7為實施例五中的電池盤的一個角度的結構圖；
[0055]圖8為實施例五中的電池盤另一個角度的結構圖；
[0056]圖9為實施例五中的電池盤的俯視圖。
【具體實施方式】
[0057]本發明所述的電池均指超薄鋰子電池，本發明所述的化成是指在超薄鋰子電池生產過程中，電池注入電解液後的首次充電操作，充電的目的是為了使電極表面形成一層固體電解質界面膜-SEI (solid electrolyte interface)膜,並在電池未完全封口的情況下將首次充電產生的氣體排出。[0058]本發明在乾燥環境中開口加壓對串聯、並聯或混聯電池充電，以充電狀態SOC(station of charge)計算,可以充入20_100%S0C，若太低,化成產氣未完成,若太高會過充。優選地，以充入30-60%S0C為佳，保證化成產氣完成並少佔用電池在乾燥空間內的充電時間。一般地，根據超薄鋰子電池種類、串聯數量、並聯數量或混聯數量來選擇合適電壓量程和電流量程的充電機；對於並聯電池的充電，設其總容量為C，可以按0.1C-1C充電，一般按0.2C-0.5C充電為佳，可以一步充電，如0.5C恆流充電至30%S0C ;也可以多步充電，如0.2C恆流充電至10%S0C，轉0.5C恆流充電至30%S0C。一般地，當充電量小於100%S0C時，可以理解為預化成。
[0059]在化成之前，需要按照公知的方法製作正負極片、貼膠、組裝、非閉合式封口、烘乾、在乾燥空間內注液；在化成之後，需要按照公知的方法，在乾燥空間內對電池進行真空封口，然後轉出乾燥空間在續化成車間續化成、分容、檢驗，得到合格的超薄鋰離子電池。
[0060]以下結合【專利附圖】
【附圖說明】本發明的技術方案。
[0061]實施例一:
[0062]參見圖1至圖6，本實施例的超薄鋰離子電池化成系統，包括手套箱I和充電機2，所述手套箱I內設有加壓機3和電池盤4，所述電池盤4上設有上側開口的長槽形的電池槽道401，電池槽道401用於放置超薄鋰離子電池403，並且超薄鋰離子電池403串聯放置，所述加壓機3包括機架302和施壓器301，所述施壓器301安裝在機架302上，所述電池盤4放置在機架302內，所述電池槽道401的一端設有貫通電池盤4的加壓通孔404，所述電池槽道401的另一端設有加壓通孔405，所述施壓器301的推桿303穿過加壓通孔404在電池槽道401內往復移動，所述機架302 —端設有頂杆304，所述頂杆304可穿過加壓通孔405伸入電池槽道401內，所述充電機2的兩個電極分別通過導線5與推桿303和頂杆304連接。
[0063]參見圖3和圖4，所述機架302為長方體形，其內部設有矩形腔體，並且矩形腔體的上側和前側設有開口 3022和3021，這樣不僅便於操作者放置電池盤4，同時也方便操作者觀察電池的化成情況。所述機架302的左側/右側設有施壓器301，施壓器301的推桿303可伸入矩形腔體內做往復移動，機架302與施壓器301相對一側的腔體側壁上設有頂杆304。
[0064]所述頂杆304與推桿303同軸相對設置；並且頂杆304軸心與矩形腔體後側壁的距離與電池盤4的加壓通孔405圓心到外側壁的距離相等，作為更細化的方案，所述電池盤4為長方體形，其內部設有上側開口的電池槽道401，其兩端對稱設有加壓通孔(B卩加壓通孔404和加壓通孔405)。這樣，在安裝電池盤4時，將其抵靠在機架302矩形腔體後側壁上，並使頂杆304穿過一個加壓通孔伸入矩形腔體，這時另一側的加壓通孔也與施壓器301的推桿303對齊，實現了定位。
[0065]施壓器301可採用氣缸、氣囊、液壓缸、千斤頂、氣液增壓缸、彈簧、彈弓、夾子、夾具、重物、螺杆、伺服電機、絲杆電機等，只要能施力帶動推桿303以合適的力推壓電池槽道內的超薄鋰離子電池就可達到發明要求。
[0066]本實施例優選氣缸301，氣缸301的直徑選用30mm，並且推桿(氣缸推桿)303的頭部與充電機2的正極(或負極)連接，推桿303的頭部與推桿主體絕緣連接；同樣，頂杆304的頭部與充電機2的負極(或正極)，頂杆2的頭部與頂杆主體絕緣連接。[0067]氣缸301對超薄鋰離子電池受壓面的施加的壓強為0.1-1.0MPa，優選壓強範圍為0.2-0.5MPa，在該壓強範圍內，更利用氣體的排出。
[0068]手套箱I能控制箱內溼度≤1%RH,以滿足開口化成環境的要求。
[0069]充電機2採用直流可編程電源，電壓量程500V，電流量程為1A，並且可以精確控制輸出電流在±0.1mA範圍內。
[0070]電池盤4採用電木材料製成，可以保證電池盤4良好的絕緣性能。
[0071]作為一種改進方案,所述電池盤4的電池槽道401內配設有若干大小與電池槽道401相配合的金屬壓片402，各超薄鋰離子電池403同向放置在各金屬壓片402之間，這樣各超薄鋰離子電池403能夠被推壓到位，以保證充電時產生的氣體可以被排出。
[0072]作為一種細化的方案，所述金屬壓片402 —側或兩側設有凸臺，凸臺的位置與超薄鋰離子電池403電極膏的位置相對應，並且正極膏的面積≤ 凸臺的面積≤負極膏的面積。這樣，對於封邊厚度大於電極膏部位的超薄鋰離子電池403，施壓器301推壓時可以保證壓力能傳遞到電極膏的部位，以在化成充電過程中保持正極膏、負極膏、隔膜與電解質緊密地接觸,壓迫化成時產生的氣體排出。
[0073]作為一種提高生產效率的改進方案，加壓機3並排設置有兩個以上，或者加壓機3層疊設置兩個以上，這樣可以同時容納更多的電池盤4，更好地利用手套箱I的空間，提高
生產效率。
[0074]電池盤4的電池槽道401內放置的超薄鋰離子電池403的數量由充電機2的電壓量程決定，如使用500V的充電機，可以最多對119個超薄鋰離子電池403 (鈷酸鋰-石墨超薄鋰離子電池)充電。採用串聯充電，可以將超薄鋰離子電池403在同一條電池槽道401內疊加充電，節省空間；由於充電時通過每隻電池的電量是相同的，這樣能夠同時準確地控制各個電池的充電量。採用串聯方式充電即使個別待化成的電池有短路或微短路的缺陷，也不會影響整盤電池的充電。
[0075]所述充電機2具有直流充電功能，除了直流可編程電源外，還可採用程控電源、恆流恆壓電源、恆流電源、充電器、充放電櫃、化成櫃、脈衝充電器等。由於目前常見的鋰離子電池,如磷酸鐵鋰-鈦酸鋰電池的工作電壓為1.0-2.5V,磷酸鐵鋰-石墨電池的工作電壓為2.0-3.6V，鈷酸鋰-鈦酸鋰電池工作電壓為2.0-3.2V,鈷酸鋰-石墨電池的工作電壓為
3.0-4.2V，錳酸鋰-石墨電池的工作電壓為3.0-4.2V，鎳鈷錳酸鋰-石墨電池的工作電壓為
3.0-4.2V，因此充電機2的輸入電壓要高於2.5V。對於同時對兩個以上的電池充電的情況，充電電流和電壓需要根據電池容量大小、電池數量以及接法(串聯充電、並聯充電或混聯充電)來選擇或設定。
[0076]除此之外，充電機2可以配置輔助功能，如記錄數據、設定工步、過壓保護、過流保護、超溫保護、防反接、防短路、定時等功能，使用者可根據實際需要增加上述輔助功能。
[0077]所述充電機2設置在手套箱I外或手套箱I內，優選的，充電機2設置在手套箱I外部，只將導線5引入手套箱I內，這樣可以節省更多手套箱I內部的空間。當然，加壓機3的輔助部件如壓力調節閥、控制開關等可以安裝在手套箱I外，以進一步節省手套箱I內部的空間。
[0078]以下說明本實施例的工作過程:
[0079](1)將注入電解液後的超薄鋰離子電池403同向放置在電池盤4的電池槽道401內，在各電池的兩面放置金屬壓片402，並使電池未封口的位置向上(這樣放置有利用氣體的排出，並且可以防止電解液的漏出)；
[0080]對於帶極耳的電池的化成，金屬壓片402上部需要做絕緣處理，並且電池的極耳朝上放置，以防止金屬壓片402與極耳接觸發生短路；
[0081]對於沒有極耳並且電極膏部位厚度大於封邊厚度的電池的化成，可以不放置金屬壓片402，利用電池極片之間的緊密接觸推壓壓迫化成時產生的氣體排出；
[0082](2)將裝載好超薄鋰離子電池403的電池盤4放入加壓機3的機架302內，並使加壓機3的頂杆304伸入電池盤4 一側的加壓通孔內，並且將電池盤4另一側的加壓通孔與施壓器301的推桿303對齊；
[0083](3)啟動氣缸301，使推桿303以設定的推力推壓電池盤4內的金屬壓片402或超薄鋰離子電池403，這時各超薄鋰離子電池403通過極片的相互緊密接觸或通過極片與金屬壓片402的相互緊密接觸實現串聯連接；
[0084](4)開啟充電機2對電池盤4內的超薄鋰離子電池403進行充電，充電時產生的氣體被壓迫排出；
[0085](5)超薄鋰離子電池403完成充電後，將電池盤4從加壓機3中取出，然後將超薄鋰離子電池403從電池盤4中的取出，完成本發明的化成操作。
[0086]本實施例僅說明了本發明的發明要素，除此之外，手套箱I中還有注液機、真空封口機等設備用於完成化成前與化成後的部分工序。
[0087]實施例二:
[0088]參見圖1至圖6，本實施例是應用實施例一所述化成系統的化成方法，並以鈷酸鋰-石墨電池為例進行說明，其設有極耳，設計厚度為0.24mm,寬度30mm，高度30mm，正極膏的面積為20 X 20mm，正極膏的面積為22 X 22mm，設計容量為IOmAh。
[0089]其包括以下操作步驟:
[0090]a.將注入電解液後未封口的超薄鋰離子電池403同向排列裝載入電池盤4的電池槽道401中，極耳朝上放置，並且電池的兩面放置金屬壓片402 ;對於沒有極耳並且電極膏部位厚度大於封邊厚度的電池的化成，可以不放置入金屬壓片402 ；
[0091]b.將裝載好超薄鋰離子電池403的電池盤4安裝到加壓機3的機架302內，氣缸301的推桿303和頂杆304分別與電池槽道401內的金屬壓片402對齊(對沒有放置金屬壓片402的情況，氣缸301的推桿303和頂杆304分別電池403對齊)；
[0092]c.調節氣缸301的工作壓力為0.3MPa，啟動氣缸301使推桿303推壓電池槽道401內的金屬壓片402 (對沒有放置金屬壓片402的情況，推桿303直接推壓超薄鋰離子電池403)，這樣在推桿303和頂杆304的作用下，加載到正極膏(面積為20 X 20mm)的壓強為
0.5MPa ；
[0093]d.開啟充電機2，使用5mA的充電電流，對電池盤4內的超薄鋰離子電池403充電36min，相當於0.5C充入30%S0C電量，同時充電時產生的氣體被壓迫排出；
[0094]e.超薄鋰離子電池403完成充電後，將電池盤4從加壓機3中取出，然後將超薄鋰離子電池403從電池盤4中取出，完成超薄鋰離子電池403的首次開口化成充電。
[0095]實施例三:
[0096]本實施是應用實施例一的化成系統所製作的電池，該電池化成後在手套箱內做真空封口，然後從手套箱中取出做續化成、分容和檢驗，最後得到合格的超薄鋰離子電池。
[0097]實施例四:
[0098]本實施是應用實施例二的化成方法所製作的電池，該電池化成後在手套箱內做真空封口，然後從手套箱中取出做續化成、分容和檢驗，最後得到合格的超薄鋰離子電池。
[0099]實施例五:
[0100]參見圖7至圖9，本實施例與實施例一的區別在於:本實施例的超薄鋰離子電池603採用並聯充電，因此與實施例一的電池盤4相比，本實施例的電池盤6並列設有2個以上的電池槽道608。具體結構如下:
[0101]本實施例的電池盤6中設置有7個並列的電池槽道608，各電池槽道608中配設有若干間隔設置、大小與電池槽道608相配合的金屬壓片6021,並且各電池槽道608中相同位置的金屬壓片6021並聯連接成金屬壓片組602A (602B)，相鄰的金屬壓片組602A和602B分別與充電機2的正極和負極連接，金屬壓片組602A和602B具有相同的結構，此處僅為方便描述採用不同的標號；各個與正極連接的金屬壓片組602A (或602B)並聯連接，即各金屬壓片組602A並聯連接，各個與負極連接的金屬壓片組602B (或602A)並聯連接，即各金屬壓片組606B並聯連接，並且在每兩個金屬壓片組(圖中的602A和602B)之間設有絕緣隔片606,本實施例的金屬壓片6021與實施例一中的金屬壓片402結構相同。在電池槽道608的一端設有電池盤壓板605，電池盤壓板605上設有與各電池槽道608相對應的壓頭6051，在電池盤6上設有加壓通孔604，施壓器的推桿能穿入加壓通孔604推壓電池盤壓板605，使電池盤壓板605向電池槽道的底部移動,壓頭6051推壓金屬壓片組602A。
[0102]作為一種細化結構，所述電池盤6設有上側開口的長槽601，所述長槽601內設有若干並列設置的電池槽道隔板607，各電池槽道隔板607之間為寬度相等的電池槽道608 ；並且各電池槽道隔板607的一端與長槽601的側壁留有用於放置電池盤壓板605的過道，所述長槽601位於電池盤壓板605的一側設有加壓通孔604。
[0103]所述金屬壓片組602A(602B)為一體成形結構，其包括壓片連接杆和設在壓片連接杆同一側的若干均等設置的金屬壓片6021,並且各金屬壓片6021卡入對應的電池槽道608內。相鄰金屬壓片組602A和602B的壓片連接杆分別與充電機2的正極和負極連接；各個與正極連接的金屬壓片組602A (或602B)的壓片連接杆並聯連接，各個與負極連接的金屬壓片組602B (或602A)的壓片連接杆並聯連接。所述絕緣隔片606包括隔片連接杆和設在隔片連接杆同一側的若干均等設置的子隔片，並且各子隔片卡入對應的電池槽道608內阻隔相鄰兩組金屬壓片組內部相鄰的金屬壓片組。
[0104]由於採用並聯的充電方式，因此充電機2採用直流可編程電源，其電壓量程為5V，電流量程為1A，可以精確控制充電電流在誤差±0.1mA內；所述氣缸直徑選用100mm。
[0105]以上為本實施例的設計要點，其它技術特徵與實施例一相相同，在此不再描述。本實施例採用並聯的充電方式，可以採用較低的充電電壓實現電池的化成，並且即使個別電池出現異常情況時，也不會影響其它電池的充電。
[0106]以下說明本實施例的工作過程:
[0107](I)將注入電解液後的超薄鋰離子電池603同向放置在各電池槽道608內相鄰的金屬壓片6021之間，並使電池未封口的位置向上；
[0108](2)將電池盤6放入加壓機的機架內，並使加壓通孔604與施壓器的推桿對齊；[0109](3)啟動施壓器，使推桿以設定的推力推壓電池盤壓板605，這時位於兩個相鄰金屬壓片組602A和602B之間各超薄鋰離子電池603並聯連接；
[0110](4)開啟充電機對電池盤內的超薄鋰離子電池603進行充電，充電時產生的氣體被壓迫排出；
[0111](5)超薄鋰離子電池603完成充電後，將電池盤6從加壓機中取出，然後將超薄鋰離子電池603從電池盤6中的取出，完成本發明的化成操作。
[0112]本實施例僅說明了本發明的發明要素，除此之外，手套箱中I還有注液機、真空封口機等設備用於完成化成前與化成後的部分工序。
[0113]實施例六:
[0114]參見圖7至圖9，本實施例是應用實施例五所述化成系統的化成方法，並以鈷酸鋰-石墨電池為例進行說明，其設有極耳，設計厚度為0.24mm,寬度30mm，高度30mm，正極膏的面積為20 X 20mm，正極膏的面積為22 X 22mm，設計容量為IOmAh ;同時以具有7條電池槽道608，28個金屬壓片組的電池盤為例進行說明。
[0115]其包括以下操作步驟:
[0116]a.將注入電解液後未封口的超薄鋰離子電池603同向排列裝載入各電池槽道608內相鄰的金屬壓片6021之間，並使電池未封口的位置向上，這樣28個金屬壓片組可以裝載14排共98個注入電解液後(未完全封口)的超薄鋰離子電池603 ；
[0117]b.將裝載好超薄鋰離子電池603的電池盤6安裝到加壓機的機架內，並使加壓通孔604與氣缸的推桿對齊；
[0118]c.調節氣缸的工作壓力為0.18MPa，啟動氣缸使推桿推壓電池盤壓板605，這樣在氣缸推桿的作用下，加載到正極膏(面積為20X20mm)的壓強為0.5MPa，這樣各金屬壓組602A和602B之間的超薄鋰離子電池603的正極並聯，負極並聯，實現了超薄鋰離子電池603的並聯連接；
[0119]d.開啟充電機，使用490mA的充電電流，對電池盤6內的超薄鋰離子電池603充電36min，相當於0.5C充入30%S0C電量，同時充電時產生的氣體被壓迫排出；
[0120]e.超薄鋰離子電池603完成充電後，將電池盤6從加壓機中取出，然後將超薄鋰離子電池603從電池盤6中的取出，完成超薄鋰離子電池603的首次開口化成充電。
[0121]作為一種改進方案，本實施例也可以在相鄰的金屬壓片6021之間和電池槽道內放置2個以上的超薄鋰離子電池603，實現電池的串聯和並聯混合充電。
[0122]實施例七:
[0123]本實施是應用實施例五的化成系統所製作的電池，該電池化成後在手套箱內做真空封口，然後從手套箱中取出做續化成、分容和檢驗，最後得到合格的超薄鋰離子電池。
[0124]實施例八:
[0125]本實施是應用實施例六的化成方法所製作的電池，該電池化成後在手套箱內做真空封口，然後從手套箱中取出做續化成、分容和檢驗，最後得到合格的超薄鋰離子電池。
[0126]對比實驗
[0127]將與實施三和實施例七相同的鈷酸鋰-石墨電池，在手套箱內注入電解液後沒有做開口加壓化成，直接真空封口，然後從手套箱取出，做化成、分容、檢驗，將得到的對比例超薄鋰離子電池與實施例三和實施例七的超薄鋰離子電池進行對比，見下表1:[0128]表1實施例三、實施例七與對比例電池的性能對比
[0129]
【權利要求】
1.超薄鋰離子電池化成系統，其特徵在於:包括充電機、加壓機、電池盤和乾燥空間，所述加壓機和電池盤設於乾燥空間內，所述電池盤設有電池槽道；化成時，將注入電解液後未封口的超薄鋰離子電池裝載到電池盤內，然後將所述電池盤安裝在加壓機上，超薄鋰離子電池的正負極分別與充電機的正負極連接，並且在加壓機對超薄鋰離子電池加壓的情況下進行充電。
2.根據權利要求1所述的超薄鋰離子電池化成系統，其特徵在於:所述乾燥空間為手套箱內腔、乾燥室或乾燥車間。
3.根據權利要求1所述的超薄鋰離子電池化成系統，其特徵在於:所述加壓機包括機架和施壓器，所述施壓器安裝在機架上，所述電池盤裝載超薄鋰離子電池後放置在機架內；化成時，所述施壓器的推桿推壓電池槽道內的超薄鋰離子電池，超薄鋰離子電池在受壓的狀態下進行充電。
4.根據權利要求3所述的超薄鋰離子電池化成系統，其特徵在於:所述機架為長方體形，其設有上側和一側壁開口的矩形腔體，機架與施壓器相對一側的腔體側壁上設有與推桿同軸的頂杆；所述電池盤為長方體形，其設有上側開口的電池槽道，電池槽道一端或兩端設有加壓通孔；所述頂杆軸心與矩形腔體後側壁的距離與加壓通孔圓心到電池盤外側壁的距離相等；所述充電機的兩個電極分別與推桿和頂杆電連接。
5.根據權利要求4所述的超薄鋰離子電池化成系統，其特徵在於:所述電池盤的電池槽道內配設有若干大小與電池槽道相配合的金屬壓片，各超薄鋰離子電池同向排列裝載入各金屬壓片之間。
6.根據權利要求5所述的超薄鋰離子電池化成系統，其特徵在於:所述金屬壓片一側或兩側設有凸臺，凸臺的位置與超薄鋰離子電池電極膏的位置相對應，並且正極膏的面積<凸臺的面積< 負極膏的面積。
7.根據權利要求3所述的超薄鋰離子電池化成系統，其特徵在於:所述電池盤並列設有2個以上的電池槽道；各電池槽道中配設有若干間隔設置且大小與電池槽道相配合的金屬壓片，並且各電池槽道中相同位置的金屬壓片並聯連接成金屬壓片組，相鄰金屬壓片組分別與充電機的正極和負極連接；各個與正極連接的金屬壓片組並聯連接，各個與負極連接的金屬壓片組並聯連接，並且在每兩組金屬壓片組之間設有絕緣隔片；在電池槽道的一端設有電池盤壓板，電池盤壓板上設有與各電池槽道相對應的壓頭，加壓機推壓電池盤壓板，使電池盤壓板向電池槽道的底部推壓金屬壓片組。
8.根據權利要求7所述的超薄鋰離子電池化成系統，其特徵在於:所述電池盤設有上側開口的長槽，所述長槽內設有若干並列設置的電池槽道隔板，各電池槽道隔板之間為寬度相等的電池槽道；並且各電池槽道隔板的一端與長槽的側壁留有用於放置電池盤壓板的過道，所述長槽位於電池盤壓板的一側設有加壓通孔，所述施壓器的推桿穿過加壓通孔推壓電池盤壓板。
9.根據權利要求3所述的超薄鋰離子電池化成系統，其特徵在於:所述施壓器為氣缸、氣囊、液壓缸、千斤頂、氣液增壓缸、彈簧、彈弓、夾子、夾具、重物、螺杆、伺服電機或絲杆電機。
10.根據權利要求1所述的超薄鋰離子電池化成系統，其特徵在於:所述充電機為直流可編程電源、程控電源、恆流恆壓電源、恆流電源、充電器、充放電櫃、化成櫃或脈衝充電器。
11.根據權利要求1所述的超薄鋰離子電池化成系統，其特徵在於:所述加壓機並排設置有兩個以上，或者所述加壓機層疊設置兩個以上。
12.—種應用權利要求1所述化成系統的化成方法，其特徵在於:包括以下操作步驟: a.將注入電解液後未封口的超薄鋰離子電池串聯、並聯或混聯裝載入電池盤的電池槽道中； b.將裝載好超薄鋰離子電池的電池盤安裝到加壓機內； c.啟動加壓機，以設定的壓力推壓電池盤內的超薄鋰離子電池或金屬壓片； d.開啟充電機，設定充電參數，對電池盤內的超薄鋰離子電池進行充電，同時充電時產生的氣體被壓迫排出； e.超薄鋰離子電池完成充電後，將電池盤從加壓機中取出，然後將超薄鋰離子電池從電池盤中取出，完成首次開口化成充電。
13.一種超薄鋰離子電池，其特徵在於:該電池應用權利要求1所述的化成系統進行化成，化成後在乾燥空間內做真空封口，然後從乾燥空間中取出做續化成、分容和檢驗。
14.一種超薄鋰離子電池，其特徵在於:該電池應用權利要求12所述的化成方法進行化成，化成後在乾燥空間內`做真空封口，然後從乾燥空間中取出做續化成、分容和檢驗。
【文檔編號】H01M10/0525GK103779613SQ201410057195
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月19日 優先權日:2014年2月19日
【發明者】曾石華, 容銘毅, 朱佳寶, 陳江平 申請人:廣州豐江電池新技術股份有限公司