具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体及封装工艺的制作方法

专利名称：具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体及封装工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于深海直浸式锂电池组制造技术领域，尤其是涉及一种具有极高承压能 力的叠片式锂电池芯体及封装工艺。
背景技术：
海洋以其丰富的资源、广阔的空间以及对地球环境和气候的巨大调节作用，成为 全球生命支持系统的一个重要组成部分，是人类可持续发展的宝贵财富。海洋技术，是揭 示海洋奥秘、维护海洋权益、开发海洋资源、保护海洋环境、减轻海洋灾害的前提和主要手 段。由于海洋的独特作用以及在国家可持续发展中的战略地位，国家投入了大量的人力、财 力进行海洋技术的研究、开发。各种深海探测设备的能源是通过甲板供电或自带的电池供 给。由于甲板供电需要远距离传输，功损较大，因而大多数深海设备能源主要由自带的电池 组供给。由于深海环境的高压、低温、海水腐蚀等特点，各种深海设备不能直接使用陆地上 使用的电池。锂电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，邮电通讯的不 间断电源，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个 领域。随着能源的紧缺和世界的环保方面的压力。锂电池现在被广泛应用于电动车行业， 特别是安全型磷酸铁锂电池的出现，更推动了锂电池产业的发展和应用。普通锂电池都用于陆地，对承受压力的因素未加考虑。普通锂电芯都使用极片圈 绕工艺加工，导致内部空间较大、电极片折叠部分多。少数使用叠片工艺加工的电芯由于未 考虑承压性能，内部同样存在较多的空间，这些普通电芯用于深海会不断在深海高压与陆 地压力间变换，这种压力变换会导致普通锂电池体积反复膨胀与收缩。采用圈绕工艺加工 的锂电芯正、负极边缘尤其是负极折叠边缘涂层，会在体积反复膨胀与收缩过程中脱落，脱 落的涂层颗粒会在膨胀过程中随电解液流动而在下一个压缩过程中被压入电极隔膜导致 电芯电极内部微短路，因此普通圈绕工艺制造的锂电芯用于深海直浸电池组时经几次使用 循环后都会损坏，远达不到陆地使用时的循环寿命。使用普通叠片工艺生产的锂电池芯由 于内部真空度达不到要求，也会发生电极微短路现象，在深海使用时也远达不到陆地使用 时的循环寿命。另外，现有锂电池生产工艺中都要求对锂电池芯进行真空处理。现行的工艺方法 是使用真空泵通过管道伸入电芯包装中将空气抽出，此过程中会将电解液部份抽出，同时 随着真空度的升高部分气体会被封堵在电芯里的某些部位，难以达到较高的真空度。这样 的真空工艺可满足陆地气压下锂电池芯的正常使用，但是远达不到深海高压下的真空度要 求，这样的锂电池芯在深海高压与陆地压力转换时体积会发生变化而导致电芯循环寿命大 大缩短。经多方检索，专门用于深海的具有极高本质承压能力的锂电池芯未见报道。

发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简 单、设计合理、加工制作及封装方法可行且承压能力强、使用效果好的具有极高承压能力的 叠片式锂电池芯体。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种具有极高承压能力的叠片 式锂电池芯体，其特征在于包括两个极耳、多个结构均相同且均经碾压设备在IOMI^a 120MI^压力作用下压制成型的电芯极片和分别焊接固定在各电芯极片一端部上侧或下侧 的导电垫片，且每一个电芯极片和布设在其上的导电垫片均组成一个电极芯片；多个所述 电极芯片由上至下并排叠放在一起并由上至下通过压制设备在所述电极芯片垂直方向上 进行压实形成电池芯体，且相邻两个所述电极芯片之间通过一层电芯隔膜进行隔离，所述 电极芯片压制成型过程中的压制成型压力与需制作锂电池芯体的承压能力相同且需制作 锂电池芯体的承压能力为IOMPa 120MPa，所述电芯隔膜的承压能力为IOMPa 120MPa且 其承压能力与所述电极芯片压制成型过程中的压制成型压力相同，多个所述电芯极片上所 焊接的导电垫片均布设在各电芯极片的上侧或均布设在电芯极片的下侧；两个所述极耳分 别为极耳A和极耳B且极耳A和极耳B的极性相反，两个所述极耳布设在所述电池芯体的 同一侧或者分别布设在所述电池芯体的左右两侧；多个电极芯片均与极耳A或极耳B相接， 与极耳A相接的电极芯片为电极芯片A且与极耳B相接的电极芯片为电极芯片B，所述电极 芯片A和所述电极芯片B的数量相同且二者之间呈交错布设；多个所述电极芯片A上所焊 接的导电垫片均布设在靠近极耳A的一端，且多个所述电极芯片B上所焊接的导电垫片均 布设在靠近极耳B的一端。上述具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体，其特征是所述电池芯体中上下相 邻两个电极芯片A之间均通过两个电极芯片A上所焊接的导电垫片焊接在一体，且上下相 邻两个电极芯片B之间均通过两个电极芯片B上所焊接的导电垫片焊接在一起。上述具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体，其特征是多个所述导电垫片的厚 度分别记作Cli且Di < Cli < Di+2L，其中i = 1、2、3. . . n，n为所述电芯极片或导电垫片的数 量，Di为与厚度为Cli的导电垫片相邻的电芯极片的厚度，L为电芯隔膜的厚度。 上述具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体，其特征是所述极耳A和极耳B底部 之间的空隙通过锂电池用填充胶进行填充，且锂电池用填充胶的填充高度与压实形成的电 池芯体的高度相同。上述具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体，其特征是所述导电垫片为铜箔或铝箔。上述具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体，其特征是所述电芯隔膜的数量为 多层且电芯隔膜的层数M = n+1，其中η为多个所述电芯极片的数量。上述具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体，其特征是多层所述电芯隔膜的展 开片材为一整体片材。同时，本发明还提供了一种工艺步骤简单、电芯真空度高、实现方便且封装效果好 的对具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体进行封装的工艺，其特征在于该工艺包括以下 步骤步骤一、电芯极片碾压处理采用碾压设备在IOMPa 120MPa压力作用下对组成需制作锂电池芯体的多个电芯极片分别进行碾压处理，并获得承压能力为IOMI^a 120MPa 的多个电芯极片；步骤二、导电垫片焊接在多个电芯极片一端的上侧或下侧均焊接固定一个导电 垫片，获得一端部带有导电垫片的多个电极芯片，所制成的电芯极片中包括多个电极芯片A 和多个电极芯片B;步骤三、电极芯片叠放将步骤二中所获得的一端部带有导电垫片的多个电极芯 片由上至下并排叠放在一起，叠放过程中对多个电极芯片A和多个电极芯片B进行交错叠 放，且相邻两个所述电极芯片之间通过一层电芯隔膜进行隔离；步骤四、电池芯体压实采用压制设备由上至下在所述电极芯片垂直方向上对叠 放在一起的多个所述电极芯片进行压实，并获得压实形成的电池芯体；步骤五、导电垫片组焊接及极耳安装采用电焊设备将步骤三中叠放在一起的多 个电极芯片A上所焊接的导电垫片组焊为一体，同时采用电焊设备将步骤三中叠放在一起 的多个电极芯片B上所焊接的导电垫片组焊为一体；之后，采用焊接设备将极耳A焊接固定 在组焊完成后的电极芯片A上，同时采用焊接设备将极耳B焊接固定在组焊完成后的电极 芯片B上；步骤六、铝塑膜封装按照常规锂电池的封装工艺，将步骤五中所获得的装好极耳 的电池芯体装入铝塑膜封装袋中，并在铝塑膜封装袋上预留一个用于注入电解液的开口 ；步骤七、注入电解液采用常规锂电池的电解液注入方法和注入设备，通过步骤六 中预留的开口向装入铝塑膜封装袋中的电池芯体内部注入电解液，所注入电解液的数量与 需制作锂电池芯体内所使用的电解液数量相同，则获得注有电解液的待封装电池芯体；步骤八、真空封装处理采用真空封装装置对步骤七中注有电解液的待封装电池 芯体进行真空封装，并采用临时封装装置对经真空密封处理后待封装电池芯体上预留的开 口进行临时封装，获得真空锂电池芯；步骤九、热塑封常温条件下，采用热塑封口机对所述真空锂电池芯上临时封装的 开口进行热塑封，获得成品锂电池。上述具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体的封装工艺，其特征是步骤八中所 述的真空封装装置包括密闭仓体和密封扣装在所述密闭仓体上的仓盖，所述密闭仓体上装 有抽气管和排气管且所述密闭仓体的侧壁上对应开有抽气孔和泄压孔，所述抽气管与抽真 空设备相接，所述临时封装装置安装在所述密闭仓体内且真空封装过程在所述密闭仓体内 进行。上述具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体的封装工艺，其特征是步骤八中所 述的临时封装装置为密封夹持装置，所述密封夹持装置包括下密封条、布设在所述下密封 条正上方的上密封条以及驱动所述上密封条和下密封条进行上下移动的压合机构，所述上 密封条和下密封条均安装在所述密闭仓体的内侧壁上且二者均与所述压合机构相接；进行 真空封装时，其真空封装过程如下801、电池芯体装入将步骤七中注有电解液的待封装电池芯体放入所述密闭仓体 内，且将待封装电池芯体上的开口置于所述上密封条和下密封条之间；802、真空仓密封通过所述仓盖对所述密闭仓体进行进行整体密封；803、真空封装启动所述抽真空设备将所述密闭仓体内抽成真空状态，直至密封仓体内的气压大于步骤七中所注入电解液在密闭仓体内部空间当前温度状态下的气化压 力时，启动所述压合机构，使得待封装电池芯体上的开口紧固夹于所述上密封条和下密封 条之间，完成待封装电池芯体上开口的真空封装过程；804、泄压并完成真空封装过程通过所述排气管对所述密闭仓体内部进行泄压， 之后取出被所述密封夹持装置封装后的真空锂电池芯；步骤九中完成热塑封过程后，将待封装电池芯体开口上夹有的所述密封夹持装置 卸下，获得成品锂电池。本发明与现有技术相比具有以下优点1、所制造的锂电池芯具有更高的密实性与真空度，可制成压缩比更小的电池芯体。2、所制造的锂电池芯因具有更高的密实性与真空度，在高、低压变换过程中变形 小，加之电极芯片没有折叠部份，使用循环寿命长且电量充足。3、在电芯极片上都焊接了一个导电垫片，此导电垫片起到两个作用一是可将相 同极性的电芯极片通过焊接连接在一起；二是导电垫片将电芯原本的空间进行了填实。4、封装工艺使用环境真空法进行真空封装，真空过程中电芯内外压力相等，铝塑 膜不会收缩，能制造出真空度极高的电芯。封装工艺中将真空封口与热塑封口分成两个步 骤在不同环境下完成，真空仓内可保持或设置成更低的温度，所制造的电池芯体具有更高 的真空度。5、所注入的电解液按标准量加注，真空工艺过程中电解液不会流出，计量准确，电 池电量充足。6、制造方法简单、操作方便且易于控制。7、设计合理，采用经碾压后的电池极片与相对应的叠片工艺，使电芯内部空隙大 幅度减少，存在的极少空间可由电解液充满；另外，本发明专门设计的锂电池真空封装工 艺，将原有的抽真空工艺改为环境真空工艺，使锂电池的封装在特制的真空空间内完成，在 电芯内外部同时达到极高的真空度时进行封口，在这样环境真空条件下制造的电芯内真空 度与电芯封口时的环境真空度相等，就类似在太空中加工锂电池后拿回地球上使用。由于 真空封装过程中锂电池芯的内外压力相等，电池的外包装铝塑膜不会发生形状变化，在电 芯内外部同时达到极高的真空度时进行封口，因而本封装工艺方法可以制造比传统抽真空 工艺方法真空度更高的锂电池电芯。经本发明所述工艺制造的锂电芯，深海高压下体积变 化极小，可大大提高电池的循环使用寿命。同时，由于封装锂电池芯时，真空仓内真空度的 确定方法简便，具体是在存放真空仓的空间温度条件下，真空仓内的压力应大于所用电解 液在此温度下的气化压力；要得到真空度更高的锂电池芯体，需在更低的温度下完成此封 装工艺，具体做法是先在低温条件下真空处理，低温条件下用夹条封口，不在真空仓内设置 热塑封装置，真空处理完成后在常压条件下再进行热压塑封，这样能更方便产业化生产。实 际加工制作时，也可以真空封装与热塑封同步进行。8、实用价值高且推广应用前景广泛，所制造的锂电池芯深海承压能力强，可直接 用于制造深海直浸式电池组。综上所述，本发明设计合理、结构简单、加工制作方便且所制作的锂电池芯体具有 极高的真空度和承压能力，适合在深海直浸式使用，无需使用减压仓，有效解决了现有锂电 池芯用于制造深海直浸电池时所存在的承压能力差、使用寿命短等实际缺陷。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。


图1为本发明所采用电极芯片的结构示意图。图2为图1左视图。图3为本发明第一具体实施方式
中极耳位于同侧的锂电池电极芯片的叠放状态 示意图。图4为本发明第一具体实施方式
所制作极耳位于同侧的锂电池外部结构示意图。图5为本发明所采用真空封装仓的结构示意图。图6为图5的左视图。图7为本发明对叠片式锂电池芯体进行封装的工艺流程框图。图8为本发明第二具体实施方式
中极耳位于相对两侧的锂电池电极芯片叠放状 态示意图。图9为本发明第二具体实施方式
所制作极耳位于相对两侧的锂电池外部结构示 意图。图10为本发明第一具体实施方式
中待封装电池芯体上真空密封线和热塑封线的 布设位置示意图。
附图标记说明
1-1-电芯极片A； 1-2-电芯极片B ；2-1-导电垫片A ；
2-2-导电垫片B;3-l-极耳A;3-2-极耳B;
4-电芯隔膜；5-1-真空仓盖；5-2-真空仓；
5-3-上热压条；5-4-下热压条；5-5-上电源线；
5-6-下电源线；5-7-待封装电池芯体；5-8-抽真空气孔；
6-空隙；7-焊点；8-真空密封线； 9-热塑封线。
具体实施例方式实施例1如图1、图2、图3及图4所示，本发明所述的具有极高承压能力的叠片式锂电池 芯体，包括两个极耳、多个结构均相同且均经碾压设备在IOMI^a 120MI^压力作用下压制 成型的电芯极片和分别焊接固定在各电芯极片一端部上侧或下侧的导电垫片，且每一个电 芯极片和布设在其上的导电垫片均组成一个电极芯片。多个所述电极芯片由上至下并排叠 放在一起并由上至下通过压制设备在所述电极芯片垂直方向上进行压实形成电池芯体，且 相邻两个所述电极芯片之间通过一层电芯隔膜4进行隔离，所述电极芯片压制成型过程中 的压制成型压力与需制作锂电池芯体的承压能力相同且需制作锂电池芯体的承压能力为 IOMPa 120MPa，所述电芯隔膜4的承压能力为IOMPa 120MPa且其承压能力与所述电极 芯片压制成型过程中的压制成型压力相同，多个所述电芯极片上所焊接的导电垫片均布设 在各电芯极片的上侧或均布设在电芯极片的下侧。两个所述极耳分别为极耳A3-1和极耳 B3-2极耳A3-1和极耳B3-2的极性相反，两个所述极耳布设在所述电池芯体的同一侧或者分别布设在所述电池芯体的左右两侧。多个电极芯片均与极耳A3-1或极耳B3-2相接，与 极耳A3-1相接的电极芯片为电极芯片A且与极耳B3-2相接的电极芯片为电极芯片B，所述 电极芯片A和所述电极芯片B的数量相同且二者之间呈交错布设。多个所述电极芯片A上 所焊接的导电垫片均布设在靠近极耳A3-1的一端，且多个所述电极芯片B上所焊接的导电 垫片均布设在靠近极耳B3-2的一端。所述电极芯片A和所述电极芯片B的结构相同。本实施例中，所述极耳A3-1为需制作锂电池的正极极耳，极耳B3-2为需制作锂电 池的负极极耳，且所述极耳A3-1和极耳B3-2布设在所述电池芯体的同一侧，具体是均布设 在所述电池芯体的左侧。所述电极芯片A中的电芯极片为电芯极片Al-I且电极芯片B中 的电芯极片为电芯极片B1-2，所述电芯极片Al-I和电芯极片B1-2的电极极性相反且二者 的数量相同。所述电极芯片A中的导电垫片为焊接固定在电芯极片Al-I —端部上侧或下 侧的导电垫片A2-1，所述电极芯片B中的导电垫片为焊接固定在电芯极片B1-2—端部上侧 或下侧的导电垫片B2-2。实际布设导电垫片时，多个电芯极片Al-I上所焊接的导电垫片 A2-1和多个电芯极片B1-2上所焊接的导电垫片B2-2均布设在需制作锂电池芯体的左端。实际加工制作时，所述电池芯体中上下相邻两个电极芯片A之间均通过两个电极 芯片A上所焊接的导电垫片焊接在一体，且上下相邻两个电极芯片B之间均通过两个电极 芯片B上所焊接的导电垫片焊接在一起。也就是说，上下相邻两个电芯极片Al-I均通过导 电垫片A2-1焊接在一起，且上下相邻两个电芯极片B1-2均通过导电垫片B2-2焊接在一 起。本实施例中，多个所述电芯极片的结构和尺寸为相同，所有电芯极片均为长方体 结构。实际加工制作过程中，多个所述电芯极片的厚度可以不相同。综上，本实施例中，多个所述电芯极片B1-2上所焊接的导电垫片B2-2均布设在与 导电垫片A2-1相同的一端，且多个所述电芯极片B1-2上所焊接的导电垫片B2-2均布设在 需制作锂电池芯体一端的左侧，多个所述电芯极片Al-I上所焊接的导电垫片A2-1均布设 在需制作锂电池芯体一端的右侧，所述极耳A3-1和极耳B3-2分别布设在需制作锂电池芯 体同一端的左侧和右侧。因而，最终制成外部结构如图4所示的锂电池。实际进行加工制作时，多个所述导电垫片的厚度分别记作Cli且Di < Cli < D.+2L, 其中i = 1、2、3. . . n，n为所述电芯极片或导电垫片的数量,Di为与厚度为(Ii的导电垫片相 邻的电芯极片的厚度，L为电芯隔膜4的厚度。与正极极耳相接的电极芯片A中电芯极片Al-I (即正极极片)的厚度为130 μ m 180 μ m,与负极极耳相接的电极芯片B中电芯极片Bl-2 (即负极极片)的厚度为100 μ m 150 μ m，所述电芯隔膜4的厚度为12μπι 40μπι.本实施例中，电芯极片Al-I的厚度为 170 μ m,电芯极片B1-2的厚度为140 μ m,电芯隔膜4的厚度为30 μ m。实际加工制作时，可 以根据实际具体需要对电芯极片A1-1、电极芯片B和电芯隔膜4的厚度进行相应调整。所 述电芯隔膜4为一层多孔塑料薄膜，其材料为聚丙烯或聚乙烯材料。本实施例中，由于极耳A3-1和极耳B3-2位于电池芯体的同一端，则所述极耳A3-1 和极耳B3-2底部之间的空隙6通过锂电池用填充胶进行填充，且锂电池用填充胶的填充高 度与压实形成的电池芯体的高度相同。本实施例中，所述导电垫片A2-1和导电垫片B2-2为铜箔或铝箔。实际进行加工 制作时，所述导电垫片A2-1和导电垫片B2-2也可采用其它导电性能良好的金属材料制成。
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实际对电芯极片Al-I和电芯极片B1-2进行叠放时，所采用电芯隔膜4的数量为 多层且电芯隔膜4的层数M = n+1，其中η为多个所述电芯极片的数量。本实施例中，多层 所述电芯隔膜4的展开片材为一整体片材。如图7所示，对具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体进行封装时，其封装工艺 包括以下步骤步骤一、电芯极片碾压处理采用碾压设备在IOMPa 120MPa压力作用下对组成 需制作锂电池芯体的多个电芯极片分别进行碾压处理，并获得承压能力为IOMPa 120MPa 的多个电芯极片。多个电芯极片中包括多个电芯极片Al-I和多个电芯极片B1-2。本实施例中，需制作锂电池芯体的承压能力为50MPa，因而制作电芯极片Al-I和 电芯极片B1-2时，采用碾压设备且以50MPa压力对电芯极片Al-I和电芯极片B1-2进行高 压碾压。实际使用过程中，根据需制作锂电池芯体的承压能力大小，对碾压设备的碾压压力 进行相应调整。步骤二、导电垫片焊接在多个电芯极片一端的上侧或下侧均焊接固定一个导电 垫片，获得一端部带有导电垫片的多个电极芯片，所制成的电芯极片中包括多个电极芯片A 和多个电极芯片B。本实施例中，导电垫片A2-1和电芯极片B1-2均焊接固定在电芯极片Al-I和导电 垫片B2-2的一端下侧。步骤三、电极芯片叠放将步骤二中所获得的一端部带有导电垫片的多个电极芯 片由上至下并排叠放在一起，叠放过程中对多个电极芯片A和多个电极芯片B进行交错叠 放，且相邻两个所述电极芯片之间通过一层电芯隔膜4进行隔离。本实施例中，所采用的多层电芯隔膜4的展开片材为一个整体片材，且实际对多 个电芯极片Al-I和多个电芯极片B1-2进行叠放时，采用矩形波状的叠装形式对整体电芯 隔膜4进行叠装，并将多个电芯极片Al-I和多个电芯极片B1-2分别夹装在相邻两层电芯 隔膜4之间。步骤四、电池芯体压实采用压制设备由上至下在所述电极芯片垂直方向上对叠 放在一起的多个所述电极芯片进行压实，并获得压实形成的电池芯体。本实施例中，由于极耳A3-1和极耳B3-2之间存在空隙6，因而在对多个所述电芯 极片进行压实之前，先采用锂电池用填充胶将极耳A3-1和极耳B3-2之间的空隙6进行填 充。实际进对空隙6进行填充时，采用锂电池用填充胶进行封堵，能有效防止真空封装过程 中在空隙6处形成气泡。步骤五、导电垫片组焊接及极耳安装采用电焊设备将步骤三中叠放在一起的多 个电极芯片A上所焊接的导电垫片组焊为一体，同时采用电焊设备将步骤三中叠放在一起 的多个电极芯片B上所焊接的导电垫片组焊为一体；之后，采用焊接设备将极耳A3-1焊接 固定在组焊完成后的电极芯片A上，同时采用焊接设备将极耳B3-2焊接固定在组焊完成后 的电极芯片B上。步骤六、铝塑膜封装按照常规锂电池的封装工艺，将步骤五中所获得的装好极耳 的电池芯体装入铝塑膜封装袋中，并在铝塑膜封装袋上预留一个用于注入电解液的开口。本实施例中，所述开口的预留位置为所述电池芯片上未设置极耳的任一侧。步骤七、注入电解液采用常规锂电池的电解液注入方法和注入设备，通过步骤六中预留的开口向装入铝塑膜封装袋中的电池芯体内部注入电解液，所注入电解液的数量与 需制作锂电池芯体内所使用的电解液数量相同，则获得注有电解液的待封装电池芯体5-7。本实施例中，所注入电解液的数量与需制作锂电池芯体内所使用的电解液数量相 同，不需留多余量；但是采用传统抽真空工艺对锂电池芯体进行封装时由于抽真空时会抽 出部分电解液，因而注入电解液时要注入比需制作锂电池芯体内所使用电解液的标准量多 注入一些电解液。步骤八、真空封装处理采用真空封装装置对步骤七中注有电解液的待封装电池 芯体5-7进行真空封装，并采用临时封装装置对经真空密封处理后待封装电池芯体5-7上 预留的开口进行临时封装，获得真空锂电池芯。本实施例中，进行真空封装时，在常温或低温条件下进行，常温条件下的温度为 18°C 25°C，低温条件下的温度为5°C 18°C。也就是说，在5°C 25°C温度条件下进行真 空封装。步骤九、热塑封常温条件下，采用热塑封口机对所述真空锂电池芯上临时封装的 开口进行热塑封，获得成品锂电池。实际进行真空封装时，步骤八中所述的真空封装装置包括密闭仓体和密封扣装在 所述密闭仓体上的仓盖，所述密闭仓体上装有抽气管和排气管且所述密闭仓体的侧壁上对 应开有抽气孔和泄压孔，所述抽气管与抽真空设备相接，所述临时封装装置安装在所述密 闭仓体内且真空封装过程在所述密闭仓体内进行。实际使用时，所述临时封装装置为密封夹持装置，所述密封夹持装置包括下密封 条、布设在所述下密封条正上方的上密封条以及驱动所述上密封条和下密封条进行上下移 动的压合机构，所述上密封条和下密封条均安装在所述密闭仓体的内侧壁上且二者均与所 述压合机构相接。本实施例中，所述上密封条和下密封条均为楔形压条。本实施例中，进行真空封装时，其真空封装过程如下801、电池芯体装入将步骤七中注有电解液的待封装电池芯体5-7放入所述密闭 仓体内，且将待封装电池芯体5-7上的开口置于所述上密封条和下密封条之间。802、真空仓密封通过所述仓盖对所述密闭仓体进行进行整体密封。803、真空封装启动所述抽真空设备将所述密闭仓体内抽成真空状态，直至密封 仓体内的气压大于步骤七中所注入电解液在密闭仓体内部空间当前温度状态下的气化压 力时，启动所述压合机构，使得待封装电池芯体5-7上的开口紧固夹于所述上密封条和下 密封条之间，完成待封装电池芯体5-7上开口的真空封装过程。本实施例中，实际进行抽真空时，将密封仓体内的真空度抽至-0. 08MP 0. 02MP。804、泄压并完成真空封装过程通过所述排气管对所述密闭仓体内部进行泄压， 之后取出被所述密封夹持装置封装后的真空锂电池芯。步骤九中完成热塑封过程后，将待封装电池芯体5-7开口上夹有的所述密封夹持 装置卸下，获得成品锂电池。结合图10，本实施例中，步骤803中进行真空封装时，将所述上密封条和下密封条 夹在待封装电池芯体5-7上预留开口的外端部，并且待封装电池芯体5-7的电池芯与所述 上密封条和下密封条之间留有满足热塑封口机进行热塑封时所需的尺寸。具体而言，所述 上密封条和下密封条沿真空密封线8进行密封，且热塑封口机沿热塑封线9进行塑封。热塑封后将夹有所述上密封条和下密封条的部分铝塑膜切下，所述上密封条和下密封条可重 复使用。实际操作时，也可以不在真空封装设备内进行塑封，直接在常温环境下进行塑封。综上，对极耳位于电池芯片同侧的电池芯体进行加工制作时，先将一组电芯极片 Al-I和一组电芯极片B1-2经过50MPa高压辗压处理，得到具有50MP承压能力的电芯极片， 同时选择具有50MPa本质承压能力的电芯隔膜4，并将导电垫片A2-1和导电垫片B2-2分 别与电芯极片Al-I和电芯极片B1-2焊接，得到一组用于制造具有50MI^承压能力且极耳 在同侧的锂电池芯极片材料；之后，将电芯极片A1-1、电芯极片B1-2和电芯隔膜4按图2 所示方式进行叠片，叠片完成后将多个电芯极片Al-I组焊接在一起，并按现行常规工艺将 极耳A3-1与电芯极片Al-I组焊接；将多个电芯极片B1-2组焊接在一起，并按现行常规工 艺将极耳B3-2与电芯极片B1-2组焊接；然后，用锂电池用填充胶将两个极耳之间间的叠 片后的空隙6填充，并对将叠片后的电池芯体进行压实处理；紧接着，按现行常规工艺将压 实后的电池芯体放入铝塑膜封装袋中，留出一侧没有极耳的面不封口，并按现行常规工艺 注入标准量的电解液；最后，将注有电解液的待封装电池芯体5-7放入密闭仓体中，盖上仓 盖，将注有电解液的待封装电池芯体5-7上的未封口的一面(即所述开口)置于上密封条 和下密封条之间，再使用真空泵(即所述抽真空设备)通过抽气孔将密闭仓体内抽至所要 求的真空度，且采用上密封条和下密封条对待封装电池芯体5-7的未封口处进行临时密封 后，再对真空封装后的待封装电池芯体5-7进行热塑封；最后对密闭仓体内部进行泄压，取 出待封装电池芯体5-7，则加工过程完成。实际操作过程中，按传统工艺焊接好极耳A3-1和极耳B3-2后，将电池芯体放入铝 塑膜封装袋内，并将铝塑膜封装袋的三面封好并留一侧没有极耳的面或对这一面上的一段 不要封口 ；再在真空环境下，对待封装电池芯体5-7进行临时封口后，再进行热塑封。实际 加工制作完成后，所述电芯极片A1-1、电芯极片B1-2、导电垫片A2-1和导电垫片B2-2上对 应布设有焊点7。实施例2如图8、图9所示，本实施例中，所制作具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体的 结构与实施例1不同的是两个所述极耳分别布设在所述电池芯体的左右两侧，多个电芯 极片B1-2上所焊接的导电垫片B2-2均布设在需制作锂电池芯体的另一端，也就是说，所述 导电垫片A2-1和导电垫片B2-2分别布设在电池芯体的相对两侧，这样便制得如图9所示 极耳位于相对两侧的锂电池；另外，多层所述电芯隔膜4分别由多片电芯隔膜4组成，且每 一层电芯隔膜4对应一片电芯隔膜4，每一层电芯隔膜4的结构和大小均与所述电芯极片的 结构和大小相同。本实施例中，所制作电池芯体的其余部分结构均与实施例1相同。本实施例中，制作具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体的封装工艺与实施例1 不同的是步骤五中对多个所述电芯极片进行压实之前，无需采用锂电池用填充胶进行填 充。其余封装步骤和原理均与实施例1相同。实际制造过程中，可以根据锂电池芯电量的需要，对所述电芯极片的面积和电芯 极片数量进行相应调整。且对多个电芯极片Al-I和多个电芯极片B1-2进行叠放时，采用 将一片电芯极片Al-I与一片电芯极片B1-2依次进行交错叠放的叠放方式，也可以采用以 两片电芯极片Al-I为一组且以两片电芯极片B1-2为一组进行交错叠放的叠放方式。实际操作过程中，所述真空封装装置也可以采用真空封装与热塑封同步完成的真空封装仓，所述真空封装仓包括水平放置在工作平台上且侧部开有封装口的真空仓5-2、布 设在所述真空仓5-2外侧且对真空仓5-2进行整体密封的真空仓盖5-1、布设在真空仓5-2 底部内侧且位于所述封装口处的下热压条5-4、布设在真空仓盖5-1的内侧壁上且通过所 述封装口由外至内伸入至真空仓5-2内部的上热压条5-3以及为上热压条5-3和下热压 条5-4进行供电的供电单元，所述供电单元分别通过上电源线5-5和下电源线5-6与所述 供电单元相接，所述上热压条5-3位于下热压条5-4的正上方且能随真空仓盖5-1进行上 下移动，所述真空仓5-2顶部开有抽真空气孔5-8且所述抽真空气孔5-8通过抽气管道与 抽真空设备相接。所采用真空封装仓的结构详见图5和图6。采用所述真空封装仓进行真 空封装时，其封装方法与由密闭仓体和仓盖组成的真空封装装置的封装方法相同，与实施 例1不同的是步骤803中进行真空封装时，打开所述供电单元，对上热压条5-3和下热压 条5-4同步进行通电加热；同时，启动所述抽真空设备，将真空仓5-2内部抽成真空状态，直 至真空仓5-2内的气压大于步骤七中所注入电解液在真空仓5-2内部空间当前温度状态下 的气化压力时，压下真空仓盖5-1且同步带动上热压条5-3向下移动，使得待封装电池芯体 5-7上的开口夹于上热压条5-3与下热压条5-4之间，并相应完成通过上热压条5-3和下热 压条5-4从上下两侧对所述开口进行热封的真空封装过程。因而，无需单独进行热塑封。实际使用时，所述真空仓5-3的数量为一个或多个，且多个所述真空仓5-3的内部 相通。所述真空封装仓还包括分别对真空仓5-2内部的空间温度和气压进行实时检测的温 度检测单元和气压检测单元、分别与温度检测单元和气压检测单元相接的控制器和所述控 制器相接的显示器；步骤803中进行真空封装时，通过所述温度检测单元和所述气压检测 单元分别对真空仓5-2内的空间温度和气压进行实时检测并将所检测信息同步传送至所 述控制器，再通过与所述控制器相接的显示器对所检测的温度和气压信息进行同步显示。实际加工制作时，所述真空仓盖5-1和真空仓5-2盒体采用具有高强度的金属、高 强度聚碳酸脂、工程塑料或玻璃制造而成。且实际使用过程中，上热压条5-3与真空仓盖 5-1固定为一体，下热压条5-4与真空仓5-2固定为一体，真空仓盖5-1与真空仓5_2的四 个侧壁相接触，且真空仓5-2与真空仓盖5-1之间的接触部分经抛光平整处理，密封性能强 且均勻涂覆有少许油脂，因而在抽真空过程中能有效保证不漏气，并且真空仓盖5-1在外 力作用下可沿真空仓5-2的四周侧壁上下滑动。所述真空仓5-2为一个仓或多个仓，相邻 仓体内部通过一个或多个通道相通。实际进行真空封装时，将注有电解液的待封装电池芯体5-7放入真空仓5-2中，盖 上真空仓盖5-1，将注有电解液的待封装电池芯体5-7上的未封口的一面(即所述开口)置 于上热压条5-3和下热压条5-4之间，再给上热压条5-3和下热压条5-4通电加热，且使用 真空泵(即所述抽真空设备)通过抽真空气孔5-8将真空仓5-2内抽至所要求的真空度， 此时压下真空仓盖5-1，注有电解液的电池芯体5-7的未封口处热封完成；将真空仓5-2内 部泄压，取出注有电解液的电池芯体5-7，则加工过程完成。综上，实际操作过程中，按传统工艺焊接好极耳A3-1和极耳B3-2后，将电池芯体 放入铝塑膜封装袋内，并将铝塑膜封装袋的三面封好并留一侧没有极耳的面或对这一面上 的一段不要封口。随后，将锂电池芯放入真空仓5-2中，给上热压条5-3和下热压条5-4之 间通电加热至所需温度，将未封口的一面放在上热压条5-3和下热压条5-4之间，然后使用 真空泵从抽真空气孔5-8处将真空仓5-2中的空气抽出，达到要求的真空度后，压下真空仓盖5-1，固定在真空仓盖5-1上的上热压条5-3随真空仓盖5-1下行使锂电池芯在真空环境 下封口。本实施例中，所述锂电池芯体的其余封装工艺均与实施例1相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技 术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体，其特征在于包括两个极耳、多个结 构均相同且均经碾压设备在IOMI^a 120MI^压力作用下压制成型的电芯极片和分别焊接 固定在各电芯极片一端部上侧或下侧的导电垫片，且每一个电芯极片和布设在其上的导电 垫片均组成一个电极芯片；多个所述电极芯片由上至下并排叠放在一起并由上至下通过压 制设备在所述电极芯片垂直方向上进行压实形成电池芯体，且相邻两个所述电极芯片之间 通过一层电芯隔膜(4)进行隔离，所述电极芯片压制成型过程中的压制成型压力与需制作 锂电池芯体的承压能力相同且需制作锂电池芯体的承压能力为IOMI^a 120MPa，所述电芯 隔膜的承压能力为IOMI^a 120MI^且其承压能力与所述电极芯片压制成型过程中的 压制成型压力相同，多个所述电芯极片上所焊接的导电垫片均布设在各电芯极片的上侧或 均布设在电芯极片的下侧；两个所述极耳分别为极耳A(3-l)和极耳Β(31)且极耳A(3-l) 和极耳Β(31)的极性相反，两个所述极耳布设在所述电池芯体的同一侧或者分别布设在 所述电池芯体的左右两侧；多个电极芯片均与极耳A(3-l)或极耳Β(3-2)相接，与极耳 A (3-1)相接的电极芯片为电极芯片A且与极耳B (3-2)相接的电极芯片为电极芯片B，所述 电极芯片A和所述电极芯片B的数量相同且二者之间呈交错布设；多个所述电极芯片A上 所焊接的导电垫片均布设在靠近极耳A (3-1)的一端，且多个所述电极芯片B上所焊接的导 电垫片均布设在靠近极耳B(3- 的一端。
2.按照权利要求1所述的具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体，其特征在于所述 电池芯体中上下相邻两个电极芯片A之间均通过两个电极芯片A上所焊接的导电垫片焊接 在一体，且上下相邻两个电极芯片B之间均通过两个电极芯片B上所焊接的导电垫片焊接 在一起。
3.按照权利要求1或2所述的具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体，其特征在于 多个所述导电垫片的厚度分别记作Cli且Di < Cli < Di+2L，其中i = 1、2、3. . . n，n为所述电 芯极片或导电垫片的数量，Di为与厚度为屯的导电垫片相邻的电芯极片的厚度，L为电芯 隔膜的厚度。
4.按照权利要求2所述的具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体，其特征在于所述 极耳A(3-l)和极耳Β(31)底部之间的空隙(6)通过锂电池用填充胶进行填充，且锂电池 用填充胶的填充高度与压实形成的电池芯体的高度相同。
5.按照权利要求1或2所述的具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体，其特征在于 所述导电垫片为铜箔或铝箔。
6.按照权利要求1或2所述的具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体，其特征在于 所述电芯隔膜⑷的数量为多层且电芯隔膜⑷的层数M = n+1，其中η为多个所述电芯极 片的数量。
7.按照权利要求6所述的具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体，其特征在于多层 所述电芯隔膜的展开片材为一整体片材。
8.—种对如权利要求1所述具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体进行封装的工艺， 其特征在于该工艺包括以下步骤步骤一、电芯极片碾压处理采用碾压设备在IOMI^a 120ΜΙ^压力作用下对组成需制 作锂电池芯体的多个电芯极片分别进行碾压处理，并获得承压能力为IOMPa 120MPa的多 个电芯极片；步骤二、导电垫片焊接在多个电芯极片一端的上侧或下侧均焊接固定一个导电垫片， 获得一端部带有导电垫片的多个电极芯片，所制成的电芯极片中包括多个电极芯片A和多 个电极芯片B;步骤三、电极芯片叠放将步骤二中所获得的一端部带有导电垫片的多个电极芯片由 上至下并排叠放在一起，叠放过程中对多个电极芯片A和多个电极芯片B进行交错叠放，且 相邻两个所述电极芯片之间通过一层电芯隔膜(4)进行隔离；步骤四、电池芯体压实采用压制设备由上至下在所述电极芯片垂直方向上对叠放在 一起的多个所述电极芯片进行压实，并获得压实形成的电池芯体；步骤五、导电垫片组焊接及极耳安装采用电焊设备将步骤三中叠放在一起的多个电 极芯片A上所焊接的导电垫片组焊为一体，同时采用电焊设备将步骤三中叠放在一起的多 个电极芯片B上所焊接的导电垫片组焊为一体；之后，采用焊接设备将极耳A(3-l)焊接固 定在组焊完成后的电极芯片A上，同时采用焊接设备将极耳B (3-2)焊接固定在组焊完成后 的电极芯片B上；步骤六、铝塑膜封装按照常规锂电池的封装工艺，将步骤五中所获得的装好极耳的电 池芯体装入铝塑膜封装袋中，并在铝塑膜封装袋上预留一个用于注入电解液的开口 ；步骤七、注入电解液采用常规锂电池的电解液注入方法和注入设备，通过步骤六中预 留的开口向装入铝塑膜封装袋中的电池芯体内部注入电解液，所注入电解液的数量与需制 作锂电池芯体内所使用的电解液数量相同，则获得注有电解液的待封装电池芯体(5-7)；步骤八、真空封装处理采用真空封装装置对步骤七中注有电解液的待封装电池芯体 (5-7)进行真空封装，并采用临时封装装置对经真空密封处理后待封装电池芯体(5-7)上 预留的开口进行临时封装，获得真空锂电池芯；步骤九、热塑封常温条件下，采用热塑封口机对所述真空锂电池芯上临时封装的开口 进行热塑封，获得成品锂电池。
9.按照权利要求8所述的具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体的封装工艺，其特征 在于步骤八中所述的真空封装装置包括密闭仓体和密封扣装在所述密闭仓体上的仓盖， 所述密闭仓体上装有抽气管和排气管且所述密闭仓体的侧壁上对应开有抽气孔和泄压孔， 所述抽气管与抽真空设备相接，所述临时封装装置安装在所述密闭仓体内且真空封装过程 在所述密闭仓体内进行。
10.按照权利要求9所述的具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体的封装工艺，其特 征在于步骤八中所述的临时封装装置为密封夹持装置，所述密封夹持装置包括下密封条、 布设在所述下密封条正上方的上密封条以及驱动所述上密封条和下密封条进行上下移动 的压合机构，所述上密封条和下密封条均安装在所述密闭仓体的内侧壁上且二者均与所述 压合机构相接；进行真空封装时，其真空封装过程如下`801、电池芯体装入将步骤七中注有电解液的待封装电池芯体(5-7)放入所述密闭仓 体内，且将待封装电池芯体(5-7)上的开口置于所述上密封条和下密封条之间；`802、真空仓密封通过所述仓盖对所述密闭仓体进行进行整体密封；`803、真空封装启动所述抽真空设备将所述密闭仓体内抽成真空状态，直至密封仓体 内的气压大于步骤七中所注入电解液在密闭仓体内部空间当前温度状态下的气化压力时， 启动所述压合机构，使得待封装电池芯体(5-7)上的开口紧固夹于所述上密封条和下密封条之间，完成待封装电池芯体(5-7)上开口的真空封装过程；.804、泄压并完成真空封装过程通过所述排气管对所述密闭仓体内部进行泄压，之后 取出被所述密封夹持装置封装后的真空锂电池芯；步骤九中完成热塑封过程后，将待封装电池芯体(5-7)开口上夹有的所述密封夹持装 置卸下，获得成品锂电池。
全文摘要
本发明公开了一种具有极高承压能力的叠片式锂电池芯体及封装工艺，其电池芯体包括多个经碾压的电芯极片、焊接固定在各电芯极片上的导电垫片和两个极耳，多个电芯极片由上至下并排叠放在一起并经压实后形成芯体且相邻电芯极片之间通过电芯隔膜进行隔离；其封装工艺包括步骤1.电芯极片碾压处理；2.导电垫片焊接；3.电芯极片叠放；4.导电垫片组焊及极耳安装；5.电池芯体压实；6.铝塑膜封装；7.注入电解液；8.常温或低温条件下进行真空封装；9.热塑封装。本发明设计合理、结构简单、加工制作方便且所制作锂电池芯体具有极高的真空度和承压能力，解决了现有锂电池芯用于制造深海直浸电池时存在的承压能力差、使用寿命短等缺陷。
文档编号H01M2/26GK102130365SQ20111003328
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者康图强 申请人:康图强