軟包鋰電池自動(dòng)真空注液系統(tǒng)分析

駱承華

摘要： 軟包鋰電池在多個(gè)領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用價(jià)值，故而對(duì)自動(dòng)真空注液系統(tǒng)予以深入研究可妥善處理以往注液準(zhǔn)確度偏低、注液效率不高等問題。在此之上，本文簡(jiǎn)要分析了軟包鋰電池的優(yōu)勢(shì)與自動(dòng)真空注液系統(tǒng)的工作原理，并通過(guò)明確系統(tǒng)運(yùn)行流程、合理設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)軟包裝熱封參數(shù)、應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)等措施，以此提升軟包鋰電池注液質(zhì)量，最大化滿足當(dāng)前軟包鋰電池實(shí)際需求。

關(guān)鍵詞： 軟包鋰電池;自動(dòng)真空注液系統(tǒng);機(jī)械結(jié)構(gòu);電芯

【中圖分類號(hào)】TP27【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1674-3733（2020）12-0215-02

前言：軟包鋰電池性能照比傳統(tǒng)電池高出10倍。為了確保軟包鋰電池在后續(xù)使用期間發(fā)揮出真正的作用，應(yīng)充分借助自動(dòng)真空注液系統(tǒng)強(qiáng)化其注液效果，以此避免軟包鋰電池出現(xiàn)不良現(xiàn)象。同時(shí)，還應(yīng)就當(dāng)前軟包鋰電池的具體需求采取有效措施對(duì)以往注液模式加以改造，進(jìn)而為軟包鋰電池注液操作打造良好環(huán)境。

1軟包鋰電池的優(yōu)勢(shì)

軟包鋰電池主要是在在液態(tài)鋰離子電池外端包裹一層聚合物，從而杜絕電池爆炸現(xiàn)象的發(fā)生。軟包鋰電池的設(shè)計(jì)能最大化增加電池本身的安全性。通常情況下，軟包鋰電池工作電壓處于2.4V到4.2V范圍內(nèi)，且適合在45℃溫度下進(jìn)行充電。為了確保軟包鋰電池實(shí)現(xiàn)便捷攜帶，它的尺寸多為9.5×35×52mm，電池內(nèi)部電阻值不會(huì)超過(guò)150mΩ，進(jìn)而在眾多領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用空間。

一般而言，軟包鋰電池具體包括以下優(yōu)勢(shì)：

其一，安全性高，軟包鋰電池由于外包裝有鋁膜作為保護(hù)層，故而盡管內(nèi)部出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，也只會(huì)發(fā)生鼓包而非爆炸現(xiàn)象[1]。

其二，質(zhì)輕容量大。軟包鋰電池相比以往鋼制鋰電池質(zhì)量輕了大概40%左右，比鋁制電池質(zhì)量也輕了20%，故而能滿足人們自由攜帶需求。至于軟包鋰電池的容量它照比鋼制鋰電池高出15倍。因此，軟包鋰電池達(dá)成了小巧高容量設(shè)計(jì)目標(biāo)。

其三，內(nèi)阻值小，軟包鋰電池內(nèi)阻最小可達(dá)到35mΩ，從而減少電能損耗量。

其四，個(gè)性設(shè)計(jì)，軟包鋰電池的實(shí)際形狀能跟隨用戶具體需求自由調(diào)整，由此彰顯出軟包鋰電池的個(gè)性化特征。

2自動(dòng)真空注液系統(tǒng)的工作原理

自動(dòng)真空注液系統(tǒng)在實(shí)際操作過(guò)程中能夠有效增加軟包鋰電池注液的精準(zhǔn)度，并且適當(dāng)加快電池電解液浸潤(rùn)速度，而且還能全面提高注液生產(chǎn)效率，由此解決了以往損耗嚴(yán)重等問題。在自動(dòng)真空注液系統(tǒng)下，它具體是依靠除氣泡設(shè)備、真空抽取裝置、隔膜閥增加軟包鋰電池注液準(zhǔn)確性。

首先，在自動(dòng)真空注液系統(tǒng)的輔助下需先行將兩個(gè)軟包鋰電池固定在一起，并為其提供相對(duì)的真空注液腔，使其能夠高效進(jìn)入到注液環(huán)節(jié)，防止產(chǎn)生注液偏差。

其次，在注液過(guò)程中需對(duì)軟包鋰電池進(jìn)行抽氣處理，采用真空注液方式將其內(nèi)部空氣儲(chǔ)量值調(diào)整到固定真空操作標(biāo)準(zhǔn)范圍。

最后，軟包鋰電池可在注液泵與隔膜閥等結(jié)構(gòu)的輔助下快速完成注液任務(wù)，并將電解液填充至軟包鋰電池電芯中，之后再實(shí)施迂回充氣，使其重回到非真空狀態(tài)，這樣才能在自動(dòng)真空注液系統(tǒng)之下實(shí)現(xiàn)高精準(zhǔn)度注液。

3軟包鋰電池自動(dòng)真空注液系統(tǒng)的優(yōu)化措施

3.1明確系統(tǒng)運(yùn)行流程

針對(duì)軟包鋰電池自動(dòng)真空注液系統(tǒng)，在具體運(yùn)行期間需進(jìn)一步明確操作流程，這樣才能確保軟包鋰電池獲得良好的注液結(jié)果。經(jīng)過(guò)對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，最終可將自動(dòng)真空注液系統(tǒng)運(yùn)行誤差控制在總注液量的+0.7%。

自動(dòng)真空注液系統(tǒng)具體包括以下三個(gè)步驟：

（1）上料，在系統(tǒng)啟動(dòng)后，可將軟包鋰電池放于自動(dòng)真空注液裝置中，通過(guò)對(duì)電芯進(jìn)行掃碼確定軟包鋰電池形狀等參數(shù)，之后將人工上料盒置于上料位上，待掃碼后將電芯放在轉(zhuǎn)盤夾具中實(shí)施自動(dòng)稱重，以此為后續(xù)操作提供重要保障，也能避免電解液出現(xiàn)過(guò)多注入現(xiàn)象。

（2）注液，在注液環(huán)節(jié)需將軟包鋰電池的電芯進(jìn)行靜置處理，并將其內(nèi)部空氣抽取干凈，當(dāng)實(shí)現(xiàn)真空狀態(tài)后可予以注液，一般需對(duì)準(zhǔn)注液腔，然后再準(zhǔn)確測(cè)量電芯是否符合注液要求，在機(jī)械操作臂的輔助下可將電芯位置由上料盒轉(zhuǎn)移到出料盒，進(jìn)而確保電芯快速完成注液任務(wù)。若在檢測(cè)期間發(fā)現(xiàn)電芯與注液要求不一致，機(jī)械臂將把待調(diào)整電芯置于NG品料盒中，便于相關(guān)人員及時(shí)清除不合格產(chǎn)品[2]。

（3）下料，待軟包鋰電池注液操作完成后需對(duì)其進(jìn)行封口處理，并且將其過(guò)渡到下料環(huán)節(jié)，防止電解液滲漏，也能保證軟包鋰電池處于正?？捎脿顟B(tài)下，直到工作人員手動(dòng)取走已被注液的軟包鋰電池。

3.2合理設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)

（1）電芯吸收率

軟包鋰電池注液主要是對(duì)電芯進(jìn)行電解液的注入，通過(guò)電芯對(duì)電解液的吸收來(lái)達(dá)到注液成功的目的。因此，在優(yōu)化自動(dòng)真空注液系統(tǒng)性能時(shí)需要適當(dāng)增加電芯吸收率，由此可提高生產(chǎn)效率。在自動(dòng)真空注液系統(tǒng)下主要是依靠迂回抽真空與破真空技術(shù)對(duì)電芯進(jìn)行電解液注入工作，并在注液環(huán)節(jié)實(shí)施靜置操作，便于電芯能夠達(dá)到最佳吸收效果，這樣可避免后續(xù)頻繁補(bǔ)液。

據(jù)了解：此種方法在實(shí)踐操作中能達(dá)到一次完成500個(gè)電芯的注液任務(wù)量，相比以往注液系統(tǒng)不但實(shí)踐性更強(qiáng)，而且效率也高出20%左右，從而值得予以大范圍推廣。此外，從精準(zhǔn)度上來(lái)看，也基本上能增加+0.2%精度，同時(shí)，真空注液后電池的浸潤(rùn)擱置時(shí)間也將由原有的48h降至24h，由此為軟包鋰電池的生產(chǎn)與量產(chǎn)投入提供了輔助作用。在該系統(tǒng)運(yùn)行期間還能采用真空操作方式增加軟包鋰電池注液密封性與干燥度，防止受外界空氣影響而出現(xiàn)大量注液氣泡。故而，針對(duì)軟包鋰電池實(shí)施自動(dòng)真空注液具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

（2）智能軟件

在自動(dòng)真空注液系統(tǒng)中除了需要應(yīng)用氣缸、電機(jī)、上料轉(zhuǎn)盤、機(jī)械臂等機(jī)械結(jié)構(gòu)外，還應(yīng)借助智能軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)注液。例如在該系統(tǒng)中可以可編程邏輯控制技術(shù)為主對(duì)自動(dòng)真空注液系統(tǒng)操作步驟實(shí)施自動(dòng)化控制，包括智能掃碼、自動(dòng)封口等，這些都離不開智能軟件的支持。因此，相關(guān)人員在對(duì)系統(tǒng)加以優(yōu)化時(shí)理應(yīng)選擇配套的軟件與硬件設(shè)施，促使軟包鋰電池在智能自動(dòng)化操作過(guò)程中獲得良好的注液成果。

（3）新型注液法

軟包鋰電池在注液期間常常會(huì)產(chǎn)生注液氣泡。為了保證電芯中的電解液保持穩(wěn)定狀態(tài)，還需在對(duì)其進(jìn)行注液階段實(shí)施除氣泡操作。自動(dòng)真空注液系統(tǒng)所采用的注液方法與以往注液形式相比有所差異，且除氣泡方式以“三罐除氣”為主，盡管所產(chǎn)生的注液氣泡尺寸較小，也能對(duì)其進(jìn)行有效清除，由此增加注液精準(zhǔn)度，也能防止后續(xù)發(fā)生反復(fù)注液?jiǎn)栴}[3]。

3.3調(diào)節(jié)軟包裝熱封參數(shù)

在軟包鋰電池自動(dòng)注液真空系統(tǒng)研究中，為了促使軟包鋰電池朝著超薄方向不斷發(fā)展，還應(yīng)對(duì)其軟包裝熱封參數(shù)予以調(diào)節(jié)，以此滿足軟包鋰電池的實(shí)際研發(fā)需求。其中可從熱封鋁塑膜上予以分析，具體包括以下四個(gè)方：

其一，在熱封強(qiáng)度上，保證熱風(fēng)鋁塑膜的強(qiáng)度剛好符合軟包鋰電池運(yùn)輸與使用要求，既不能過(guò)于強(qiáng)硬，導(dǎo)致內(nèi)部壓力增大降低使用體驗(yàn)，又不能過(guò)于松軟，造成軟包鋰電池失去原有抗壓性能。從相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可知：軟包鋰電池?zé)岱怃X塑膜的包裝寬度不宜超出15mm，在設(shè)置熱封強(qiáng)度時(shí)可采用“平均值”方法獲取熱封鋁塑膜拉伸強(qiáng)度，進(jìn)而判斷出最適合的熱封強(qiáng)度。

其二，在熱封溫度上，根據(jù)以往實(shí)驗(yàn)結(jié)果可了解到：在熱封溫度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)時(shí)，它所需要的熱封強(qiáng)度也應(yīng)上調(diào)，在其達(dá)到190℃時(shí)產(chǎn)生明顯遞增區(qū)間。比如在熱封溫度保持在180℃到240℃之間時(shí)，其軟包裝材料所需強(qiáng)度將每15mm增加30N。但熱封溫度并非越高越高，在其超出峰值后，將導(dǎo)致軟包鋰電池?zé)o法承擔(dān)熱封壓力，從而降低軟包裝粘合性，最終容易引發(fā)裂紋現(xiàn)象。因此，應(yīng)根據(jù)每個(gè)軟包鋰電池對(duì)熱值的要求調(diào)整軟包裝熱封鋁塑膜溫度。

其三，在表觀模量上，它是依據(jù)熱封溫度計(jì)算熱封操作中的變化斜率，最終得出可靠的表觀模量，這也為軟包鋰電池的優(yōu)質(zhì)包裝提供重要參考依據(jù)。同時(shí)，表觀模量與熱封溫度間有著正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)熱封溫度高于210℃時(shí)，應(yīng)將熱封強(qiáng)度作為主要調(diào)節(jié)參數(shù)，進(jìn)而保證軟包鋰電池具備性能良好的軟包裝。

其四，熱封時(shí)間與熱封強(qiáng)度兩者間同樣有著緊密聯(lián)系。比如在延長(zhǎng)熱封時(shí)間時(shí)，熱封強(qiáng)度也會(huì)有所提高，實(shí)現(xiàn)熱封鋁塑膜的充分融合，促使軟包鋰電池在熱封處理中展現(xiàn)出較強(qiáng)的實(shí)用性。

據(jù)此，在軟包鋰電池自動(dòng)真空注液系統(tǒng)研究中，還需做好重要的收尾工作，由此擴(kuò)大軟包鋰電池的應(yīng)用范圍。

3.4應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)

在應(yīng)用自動(dòng)真空注液系統(tǒng)時(shí)還需采用自動(dòng)化控制方式促使軟包鋰電池處于規(guī)范化注液狀態(tài)下。其中涉及到的自動(dòng)控制技術(shù)主要有掃碼自動(dòng)控制與軟件自動(dòng)開發(fā)技術(shù)。它需根據(jù)微型處理器對(duì)軟包鋰電池電芯進(jìn)行細(xì)致檢測(cè)，之后再將其納入到注液工序中。同時(shí)，這種自動(dòng)控制的方式相比以往人力注液除了準(zhǔn)確性更高外，其效率也有所上升，并且還具有節(jié)能性特征。

此外，在融入自動(dòng)控制理念后實(shí)施注液，還需引入自動(dòng)采集與通訊技術(shù)，根據(jù)軟包鋰電池具體型號(hào)與尺寸為其提供相適應(yīng)的注液渠道。因此，自動(dòng)控制技術(shù)是自動(dòng)真空注液系統(tǒng)的核心內(nèi)容，在對(duì)系統(tǒng)性能加以優(yōu)化時(shí)，還需注重軟件與硬件設(shè)施的科學(xué)維護(hù)，從而最大化展現(xiàn)出系統(tǒng)自動(dòng)真空注液價(jià)值。

結(jié)論：綜上所述，軟包鋰電池作為新型電池類型，它在手機(jī)、電動(dòng)車等多個(gè)產(chǎn)品中都占據(jù)著重要地位，故而應(yīng)全面提高注液效率，以此優(yōu)化其使用性能。同時(shí)，還可從運(yùn)行流程、機(jī)械結(jié)構(gòu)、自動(dòng)封口、自動(dòng)控制等方面著手，確保軟包鋰電池在自動(dòng)真空注液系統(tǒng)的協(xié)助下實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，并且還需注重注液效率、準(zhǔn)確性、注液氣泡排出率對(duì)軟包鋰電池注液操作的影響，從而為鋰電池研究提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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