软包装锂电池化成夹紧机构的设计和应用

刘红梅　　冯　　源　鲁怀敏

（沙洲职业工学院，苏州 215600）

软包装锂电池化成夹紧机构的设计和应用

刘红梅冯源鲁怀敏

（沙洲职业工学院，苏州 215600）

锂电池小批量生产过程中普遍存在缺少夹持力控制工序的情况，如果不对化成的电池进行夹持力控制，将会出现废品率较高的现象。针对单体锂电池的化成和测试，研制出手动的夹持、夹紧机构。本项目在对单个锂电池的化成及测试过程中使用夹具进行化成和测试，通过控制改进夹持力受力均衡、电池表面平整、夹持力的力度调整三个方面，获得最理想的锂电池化成及测试状态，从而最终实现延长锂电池使用寿命的目的。

夹持装置受力均衡夹紧机构锂电池

引言

锂离子动力电池具有能量密度高、无记忆效应、循环次数多、使用寿命长等优点，为电动汽车这种零排放、无污染交通工具的普及提供了技术支撑。但是，锂离子动力电池的制备技术相对复杂，对生产条件要求较为苛刻。特别是在锂离子动力电池化成的过程中，电池内部存在少量的气泡。如果不加以处理，这些气泡会一直存在于电池内。长时间使用后，电池内有气泡的部分会不断扩大，致使极板分离范围增加，电池容量下降。当电池发生过充或者过放后，电池内胀气现象会进一步加重，严重影响电池的循环寿命和放电性能，并可能导致漏液而使电池报废。

现有技术一般将电池放置在老化板上，然后手动用夹子夹住电池的“极耳”进行化成。在化成过程中，采用抽真空的方法将电池内的气体挤出到储气袋中，当电池化成完毕再将电池与储气袋分离。这种方法电池装夹效率低，操作过程较为繁琐，且不能保证电池表面的平整。

为了解决上述问题，研发一种锂离子动力电池化成过程中使用的单体手持式夹持装置，用于解决化成过程中的气泡产生及电池的表面平整性，从而提高锂电池的最终使用寿命。

1锂电池化成夹持装置的结构与夹持接触力模型

一种锂离子电池加压装置包括底板、固定框架、压板及铰链装置。固定框架与底板的相对位置固定，压板通过铰链装置与固定框架连接，铰链装置使压板与底板间隔设置，压板与底板之间具有容置空间用于容纳电池单体。铰链装置包括第一铰链臂、第二铰链臂、第一销轴、第二销轴、第三销轴及手柄组成的死点机构。其中，第一铰链臂通过一铰链座与固定框架连接，第二铰链臂与压板连接，当第一铰链臂和第二铰链臂在手柄的带动下达到死点位置时，放置在压板及底板之间的电池单体被压紧。装置结构图，如图1所示。

2合力分析

反作用力及反作用力矩的具体情况，如表1所示。

图1装置结构图

表1反作用力及反作用力矩

3　仿真测试与试验

锂离子电池加压装置使用弹性元件连接铰链装置与固定框架。弹性元件可发生形变，以适应不同电池单体因制造误差而产生的厚度变化及同一电池单体在化成时极板膨胀引起的厚度变化，其弹性元件能保证压板对电池单体的有效压紧，能在电池单体化成工艺过程中保证电池单体的内在品质和外观形状。

此外，在电池单体充放电过程中，如果对电池单体施加一定的压力，可使电池单体的容量有一定程度的提高。本项目中，锂离子电池加压装置也可用于电池单体充放电测试过程中的加压。

另外，本领域技术人员还可以在本项目装置内做其他变化。当然，这些变化都应包含在本项目所要求保护的范围之内。

4结论

锂离子电池加压装置可在电池单体化成过程中对电池单体进行加压，从而有效解决电池单体化成过程中内部气泡积聚的问题，防止电池单体在化成过程中出现膨胀、变形情况，提高电池单体的内在品质和外观形状。该加压装置是利用机械死点原理而设计的一种可快速夹持、快速打开的结构，便于使用和调节，动作迅速可靠，有利于操作人员进行操作，减少辅助用时，加快电池化成工艺中对电池进行加压夹紧上架的作业进程，提高生产效率。该加压装置的结构简单，适合于大批量加工制造。

［1］梁波.锂离子电池安全性能研究［M］.1版.长沙：中南大学出版社，2014：32-35.

［2］吴宇平.锂离子电池：应用与实践［M］.2版.北京：电子工业出版社，2012：49-50.

［3］刘国强.先进锂离子电池材料［M］.1版.北京：科学出版社，2015：73-80.

The Design and Application of the Flexible Packaging Lithium Battery Formation and Clamping Mechanism

LIU Hongmei，FENG Yuan，LU Huaimin
（Shazhou Vocational College of Engineering，Suzhou 215600）

In the process of small batch production of lithium battery，there is a lack of clamping force control process.If the battery is not controlled，the scrap rate will be higher.For monomer lithium battery formation and testing，developed a manual clamping，clamping mechanism.The project in the single lithium battery formation and testing process clamp formation and test，by controlling the improved clamping force force equilibrium，cell surface smooth，clip to force the intensity of three aspects of adjustment，to obtain the ideal lithium battery formation and testing，and ultimately to achieve prolong the service life of the lithium battery to.

clamping device，force balance，clamping mechanism，lithium battery

江苏省大学生创新2015年项目“锂电池化成夹持装置”（201511288003Y）。