本發(fā)明涉及鋰電池沖坑磨具技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大容量聚合物鋰電池的沖坑磨具。

背景技術(shù)：

隨著新能源產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，尤其是儲能行業(yè)及電動汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展，對大容量鋰離子電池提出了更高的要求，如要求重量更輕、比能量更高、安全性更好、使用壽命更長、大倍率放電性能更好、散熱性能更好以及組裝方便等特性，特別是對大容量鋰離子電池的能量密度和安全性能提出了更高的要求。現(xiàn)有大容量鋰離子電池采用聚合物鋁塑膜外殼的電池存在著以下問題：(1)鋁塑膜沖坑深度不足，一般在6mm以下，導(dǎo)致電池?zé)o法做大；(2)由于鋁塑膜成型機(jī)尺寸和氣缸所限制，對于尺寸較大的鋁塑膜外殼只能沖單坑(寬度≥200mm，長度≥300mm)，導(dǎo)致大容量電池?zé)o法按照雙坑沖坑模式制作電池(如圖1)，只能采用兩個單坑鋁塑膜外殼加四面封邊模式制作大容量電池(如圖2和3)。以上問題，導(dǎo)致沖坑深度限制電池?zé)o法做大，即使采用兩個單坑鋁塑膜外殼加四面封邊模式，也是效率低下，尾部無法折邊，浪費(fèi)電芯尺寸空間。

例如中國專利CN202225265U公布了一種鋰電池鋁塑膜沖坑模具包括有上模和下模，在上模上設(shè)置有沖頭，在與沖頭相互對應(yīng)位置的下模上設(shè)置有沖坑，所述下模的沖坑為單模沖坑，沖坑的下方還設(shè)有氣室沖坑；所述上模與沖坑對應(yīng)的上模為方形沖壓頭。所述的沖坑的尺寸深度為5-10mm，寬度65mm，長度130mm。該發(fā)明中沖坑的深度為固定，只適用于單一的鋰電池外殼要求。又例如中國專利CN204289626U公布了一種提高聚合物鋰電池單位面積容量的模具，包括：鋁塑膜成型結(jié)構(gòu)和包鋁塑膜結(jié)構(gòu)，所述鋁塑膜成型結(jié)構(gòu)包括鋁塑膜沖壓成型機(jī)、上模和下模，所述上模為單坑凹模，下模為單坑凸模，所述上模和下模的邊角呈圓弧狀。單所述上模和下模均安裝在鋁塑膜沖壓成型機(jī)上，所述成型機(jī)上還設(shè)置有下模氣缸，所述下模氣缸帶動所述下模進(jìn)入所述上模內(nèi)，沖出相應(yīng)規(guī)格鋁塑膜。該發(fā)明中沖坑后的鋰電池外殼在后續(xù)的工序中易產(chǎn)生變形，且該沖坑的深度固定，不能滿足不同的鋁電池外殼。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的尺寸無法做大，雙坑四面封邊模式效率低下，尺寸空間利用率低的問題，本發(fā)明提供了一種大容量聚合物鋰電子電池。

本發(fā)明提供了一種大容量聚合物鋰電池的沖坑模具，所述沖坑模具分為上模和下模，上模和下模的處于相互對應(yīng)位置，其特征在于：所述上模包括凸模、上模座和液壓缸a；所述液壓缸a包括缸體和活塞桿，活塞桿設(shè)于缸體內(nèi)部；所述液壓缸a安裝于上模底面的中間位置；所述凸模設(shè)于液壓缸a的正下方；所述上模座的底面開有方槽，該方槽的上方中間位置開有圓柱孔；所述液壓缸a設(shè)于上模座的方槽內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述液壓缸a的活塞桿安裝于方槽的圓柱孔內(nèi)，且活塞桿與凹槽中的圓柱孔處于同一中心軸線。

進(jìn)一步的，所述圓柱孔的深度大于活塞桿的最大行程。

進(jìn)一步的，所述方槽的尺寸與液壓缸a的缸體尺寸相同，且液壓缸a的行程長度小于方槽的高度。這樣的設(shè)計(jì)目的是使液壓缸a在方槽3內(nèi)移動時，缸體4不會脫離方槽3，保證液壓缸a的穩(wěn)定性。

進(jìn)一步的，所述凸模的形狀為方形體，凸模的外表面設(shè)有加熱層；所述凸模存在兩個過渡圓角分別為過渡圓角a和過渡圓角b；過渡圓角a為上模側(cè)面之間形成的過渡圓角，過渡圓角b為上模正面與側(cè)面之間形成的過渡圓角。減少沖壓過程中對鋁塑膜的拉伸，降低鋁塑膜在沖壓中的破損。

進(jìn)一步的，所述過渡圓角a的半徑Ra為5～10mm，過渡圓角b的半徑Rb為3～8mm。

進(jìn)一步的，所述下模包括下模座、液壓缸b和冷卻裝置；所述下模座上表面為工作平面，下模上表面的正中間設(shè)有沖坑，該沖坑的形狀為方形體，沖坑的外形尺寸與凸模相同，上模的凸模與下模的沖坑相互配對；所述沖坑分為側(cè)面和底部，底部與側(cè)面分離成兩部分；所述沖坑底部的正下方位置設(shè)有方形框；所述冷卻裝置安裝于沖坑的正下方位置，且處于方形框內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述方形框側(cè)壁開有進(jìn)氣通道，該進(jìn)氣通道連通方形框和下模座外側(cè)。

進(jìn)一步的，所述冷卻裝置包括支撐平臺、活塞柱、液壓缸c、進(jìn)氣管和氣源；所述支撐平臺設(shè)于液壓缸c的上方；所述活塞柱設(shè)于支撐平臺上方；進(jìn)氣管安裝于進(jìn)氣通道內(nèi)，該進(jìn)氣管連接方形框和氣源；所述氣源設(shè)于下模座外側(cè)任意位置。由于冷卻裝置的存在，可以使得沖坑后鋁塑膜可快速定型，避免在后續(xù)的工序中產(chǎn)生變形。

進(jìn)一步的所述活塞柱的形狀為凸形，分為小圓柱和大圓柱；所述活塞柱頂部的小圓柱尺寸與沖坑通孔的小圓柱孔尺寸一致，活塞柱的大圓柱的直徑與沖坑通孔的大圓柱孔直徑相同，大圓柱的高度大于沖坑通孔的大圓柱孔高度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明中的模具設(shè)計(jì)可以根據(jù)不同規(guī)格的鋰電池外殼要求進(jìn)行改變沖坑深度。

(2)本發(fā)明中凸模的過度圓角的設(shè)計(jì)減少了沖壓過程中對鋁塑膜的拉伸，降低鋁塑膜在沖壓中的破損。

(3)本發(fā)明中由于冷卻裝置的存在，可以使得沖坑后鋁塑膜可快速定型，避免在后續(xù)的工序中產(chǎn)生變形。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有雙坑鋁塑膜外殼示意圖；

圖2是現(xiàn)有單坑加四面封邊模式鋁塑膜外殼示意圖；

圖3是現(xiàn)有單坑加四面封邊模式制作的聚合物鋰離子電池示意圖；

圖4是本發(fā)明下模單坑示意圖；

圖5是疊片后焊接好極耳的電芯示意圖；

圖6是三面封邊后的電芯示意圖；

圖7是電芯制作完成后的成品電芯圖；

圖8是沖坑模具整體示意圖；

圖9是沖坑模具下模示意圖。

結(jié)合附圖在其上標(biāo)記：

1-上模座，2-活塞桿，3-方槽，4-缸體，5-凸模，6-下模座，7-液壓缸b，8-沖坑，9-活塞柱，10-支撐平臺，11-液壓缸c，12-氣源，13-進(jìn)氣管。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明披露了一種大容量聚合物鋰電池的沖坑模具，所述鋰電池的外殼采用鋁塑復(fù)合膜。沖坑工序中需要采用沖坑模具，在本實(shí)施例中對鋁塑膜成形機(jī)中的沖坑模具進(jìn)行了改進(jìn)。所述外殼采用鋁塑復(fù)合膜。所述沖坑模具分為上模和下模，所述上模和下模的處于相對位置；如圖8所示，所述上模包括凸模5、上模座1和液壓缸a；所述液壓缸a包括缸體4和活塞桿2，活塞桿2設(shè)于缸體4內(nèi)部；所述液壓缸a安裝于上模底面的中間位置；所述凸模5設(shè)于液壓缸a的正下方；所述上模座1的底面開有方槽3，該方槽3的上方中間位置開有圓柱孔；所述液壓缸a設(shè)于上模座1的方槽3中；所述液壓缸a的活塞桿2安裝于方槽3的圓柱孔內(nèi)，且活塞桿2與凹槽中的圓柱孔處于同一中心軸線；所述圓柱孔的深度大于活塞桿2的最大行程，保證活塞桿2在移動過程中始終處于圓柱孔內(nèi)。所述方槽3的尺寸與液壓缸a的缸體4尺寸相同，且液壓缸a的行程長度小于方槽3的高度；這樣的設(shè)計(jì)目的是使液壓缸a在方槽3內(nèi)移動時，缸體4不會脫離方槽3，保證液壓缸a的穩(wěn)定性；所述凸模5設(shè)于液壓缸a的下方，所述凸模5的形狀為方形體，凸模5的外表面設(shè)有加熱層；所述凸模5存在兩個過渡圓角：過渡圓角a和過渡圓角b；過渡圓角a為上模側(cè)面之間形成的過渡圓角，過渡圓角b為上模正面與側(cè)面之間形成的過渡圓角；所述過渡圓角a的半徑Ra為5～10mm，過渡圓角b的半徑Rb為3～8mm。這樣的設(shè)計(jì)目的是減少沖壓過程中對鋁塑膜的拉伸，降低鋁塑膜在沖壓中的破損。在本實(shí)施例中，優(yōu)選的過渡圓角a和過渡圓角b的半徑大?。篟a為5mm和Rb為5mm。

在上模的相互對應(yīng)位置下方設(shè)置下模，如圖9所示，所述下模包括下模座6、液壓缸b7和冷卻裝置；所述下模座6上表面為工作平面，下模上表面的正中間設(shè)有沖坑8，該沖坑8的形狀為方形體，沖坑8的外形尺寸與凸模5相同，上模的凸模5與下模的沖坑8相互配對；所述沖坑8分為側(cè)面和底部，底部與側(cè)面分離成兩部分；所述沖坑8底部的正下方位置設(shè)有方形框；所述液壓缸b7設(shè)于方形框的下方，通過液壓缸b7的移動，可以使得沖坑8的底部做升降運(yùn)動改變沖坑8的深度，滿足不同規(guī)格的鋰電池的生產(chǎn)條件；所述沖坑8表面設(shè)有加熱層，加熱層的存在保證了鋁塑膜沖坑8時，可以快速成型；由于通過加熱將鋁塑膜快速成型，但當(dāng)沖坑8結(jié)束后，若沒有得到冷卻，會容易產(chǎn)生變形，因此在下模具上設(shè)置冷卻裝置。所述冷卻裝置安裝于沖坑8的正下方位置，且處于方形框內(nèi)。所述方形框側(cè)壁開有進(jìn)氣通道，該進(jìn)氣通道連通方形框和下模座6外側(cè)。所述沖坑8的底面開有通孔，該通孔的形狀為凸形，分為小圓柱孔和大圓柱孔，通孔的小圓柱孔開設(shè)在沖坑8底部，大圓柱孔連通小圓柱段和加熱層底部。該通孔按陣列方式排布在沖坑8底部；所述冷卻裝置包括支撐平臺10、活塞柱9、液壓缸c11、進(jìn)氣管13和氣源12；所述支撐平臺10設(shè)于液壓缸c11的上方；所述活塞柱9設(shè)于支撐平臺10上方；進(jìn)氣管13安裝于進(jìn)氣通道內(nèi)，該進(jìn)氣管13連接方形框和氣源12；所述氣源12設(shè)于下模座6外側(cè)任意位置；所述支撐平臺10形狀為矩形；活塞柱9的形狀為凸形，分為小圓柱和大圓柱；所述活塞柱9頂部的小圓柱尺寸與沖坑8通孔的小圓柱孔尺寸一致，活塞柱9的大圓柱的直徑與沖坑8通孔的大圓柱孔直徑相同，大圓柱的高度大于沖坑8通孔的大圓柱孔高度。所述活塞柱9的底部固定于支撐平臺10上平面，通過螺栓固定。

通過對沖坑8模具的改進(jìn)可以最大限度的提高鋁塑膜外殼的沖坑8深度，最大深度在10～15mm，而目前國內(nèi)同樣厚度鋁塑膜厚度為152μm，最大沖深在5～8mm。鋁塑膜沖坑8深度的提高有助于制作厚度更大的電池，從而得以制作出大容量聚合物鋰離子電池。由于沖坑8方式采用雙坑模式時鋰電池的尺寸將無法做大，且雙坑四面封邊模式效率低下，尺寸空間利用率低，因此本實(shí)施例中所述沖坑8方式采用單坑模式。當(dāng)使用這種方式進(jìn)行沖坑8時，如圖4所述，所述鋁塑膜的截面“A-A”左側(cè)部分設(shè)于沖坑8模具下方；沖坑8時左側(cè)部分的最大面積可接近于整個沖坑8模具面積，也就是說鋁塑膜外殼的單坑面積最大可以做到模具大小，鋁塑膜外殼的右側(cè)部分可以處于模具外面；這樣的設(shè)計(jì)可以保證沖壓出的單坑形式的鋁塑膜外殼，其外形尺寸為長度L為100～500mm，寬度W為100～500mm；本實(shí)施例中由于對上模的三處過渡圓角進(jìn)行優(yōu)選，因此在沖坑8后鋁塑膜外殼的尺寸為長度L為500mm，寬度W為500mm，得到最大鋁塑膜外殼。該鋰電池改進(jìn)了現(xiàn)有大容量金屬外殼鋰離子電池重量大、安全性差、能量密度低的弊端，同時也克服了采用兩個單坑鋁塑膜外殼四面封邊模式的聚合物鋰離子電池的弊端，大大提高了鋰離子電池的安全性能、生產(chǎn)效率、能量密度等性能，本實(shí)施中以磷酸鐵鋰體系為例，其鋰電池的能量密度可以從110-120wh/kg提升到140-150wh/kg，同時對于后期電池組裝、測試也可以更加便捷、高效。

通過本實(shí)施里中的沖壓方式后得到的鋰離子電池外殼為方形腹腔，該方形腹腔的尺寸為可達(dá)到長度100～500mm，寬度100～500mm，深度10～15mm；本實(shí)施例中完成鋰電池的整個生產(chǎn)工藝分為：疊片、沖坑、頂封、注液、預(yù)化、化成和分容；所述疊片是將正極膜、負(fù)極膜切成小片與隔離膜疊合成小電芯單體，然后將小電芯單體疊放并聯(lián)起來組成一個大電芯。沖坑是將鋁塑復(fù)合膜采用沖坑機(jī)進(jìn)行沖坑，形成外殼，將電芯放入外殼中進(jìn)行頂封；頂封是將裸電芯包上包裝鋁箔，對頂部和側(cè)邊進(jìn)行熱封裝；注液是將電解液加入到電芯中，并將電芯完全封住；預(yù)化是通過充放電方式將其內(nèi)部正負(fù)極物質(zhì)激活，同時在負(fù)極表面形成良好的SEI膜；化成是進(jìn)一步形成穩(wěn)定的SEI膜，并檢測電芯容量；分容是安裝設(shè)計(jì)目標(biāo)或是客戶要求對電池進(jìn)行容量篩選。本實(shí)施例作進(jìn)一步優(yōu)選的，采用正極膜、負(fù)極膜和隔膜一起使用“Z”字型自動疊片機(jī)疊片成方形電芯，再將疊片好的方形電芯點(diǎn)焊上正、負(fù)極耳(如圖5)，同時將鋁塑復(fù)合膜沖壓成型為單個方形膜腔(如圖4)，然后將方形電芯放入沖好的鋁塑復(fù)合膜膜腔內(nèi)，經(jīng)過烘烤注液后，對鋁塑復(fù)合膜進(jìn)行三邊熱封(如圖6)，然后在經(jīng)過化成、分容、整形和折邊，即可組裝成為單坑模式的大容量聚合物鋰離子電池(如圖7)。

沖壓磨具的工作原理：

將鋁塑膜放置在下模具上，鋁塑膜的左側(cè)部分安放在沖坑8位置，通過控制裝置通過控制液壓缸b7的升降，控制沖坑8底部與下模座6上平面之間的距離，根據(jù)所需要的沖坑8深度進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)確定需要制造大容量鋰電池時，控制裝置控制液壓缸b7下降運(yùn)動，帶動沖坑8底部向下運(yùn)動，此時沖坑8的深度達(dá)到最大后。當(dāng)確定沖坑8位置后，控制裝置控制液壓缸a中活塞桿2在缸體4中的伸出長度，使得凸模5底面和上模座1的底面之間的高度與沖坑8的深度相同，此時將上模垂直下壓，凸模5將鋁塑膜壓入深坑中。在沖壓過程中，凸模5和沖坑8表面的加熱層進(jìn)行通電，使得凸模5和沖坑8均帶有熱度，鋁塑膜快速成型為方形腹腔。雖然通過加熱使得鋁塑膜快速成型，但這種方式也容易使得成型后的鋁塑膜發(fā)生變形，可通過冷卻的方式將沖壓后的鋁塑膜進(jìn)行快速定型，避免了變形的發(fā)生。在沖壓后，控制裝置控制冷卻裝置啟動，控制液壓缸c11作下降運(yùn)動，帶動支撐裝置向下運(yùn)動，此時支撐裝置上方的活塞柱9與沖坑8的凸形通孔之間產(chǎn)生間隙?？刂蒲b置啟動氣源12，氣源12將冷卻氣體通過進(jìn)氣管13進(jìn)入方形框中，方形框中的冷卻氣體通過支撐裝置上方的活塞柱9與沖坑8的凸形通孔之間產(chǎn)生間隙進(jìn)入沖坑8與凸模5之間，此時將沖坑8、凸模5和鋁塑膜三者進(jìn)行快速的降溫，使鋁塑膜快速定型，此時鋁塑膜的沖坑8深度為最大。當(dāng)不需要生產(chǎn)大容量鋰電池時，控制裝置通過調(diào)節(jié)液壓缸b7作上升動作，使得沖坑8底部向上運(yùn)動，減小沖坑8底部和下模座6上平面之間的距離，減小了沖坑8的深度。確定沖坑8深度后，通過控制裝置減小液壓缸a的活塞桿2在缸體4外的長度，使得凸模5底面和上模座1底面之間的距離減小，直至該距離與沖坑8深度相同，停止液壓缸a的運(yùn)動。將上模與下模進(jìn)行沖壓運(yùn)動，完成所需的鋰電池外殼。通過這種方式的運(yùn)動可以調(diào)節(jié)不同的沖坑深度，滿足不同規(guī)格鋰電池外殼的沖坑要求，其最大鋁塑膜外殼的沖坑深度達(dá)到10～15mm；又由于冷卻裝置的存在，可以使得沖坑后鋁塑膜可快速定型，避免在后續(xù)的工序中產(chǎn)生變形。

上述說明示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。