CN100568607C - 电池动态陈化方法及其动态陈化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于电池动态陈化方法及其陈化装置，主要包括以下步骤：将涂布制得的正负极片与微孔隔膜卷绕或叠片而成的极芯组件套入电池壳内，注入电解液并套好密封圈，然后对电池进行充电化成，之后对电池进行容量测试分选，尤其是在所述步骤中还包括有对将电池放置在动态陈化装置中，进行动态陈化的过程。本发明还揭露了前述动态陈化方法中的动态陈化装置，其中所述动态陈化装置主要设有运转装置，和安装在该动转装置上的电池盒。这种动态陈化方法可制得具有优异循环性能和储存性能的二次电池，这种动态陈化装置的结构简单，控制电池的转动速度方便。

Description

电池动态陈化方法及其动态陈化装置
技术领域
本发明涉及二次电池领域，尤其涉及一种可制得具有优异循环性能和储存性能的二次电池的电池动态陈化方法，以及用于该电池动态陈化法的动态陈化装置。
背景技术
锂离子二次电池因其高比能量、高工作电压、长循环寿命、无污染等优点，在现代移动电子设备和通讯设备中得到了广泛应用。通常，在锂离子电池首次充放电过程中，电极材料与电解液在固液相界面上发生反应，形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层(passivating film)。这种钝化层是一种界面，具有固体电解质的特征，是电子绝缘体却是Li+的优良导体，Li+可以经过该钝化层自由嵌入和脱出，因此这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”(SEI膜)。SEI膜具有有机溶剂不溶性，在有机电解质溶液中能稳定存在，并且溶剂分子不能通过该层钝化膜，从而能有效防止溶剂分子的共嵌入，避免了因溶剂共嵌入造成电极材料的破坏。
现有锂离子二次电池的陈化方式是立放或侧放等静态陈化。在这些静态陈化条件下，电池内部的有机电解液由于自身的重力作用，绝大部分聚集在电池的下端，导致电池内的上部极芯在有机电解液中润湿不充分。在充放电过程中，特别是首次充电过程，这些极片部位(特别是负极片)表面由于缺少有机电解液，其成分锂盐(如LiPF6)与有机溶剂氧化还原反应生成的SEI膜厚度过薄、疏松、且不均匀，从而引起极片尤其是负极片各区域物理特性和电化学性能的差异，并最终恶化电池循环性能和储存性能。
发明内容
鉴于上述不足，本发明的目的即在于提供一种可制得具有优异循环性能和储存性能的二次电池的电池动态陈化方法，以及用于该电池动态陈化法的动态陈化装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明电池动态陈化方法，主要包括以下步骤：将涂布制得的正负极片与微孔隔膜卷绕或叠片而成的极芯组件套入电池壳内，注入电解液并套好密封圈，然后对电池进行充电化成，之后对电池进行容量测试分选，尤其是在所述步骤中还包括有对将电池放置在动态陈化装置中，进行动态陈化的过程。
在上述过程中，其中：
所述的动态陈化过程的步骤，是指电池在套密封圈的工序后，或者在充电化成工序后，或者在分选工序后，对电池进行动态陈化的步骤。
所述动态陈化过程是指将电池在转动的过程中陈化。
所述动态陈化环境温度为10～55℃，优选20～45℃；陈化时间为2～120小时，优选时间为5～48小时；电池自转速度为0.005～0.5米/分钟。
本发明如上述所提及的动态陈化装置，主要设有运转装置，和安装在该运转装置上的电池盒。
在上述基础上，其中：
所述运转装置主要包括齿轮、通过连接杆与齿轮连接达成同轴转动的电池盒、传送链以及电机、减速器，其中电机通过减速器驱动传送链，由传送链带动齿轮转动，进而带动电池盒转动。
所述电机通过减速器控制电池盒的自转速度的范围在0.005～0.5米/分钟内。
所述电池盒是由盒盖和至少一个固定槽组成，其中盒盖是固定在固定槽上，每个固定槽内至少可以固定一只电池。
本发明具有如下优点：
1、动态陈化后，电池内部的正负极极片和离子交换膜在有机电解液中的浸润更加充分、均匀，且利于负极片在充放电过程(特别是首次充电过程)中形成致密、均一的SEI膜；
2、通过改善负极片表面SEI膜的成膜效果，从而改善电池的循环性能、自放电性能以及储存性能等；
3、提高了有机电解液对电池内部正负极片和离子交换膜的浸润效果，可以优化并缩短陈化时间，进一步提高生产效率。
4、本发明的动态陈化装置结构简单，控制电池的转动速度方便。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。
图1是本发明电池动态陈化方法所采用的动态陈化装置的示意图。
图2是沿图1的A-A向所看到的结构示意图。
图3是本发明动态陈化装置的电池盒的剖面结构示意图。
图4是通过本发明电池动态陈化方法所获得锂离子二次电池的循环曲线示意图。
具体实施方式
本发明电池动态陈化方法，主要包括以下步骤：将涂布制得的正负极片与微孔隔膜卷绕或叠片而成的极芯组件套入电池壳内，注入电解液并套好密封圈，然后对电池进行充电化成，之后对电池进行容量测试分选等步骤，其中在电池的套密封圈工序后，或者在充电化成工序后，或者在分选工序后，将电池放置在动态陈化装置中，对电池进行动态陈化，该动态陈化环境温度为10～55℃，优选20～45℃；陈化时间为2～120小时，优选时间为5～48小时；电池自转速度为0.005～0.5米/分钟。
请参考图1和图2，在上述过程中，其中所提及的动态陈化装置，设有运转装置3，该运转装置3内主要包括齿轮2、通过连接杆6与齿轮2连接达成同轴转动的电池盒7、传送链1以及电机4、减速器5，所述电机4通过减速器5驱动传送链1，由传送链1带动齿轮2转动，进而带动电池盒7转动，所述电机4通过减速器5控制电池盒7的自转速度在0.005～0.5米/分钟范围内。
其中电池盒7是由盒盖8和至少一个固定槽11组成，其中盒盖8是通过用锁紧螺钉9固定在固定槽11上，每个固定槽11内至少可以固定一只电池。
现以锂离子二次电池为例，做出实施例与比较例进行比对，具体如下：
【实施例】：将一定量的PVDF以一定比率溶解在NMP中，将人造石墨加入该溶液中，充分混合制成浆料，其组成为人造石墨∶PVDF＝95∶5。再将该浆料均匀地涂布在20μm的铜箔上，于120℃下干燥。压延后得到厚度为120μm的负极片。
将一定量的PVDF以一定比率溶解在NMP中，将LiCoO2和乙炔黑加入该溶液中，充分混合制成浆料，其组成为LiCoO2∶乙炔黑∶PVDF＝92∶4∶4。将该浆料均匀地涂布在20μm的铝箔上，于120℃下干燥。压延后得到厚度为120μm的正极片。
将上述正、负极片卷绕成锂离子电池的极芯，并套入外壳中，随后将LiPF6按1mol/dm3的浓度溶解在EC/DMC＝1∶1的混合溶剂中所形成的电解液注入电池壳中制得锂离子二次电池。
完成上述步骤后，将电池置于图2所示的电池盒固定槽11内，盖上盒盖8，用锁紧螺钉9固定四角。该电池固定盒通过连接杆6与齿轮2相连。启动电机4，在45℃下，以自转线速度0.05m/min的动态方式储存24小时。
动态储存结束后，进行充电化成、分选制得锂离子电池。
【比较例】：使用与本实施方式类似的方法制备电池，但是没有进行动态陈化工序。
以下为实施例及比较例电池循环性能和储存性能测试及比较：
对实施例及比较例电池按如下步骤进行循环性能测试：
在20℃环境下，以1C恒流压充电，要求上限电压为4.2V，截止电流0.05C，搁置5分钟；
以1C恒流放电至3.0V，搁置5分钟；
重复以上步骤200次，测得实施例及比较例的容量维持率如图1所示：
对实施例及比较例电池按如下步骤进行自放电性能测试：
准确测量实施例及比较例电池电压值及容量，在20℃环境下，搁置28天，再次准确测量电池电压值及容量，测试结果如表1所示。
表1
  初始电压(V)   28天后电压(V)   电压降低量(m V)   容量恢复率
  实施例   3.7893   3.7882   11   98.6％
  比较例   3.7881   3.7845   36   88.0％
测试效果：
从图3测试曲线可以看出，实施例电池200次循环后，容量维持率约93％；相对于比较例提高大于10％，电池循环性能明显改善。此外，从表1数据可以看出，储存28天后，实施例电池电压降及容量恢复率明显优于比较例，即进行了本发明所述动态陈化后，电池储存性能也得到了明显改善。

Claims (9)

1.电池动态陈化方法，主要包括以下步骤：将涂布制得的正负极片与微孔隔膜卷绕或叠片而成的极芯组件套入电池壳内，注入电解液并套好密封圈，然后对电池进行充电化成，其特征在于：在所述步骤中还包括有对将电池放置在动态陈化装置中，进行动态陈化的过程。
2.如权利要求1所述的电池动态陈化方法，其特征在于：所述动态陈化过程是指将电池在转动的过程中陈化。
3.如权利要求1或2所述的电池动态陈化方法，其特征在于：所述动态陈化环境温度为10～55℃，陈化时间为2～120小时，电池自转速度为0.005～0.5米/分钟。
4.如权利要求3所述的电池动态陈化方法，其特征在于：所述动态陈化环境温度优选20～45℃；陈化优选时间为5～48小时。
5.如权利要求1所述的电池动态陈化方法，其特征在于：所述的动态陈化过程的步骤，是指电池在套密封圈的工序后，或者在充电化成工序后，对电池进行动态陈化的步骤。
6.一种如权利要求1所述的动态陈化装置，其特征在于：所述动态陈化装置主要设有运转装置，和安装在该动转装置上的电池盒。
7.如权利要求6所述的动态陈化装置，其特征在于：所述运转装置主要包括齿轮、通过连接杆与齿轮连接达成同轴转动的电池盒、传送链以及电机、减速器，其中电机通过减速器驱动传送链，由传送链带动齿轮转动，进而带动电池盒转动。
8.如权利要求6所述的动态陈化装置，其特征在于：所述电机通过减速器控制电池盒的自转速度的范围在0.005～0.5米/分钟内。
9.如权利要求6所述的动态陈化装置，其特征在于：所述电池盒是由盒盖和至少一个固定槽组成，其中盒盖是固定在固定槽上，每个固定槽内至少可以固定一只电池。
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