CN102867991A - 一种锂离子电池的注液及化成工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池的注液及化成工艺，包括以下步骤：(1)将电芯置于壳体的内部，所述壳体上留有注液口；(2)在二氧化碳气氛下将电解液通过注液口注入壳体内部，密封注液口，组装成电池；(3)在常温下搁置24～48小时；(4)对电池进行第一次充电，至饱和状态；(5)对电池进行放电、测试；(6)对电池进行第二次充电，至半饱和状态。本发明方法通过在二氧化碳气氛下注入电解液，在化成过程中，电池内部不会产生相应的气体物质，简化了生产工艺，省去了二次封口，化成测试也可以一步完成，避免了材料浪费，降低了生产成本。

Description

一种锂离子电池的注液及化成工艺
技术领域
本发明涉及锂离子电池制造技术领域，尤其涉及一种锂离子电池的注液及化成工艺。
背景技术
锂离子电池是20世纪90年代出现的绿色高能环保电池，具有能量密度高、环境友好、无记忆效应、循环寿命长、自放电少等突出的优点，是摄像机、移动电话、笔记本电脑、便携式测量仪等电子装置小型轻量化的理想电源，也是未来电动汽车、电动自行车的动力能源。它主要依靠锂离子在正极和负极嵌入和脱嵌来工作。在充电过程中，Li+在正极脱嵌，负极嵌入；放电时则相反，在迁移过程中，正负极物质的化合价发生变化引起氧化还原反应，电子流出外电路产生外电流。
化成是锂电池生产过程中的重要工序，化成时在负极表面形成一层钝化层，即固体电解质面膜(SEI膜)，SEI膜的好坏直接影响到电池的循环寿命、稳定性、自放电性、安全性等电化学性能。锂离子电池在化成过程中会释放气体，目前解决该技术问题的大多采用二次密封的方法，例如：
对硬壳(钢壳、铝壳和塑壳)方形电池具体操作方法为：在加入电解液之后不彻底密封外壳，而是在外壳上留一小开口，贴上不干胶，再用纸堵住该注液口并用牛皮筋捆死，在干燥的环境中对电池进行充电化成，同时产生气体。化成结束后，将牛皮筋和纸去除，同时气体也排除出去，订上钢珠或采用其它方法将外壳彻底密封。由于加完液后外壳未彻底密封，为防止电解液在化成过程中吸收空气中的水分，因此该种化成工艺对环境的湿度有较严格的要求，一般一要化成工艺相对湿度控制要求在25％以下。在化成之后，再对电池进行测试，工艺相对较为复杂，提高了制造成本，而且可能对电池质量造成影响。
对软包装锂离子电池的操作方法为：先对外壳进行侧封和顶封，在一侧多预留50-150％的铝塑复合膜，加电解液后再将其密封，化成结束后在抽真空封口，将化成时产生的气体抽掉，并将多预留的50-150％铝塑复合膜裁掉，所以该种工艺浪费了被裁剪掉的50-150％铝塑复合膜，再进行电池的容量测试，化成和测试也要分二步完成，提高了制造成本。
对于气体产生的机理，一般认为，化成时负极表面形成一层钝化层，即固体电解质界面膜(SEI膜)，SEI膜在形成过程中要消耗掉正极的一部分锂离子，所以首次充电的容量要高于电池实际容量的约10％，同时也与电解液发生反应，产生气体，但对SEI膜形成和产生气体的准确理论还没有。
中国专利200610170334.9公开了一种锂离子二次电池的化成方法，该方法在化成温度下对电池进行化成，其中，先以恒流充电至V1伏特，然后在V1-V2伏特循环恒流充放电至少1次，再以恒流充电至V3伏特，然后在V3-V4伏特循环恒流充放电至少1次，电压V1＜电压V2＜电压V3＜电压V4，过程比较复杂。
发明内容
本发明提供了一种锂离子电池的注液及化成工艺，解决了现有锂离子电池化成过程中产生气体，造成工艺复杂，成本高的问题。
一种锂离子电池的注液及化成工艺，包括以下步骤：
(1)将电芯置于壳体的内部，所述壳体上留有注液口；
在二氧化碳气氛下将电解液通过注液口注入壳体内部，密封注液口，组装成电池；
(3)在常温下搁置24～48小时；
(4)对电池进行第一次充电，至饱和状态；
(5)对电池进行放电、测试；
(6)对电池进行第二次充电，至半饱和状态。
所述的壳体可以是由对折紧贴包裹电芯的铝塑膜构成，它有三个未封口的侧边，注液前，热封其中两个侧边，第三个侧边作为注液口，注液时，在二氧化碳气氛下通过注液口注入电解液，注液后密封第三侧边，然后进行步骤(3)～(6)。
所述的外壳也可以由硬质材料构成，形状可以是长方体、圆柱体等，外壳上留有注液口，注液时，在二氧化碳气氛下将电解液通过注液口注入外壳内部，注液结束后用钢珠密封或其它方法密封注液口，然后进行步骤(3)～(6)。
所述的外壳可以由镀镍不锈钢、金属铝或塑料制成。
所述的二氧化碳气氛的压力为0.8～1.2大气压。
本发明可以将充、放电设置在测试架上进行，而不需要反复搬运电池，可以减少工序，降低成本。
本发明所述的测试，是指对电池的容量进行测试。
本发明方法通过在二氧化碳气氛下注入电解液，在化成过程中，电池内部不会产生相应的气体物质，简化了生产工艺，省去了二次封口，化成测试也可以一步完成，避免了材料浪费，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明工艺的流程图；
图2a为传统工艺制得的电池的容量检测曲线图；
图2b为本发明工艺制得的电池的容量检测曲线图；
图3a为传统工艺制得的电池的循环寿命检测曲线图；
图3b为本发明工艺制得的电池的循环寿命检测曲线图。
具体实施方式
实施例1
(1)将电芯包裹在一张铝塑膜内部，电芯由正、负极板、隔板和极耳组成，包裹完成后，铝塑膜外壳有三个未封口的侧边，先将其中两个侧边密封，然后通过第三个侧边将电解液注入外壳内部，注液完成后，再将第三侧边密封，组装成电池。在注液过程中，整个电池处于二氧化碳气氛下，气氛压力为1个大气压，注液的方式采用常规的注液方法。
(2)然后搁置36小时左右，使电解液充分渗入到电芯内部。
(3)将电池摆放在电测架上，进行直流充电，充电电流为0.5C，充电时间大约为90min，此时充电饱和；
(4)然后对电池进行10C放电，放电过程中对电池进行容量测试；
(5)放电完成后，再次对电池充电，充电电流为0.1C，充电时间为60min，大致为半饱和状态。
各取一个用目前传统工艺注液封口化成和用本发明注液封口化成的电池，对电池容量和循环寿命进行测试，结果如图2～3所示，本发明注液化成工艺制得的电池与传统工艺制得的电池电学性能无显著差异。
容量测试：用6A的电流进行充放电，用传统工艺注液化成的电池的容量为5.88Ah，用本发明方法注液化成的电池的容量为5.93Ah。
循环寿命测试：用6A的电流充电，用60A的电流放电，循环348次，容量都分别下降6.1％左右。

Claims (6)

1.一种锂离子电池的注液及化成工艺，包括以下步骤：
(1)将电芯置于壳体的内部，所述壳体上留有注液口；
(2)在二氧化碳气氛下将电解液通过注液口注入壳体内部，密封注液口，组装成电池；
(3)在常温下搁置24～48小时；
(4)组装成电池，对电池进行第一次充电，至饱和状态；
(5)对电池进行放电、测试；
(6)对电池进行第二次充电，至半饱和状态。
2.如权利要求1所述的注液及化成工艺，其特征在于，所述的外壳由对折紧贴包裹电芯的铝塑膜制成，它有三个未封口的侧边，注液前将其中两个侧边封口，注入电解液后再将第三个侧边封口。
3.如权利要求1所述的注液及化成工艺，其特征在于，所述的外壳由硬质材料制成，注液后用钢珠将注液口密封。
4.如权利要求3所述的注液及化成工艺，其特征在于，所述硬质材料为镀镍不锈钢、金属铝或塑料。
5.如权利要求1所述的注液及化成工艺，其特征在于，所述二氧化碳气氛的压力为0.8-1.2大气压。
6.如权利要求1所述的注液及化成工艺，其特征在于，步骤(4)中，第一次充电的电流为0.05～1C，时间为20min-1.5h。
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