CN103165942A - 一种解决软包装锂离子电池机卷厚电芯变形的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种解决软包装锂离子电池机卷厚电芯变形的方法，解决了现有的软包装锂离子电池机卷厚电芯易变形的问题，它包括以下步骤：（1）分别对正极片、负极片、隔膜进行烘烤定形；（2）将步骤（1）烘烤定形后中的正极片、负极片及隔膜重叠后卷绕成电芯；（3）对电芯依次进行组装、注液、封口、热压整形、冷压整形、化成，得软包装锂离子电池；（4）将得到的软包装锂离子电池充电至3.9~4.1V后，用夹具夹紧进行烘烤定形。本发明具有可有效减小极片与隔膜在卷绕后的变形量；在减小变形量的同时，不影响极片与隔膜的性能；防止其在以后充放电过程中出现变形；步骤简单，操作方便，成本低等有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种解决软包装锂离子电池机卷厚电芯变形的方法。
背景技术
随着电池越做越大，电芯也越做越厚。卷绕是电芯制造过程中非常重要的工序，目前基本是采用卷绕机完成，在卷绕机的卷绕过程中，必须对极片和隔膜施加较大的拉力，以确保正极片、隔膜、负极片之间的整齐程度，然而卷绕过程中的拉力会使正极片、负极片、隔膜在走带方向均被拉长，卷绕后，正极片、负极片在走带方向的收缩量很小，而隔膜在走带方向的收缩量很大，会使得隔膜严重挤压极片，从而导致绕卷后的电芯发生变形，变形后的电芯不仅外观（平整度）差，而且还存在容量低、循环性能差及自放电快等质量问题，尤其是机卷厚电芯，卷绕后的变形问题尤为突出，同时正极片、负极片在使用过程中，会受热膨胀，进一步加剧电芯的变形。在现阶段，卷绕后的变形一直是困扰机卷厚电芯的一个重要问题。
中国专利申请公布号CN102683736A，申请公布日2012.09.19，公开了一种电芯卷绕方法及设备，该方法通过对卷绕前正负极片的加热，可以使极片应力充分释放，卷绕时极片在拉力的作用下会有一定程度的延长，卷绕结束后，冷却过程中极片可以随隔离膜一同收缩，从而改善电芯的变形。其不足之处在于，该方法只对正极片和负极片进行加热，并未对隔膜进行加热，使得隔膜拉升后的收缩量非常大，会使隔膜严重挤压极片，从而导致绕卷后的电芯发生变形，而且该方法是边卷绕边加热，由于正极片、负极片在烘烤以后会膨胀，厚度会明显变厚，采用边卷绕边加热的方法，不能使正极片、负极片充分膨胀，使得卷绕后的正极片、负极片还有膨胀的余量，在电池使用过程中，正极片、负极片还会膨胀，从而导致电芯变形，此外，该方法正极片、负极片的加热温度过高，易引起电极片表面涂覆的料层开裂，对极片及电池的性能造成影响。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的软包装锂离子电池机卷厚电芯易变形的问题，提供了一种解决软包装锂离子电池机卷厚电芯变形的方法，该方法步骤简单，操作方便，成本低，能有效避免机卷厚电芯的变形。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种解决软包装锂离子电池机卷厚电芯变形的方法，包括以下步骤：
（1）分别对正极片、负极片、隔膜进行烘烤定形。
（2）将步骤（1）中烘烤定形后的正极片、负极片及隔膜重叠后卷绕成电芯。
（3）对电芯依次进行组装、注液、封口、热压整形、冷压整形、化成，得软包装锂离子电池。
（4）将得到的软包装锂离子电池充电至3.9~4.1V后，用夹具夹紧进行烘烤定形。因电芯在吸液和充电后，极片会变厚，先对电芯进行预充电，使电芯变形，再用夹具对其强制热压定形，可使隔膜在受热状态下强制拉伸并定形，这样就可进一步消除因隔膜热收缩及电芯充电膨胀后电芯产生的应力和变形，以减少电芯在以后充放电过程中的变形量，当电芯充至3.9~4.1V的电压区间时，电芯变形量较大，对减少电芯在以后充放电过程中的变形量效果最佳，超出该电压区间，电芯变形量变化不大，没有必要；而低于该电压区间，电芯变形量小，强制拉伸定形的效果差，电芯在使用过程中还是容易变形。
作为优选，步骤（1）中正极片烘烤定形的条件为：烘烤温度60~90℃，烘烤时间4~8h。在此条件下对极片进行烘烤，可使极片上的料层得以充分膨胀但又不会裂开对极片的性能造成影响。
作为优选，步骤（1）中负极片烘烤定形的条件为：烘烤温度60~90℃，烘烤时间4~8h。
作为优选，步骤（1）中隔膜烘烤定形的条件为：烘烤温度60~90℃，烘烤时间12~24h。在此温度条件下对隔膜进行烘烤，可使其沿长度方向充分收缩，但又不会对隔膜的孔隙率及强度产生影响，从而可以有效减小隔膜在卷绕成电芯后由于收缩而引起的电芯变形量。
作为优选，步骤（4）中软包装锂离子电池烘烤定形的条件为：烘烤温度75~85℃，烘烤时间4~8h。对电芯进行夹具烘烤，可使隔膜在高温条件下被强制拉伸，同时也可使因充电后变形的电芯表面得以强制恢复并定形，从而防止其在以后充放电过程中出现变形，在该条件下，定形效果佳。
作为优选，步骤（4）中，夹具夹紧后的夹紧力为2~5Kgf/cm2。在此压力条件下进行夹具烘烤定形，可有效强制消除电芯的变形，但不会对电芯隔膜造成损伤，也不会因压力太大导致极片压得太死而出现其它性能不良现象。
因此，本发明的有益效果为：
（1）在卷绕前对极片以及隔膜进行烘烤定形，可有效减小极片与隔膜在卷绕后的变形量；
（2）优化了极片及隔膜的烘烤工艺，在减小变形量的同时，不影响极片与隔膜的性能；
（3）对制得的软包锂离子电池进行预充电及夹具烘烤，使隔膜强制拉伸，同时使因充电后变形的电芯表面得以强制恢复并定形，从而防止其在以后充放电过程中出现变形；
（4）步骤简单，操作方便，成本低。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步的描述。
下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
（1）分别对正极片、负极片、隔膜进行烘烤定形，其中正极片烘烤定形的条件为：烘烤温度60℃，烘烤时间8h；负极片烘烤定形的条件为：烘烤温度60℃，烘烤时间8h；隔膜烘烤定形的条件为：烘烤时间60℃，烘烤温度24h。
（2）将步骤（1）中烘烤定形后的正极片、负极片及隔膜重叠后卷绕成电芯。
（3）对电芯依次进行组装、注液、封口、热压整形、冷压整形、化成，得软包装锂离子电池。
（4）将得到的软包装锂离子电池充电至3.9V后，用夹具夹紧进行烘烤定形，烘烤温度75℃，烘烤时间8h，夹具夹紧后的夹紧力为2Kgf/cm2。
对比例1
对比例1的其余步骤均与实施例1完全相同，不同之处在于，对比例1未对正极片、负极片、隔膜进行烘烤，也未对得到的软包装锂离子电池进行预充电和夹具烘烤。
实施例2
（1）分别对正极片、负极片、隔膜进行烘烤定形，其中正极片烘烤定形的条件为：烘烤温度70℃，烘烤时间6h；负极片烘烤定形的条件为：烘烤温度70℃，烘烤时间6h；隔膜烘烤定形的条件为：烘烤时间70℃，烘烤温度18h。
（2）将步骤（1）中烘烤定形后的正极片、负极片及隔膜重叠后卷绕成电芯。
（3）对电芯依次进行组装、注液、封口、热压整形、冷压整形、化成，得软包装锂离子电池。
（4）将得到的软包装锂离子电池充电至4.0V后，用夹具夹紧进行烘烤定形，烘烤温度80℃，烘烤时间6h，夹具夹紧后的夹紧力为3Kgf/cm2。
对比例2
对比例2的其余步骤均与实施例2完全相同，不同之处在于，对比例2未对正极片、负极片、隔膜进行烘烤，也未对得到的软包装锂离子电池进行预充电和夹具烘烤。
实施例3
（1）分别对正极片、负极片、隔膜进行烘烤定形，其中正极片烘烤定形的条件为：烘烤温度90℃，烘烤时间4h；负极片烘烤定形的条件为：烘烤温度90℃，烘烤时间4h；隔膜烘烤定形的条件为：烘烤时间90℃，烘烤温度12h。
（2）将步骤（1）中烘烤定形后的正极片、负极片及隔膜重叠后卷绕成电芯。
（3）对电芯依次进行组装、注液、封口、热压整形、冷压整形、化成，得软包装锂离子电池。
（4）将得到的软包装锂离子电池充电至4.1V后，用夹具夹紧进行烘烤定形，烘烤温度85℃，烘烤时间4h，夹具夹紧后的夹紧力为5Kgf/cm2。
对比例3
对比例3的其余步骤均与实施例3完全相同，不同之处在于，对比例3未对正极片、负极片、隔膜进行烘烤，也未对得到的软包装锂离子电池进行预充电和夹具烘烤。
分别取88个由实施例1、对比例1、实施例2、对比例2、实施例3、对比例3制得的锂离子电池，充放电循环100次后，取电芯进行比较，得到的结果如下：
| 项目 | 电芯数量 | 变形电芯数量 | 电芯变形比例 |
| 实施例1 | 88 | 3 | 3.4% |
| 对比例1 | 88 | 35 | 40% |
| 实施例2 | 88 | 2 | 2.3% |
| 对比例2 | 88 | 34 | 38.6% |
| 实施例3 | 88 | 3 | 3.4% |
| 对比例3 | 88 | 32 | 36.4% |
从得到的结果来看，经本发明的方法进行处理过的电芯的变形比例相比于未处理的电芯的变形比例明显低，说明本发明能有效防止电芯在以后充放电过程中出现变形，解决了软包装锂离子电池机卷厚电芯易变形的问题。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (6)
1. 一种解决软包装锂离子电池机卷厚电芯变形的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）分别对正极片、负极片、隔膜进行烘烤定形；
（2）将步骤（1）中烘烤定形后的正极片、负极片及隔膜重叠后卷绕成电芯；
（3）对电芯依次进行组装、注液、封口、热压整形、冷压整形、化成，得软包装锂离子电池；
（4）将得到的软包装锂离子电池充电至3.9~4.1V后，用夹具夹紧进行烘烤定形。
2. 根据权利要求1所述的一种解决软包装锂离子电池机卷厚电芯变形的方法，其特征在于，步骤（1）中正极片烘烤定形的条件为：烘烤温度60~90℃，烘烤时间4~8h。
3. 根据权利要求1或2所述的解决软包装锂离子电池机卷厚电芯变形的方法，其特征在于，步骤（1）中负极片烘烤定形的条件为：烘烤温度60~90℃，烘烤时间4~8h。
4. 根据权利要求3所述的一种解决软包装锂离子电池机卷厚电芯变形的方法，其特征在于，步骤（1）中隔膜烘烤定形的条件为：烘烤温度60~90℃，烘烤时间12~24h。
5. 根据权利要求1所述的一种解决软包装锂离子电池机卷厚电芯变形的方法，其特征在于，步骤（4）中软包装锂离子电池烘烤定形的条件为：烘烤温度75~85℃，烘烤时间4~8h。
6. 根据权利要求1或5所述的一种解决软包装锂离子电池机卷厚电芯变形的方法，其特征在于，步骤（4）中，夹具夹紧后的夹紧力为2~5Kgf/cm2。
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