CN103344097A - 一种锂离子电池的电芯的干燥方法及锂离子电池 - Google Patents

一种锂离子电池的电芯的干燥方法及锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池的电芯的干燥方法及锂离子电池，该方法包括以下步骤：（1）将电芯放置于封闭的腔体，对腔体进行抽真空，在腔体内的真空度达到-0.1～-0.12MPa后，持续抽真空3～10分钟；（2）对电芯进行加热，加热温度为75～85℃，加热时间为2～5小时；（3）向腔体内充入非氧化性气体，当腔体内的真空度达到-0.01～-0.02MPa时，停止充入非氧化性气体；（4）对电芯进行加热，加热温度为75～85℃，加热时间为20～40分钟；（5）对腔体进行抽真空，在腔体内的真空度达到-0.1～-0.12MPa后，持续抽真空3～10分钟。采用分步式的抽真空和换气，大大节约了能源，提高了干燥效率。

Description

一种锂离子电池的电芯的干燥方法及锂离子电池
技术领域
本发明属于锂离子电池制备的技术领域，具体涉及一种锂离子电池的电芯的干燥方法及锂离子电池。
背景技术
锂离子电池具有高能量、循环寿命长、结构稳定、安全性能好、无有毒物质、不对环境造成污染等特点，目前广泛应用于电子仪表、数码和家电产品(例如：手机、数码相机、笔记本电脑等）上，而且还适用于制备大容量高功率的动力锂离子电池。
在锂离子电池制造的工艺流程中，锂离子电池内部极片极易吸水，这将会造成锂离子电池在充放电过程中所含的水分和锂离子电池的电解液发生反应产生气体，影响锂离子电池的性能，腐蚀锂离子电池内部集流体(如：极柱、极耳），特别是对锂离子电池的循环寿命造成极大的影响，同时所产生的气体容易造成锂离子电池的鼓胀，给锂离子电池的安全性能带来很大的影响。
在锂离子电池的制造过程中，水分控制是影响锂离子电池质量和性能的重要因素之一。锂离子电池的制备过程为：电极粉料干燥—浆料配制—涂布—轧制—切片—选片—极片干燥—叠片—装配—焊接—电芯干燥—注液—化成—测试。在锂离子电池的制备过程中，不仅需要严格控制生产车间的环境湿度，更需要对电极材料、极片或电芯进行干燥。电极粉料或极片的干燥相对于电芯的干燥会相对容易些，由于电极粉料或者极片中的水分可以直接蒸发出来。而电芯由于包括正极片、负极片、隔膜和壳体，且所述正极片、负极片和隔膜均设置于所述壳体内，虽然壳体未封口，但是壳体上留出的供注射电解液用的开口非常小，壳体内正极片、负极片和隔膜内的水分很难从壳体内挥发出来。现有技术中对电芯的干燥多采用真空干燥、鼓风干燥等，但是干燥效果并不理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种锂离子电池的电芯的干燥方法及锂离子电池，该干燥方法大大节约了能源，提高了干燥效率，且该方法可以将电芯中的水分干燥完全。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种锂离子电池的电芯的干燥方法，包括以下步骤：
（1）将电芯放置于封闭的腔体，对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.1～-0.12MPa后，持续抽真空3～10分钟；
（2）对所述电芯进行加热，加热温度为75～85℃，加热时间为2～5小时；
（3）向所述腔体内充入非氧化性气体，当所述腔体内的真空度达到-0.01～-0.02MPa时，停止充入非氧化性气体；
（4）对所述电芯进行加热，加热温度为75～85℃，加热时间为20～40分钟；
（5）对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.1～-0.12MPa后，持续抽真空3～10分钟。
优选的是，所述步骤（2）中，所述对所述电芯进行加热的过程中，若所述腔体内的真空度达到-0.04～-0.06MPa，则同时对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.1～-0.12MPa后，持续抽真空3～10分钟，再停止抽真空。
优选的是，所述步骤（3）中，所述向所述腔体内充入非氧化性气体的过程中，同时对所述电芯进行加热，加热温度为75～85℃。
优选的是，所述步骤（5）中，所述对所述腔体进行抽真空的过程中，同时对所述电芯进行加热，加热温度为75～85℃。
优选的是，重复所述步骤（2）、（3）、（4）、（5），循环重复15～20次。
优选的是，所述步骤（5）之后还包括步骤（6），所述步骤（6）具体为向所述腔体内充入非氧化性气体保存所述电芯。
优选的是，所述步骤（6）中，所述向所述腔体内充入非氧化性气体，当所述腔体内的真空度达到-0.01～-0.02MPa时，停止充入非氧化性气体。
优选的是，所述电芯包括正极片、负极片、隔膜和壳体，且所述正极片、负极片和隔膜均设置于所述壳体内，所述壳体未封口。
优选的是，所述非氧化性气体为氮气、氦气、氩气中的一种或几种。
本发明还提供一种锂离子电池，包括通过上述的干燥方法进行干燥得到的所述电芯。
通过本发明的干燥方法对电芯进行干燥，采用分步式的抽真空和使用非氧化性气体换气，而无需整个过程抽真空和使用非氧化性气体进行换气，该干燥方法大大节约了能源，提高了干燥效率，且该方法可以将电芯中的水分干燥完全。且整个干燥过程中，对电芯的加热温度不能过高，以电芯内部耐热程度最低的隔膜的耐热程度设定对电芯的加热温度和加热时间，以防止电芯内部的部件发生老化。
附图说明
图1是通过本发明实施例1中的干燥方法得到的电芯做成的锂离子电池的充放电循环性能测试图；
图2是未干燥的电芯做成的锂离子电池的充放电循环性能测试图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例提供一种锂离子电池的电芯的干燥方法，包括以下步骤：
（1）将待干燥的电芯放置于封闭的腔体，对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.1MPa后，持续抽真空5分钟，再停止抽真空。本实施例中，封闭的腔体为真空干燥箱内部的腔体。其中，所述电芯包括正极片、负极片、隔膜和壳体，且所述正极片、负极片和隔膜均设置于所述壳体内，所述壳体未封口。由于壳体内设置有隔膜，而隔膜受到高温持续加热容易老化，所以在整个对电芯进行干燥的过程中，对电芯的加热温度一般不超过100℃，以电芯内部耐热程度最低的隔膜的耐热程度设定对电芯的加热温度和加热时间，以防止电芯内部的隔膜发生老化。
（2）对所述电芯进行加热，加热温度为80℃，加热时间为2小时。由于步骤（1）中对腔体进行了抽真空，而且腔体又是封闭的，所以在步骤（2）中的对电芯进行加热的过程中不必再对腔体抽真空，腔体内仍旧会保持一定的真空度，通过加热使得电芯中的水分在真空的条件下蒸发出来，这样有利于节约能源。
（3）向所述腔体内充入氮气，当所述腔体内的真空度达到-0.01MPa时，停止充入氮气，氮气可以与电芯中蒸发出来的仍旧在壳体内的水蒸气进行充分进行交换。
（4）对所述电芯进行加热，加热温度为85℃，加热时间为30分钟。由于步骤（3）中，向腔体内充入了氮气，而且腔体又是封闭的，所以在步骤（4）中的对电芯进行加热的过程中不必再向腔体内充入氮气，腔体内仍旧会有一定量的氮气，通过加热使得氮气与电芯中蒸发出来的仍旧在壳体内的水蒸气进行充分的交换，这样有利于节约氮气的用量。
（5）对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.1MPa后，持续抽真空5分钟，再停止抽真空，得到干燥的所述电芯。
在对电芯的干燥过程中，干燥温度过高会损坏电芯，干燥温度过低会影响电芯内水分的去除，从而使得包括该电芯的锂离子电池的容量降低、内阻不稳定、循环性能差等。在对电芯的干燥过程中，抽真空的真空度不达标会影响电芯内部水分的去除。所述上述方法中的加热温度以及抽真空的真空度的参数的设置至关重要，本实施例上述的干燥方法中的干燥温度、干燥时间、抽真空的真空度、抽真空时间、换气时间的各种参数，以及干燥、抽真空、换气的搭配进行，既能把电芯中的水分蒸发出来，又节约了能源。
如图1所示，将上述干燥方法得到的电芯做成锂离子电池并对该电池进行充放电循环性能测试，在电池充放电循环1860次时，电池的容量保持率为80%。如图2所示，将相同标准的但是未干燥的电芯做成的锂离子电池并对该电池进行充放电性能测试，在电池充放电循环1240次时，电池的容量保持率为80%。由此可以看出，使用本实施例中的干燥方法得到的电芯做成的锂离子电池的循环稳定性得到提高。
通过本实施例的干燥方法对电芯进行干燥，采用分步式的抽真空和使用氮气换气，而无需整个过程抽真空和使用氮气进行换气，该干燥方法大大节约了能源，提高了干燥效率，且该方法可以将电芯中的水分干燥完全。且整个干燥过程中，对电芯的加热温度不能过高，以电芯内部耐热程度最低的隔膜的耐热程度设定对电芯的加热温度和加热时间，以防止电芯内部的隔膜发生老化。
实施例2
本实施例提供一种锂离子电池的电芯的干燥方法，包括以下步骤：
（1）将待干燥的电芯放置于封闭的腔体，对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.12MPa后，持续抽真空3分钟，再停止抽真空。本实施例中，封闭的腔体为真空干燥箱内部的腔体。
（2）对所述电芯进行加热，加热温度为75℃，加热时间为4小时。所述对所述电芯进行加热的过程中，若所述腔体内的真空度达到-0.05MPa，则同时对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.12MPa后，持续抽真空10分钟，再停止抽真空。在加热过程中，通过实时对腔体内的真空度进行检测，当腔体内的真空度达到-0.05MPa，说明电芯中又有一定水蒸气蒸发到腔体空间内，及时通过抽真空的方式将水蒸气抽走，可以大大提高干燥的效率。
（3）向所述腔体内充入氩气，当所述腔体内的真空度达到-0.02MPa时，停止充入氩气，氩气可以与电芯中的蒸发出来的水蒸气进行充分进行交换。所述向所述腔体内充入氩气的过程中，同时对所述电芯进行加热，加热温度为75℃，可以促进氩气与电芯中蒸发出来的水蒸气进行交换。
（4）对所述电芯进行加热，加热温度为75℃，加热时间为20分钟。由于步骤（3）中，向腔体内充入了氩气，而且腔体又是封闭的，所以在步骤（4）中的对电芯进行加热的过程中不必再向腔体内充入氩气，腔体内仍旧会有一定量的氩气，通过加热使得氩气与电芯中的水蒸气进行充分的交换，这样有利于节约氩气的用量。
（5）对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.11MPa后，持续抽真空8分钟，再停止抽真空。
重复所述步骤（2）、（3）、（4）、（5），循环重复20次，得到干燥的所述电芯。
向所述腔体内充入氩气保存所述电芯，当所述腔体内的真空度达到-0.01MPa时，停止充入氩气。将电芯放置于充满氩气的腔体内进行保存，可以隔绝与外界的水蒸气。
实施例3
本实施例提供一种锂离子电池的电芯的干燥方法，包括以下步骤：
（1）将待干燥的电芯放置于封闭的腔体，对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.11MPa后，持续抽真空10分钟，再停止抽真空。本实施例中，封闭的腔体为真空干燥箱内部的腔体。其中，所述电芯包括正极片、负极片、隔膜和壳体，且所述正极片、负极片和隔膜均设置于所述壳体内，所述壳体未封口。
（2）对所述电芯进行加热，加热温度为82℃，加热时间为5小时。所述对所述电芯进行加热的过程中，若所述腔体内的真空度达到-0.04MPa，则同时对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.11MPa后，持续抽真空3分钟，再停止抽真空。在加热过程中，通过实时对腔体内的真空度进行检测，当腔体内的真空度达到-0.04MPa，说明电芯中又有一定水蒸气蒸发到腔体空间内，及时通过抽真空的方式将水蒸气抽走，可以大大提高干燥的效率。
（3）向所述腔体内充入氦气，当所述腔体内的真空度达到-0.02MPa时，停止充入氦气，氦气可以与电芯中蒸发出来的水蒸气进行充分进行交换。
（4）对所述电芯进行加热，加热温度为80℃，加热时间为35分钟。由于步骤（3）中，向腔体内充入了氦气，而且腔体又是封闭的，所以在步骤（4）中的对电芯进行加热的过程中不必再向腔体内充入氦气，腔体内仍旧会有一定量的氦气，通过加热使得氦气与电芯中的水蒸气进行充分的交换，这样有利于节约氦气的用量。
（5）对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.12MPa后，持续抽真空3分钟，再停止抽真空。所述对所述腔体进行抽真空的过程中，同时对所述电芯进行加热，加热温度为85℃，可以促进对腔体进行抽真空的进行，并提高腔体内的真空度。
重复所述步骤（2）、（3）、（4）、（5），循环重复15次，得到干燥的所述电芯。
向所述腔体内充入氦气保存所述电芯，当所述腔体内的真空度达到-0.02MPa时，停止充入氦气。
实施例4
本实施例提供一种锂离子电池的电芯的干燥方法，包括以下步骤：
（1）将待干燥的电芯放置于封闭的腔体，对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.1MPa后，持续抽真空6分钟，再停止抽真空。本实施例中，封闭的腔体为真空干燥箱内部的腔体。
（2）对所述电芯进行加热，加热温度为85℃，加热时间为3小时。所述对所述电芯进行加热的过程中，若所述腔体内的真空度达到-0.06MPa，则同时对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.1MPa后，持续抽真空8分钟，再停止抽真空。
（3）向所述腔体内充入氮气，当所述腔体内的真空度达到-0.01MPa时，停止充入氮气，氮气可以与电芯中蒸发出来的水蒸气进行充分进行交换。所述向所述腔体内充入氮气的过程中，同时对所述电芯进行加热，加热温度为85℃，可以促进氮气与电芯中蒸发出来的水蒸气进行交换。
（4）对所述电芯进行加热，加热温度为78℃，加热时间为40分钟。由于步骤（3）中，向腔体内充入了氮气，而且腔体又是封闭的，所以在步骤（4）中的对电芯进行加热的过程中不必再向腔体内充入氮气，腔体内仍旧会有一定量的氮气，通过加热使得氮气与电芯中的水蒸气进行充分的交换，这样有利于节约氮气的用量。
（5）对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.11MPa后，持续抽真空10分钟，再停止抽真空。所述对所述腔体进行抽真空的过程中，同时对所述电芯进行加热，加热温度为80℃。
重复所述步骤（2）、（3）、（4）、（5），循环重复17次，得到干燥的所述电芯。
向所述腔体内充入氮气保存所述电芯，当所述腔体内的真空度达到-0.01MPa时，停止充入氮气。
实施例5
本实施例提供一种锂离子电池的电芯的干燥方法，包括以下步骤：
（1）将待干燥的电芯放置于封闭的腔体，对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.12MPa后，持续抽真空8分钟，再停止抽真空。本实施例中，封闭的腔体为真空干燥箱内部的腔体。
（2）对所述电芯进行加热，加热温度为78℃，加热时间为4小时。所述对所述电芯进行加热的过程中，若所述腔体内的真空度达到-0.04MPa，则同时对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.12MPa后，持续抽真空5分钟，再停止抽真空。
（3）向所述腔体内充入氩气和氮气的混合气体，当所述腔体内的真空度达到-0.02MPa时，停止充入氩气和氮气的混合气体，氩气和氮气的混合气体可以与电芯中蒸发出来的水蒸气进行充分进行交换。所述向所述腔体内充入氩气和氮气的混合气体的过程中，同时对所述电芯进行加热，加热温度为80℃。
（4）对所述电芯进行加热，加热温度为82℃，加热时间为25分钟。由于步骤（3）中，向腔体内充入了氩气和氮气的混合气体，而且腔体又是封闭的，所以在步骤（4）中的对电芯进行加热的过程中不必再向腔体内充入氩气和氮气的混合气体，腔体内仍旧会有一定量的氩气和氮气的混合气体，通过加热使得氩气和氮气的混合气体与电芯中的水蒸气进行充分的交换，这样有利于节约氩气和氮气的混合气体的用量。
（5）对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.1MPa后，持续抽真空7分钟，再停止抽真空。所述对所述腔体进行抽真空的过程中，同时对所述电芯进行加热，加热温度为75℃。
重复所述步骤（2）、（3）、（4）、（5），循环重复16次，得到干燥的所述电芯。
实施例6
本实施例提供一种锂离子电池，包括通过上述的干燥方法进行干燥得到的所述电芯。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种锂离子电池的电芯的干燥方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将电芯放置于封闭的腔体，对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.1～-0.12MPa后，持续抽真空3～10分钟；
（2）对所述电芯进行加热，加热温度为75～85℃，加热时间为2～5小时；
（3）向所述腔体内充入非氧化性气体，当所述腔体内的真空度达到-0.01～-0.02MPa时，停止充入非氧化性气体；
（4）对所述电芯进行加热，加热温度为75～85℃，加热时间为20～40分钟；
（5）对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.1～-0.12MPa后，持续抽真空3～10分钟。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池的电芯的干燥方法，其特征在于，所述步骤（2），所述对所述电芯进行加热的过程中，若所述腔体内的真空度达到-0.04～-0.06MPa，则同时对所述腔体进行抽真空，在所述腔体内的真空度达到-0.1～-0.12MPa后，持续抽真空3～10分钟，再停止抽真空。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池的电芯的干燥方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述向所述腔体内充入非氧化性气体的过程中，同时对所述电芯进行加热，加热温度为75～85℃。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池的电芯的干燥方法，其特征在于，所述步骤（5）中，所述对所述腔体进行抽真空的过程中，同时对所述电芯进行加热，加热温度为75～85℃。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池的电芯的干燥方法，其特征在于，重复所述步骤（2）、（3）、（4）、（5），循环重复15～20次。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的锂离子电池的电芯的干燥方法，其特征在于，所述步骤（5）之后还包括步骤（6），所述步骤（6）具体为向所述腔体内充入非氧化性气体保存所述电芯。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池的电芯的干燥方法，其特征在于，所述步骤（6）中，所述向所述腔体内充入非氧化性气体，当所述腔体内的真空度达到-0.01～-0.02MPa时，停止充入非氧化性气体。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池的电芯的干燥方法，其特征在于，所述电芯包括正极片、负极片、隔膜和壳体，且所述正极片、负极片和隔膜均设置于所述壳体内，所述壳体未封口。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池的电芯的干燥方法，其特征在于，所述非氧化性气体为氮气、氦气、氩气中的一种或几种。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括通过权利要求1～9任意一项所述的干燥方法进行干燥得到的所述电芯。
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