CN103872381B

CN103872381B - 一种动力电池的注液静置方法

Info

Publication number: CN103872381B
Application number: CN201210549547.8A
Authority: CN
Inventors: 曹远敏
Original assignee: Beiqi Foton Motor Co Ltd
Current assignee: Beiqi Foton Motor Co Ltd
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2032-12-17
Also published as: CN103872381A

Abstract

本发明提出一种动力电池的注液静置方法，该动力电池为磷酸铁锂电池，该方法包括以下步骤：对动力电池进行部分电解液注入后放入恒温静置箱中；对动力电池进行三次抽真空和三次加压强，各次抽真空或加压强后均静置一定时间；将动力电池泄压至常压，将动力电池从恒温静置箱中取出，周转后续工序，其中，第一真空度＜第二真空度＜第三真空度，并且第一压强＜第二压强＜第三压强。本发明能够在电池正负极极板材料表面形成稳定致密的固体电解质界面膜，有效改善了磷酸铁动力电池性能，同时降低电液损耗，改善注液工序的作业环境，并且具有操作简单、安全可靠的优点。

Description

一种动力电池的注液静置方法

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种动力电池的注液静置方法。

背景技术

锂离子二次动力电池由于具有电压高、能量密度大、无记忆效应及绿色无污染等特点，近年来已广泛应用在电动工具和电动汽车等设备上。

在锂离子二次动力电池的生产过程中，电芯注液静置是其中非常重要的工艺操作，在动力电池装配完成后，对电池注入电解液，并对注液后电池进行静置，使电解液充分浸润电池正负极材料和电池隔膜，在电池充放电过程中作为锂离子电流传送介质。电池注液后电液对极片正负极材料和隔膜充分浸润后，在电池后续的首次充电激活过程中在锂离子电池正负极材、正负极极板表面形成一层致密、均匀、稳定的SEI膜(SolidElectrolyteInterface，固体电解质界面膜)。锂离子电池在首次充电过程中，锂离子和有机电解液在电池负极材料和电解液的固液界面上发生反应，在负极材料的表面生成一层致密的薄层，此薄层是锂离子从电解液进入负极材料的离子通道，SEI膜形成的好坏直接关系锂离子电池的性能，因此SEI膜形成的质量、稳定性、界面的优化是决定电池寿命不可忽视的重要因素。因而锂离子电池的注液后正负极片、正负极材料、电池隔膜与电液的浸润效果直接影响到电池SEI膜的形成情况，从而影响到电池的电化学性能。

目前磷酸铁锂电池采用的是一次注液完成后在干燥空气中开口静置一段时间，时间一般为几十个小时，在动力电池注液后开口静置的过程中，电池内部电液通过注液孔长期与空气接触，空气中水分被吸收进入电池内部的电液中，水分会造成电液中电解质盐分解出氟化氢（HF），HF与电池极板的正负极材料发生反应，损害后续激活过程中形成的SEI膜，恶化电池性能，损害电池使用寿命。同时常规的电池注液后开口静置一段时间得静置方式，不能保证电池正极极片材料、电池极片、电池隔膜与电液的充分浸润，电池的静置需要相当的长的时间才能实现，并且这种自然状态的浸润的效果不能保证电池电液浸润的一致性，电池注液后极片、极片材料、隔膜的浸润效果差，电池充放电池过程的欧姆极化、电化学极化、浓度极化增大，电池在充放电过程中电液和正负极材料发生副反应，产生气体，不能形成稳定的SEI膜，同时还会造成电池鼓胀、损坏电池正负极材料结构，成为在后续的使用中劣化电池性能，造成电池内阻快速增大，循环寿命快速缩短，电池一致性差的重要因素，同时也是影响动力电池安全性的重要因素。因此提升动力电池生产的的一致性、电性能、安全性能，新的磷酸铁锂动力电池注液后静置方法存在一定的技术价值和社会价值。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有电能操作简单、安全可靠的动力电池的注液静置方法。

根据本发明实施例的动力电池的注液静置方法，所述动力电池为磷酸铁锂电池，所述方法包括以下步骤：A.对所述动力电池进行第一次电解液注入，将所述动力电池放恒温静置箱中；B.对所述动力电池抽真空到第一真空度，静置第一静止时间；C.对所述动力电池加压强到第一压强，静置第二静止时间；D.对所述动力电池抽真空到第二真空度，静置第三静止时间；E.对所述动力电池加压强到第二压强，静置第四静止时间；F.对所述动力电池抽真空到第三真空度，静置第五静止时间；G.对所述动力电池加压强到第三压强，静置第六静止时间；以及H.将所述动力电池泄压至常压，将所述动力电池从所述恒温静置箱中取出，周转后续工序，其中，所述第一真空度＜所述第二真空度＜所述第三真空度，并且所述第一压强＜所述第二压强＜所述第三压强。

根据本发明实施例的磷酸铁锂动力电池的注液静置方法得到的电池可以提升动力电池注液后静置过程中电解液对电池极板、电池正负极材、电池隔膜的充分浸润，提升电池材料、隔膜对电液的吸收效果；使用新的注液后静置方法可以克服现有的工艺技术带来的电池注液后电液浸润效果不良、和浸润效果不良所带来的电池充电过程中电池极化程度大、SEI膜成膜稳定性差，电化学性能不稳定、电池内阻在使用过程中增长迅速，电池功率密度、能量密度、循环寿命、随使用过程过快衰减的情况；同时降低注液激活过程中空气中的水分对电池电液的不良影响，保证电池电解质、电液溶剂、正负极材料以及SEI膜在使用过程中稳定性，从而提升动力电池使用过程中的电性能和安全性能。

另外，根据本发明的磷酸铁锂动力电池注液静置方法还具有如下附加技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述第一次电解液注入的量为总电解液注入量的50-80%。

在本发明的一个实施例中，所述恒温静置箱的温度为40-60℃。

在本发明的一个实施例中，对所述动力电池加压强为充入氮气加压。

在本发明的一个实施例中，所述第一静止时间、第二静止时间、第三静止时间、第四静止时间、第五静止时间以及第六静止时间相等或不等。

在本发明的一个实施例中，所述第一静止时间、第二静止时间、第三静止时间、第四静止时间、第五静止时间以及第六静止时间为1-2h。

在本发明的一个实施例中，所述第一真空度为负30-40KPa，所述第二真空度为负50-60KPa，所述第三真空度为负80-90KPa。

在本发明的一个实施例中，所述第一压强为40-50KPa，所述第二压强为60-70KPa，所述第三压强为80-90KPa。

在本发明的一个实施例中，其特征在于，重复所述步骤B-G的循环，循环次数为n，其中n为正整数。

本发明的优点在于使动力电池在注液静置过程中保证动力电池正负极片、正负极材料、电池隔膜对注入的电解液进行有效的浸润吸收，提升电池电芯正负材料、隔膜对电液的吸收效果，降低电池在后续的充放电过程中极化程度、在动力电池正负极材料表面生成稳定的SEI膜，有效降低磷酸铁锂动力电池在循环过程中的内阻增大、循环容量、安全性能的衰减速度现象，提升动力电池的一致性；同时真空、氮气加压静置方法可以将注液后电池与车间空气隔开，避免的空气中水分对电池电液的产生不良影响，从而在一定程度上改善的电池性能，提升电池电化学性能稳定性，改善电池安全性能；并且该注液静置方法操作简单、可靠性高，尤其适用于电动汽车用磷酸铁锂电池，可推广应用。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的动力电池的注液静置方法的流程图。

图2是本发明另一实施例的动力电池的注液静置方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

图1是本发明一个实施例的动力电池的注液静置方法的流程图。如图1所示，根据本发明实施例的动力电池的注液静置方法，动力电池为磷酸铁锂电池，该方法包括以下步骤：

A.对动力电池进行第一次电解液注入，将动力电池放恒温静置箱中。

具体地，第一次电解液注入的量为总电解液注入量的50-80%。恒温静置箱的温度为40-60℃。

B.对动力电池抽真空到第一真空度，静置第一静止时间。

C.对动力电池加压强到第一压强，静置第二静止时间。

D.对动力电池抽真空到第二真空度，静置第三静止时间。

E.对动力电池加压强到第二压强，静置第四静止时间。

F.对动力电池抽真空到第三真空度，静置第五静止时间。

G.对动力电池加压强到第三压强，静置第六静止时间。

H.将动力电池泄压至常压，将动力电池从恒温静置箱中取出，周转后续工序。

在以上三次抽真空-三次加压强的过程中，第一真空度＜第二真空度＜第三真空度，并且第一压强＜第二压强＜第三压强。

其中，三次对动力电池加压强的方式为充入氮气加压。氮气为惰性气体，能保持电解液的性质，不发生化学反应变质。

其中，第一静止时间、第二静止时间、第三静止时间、第四静止时间、第五静止时间以及第六静止时间相等或不等，时长可取1-2h。

在本发明的一个具体实施例中，第一真空度为负30-40KPa，第二真空度为负50-60KPa，第三真空度为负80-90KPa。

在本发明的一个具体实施例中，第一压强为40-50KPa，第二压强为60-70KPa，第三压强为80-90KPa。

图2是本发明另一个实施例的动力电池的注液静置方法的流程图。与前一实施例相比，本实施例中根据不同电池的不同需要，重复步骤B至步骤G的循环，循环次数为n，其中n为正整数，这样可以使电池拥有更加稳定致密的SEI膜，有效改善了磷酸铁动力电池性能。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面通过具体实施例和比较例详细说明本发明的锂离子二次电池的电芯老化方法及其效果。

本发明所提供的锂离子二次电池的注液后静置方法适用于所有磷酸铁锂材料电池；在下列实施例中，使用的电芯是容量为20Ah的磷酸铁锂材料的方形动力电池，该电池材料和结构设计为常规的锂离子动力电池。

实施例1：

在本实施例中，按以下步骤进行电池电芯注液后静置。

S1，对装配完成后的动力电池进行注液，注液量为总注液量的60%；

S2，将注液后电池放入具有温度控制和真空度控制并且可以加压的静置箱；

S3，调节静置箱的温度，将温度调节到40℃；

S4，对静置的电池进行第1次抽真空，真空度为-30KPa，静置时间1h；

S5，待第1次真空静置时间到，对电池进行第1次氮气加压，恒定箱内压力为40KPa，静置时间1h；

S6，待第1次加压静置时间到，对电池进行第2次抽真空，控制真空度为-50Kpa，静置时间1h；

S7，待第2次真空静置时间到，对电池进行第2次氮气加压，恒定箱内压力为60KPa，静置时间1h；

S8，待第2次加压静置时间到，对电池进行第3次抽真空，控制真空度为-80Kpa，静置时间1-2h；

S9，待第3次真空静置时间到，对电池进行第3次氮气加压，控制箱内恒定压力为80-90Kpa，静置时间1-2h；然后泄压至常压；

S10，静置完成后，将电池出箱，并且将电池周转后续工序。

实施例2：

在本实施例中，按以下步骤进行电池电芯注液后静置。

S1，对装配完成后的动力电池进行注液，注液量为总注液量的70%；

S3，调节静置箱的温度，将温度调节到50℃；

S4，对静置的动力电池进行第1次抽真空，真空度为-35KPa，静置时间1.5h；

S5，待第1步真空静置时间到，对电池进行第1次氮气加压，恒定箱内压力为45KPa，静置时间1.5h；

S6，待第1次加压静置时间到，对电池进行第2次抽真空，控制真空度为-55Kpa，静置时间1-2h；

S7，待第2次真空静置时间到，对电池进行第2次氮气加压，恒定箱内压力为65KPa，静置时间1.5h；

S8，待第2次加压静置时间到，对电池进行第3次抽真空，控制真空度为-85Kpa，静置时间1.5h；

S9，待第3次真空静置时间到，对电池进行第3次氮气加压，控制箱内恒定压力为85Kpa，静置时间1.5h；然后泄压至常压；

S10，静置完成后，将电池出箱，并且将电池周转后续工序。

实施例3：

在本实施例中，按以下步骤进行电池电芯注液后静置。

S1，对装配完成后的动力电池进行注液，注液量为总注液量的80%；

S3，调节静置箱的温度，将温度调节到60℃；

S4，对静置的动力电池进行第1次抽真空，真空度为-40KPa，静置时间2h；

S5，待第1次真空静置时间到，对电池进行第1次氮气加压，恒定箱内压力为50KPa，静置时间2h；

S6，待第1次加压静置时间到，对电池进行第2次抽真空，控制真空度为-60Kpa，静置时间2h；

S7，待第2次真空静置时间到，对电池进行第2次氮气加压，恒定箱内压力为70KPa，静置时间2h；

S8，待第2次加压静置时间到，对电池进行第3次抽真空，控制真空度为-90Kpa，静置时间2h；

S9，待第3次真空静置时间到，对电池进行第3次氮气加压，控制箱内恒定压力为90Kpa，静置时间2h；后泄压至常压；

S10，静置完成后，将电池出箱，并且将电池周转后续工序。

实施例4：

在本实施例中，按以下步骤进行电池电芯注液后静置。

S3，调节静置箱的温度，将温度调节到60℃；

S4，对静置的电池进行抽真空，真空度为-40KPa，静置时间2h；

S5，待第1次真空静置时间完成后，对静置的电池进行第1次氮气加压，恒定箱内压力为50KPa，静置时间2h；

S7，待第2真空静置时间完成后，对静置的电池进行第2次氮气加压，恒定箱内压力为70KPa，静置时间2h；

S9，待第3次真空静置时间到，对电池进行第3次加压，控制箱内恒定压力为90Kpa，静置时间2h；然后泄压至常压；

S10，继续进行S3-S9的循环，循环次数为3次；

S11，静置完成后，将电池出箱，并且将电池周转后续工序。

比较例:

在本比较例中，按以下步骤进行电池电芯注液后静置。

S1，装配后电池进行注液，注液量为总注液量的100%；

S2，注液后电池在车间干燥空气进行常温常压静置，静置时间为12-24h;

S3，静置完成后，电池转后续工序。

为了评价各电池的电芯注液后电池电液对电池极片材料、隔膜的浸润效果和对电池性能的影响效果，在电芯制造工序完成后，对上述各实施例及比较例的电池进行了电池直流内阻检测（50%soc状态下）、循环寿命检测，分析不同实例电池的直流内阻大小和循环寿命衰减情况；循环寿命比较点分别为第100循环、第500循环、第1000循环时的容量衰减；

直流内阻测试方法为：在50%SOC情况下，以5C电流放电10S，静置10S，3.5C电流充电10S；记录充电起始、结束电压V1、V2和放电起始结束电压V3、V4；直流放电内阻记为DCR-discharge=(V1-V2)/5C；直流充电内阻记为DCR-charge=(V4-V3)/3.5C；其中1C=电池容量数值。

循环寿命测试方法：在室温下，将电池以1.0C电流充电至3.65V，搁置10分钟，然后以1.0C电流进行放电至2.0V，搁置20分钟，记录初始放电容量D1。重复上面步骤对电池进行充放电循环测试，并记录每次放电容量，当放电容量小于电池初始容量80%时中止循环检测。循环100次容量衰减率=1-D100/D1；循环500次容量衰减率=1-D500/D1，循环1000次容量衰减率=1-D1000/D1；D100表示第100次循环测试时的电池放电容量，D500表示第500次循环测试时的电池放电容量，D1000表示第1000次循环测试时的电池放电容量；

上述各实施例及比较例的测试结果示于表1和表2。

表1实施例和比较例电池直流内阻测试结果：

	DCR-discharge（mΩ）	DCR-charge（mΩ）
			实施例1	4.2	5.5
实施例2	4.3	5.2
			实施例3	3.9	5.3
实施例4	4.0	5.4
			比较例	6.2	7.5

表2实施例和比较例电池循环寿命测试结果

	1-D100/D1(%)	1-D500/D1(%)	1-D1000/D1(%)
				实施例1	1.0	3.5	10
实施例2	1.2	4.2	9.5
				实施例3	1.5	3.6	11.3
实施例4	1.1	4.0	9.5
				比较例	2.5	6.5	15.2

由上表的数据可知，采用本发明方法进行注液后静置的电池50%SOC状态下放电直流内阻和充电直流内阻明显小于传统方法制造的电池；采用本发明的方法注液后静置的电池的循环寿命明显优于传统方法制造的电池。

根据本发明的方法进行电芯注液静置处理的电池的直流内阻、循环寿命明显优异于传统注液静置方式制造的电池；这说明采用本发明方法控制电芯注液静置过程可明显消除电池内部不良副反应，有利于在电池负极板表面生成稳定、致密、均匀的SEI膜，避免空气中水分对电池性能的影响，从而提高了电池的电化学性能；并且本发明方法制造操作简单可靠，适合在磷酸铁锂动力电池制造过程中大规模应用，可以有效提升汽车动力电池性能和降低电池制造成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种动力电池的注液静置方法，其特征在于，所述动力电池为磷酸铁锂电池，所述方法包括以下步骤：

A.对所述动力电池进行电解液注入，将所述动力电池放恒温静置箱中；

B.对所述动力电池抽真空到第一真空度，静置第一静止时间；

C.对所述动力电池加压强到第一压强，静置第二静止时间；

D.对所述动力电池抽真空到第二真空度，静置第三静止时间；

E.对所述动力电池加压强到第二压强，静置第四静止时间；

F.对所述动力电池抽真空到第三真空度，静置第五静止时间；

G.对所述动力电池加压强到第三压强，静置第六静止时间；以及

H.将所述动力电池泄压至常压，将所述动力电池从所述恒温静置箱中取出，周转后续工序，

其中，所述第一真空度＜所述第二真空度＜所述第三真空度，并且所述第一压强＜所述第二压强＜所述第三压强。

2.如权利要求1所述的动力电池的注液静置方法，其特征在于，所述电解液注入的量为总电解液注入量的50-80％。

3.如权利要求1所述的动力电池的注液静置方法，其特征在于，所述恒温静置箱的温度为40-60℃。

4.如权利要求1所述的动力电池的注液静置方法，其特征在于，对所述动力电池加压强为充入氮气加压。

5.如权利要求1所述的动力电池的注液静置方法，其特征在于，所述第一静止时间、第二静止时间、第三静止时间、第四静止时间、第五静止时间以及第六静止时间相等或不等。

6.如权利要求1所述的动力电池的注液静置方法，其特征在于，所述第一静止时间、第二静止时间、第三静止时间、第四静止时间、第五静止时间以及第六静止时间为1-2h。

7.如权利要求1所述的动力电池的注液静置方法，其特征在于，所述第一真空度为负30-40KPa，所述第二真空度为负50-60KPa，所述第三真空度为负80-90KPa。

8.如权利要求1所述的动力电池的注液静置方法，其特征在于，所述第一压强为40-50KPa，所述第二压强为60-70KPa，所述第三压强为80-90KPa。

9.如权利要求1-8任一项所述的动力电池的注液静置方法，其特征在于，重复所述步骤B-G的循环，循环次数为n，其中n为正整数。