CN105428721B - 一种软包锂离子电池注液加速吸收方法及软包锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种软包锂离子电池注液加速吸收方法及软包锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。本发明的软包锂离子电池注液加速吸收方法包括：在干燥惰性气体保护下，在45‑50℃的手套箱内，将电解液分三次注入锂离子电池软包中，每次注液后对软包锂离子电池依次进行挤压和负压循环静置；将软包锂离子电池封口；所述负压循环静置时的真空度在‑0.08～‑0.01MPa之间连续变化，所述负压静置的时间为2‑8s；封口后的软包锂离子电池在70‑80℃下静置4‑5h，在静置过程中至少对软包锂离子电池进行一次施压并上下翻转。本发明的方法促进了电解液在电芯内部的吸收，提高了软包锂离子电池中电解液吸收的一致性。

Description

一种软包锂离子电池注液加速吸收方法及软包锂离子电池
技术领域
本发明涉及一种软包锂离子电池注液加速吸收方法及软包锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
锂离子电池的电化学性能与其制造过程密切相关，锂离子电池的产品质量在很大程度上依赖于其制造过程的工艺控制。锂离子电池的制造是一个复杂的过程，包括多个不同的工艺过程，每一个工艺过程又包括许多小的工序，每一个工序的工艺效果都会对锂离子电池的电化学性能产生很大影响。其中电解液的注入过程是锂电池制造过程中的关键工艺过程之一，电解液的注入和吸收的效果直接影响电池的容量和充放电一致性等电化学性能。如果注入电池内的电解液不能与电芯中的极片和隔膜很好地浸润，会导致没有与电解液接触的极片的容量无法放出，造成电池容量的降低。电解液的吸收效果的好坏，会影响到电池内阻以及倍率等性能，从而影响电池的充放电一致性。
现有技术中为了增加软包锂离子电池电解液的吸收能力，促使电芯充分浸润，一般采用在注液后进行静置的方法，但是单纯的进行长时间的静置，对电解液的吸收效果提高较小，原因可能在于，电芯中残存的气体附着在极片或者隔膜表面，电解液无法与极片或隔膜充分浸润，而且这种方法还降低了生产效率。
公布号为CN102709512A的中国发明专利(公布日为2012年10月3日)公开了一种圆柱形锂离子电池的注液方法，采用注液后真空静置并循环多次的方法，提高了注液效率和注液合格率。但是，这种方法的真空静置，无法有效地将电芯结构中残存的气体充分逸出，电芯结构中的残存气体对电解液与极片或隔膜的浸润形成了阻碍，而且不能有效提高电解液的流动性，不能促进电解液在电芯中深入渗透，对电芯的吸液能力提高有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种软包锂离子电池注液加速吸收方法，以提高软包锂离子电池中电芯对电解液的吸收能力。本发明的目的还在于提供一种使用上述方法得到的软包锂离子电池。
为了实现以上目的，本发明的软包锂离子电池注液加速吸收方法的技术方案如下：
一种软包锂离子电池注液加速吸收方法，包括如下步骤：
1)在干燥惰性气体保护下，在温度为40-50℃的手套箱内，将电解液分三次注入锂离子电池软包中，每次注液后对软包锂离子电池依次进行挤压和负压循环静置；然后将软包锂离子电池封口；
所述所述负压循环静置时的真空度在-0.08～-0.01MPa之间连续变化，所述负压循环静置的时间为2-8s；
2)将封口后的软包锂离子电池在70-80℃下静置4-5h，在静置过程中至少进行一次施压并上下翻转，即得。
本发明的软包锂离子电池注液加速吸收方法将注入电解液的软包锂离子电池在一定真空度下进行负压循环静置，负压有利于电芯中的气体逸出，促进更多的电解液进入电芯内部。本发明的负压循环静置采用变化的真空度，并使环境真空度先由-0.01MPa至-0.08MPa之间连续变化，能够使电芯受到的压力不断变化，可以促使电解液在电芯结构中的极片与隔膜之间的微通道中缓慢移动，更加深入地渗透入电芯结构中，大幅度提高电解液与极片和隔膜上的浸润性。
本发明在负压循环静置后对电池挤压，有利于电芯中残存的少量气体的排出，为电解液提供额外的渗透空间，也避免了残存气体在电池使用过程中带来的安全性问题。挤压后重复进行上述的注液、负压循环静置和挤压过程，可以使电解液在电芯结构中的渗透更加充分、深入。
本发明将注液后的软包电池在高温下静置，有利于电芯中渗透的电解液在电芯结构中的扩散，进一步提高了电解液在极片和隔膜上的浸润性。高温静置时的温度过高会造成SEI膜的破坏，而高温静置的温度过低又会导致电解液的扩散较慢，70-80℃为优选的温度范围。在高温静置间隙进行挤压有利于进一步排气，对电池进行翻转能够避免重力对电解液渗透带来的影响。
为了提高电解液的流动性，促进电解液的吸收，所述步骤1)在40-50℃的温度下进行。手套箱温度过高会导致电解液挥发，温度过低则会导致电解液粘度增大，不利于电解液流动。
步骤1)中负压循环静置时的真空度按照如下方式连续变化：由-0.01MPa匀速连续增加至-0.08MPa，然后再由-0.08MPa匀速连续降低至-0.01MPa，将上述过程循环进行。将真空度由-0.01MPa均匀升高到-0.08MPa，能够为电解液的微移动提供持续的动力，并能够对电芯结构中的残存气体提供一个持续的、向电芯外移动的动力。之后将真空度由-0.08MPa均匀降低到-0.01MPa，能够促使电解液缓慢地进入残存气体逸出后留下的微小空间内，而且也避免了真空度突然减小，电芯所受的压力突然增加，导致电芯结构中的极片与隔膜之间的电解液微通道被堵塞，造成电解液无法深入渗透。
所述由-0.01MPa匀速连续增加至-0.08MPa所用的时间为0.5-1s，由-0.08MPa匀速连续降低至-0.01MPa所用的时间为0.5-1s。设置真空度增加和降低所用的时间较短，也就提高了真空度变化的频率，使电解液和残存气体受到的力不断变化，有利于电解液和残存气体快速摆脱极片和隔膜对其构成的阻力。
所述负压循环静置的时间进一步优选为2-4s。
所述步骤1)中的干燥惰性气体为常用的除湿后的惰性气体，如氮气、氩气。
为了充分避免重力对电解液渗透效果的影响，所述步骤2)中在静置过程中每2-2.5h进行一次施压并上下翻转。
所述步骤1)挤压的压力过大会导致铝塑膜破损或电芯变形，一般的，所述步骤1)挤压是对软包锂离子电池表面施加不大于0.3MPa的压力。持续时间为2s。
所述步骤2)中的施压是对软包锂离子电池表面施加不大于0.3MPa的压力。
本发明的软包锂离子电池的技术方案如下：
一种软包锂离子电池，采用上面所述的方法处理得到。
本发明采用注液、负压循环静置、挤压操作，并对注液后的电池进行高温搁置、挤压、翻转，能够促使电芯中残存的气体充分逸出，并促进电解液在电芯结构中的充分渗透、浸润，促进了电解液在电芯内部的吸收，也避免残存气体对SEI形成的影响，提高了软包锂离子电池中电解液吸收的一致性，进而提高了锂离子电池的充放电一致性。
附图说明
图1为本发明的实施例2中负压循环静置时的真空度随时间的变化曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明。
实施例1
本实施例的软包锂离子电池注液加速吸收方法包括如下步骤：
1)在充满干燥氮气的手套箱内，通过设置在手套箱内部的热电偶使手套箱中温度保持为45℃，在手套箱内将电解液分三次注入锂离子电池软包中，每次注液的量保持相同，均为软包锂离子电池总注液量的三分之一，本实施例中每次注液的量为9g，每次注液后对软包锂离子电池依次进行挤压和负压循环静置；注液完成后，将软包锂离子电池封口；
所述挤压是对软包锂离子电池两个侧面施加0.2MPa的压力并持续2s，然后卸去压力；
所述负压循环静置为：在真空环境中静置，该真空环境的真空度在-0.08～-0.01MPa之间连续变化，连续变化的方式为先在0.5s的时间内由-0.01MPa匀速连续增加至-0.08MPa，然后再在0.5s时间内由-0.08MPa匀速连续降低至-0.01MPa，并将上述负压过程循环3次，完成负压循环静置；三次注液、挤压后均进行上述负压循环；
2)将封口后的软包锂离子电池平放在高温搁置间中，在75℃下静置4h，在静置2h后对软包锂离子电池的两个侧面施加0.3MPa的压力同时将软包锂离子电池上下翻转一次，翻转完成后卸去压力，将软包锂离子电池取出，冷却，即得。
本实施例的软包锂离子电池为采用上述注液加速吸收方法得到的5Ah三元材料软包锂离子电池。
实施例2
本实施例的软包锂离子电池注液加速吸收方法包括如下步骤：
1)在充满干燥空气的手套箱内，通过设置在手套箱内部的热电偶使手套箱中温度保持为50℃，在手套箱内将电解液分三次注入锂离子电池软包中，每次注液的量保持相同，均为软包锂离子电池总注液量的三分之一，本实施例中每次注液的量为9g，每次注液后对软包锂离子电池依次进行挤压和负压循环静置；注液完成后，将软包锂离子电池封口；
所述挤压是对软包锂离子电池两个侧面施加0.3MPa的压力并持续2s，然后卸去压力；
所述负压循环静置为：在真空环境中静置，该真空环境的真空度在-0.08～-0.01MPa之间连续变化，连续变化的方式为先在1s的时间内由-0.01MPa匀速连续增加至-0.08MPa，然后再在1s时间内由-0.08MPa匀速连续降低至-0.01MPa，上述负压过程循环4次，真空度随时间的变化曲线如图1所示；三次注液、挤压后均进行上述负压循环。
2)将封口后的软包锂离子电池平放在高温搁置间中，在70℃下静置4h，在静置2h后对软包锂离子电池的两个侧面施加0.2MPa的压力同时将软包锂离子电池上下翻转一次，翻转完成后卸去压力，将软包锂离子电池取出，冷却，即得。
本实施例的软包锂离子电池为采用上述注液加速吸收方法得到的5Ah三元材料软包锂离子电池。
实施例3
本实施例的软包锂离子电池注液加速吸收方法包括如下步骤：
1)在充满干燥氩气的手套箱内，通过设置在手套箱内部的热电偶使手套箱中温度保持为50℃，在手套箱内将电解液分三次注入锂离子电池软包中，每次注液的量保持相同，均为软包锂离子电池总注液量的三分之一，本实施例中每次注液的量为9g，每次注液后对软包锂离子电池依次进行挤压和负压循环静置；注液完成后，将软包锂离子电池封口；
所述挤压是对软包锂离子电池两个侧面施加0.3MPa的压力并持续2s，然后卸去压力；
所述负压循环静置为：在真空环境中静置，该真空环境的真空度在-0.08～-0.01MPa之间连续变化，连续变化的方式为先在0.7s的时间内由-0.01MPa匀速连续增加至-0.08MPa，然后再在0.7s时间内由-0.08MPa匀速连续降低至-0.01MPa，上述负压过程循环2次，三次注液、挤压后均进行上述负压循环。
2)将封口后的软包锂离子电池平放在高温搁置间中，在80℃下静置5h，在静置2.5h后对软包锂离子电池的两个侧面施加0.15MPa的压力同时将软包锂离子电池上下翻转一次，翻转完成后卸去压力，将软包锂离子电池取出，冷却，即得。
本实施例的软包锂离子电池为采用上述注液加速吸收方法得到的5Ah三元材料软包锂离子电池。
对比例
将软包电池按照如下注液流程进行注液：
1)在温度为25℃的手套箱内，一次将电解液27g注入锂离子电池软包中，然后对软包电池内抽真空至-0.08MPa，静置10s，将软包锂离子电池封口；
2)将封口后的软包锂离子电池平放在常温搁置间中静置，在25℃下静置24h，将软包锂离子电池取出，即得。
试验例
将实施例1-3制得的软包锂离子电池按照如下方式进行测试：
1)保液量测试：软包电池注液量减去二次封装时抽出的电解液重量即为保液量，同等注液量和二次封装条件下，保液量越多，代表电池吸液量越多，浸润性能越好。
2)内阻测试：采用内阻测试仪(日本产，HIOKI-3554)进行内阻测试，浸润性能越好，同等条件下电池的内阻越小。
测试结果如表1所示：
表1实施例1-3及对比例制得的软包锂离子电池的保液量、内阻测试结果
项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
保液量(g) 24 25 24.5 20
内阻(mΩ) 1.48 1.48 1.47 1.55
由表1可知，采用本发明的方法处理后的软包锂离子电池的保液量明显增加，电池的内阻也有显著的减小，提高了软包锂离子电池的性能。

Claims (6)

1.一种软包锂离子电池注液加速吸收方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）在干燥惰性气体保护下，在温度为45-50℃的手套箱内，将电解液分三次注入锂离子电池软包中，每次注液后对软包锂离子电池依次进行挤压和负压循环静置；然后将软包锂离子电池封口；
所述负压循环静置时的真空度在-0.08～-0.01MPa之间连续变化，所述负压循环静置的时间为2-8s；
2）将封口后的软包锂离子电池在70-80℃下静置4-5h，在静置过程中至少对软包锂离子电池进行一次施压并上下翻转，即得；
所述步骤1）中负压循环静置时的真空度按照如下方式连续变化：由-0.01MPa匀速连续增加至-0.08MPa，再由-0.08MPa匀速连续降低至-0.01MPa，然后将上述过程循环进行；由-0.01MPa匀速连续增加至-0.08MPa所用的时间为0.5-1s，由-0.08MPa匀速连续降低至-0.01MPa所用的时间为0.5-1s。
2.如权利要求1所述的软包锂离子电池注液加速吸收方法，其特征在于，所述步骤2）中在静置过程中每2-2.5h进行一次施压并上下翻转。
3.如权利要求1所述的软包锂离子电池注液加速吸收方法，其特征在于，所述步骤1）在40-50℃的温度下进行。
4.如权利要求1所述的软包锂离子电池注液加速吸收方法，其特征在于，所述步骤1）中挤压是对软包锂离子电池表面施加不大于0.3MPa的压力。
5.如权利要求1所述的软包锂离子电池注液加速吸收方法，其特征在于，所述步骤2）中的施压是对软包锂离子电池表面施加不大于0.3MPa的压力。
6.一种软包锂离子电池，其特征在于，采用如权利要求1-5任意一项所述的方法处理得到。
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