CN105702909B - 圆柱形电池的注液方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及圆柱形电池制造技术领域，具体公开了一种圆柱形电池的注液方法。所述方法至少包括以下步骤：步骤S01.将电池卷芯置于电解液中浸泡；步骤S02.将所述经过电解液浸泡的电池卷芯装入电池壳；步骤S03.向所述电池壳内注入所述电解液，并抽真空处理、加压处理；其中，所述浸泡、放置及装壳处理均需在露点低于‑35℃的环境中进行；注入的所述电解液的体积占所述电池壳内腔体积的0.07％～20％。采用本方法能够使得电芯完全被电解液所浸透，不仅提高电池的良品率，而且提高了电池的循环寿命。

Description

圆柱形电池的注液方法
技术领域
本发明涉及圆柱形电池制造技术领域，尤其涉及一种圆柱形电池的注液方法。
背景技术
圆柱形电池因其具有容量高、输出电压高、循环充放电性能好、输出电压稳定、能大电流放电、电化学性能稳定等特点而被广泛应用于太阳能灯具、草坪灯具、后背电源、电动工具、玩具模型等。另外，凭借其高自动化的生产水平以及高一致性的容量等优势，已经逐渐成为近年来车用动力电池的首选。
在现有技术中，这类型的圆柱形电池制造工艺中的注液一般先将电池卷芯安装入电池壳体内，然后按照安装注液工装、注液、抽真空、恢复大气压及静置的顺序进行。这种注液方式容易出现渗液难、极片吸液性能差，导致电池循环寿命差。而且随着圆柱形电池向大容量大功率方面发展，电池壳体内的空间逐渐变小，卷芯中的活性物质碾压密度越来越大，使得注液时不容易彻底渗透电极片，从而降低了生产效率和注液合格率，最终导致电池循环寿命受到极大的影响。
发明内容
针对上述现有技术中存在的注液困难、极片不易被浸透而导致电池循环寿命受到影响等问题，本发明实施例的目的在于提供一种圆柱形电池的注液方法。
为了达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种圆柱形电池的注液方法，至少包括以下步骤：
步骤S01.将电池卷芯置于电解液中浸泡；
步骤S02.将所述经过电解液浸泡的电池卷芯装入电池壳；
步骤S03.向所述电池壳内注入所述电解液，并抽真空处理、加压处理；
其中，所述浸泡、放置及装壳处理均需在露点低于-35℃的环境中进行；注入的所述电解液的体积占所述电池壳内腔体积的0.07％～20％。
本发明上述实施例提供的圆柱形电池的注液方法，将传统电池壳内注液的模式转变成采用卷芯浸泡，然后装壳和补充辅液的形式，克服了注液困难问题，同时彻底解决了卷芯吸液不全，或者电解液不能完全浸湿的问题，从而起到改善电池循环寿命的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的圆柱形电池的注液方法的工艺流程图；
图2是本发明实施例1及对比例1提供的圆柱形电池的注液方法制备三元材料-石墨电池循环测试曲线。
图3是本发明实施例2及对比例2提供的圆柱形电池的注液方法制备三元材料-钛酸锂电池循环测试曲线。
图4是本发明实施例3及对比例3提供的圆柱形电池的注液方法制备磷酸铁锂-石墨电池循环测试曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种圆柱形电池的注液方法，至少包括以下步骤：
步骤S01.将电池卷芯置于电解液中浸泡；
步骤S02.将所述经过电解液浸泡的电池卷芯装入电池壳；
步骤S03.向所述电池壳内注入所述电解液，并抽真空处理、加压处理；
其中，所述浸泡、放置及装壳处理均需在露点低于-35℃的环境中进行；
注入的所述电解液的体积占所述电池壳内腔体积的0.07％～20％。
在一优选的实施例中，上述步骤S01的电池卷芯应先烘烤20～24h，使得卷芯中极片的水分含量低于200ppm。当然，也可以水分含量≤200ppm的负极片、水分含量≤100ppm的正极片制成卷芯后直接浸泡于电解液中，以避免卷芯的水分超标而对电池的循环性能产生不良影响。
在一优选的实施例中，可以将卷芯置于盛装电解液的容器中浸泡。浸泡卷芯的容器的体积至少2倍于卷芯的体积，盛装的电解液完全浸没卷芯。
作为优选地，卷芯浸泡在电解液中的时间为1～15h。在该时间范围内，电解液足够浸透卷芯。
在任一实施例中，注入的电解液的体积占电池壳内腔体积的0.07％～20％，指的是将卷芯装入电池壳后，补充适量的电解液，补充的电解液的体积是电池壳空腔(未装入卷芯)的体积的0.07％～20％。
在一优选实施例中，将浸泡过的卷芯装入电池壳后，向电池壳内注入的所述电解液体积占所述电池壳内腔体积0.7％～10％。当补充的电解液的体积占电池壳内腔体积为0.7％～10％时既能够补充电池壳内卷芯缺少的电解液，使得卷芯电解液稍有富余，也可以避免后续加压过程中大量电解液被“吹出”，还可以避免电解液过多而对电池性能产生不利影响。
为了更好的理解本发明实施例补加的电解液的体积，特举例如下，假设电池壳空腔的体积为V0，那么将浸泡后的卷芯装入体积为V0的电池空腔后，补充的电解液的体积为(0.7％～10％)V0。
在优选的实施例中，应当保证抽真空后电池壳内的真空度小于或等于-0.085MPa，并且保持在该真空度下不低于50s。真空度越高越有利于电解液深入卷芯内部并且一定程度上可缩短抽真空的时间。
在一优选实施例中，加压处理时，所加的压强至少为0.1Mpa，最高不超过2.0MPa，且保持该压力的作用的时间不低于50s。在该压力下，能够进一步促进补充的电解液的渗透，从而进一步缩短加工流程所需要的时间。
本发明实施例中，在上述步骤S03抽真空处理结束，还包括静置不低于60s，然后再进行加压处理，以使得抽真空处理后的电解液充分渗透到卷芯内部，避免直接加压时有部分电解液被“吹出”。
将浸泡、放置及装壳处理均放置在露点低于-35℃的环境中进行，主要是控制环境中的水分含量，避免电解液与H2O反应，从而避免电池内阻增大，同时保证电池容量(电解液中的LiPF6与水反应生成HF，HF的存在会与SEI膜的成分发生反应，生成LiF，造成SEI膜的阻抗增大；此外，HF会与正极材料反应，造成高价态金属溶解，造成电池容量下降)。
为了避免浸泡后太多电解液带入到电池壳中，在卷芯装入电池壳之前，浸泡后的卷芯应当从浸泡的电解液中取出并放置10～60min。避免影响后续向电池壳中补加电解液精准度。
本发明实施例提供的圆柱形电池的注液方法，将传统电池壳内注液的模式转变成采用卷芯浸泡，然后装壳和补充辅液的形式，克服了注液困难问题，同时彻底解决了卷芯吸液不全，或者电解液不能完全浸湿的问题，从而起到改善电池循环寿命的作用。与此同时，该工艺简单易行、可以采用连续式生产，生产效率高，并能提高产品批次质量的稳定性，适合大规模工业化生产。
为了更好的体现本发明实施例提供的圆柱形电池的注液方法，下面通过多个实施例进一步说明。
实施例1
(1)以镍钴锰酸锂(Ni:Co:Mn＝5:2:3)为正极，石墨为负极，制成18650型电池卷芯；
(2)将所述电池卷芯置于85℃的烘箱中烘烤20h；
(3)待卷芯水分含量低于规定值(其中，正极低于100ppm，负极低于200ppm)以下，冷却至室温，然后将卷芯转入装有新宙邦LBC32229B的电解液的容器中浸泡8h，随后将湿卷芯取出容器，放置30min，入壳；
(4)将7.7％电池壳体积的新宙邦LBC32229B电解液(约1.0g)注入电池壳中，抽真空至-0.085MPa，保持在该真空度下100s，静置10s后采用氮气加压100s，保持压强值为0.8Mpa，随后对电池进行封口处理。
对比例1
按照实施例1的制备的卷芯，其余步骤按照常规工艺注液，然后制成电池。
对实施例1和对比例1获得的电池按照规定工步进行循环测试，具体测试参数为以1C(1C＝2400mAh)电流在3.0～4.2V范围内进行充放电，测试结果如说明书附图2所示。
从图2可知，经过200次循环充放电，本发明实施例1电池的容量衰减明显小于对比例1，这说明实施例1注液方式获得的电池循环性能优于对比例1。
实施例2
(1)以镍钴锰酸锂(Ni:Co:Mn＝5:2:3)为正极，钛酸锂为负极，制成18650型电池卷芯；
(2)将所述电池卷芯置于90℃的烘箱中烘烤24h；
(3)待卷芯水分含量低于规定值(其中，正极低于100ppm，负极低于200ppm)以下，冷却至室温，然后将卷芯转入装有新宙邦LBC32229B电解液的容器中浸泡7h，随后将湿卷芯取出容器，放置20min，入壳；
(4)将6.2％电池壳体积的新宙邦LBC32229B电解液(约0.8g)注入电池壳中，抽真空至-0.090MPa，保持在该真空度下80s，静置15s后采用氮气加压80s，保持压强值为0.5Mpa，随后对电池进行封口处理。
对比例2
按照实施例2的制备的卷芯，其余步骤按照常规工艺注液，然后制成电池。
对实施例2和对比例2获得的电池按照规定工步进行循环测试，具体测试参数为以1C(1C＝1600mAh)电流在2.0～2.8V范围内进行充放电，测试结果如说明书附图3所示。
从图3可知，经过400次循环充放电，本发明实施例2电池的容量衰减明显小于对比例2，这说明实施例2注液方式获得的电池循环性能优于对比例2。
实施例3
(1)以磷酸铁锂为正极，石墨为负极，制成18650型电池卷芯；
(2)将所述电池卷芯置于100℃的烘箱中烘烤20h；
(3)待卷芯水分含量低于规定值(其中，正极低于100ppm，负极低于200ppm)以下，冷却至室温，然后将卷芯转入装有新宙邦LBC32229B电解液的容器中浸泡6h，随后将湿卷芯取出容器，放置10min，入壳；
(4)将5.4％电池壳体积的新宙邦LBC32229B电解液(约0.7g)注入电池壳中，抽真空至-0.10MPa，保持在该真空度下50s，静置15s后采用氮气加压50s，保持压强值为0.3Mpa，随后对电池进行封口处理。
对比例3
按照实施例3的制备的卷芯，其余步骤按照常规工艺注液，然后制成电池。
对实施例3和对比例3获得的电池按照规定工步进行循环测试，具体测试参数为以1C(1C＝1500mAh)电流在2.8～4.0V范围内进行充放电，测试结果如说明书附图4所示。
从图4可知，经过900次循环充放电，本发明实施例3电池的容量衰减明显小于对比例3，这说明实施例3注液方式获得的电池循环性能优于对比例3。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种圆柱形电池的注液方法，至少包括以下步骤：
步骤S01.将电池卷芯置于电解液中浸泡；
步骤S02.将所述经过电解液浸泡的电池卷芯装入电池壳；
步骤S03.向所述电池壳内注入所述电解液，并抽真空处理、加压处理；
其中，所述浸泡、放置及装壳处理均需在露点低于-35℃的环境中进行；
注入的所述电解液的体积占所述电池壳内腔体积的0.07％～20％；
所述抽真空处理时抽至真空度≤-0.085MPa，并保持在所述真空度下静置的时间不小于50s；
所述电池卷芯中，负极片的水分含量≤200ppm，和/或正极片的水分含量≤100ppm。
2.如权利要求1所述的圆柱形电池的注液方法，其特征在于：所述加压处理的时间≥50s，所加的压强为0.1Mpa～2.0MPa。
3.如权利要求1所述的圆柱形电池的注液方法，其特征在于：所述步骤S03中，注入的所述电解液的体积占所述电池壳内腔体积0.7％～10％。
4.如权利要求1所述的圆柱形电池的注液方法，其特征在于：所述浸泡时间为1～15h。
5.如权利要求2所述的圆柱形电池的注液方法，其特征在于：所述加压处理所用的气体为惰性气体。
6.如权利要求5所述的圆柱形电池的注液方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气、氩气中的任一种。
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