CN105742742B - 一种去除锂离子电池内部杂质气体的方法 - Google Patents

一种去除锂离子电池内部杂质气体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种去除锂离子电池内部杂质气体的方法，包括在化成过程中或化成后，在锂离子电池内部保持负压条件下，对锂离子电池进行超声波处理并抽出逸出的杂质气体。本发明的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，在化成过程中或化成后，负压条件下将超声波施加于锂离子电池，利用超声波的消泡作用使粘附于极片及隔膜表面的气泡破裂，利用超声波的空化作用使溶解于电解液的杂质气体以微小气泡的形式逸出；该方法能够去除锂离子电池化成过程中产生的溶解在电解液内的气体，以及粘附在极片、隔膜及其的微小气泡，提高了锂离子电池SEI膜的质量，提高了锂离子电池的生产效率。

Description

一种去除锂离子电池内部杂质气体的方法
技术领域
本发明属于锂离子电池制备技术领域，具体涉及一种去除锂离子电池内部杂质气体的方法。
背景技术
锂离子电池在化成过程中会产生多种气体，如CO、CO2、H2、乙烯等，这些气体部分以气泡形式附着于负极和隔膜之间，部分溶解在电解液中。以上述两种形式存在的气体会严重影响到负极片表面SEI膜的质量，同时阻碍锂离子在负极嵌入导致容量偏低。另一方面，这些气体容易与负极嵌锂后形成的活性物质LiC6发生反应，生成部分副产物，导致电池充放电首次效率偏低。常见的副反应有H2+Li＝LiH，CO2+Li＝Li2CO3等。上述副反应是不可逆的，生成的副产物也没有电化学活性，在电池放电的过程中不会参与电化学反应，宏观表现上就是放电容量偏低，首次效率偏小。所以，去除上述气体对提高电池的首次效率、SEI膜质量、SEI膜一致性和可逆容量具有重要意义。
目前，解决前述问题的方法一般是采用抽真空的方式，将化成产生的气体抽出。这种方法能够抽出部分气体，对于大的气泡比较有效，但是对于粘附在隔膜和极片之间的微小气泡以及溶解在电解液中的气体几乎没有效果。因此只通过抽真空的方式，短时间内很难将该部分气体去除，延长抽真空时间也会影响生产效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种去除锂离子电池内部杂质气体的方法，去除溶解在电解液内的气体，以及粘附在极片、隔膜及其之间的微小气泡。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种去除锂离子电池内部杂质气体的方法，包括在化成过程中或化成后，在锂离子电池内部保持负压条件下，对锂离子电池进行超声波处理并抽出逸出的杂质气体。
所述负压条件是指真空度为-50KPa～-100KPa。负压条件促使杂质气体逸出，以达到去除电解液中杂质气体和微小气泡的目的；真空度和抽真空时间可根据实际情况进行调整。形成负压的方法为：化成过程中，通过锂离子电池的注液孔抽真空；或化成后，将锂离子电池置于抽真空的装置中，解除锂离子电池的过程密封。
在超声波处理过程中，持续抽真空使锂离子电池内部保持负压条件，并抽出逸出的杂质气体。
所述超声波处理的超声频率为15KHz～20MHz。消泡和空化时间及相应超声波频率可根据实际情况进行调整。优选的，超声波处理的超声频率为20～100KHz。
本发明的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，在化成过程中或化成后，负压条件下将超声波施加于锂离子电池，利用超声波的消泡作用使粘附于极片及隔膜表面的气泡破裂，利用超声波的空化作用使溶解于电解液的杂质气体以微小气泡的形式逸出；该方法能够去除锂离子电池化成过程中产生的溶解在电解液内的气体，以及粘附在极片、隔膜及其之间的微小气泡，提高了锂离子电池SEI膜的质量，提高了锂离子电池的生产效率。
所述的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，在化成后去除锂离子电池内部杂质气体时，间隔进行超声波处理，超声波处理的时间为0.5～10min，超声波处理的次数为3次以上，每次间隔时间为0.5～1min。超声波处理的超声频率为20～100KHz。优选的，超声波处理的次数为3～10次。
去除锂离子电池内部气泡时，超声波处理的超声频率为20～40KHz(一级超声)；去除锂离子电池内部溶解气体时，超声波处理的超声频率为40～100KHz(二级超声)。优选的，在间隔进行超声波处理时，一级超声与二级超声交替进行。
所述的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，在化成过程中去除锂离子电池内部杂质气体时，间隔进行超声波处理，超声波处理的时间为1～10min，间隔时间为10～60min，交替循环至化成结束后，再进行一次超声波处理，时间为1～10min。
优选的，所述超声波处理为依次进行的一级超声和二级超声，一级超声的超声频率为20～40KHz，时间为0.5～5min；二级超声的超声频率为40～100KHz，时间为0.5～5min。
本发明的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，具体操作时，将化成后的锂离子电池置于可抽真空的箱体内并连接超声波发生器，解除锂离子电池过程密封，抽真空至负压条件后，进行超声波处理；或者在化成过程中，连接超声波发生器并将锂离子电池的注液孔连通抽真空装置，抽真空至负压条件后，进行超声波处理。
本发明的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，针对粘附于极片或隔膜表面的气泡，通过调节超声波的频率，正负极片在超声波作用下发生微振动，该类微小气泡会不断振动上浮，并富集结合成更大的气泡，最后上浮、破裂；针对溶解于电解液中的气体，超声波的空化作用会打破其在电解液中的溶解平衡，使其在电解液中的溶解度显著降低，以微小气泡的形式从电解液中逸出；上述两类气体最终进入电池壳体空腔，通过真空装置被抽走，更有效的达到去除溶解在电解液内的气体，以及粘附在极片、隔膜及其之间的微小气泡的目的，提高了锂离子电池SEI膜的质量，从而提高了锂离子电池的容量和效率，同时提高了锂离子电池的生产效率。
所述超声波处理是通过锂离子电池的极柱将超声波传导至锂离子电池内部。
所述超声波处理是采用钛合金(超声波探头)将超声波施加于锂离子电池的极柱。优选的，所述钛合金为钛合金圆柱；所述钛合金圆柱的直径为8～15mm。
进一步的，本发明的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，采用钛合金(超声波探头)将超声波施加于锂离子电池的极柱，通过锂离子电池的极柱将超声波传导至锂离子电池内部，超声波的传导效率高，能量损失小，节约成本；该方法工艺简单，操作方便，成本低，易于自动化控制，适合大规模工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，包括下列步骤：
1)将化成后的锂离子电池置于抽真空箱体中，拔掉注液孔的密封塞，将传导超声波的压针(钛合金圆柱)压在正负极壳体极柱上；所述压针与超声波发生器连接；
2)启动抽真空装置对抽真空箱体进行抽真空，至真空度为-90KPa(负压条件)；
3)设定一级超声的频率为30KHz，超声时间1min；二级超声的频率为80KHz，超声时间1min；启动超声波发生器进行超声波处理，以一级超声、间隔1min、二级超声为一个循环，循环3次(总超声6次)，每次循环间隔1min；超声波处理过程中，对抽真空箱体进行持续抽真空，使其保持真空度为-90KPa的负压条件，并抽出逸出的杂质气体；
4)超声波处理结束后，锂离子电池在真空度-90KPa的抽真空箱体静置3min，切断抽真空装置，即可。
实施例2-4的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，与实施例1的不同之处如表1所示，其余同实施例1。
表1实施例2-4的去除锂离子电池内部杂质气体的方法的技术参数表
实施例5
本实施例的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，包括下列步骤：
1)化成过程中，将锂离子电池的注液孔连通抽真空装置，将传导超声波的压针(钛合金圆柱)压在正负极壳体极柱上；所述压针与超声波发生器连接；
2)启动抽真空装置，至锂离子电池内部真空度为-90KPa(负压条件)；
3)设定一级超声的频率为30KHz，超声时间1min；二级超声的频率为80KHz，超声时间1min；启动超声波发生器进行超声波处理，以一级超声、二级超声为一个循环(一级超声后直接调整频率至二级超声，之间无间隔)，每次间隔的时间为30min，循环操作至化成结束；后再次进行超声波处理(一个循环)，切断抽真空装置，即可；其中，超声波处理过程中，对锂离子电池内部进行持续抽真空，使其保持真空度为-90KPa的负压条件，并抽出逸出的杂质气体。
实施例6-8的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，与实施例5的不同之处如表2所示，其余同实施例5。
表2实施例6-8的去除锂离子电池内部杂质气体的方法的技术参数表
技术参数 实施例6 实施例7 实施例8
负压条件的真空度，KPa -50 -100 -65
一级超声频率，KHz 40 20 40
一级超声时间，min 3 5 1
二级超声频率，KHz 100 50 40
二级超声时间，min 0.5 3 5
每次循环间隔时间，min 10 60 40
对比例1
本对比例的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，具体为：
1)化成过程中，将锂离子电池的注液孔连通抽真空装置；
2)启动抽真空装置对锂离子电池进行抽真空，至真空度为-90KPa(负压条件)，持续抽真空保持负压条件，时间同实施例1。
对比例2
本对比例的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，具体为：
1)将化成后的锂离子电池置于抽真空箱体中，拔掉注液孔的密封塞；
2)启动抽真空装置，至锂离子电池内部真空度为-90KPa(负压条件)，持续抽真空保持负压条件，时间同实施例5。
实验例
本实验例对实施例和对比例的方法对锂离子电池充放电首次效率和内阻的影响进行检测。
实验方法如下：
1.首次效率：首次放电容量/首次放电容量。
2.内阻：用交流内阻测试仪测量蓄电池交流内阻。
3.1C循环寿命测试方法：
a)试验条件：循环试验需在室温及1C充放电电流条件下进行。
b)操作方法(80％容量循环)：
1)静置10min；
2)按下述标准充电方法充电：
①室温条件下蓄电池以1C恒流充电至3.65V转换为恒压充电；
②以3.65V恒压充电至电流降为0.05C时停止充电，静置30min；
3)放电：蓄电池以1C恒流放电至2.5V，静置30min；
4)步骤2)～3)循环3次；
5)以1C电流恒流充电至80％额定容量，静置10min；
6)以1C电流放电，直到放电容量达到额定容量的80％，静置10min。
结果如表3所示。
表3实施例和对比例的方法对锂离子电池充放电首次效率和内阻的影响
从表3可以看出，采用本发明的去除锂离子电池内部杂质气体的方法的锂离子电池，在首次效率上有明显的提高，内阻也有明显的下降，循环寿命得到明显提升。采用本发明的去除锂离子电池内部杂质气体的方法的锂离子电池，电芯满电拆解后表面成膜状态良好，无明显黑斑。

Claims (8)

1.一种去除锂离子电池内部杂质气体的方法，其特征在于：包括在化成过程中或化成后，在锂离子电池内部保持负压条件下，对锂离子电池进行超声波处理并抽出逸出的杂质气体；
在化成后去除锂离子电池内部杂质气体时，间隔进行超声波处理，超声波处理的时间为0.5～10min，超声波处理的次数为3次以上，每次间隔时间为0.5～1min；
在化成过程中去除锂离子电池内部杂质气体时，间隔进行超声波处理，超声波处理的时间为1～10min，间隔时间为10～60min，交替循环至化成结束后，再进行一次超声波处理，时间为1～10min。
2.根据权利要求1所述的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，其特征在于：所述负压条件是指真空度为-50KPa～-100KPa。
3.根据权利要求1所述的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，其特征在于：所述超声波处理的超声频率为15KHz～20MHz。
4.根据权利要求1所述的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，其特征在于：在化成后去除锂离子电池内部杂质气体时，超声波处理的超声频率为20～100KHz。
5.根据权利要求4所述的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，其特征在于：去除锂离子电池内部气泡时，超声波处理的超声频率为20～40KHz；去除锂离子电池内部溶解气体时，超声波处理的超声频率为40～100KHz。
6.根据权利要求1所述的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，其特征在于：在化成过程中去除锂离子电池内部杂质气体时，所述超声波处理为依次进行的一级超声和二级超声，一级超声的超声频率为20～40KHz，时间为0.5～5min；二级超声的超声频率为40～100KHz，时间为0.5～5min。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，其特征在于：所述超声波处理是通过锂离子电池的极柱将超声波传导至锂离子电池内部。
8.根据权利要求7所述的去除锂离子电池内部杂质气体的方法，其特征在于：所述超声波处理是采用钛合金将超声波施加于锂离子电池的极柱。
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