CN105787140A - 确定软包装锂离子电池电解液保有量和注液量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定软包装锂离子电池电解液保有量的方法，包括如下步骤：测量和计算隔膜的孔隙率A_KS；获取正极片和负极片的孔隙率A_KC、A_KA；根据正极片的长L_C、宽W_C、厚H_C，负极片的长L_A、宽W_A、厚H_A以及隔膜的长L_S、宽W_S、厚H_S，结合所述隔膜、正极片以及负极片的孔隙率A_KS、A_KC、A_KA计算总空隙体积V_总：V_总＝(A_KC×L_C×W_C×H_C)+(A_KA×L_A×W_A×H_A)+(A_KS×L_S×W_S×H_S)；计算电解液保有量m_E：m_E＝ρ_E×V_总；其中ρ_E为电解液的密度。此外，还可将计算所得的电解液保有量乘以注液系数获得注液量。上述方法计算简单，能够在电池产品设计阶段即确定所设计电池产品的电解液注液量及保有量规格，可防止软包装锂离子电解液过多及过少导致的电池电化学性能下降及电池安的全性风险。

Description

确定软包装锂离子电池电解液保有量和注液量的方法

技术领域

本发明涉及软包装锂离子电池技术领域，特别是涉及一种确定软包装锂离子电池电解液保有量和注液量的方法。

背景技术

相对镍氢电池1.2V的工作电压而言，锂离子电池的工作电压3.7-3.8V，是其的3倍以上，目前手持移动的数码产品及一些需要充电使用的其他移动产品基本上都使用锂离子电池。目前主要应用的锂离子电池可分为：铝壳锂离子电池，圆柱锂离子电池以及软包装的锂离子电池；这其中，软包装的锂离子电池市场发展迅速，已在平板电脑、智能手机及超级本等产品上广泛使用。

在锂离子电池的主要材料中，电解液与正极、负极及隔膜一样是影响到电池电化学性能及安全性能的一种材料。电解液注入到电池中的重量称为注液量，电池真空抽气二次封装工序结束后电池中含有的电解液重量称为保有量。

适合的电解液注液量及保有量能够确保锂离子电池的电化学性能及安全性能优异，如果有太多的电解液存在于电池中，不仅会增加材料成本、影响电池的硬度及外观，而且容易导致正负极片上物料从集流体铜铝箔上剥离，影响到电池的安全性能和电化学性能；如果只有较少的电解液存在电池中，这时电池的正负极片及隔膜都不能够完全浸润，导致电池内部界面阻抗较大，充电过程中容易在负极片上出现锂金属的析出，不仅电池的使用寿命下降，同时大量的锂金属析出存在刺穿隔膜导致电池内部短路，出现电池使用安全性的风险。

在现有软包装的工艺过程中，由于有真空抽气后进行二次封装的工序，在此工序会抽出部分电解液，所以最终电池的电解液保有量小于电池的注液量，实质真正影响电池性能的就是电池内最终的电解液保有量大小。

传统的电解液注液量或保有量计算中主要采用的是一种经验值法，即依照电池的容量大小来设计注液量及保有量，但是如果使用不同的正负极及隔膜材料，或者不同的压实密度设计，即使相同容量的电池所吸收电解液的能力也是完全不同的；所以这种方法并不准确；另外也可以采用裸电芯浸泡电解液后称重的方法进行，但此方法对环境湿度要求高，且操作工序复杂，耗时长，并且残留在极片及隔膜间的未吸附的电解液重量也会影响最终吸收电解液量的判断，也不能在产品设计初期即确定注液量规格，实际运用会有难度。

发明内容

基于此，有必要提供一种操作简单、符合实际、能准确确定软包装锂离子电池电解液保有量的方法。

一种确定软包装锂离子电池电解液保有量的方法，包括如下步骤：

测量和计算隔膜的孔隙率A_KS；

获取正极片和负极片的孔隙率A_KC、A_KA；

根据正极片的长L_C、宽W_C、厚H_C，负极片的长L_A、宽W_A、厚H_A以及隔膜的长L_S、宽W_S、厚H_S，结合所述隔膜、正极片以及负极片的孔隙率A_KS、A_KC、A_KA计算总空隙体积V_总：

V_总＝(A_KC×L_C×W_C×H_C)+(A_KA×L_A×W_A×H_A)+(A_KS×L_S×W_S×H_S)；

计算电解液保有量m_E：

m_E＝ρ_E×V_总；

其中ρ_E为电解液的密度。

在其中一个实施例中，所述测量和计算隔膜的孔隙率A_KS的步骤包括：

裁切一段用于制作软包装锂离子电池的隔膜样品；

测量所述隔膜样品的长L_SS、宽W_SS和厚H_SS；

对所述隔膜样品进行称重获得质量m_s；

计算所述隔膜样品的孔隙率作为隔膜的孔隙率A_KS：

A_KS＝1-(m_S/(L_SS×W_SS×H_SS)/ρ_S)；

其中ρ_S为所述隔膜样品的材质密度。

在其中一个实施例中，所述测量和计算隔膜的孔隙率A_KS的步骤包括：

裁切一段用于制作软包装锂离子电池的隔膜样品i；

测量所述隔膜样品i的长L_SSi、宽W_SSi和厚H_SSi；

对所述隔膜样品i进行称重获得质量m_si；

计算所述隔膜样品i的孔隙率A_KSi；

A_KSi＝1-(m_Si/(L_SSi×W_SSi×H_SSi)/ρ_S)；

其中ρ_S为所述隔膜样品i的材质密度；

重复上述步骤获得N个隔膜样品的孔隙率A_KS1、A_KS2、…、A_KSN，、并将N个隔膜样品的孔隙率的平均值作为隔膜的孔隙率A_KS：

A_KS＝(A_KS1+A_KS2+…+A_KSN)/N，N≥2。

在其中一个实施例中，N为3～5。

一种确定软包装锂离子电池电解液注液量的方法，包括如下步骤：

测量和计算隔膜的孔隙率A_KS；

获取正极片和负极片的孔隙率A_KC、A_KA；

根据正极片的长L_C、宽W_C、厚H_C，负极片的长L_A、宽W_A、厚H_A以及隔膜的长L_S、宽W_S、厚H_S，结合所述隔膜、正极片以及负极片的孔隙率A_KS、A_KC、A_KA计算总空隙体积V_总：

V_总＝(A_KC×L_C×W_C×H_C)+(A_KA×L_A×W_A×H_A)+(A_KS×L_S×W_S×H_S)；

计算电解液保有量m_E：

m_E＝ρ_E×V_总；

其中ρ_E为电解液的密度；

将电解液保有量m_E乘以注液系数a获得电池注液量a×m_E。

在其中一个实施例中，所述注液系数a为1.05～1.15。

在其中一个实施例中，所述测量和计算隔膜的孔隙率A_KS的步骤包括：

裁切一段用于制作软包装锂离子电池的隔膜样品；

测量所述隔膜样品的长L_SS、宽W_SS和厚H_SS；

对所述隔膜样品进行称重获得质量m_s；

计算所述隔膜样品的孔隙率作为隔膜的孔隙率A_KS：

A_KS＝1-(m_S/(L_SS×W_SS×H_SS)/ρ_S)；

其中ρ_S为所述隔膜样品的材质密度。

在其中一个实施例中，所述测量和计算隔膜的孔隙率A_KS的步骤包括：

裁切一段用于制作软包装锂离子电池的隔膜样品i；

测量所述隔膜样品i的长L_SSi、宽W_SSi和厚H_SSi；

对所述隔膜样品i进行称重获得质量m_si；

计算所述隔膜样品i的孔隙率A_KSi；

A_KSi＝1-(m_Si/(L_SSi×W_SSi×H_SSi)/ρ_S)；

其中ρ_S为所述隔膜样品i的材质密度；

重复上述步骤获得N个隔膜样品的孔隙率A_KS1、A_KS2、…、A_KSN，、并将N个隔膜样品的孔隙率的平均值作为隔膜的孔隙率A_KS：

A_KS＝(A_KS1+A_KS2+…+A_KSN)/N，N≥2。

在其中一个实施例中，N为3～5。

上述方法通过计算空隙总体积，结合电解液密度计算电解液保有量和注液量，计算简单，能够在电池产品设计阶段即确定所设计电池产品的电解液注液量及保有量规格，可防止软包装锂离子电解液过多及过少导致的电池电化学性能下降及电池安的全性风险。

附图说明

图1为一实施例的确定软包装锂离子电池电解液保有量的方法流程图；

图2为采用图1所示实施例方法制备的3个型号电池常温0.5C充放循环500周容降曲线。

具体实施方式

如图1所示，为一实施例的确定软包装锂离子电池电解液保有量的方法流程图。该方法包括如下步骤：

步骤S110：测量和计算隔膜的孔隙率A_KS。孔隙率是材料内部的孔隙占总体积的比例。获得隔膜的孔隙率后可以计算其中可以容纳的电解液的体积，从而计算隔膜中的电解液保有量。

本步骤包括：

步骤S111：裁切一段用于制作软包装锂离子电池的隔膜样品i。隔膜样品i是从待制作电池的隔膜材料上裁切获得，呈规则的长条形。

步骤S112：测量所述隔膜样品i的长L_SSi、宽W_SSi和厚H_SSi。用直尺测量其长度L_SSi，宽度W_SSi；用千分尺测量其厚度H_SSi。

步骤S113：对所述隔膜样品i进行称重获得质量m_si。采用分析天平对隔膜样品i进行称重。

步骤S114：计算所述隔膜样品i的孔隙率A_KSi；

A_KSi＝1-(m_Si/(L_SSi×W_SSi×H_SSi)/ρ_S)；

其中ρ_S为所述隔膜样品i的材质密度。

步骤S115：重复上述步骤S111～S114获得N个隔膜样品的孔隙率A_KS1、A_KS2、…、A_KSN，、并将N个隔膜样品的孔隙率的平均值作为隔膜的孔隙率A_KS：A_KS＝(A_KS1+A_KS2+…+A_KSN)/N，N≥2。本实施例中，为精确起见，N取3～5，也即测量和计算3～5段隔膜样品的孔隙率，然后再取平均值。在其他实施例中，也可以仅取一段隔膜样品，计算其孔隙率作为隔膜的孔隙率。或者采用更多次测量和计算的方式获得隔膜的孔隙率。

步骤S120：获取正极片和负极片的孔隙率A_KC、A_KA。正极片和负极片在选材时已知所用材料的真实密度ρ_C和ρ_A。同时在电池设计阶段也已经确定正极片和负极片所要采用的压实密度ρ_Cd和ρ_Ad。据此可以计算正极片和负极片的孔隙率A_KC、A_KA：A_KC＝1-ρ_Cd/ρ_C、A_KA＝1-ρ_Ad/ρ_A。获得正负极片的孔隙率后可以计算其中可以容纳的电解液的体积，从而计算正负极片中的电解液的量。

步骤S130：根据正极片、负极片和隔膜的尺寸、孔隙率计算总空隙体积。假设用于制造电池的正极片的长L_C、宽W_C、厚H_C，负极片的长L_A、宽W_A、厚H_A、隔膜的长L_S、宽W_S、厚H_S，则总空隙体积V_总根据如下公式计算。

V_总＝(A_KC×L_C×W_C×H_C)+(A_KA×L_A×W_A×H_A)+(A_KS×L_S×W_S×H_S)。

步骤S140：计算电解液保有量。电解液保有量m_E采用如下公式计算：m_E＝ρ_E×V_总；其中ρ_E为电解液的密度。

采用上述的方法获得电解液保有量m_E之后，将电解液保有量m_E乘以注液系数a即可获得电池注液量a×m_E,，优选的，注液系数a为1.05～1.15。在生产电池时按照计算所获得的注液量对电池进行注液，在二次封装时，即使电解液有所损耗，电解液的保有量也可以满足电池性能和安全性要求。

以下是对三种型号的电池采用上述方法应用注液量及验证结果。

表1为3个型号软包装锂离子电池的正负极，隔膜及电解液的相关信息。

表2为通过表1的输入信息，采用本发明方法进行的电解液保有量及注液量的计算。

表1.型号及材料的输入信息

表2.电解液注液量及保有量的计算结果

图2是上述3个型号以此电解液注液量及保有量为标准制备电池的常温0.5C充放循环500周容降曲线，从曲线看，3个型号都具备良好的循环性能，500周都能够保持容量的85％以上；三个型号之间的循环差异主要是设计参数及选材导致。

上述方法计算简单，能够在电池产品设计阶段即确定所设计电池产品的电解液注液量及保有量规格，可防止软包装锂离子电解液过多及过少导致的电池电化学性能下降及电池安的全性风险。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种确定软包装锂离子电池电解液保有量的方法，包括如下步骤：

测量和计算隔膜的孔隙率A_KS；

获取正极片和负极片的孔隙率A_KC、A_KA；

根据正极片的长L_C、宽W_C、厚H_C，负极片的长L_A、宽W_A、厚H_A以及隔膜的长L_S、宽W_S、厚H_S，结合所述隔膜、正极片以及负极片的孔隙率A_KS、A_KC、A_KA计算总空隙体积V_总：

V_总＝(A_KC×L_C×W_C×H_C)+(A_KA×L_A×W_A×H_A)+(A_KS×L_S×W_S×H_S)；

计算电解液保有量m_E：

m_E＝ρ_E×V_总；

其中ρ_E为电解液的密度。

2.根据权利要求1所述的确定软包装锂离子电池电解液保有量的方法，其特征在于，所述测量和计算隔膜的孔隙率A_KS的步骤包括：

裁切一段用于制作软包装锂离子电池的隔膜样品；

测量所述隔膜样品的长L_SS、宽W_SS和厚H_SS；

对所述隔膜样品进行称重获得质量m_s；

计算所述隔膜样品的孔隙率作为隔膜的孔隙率A_KS：

A_KS＝1-(m_S/(L_SS×W_SS×H_SS)/ρ_S)；

其中ρ_S为所述隔膜样品的材质密度。

3.根据权利要求1所述的确定软包装锂离子电池电解液保有量的方法，其特征在于，所述测量和计算隔膜的孔隙率A_KS的步骤包括：

裁切一段用于制作软包装锂离子电池的隔膜样品i；

测量所述隔膜样品i的长L_SSi、宽W_SSi和厚H_SSi；

对所述隔膜样品i进行称重获得质量m_si；

计算所述隔膜样品i的孔隙率A_KSi；

A_KSi＝1-(m_Si/(L_SSi×W_SSi×H_SSi)/ρ_S)；

其中ρ_S为所述隔膜样品i的材质密度；

重复上述步骤获得N个隔膜样品的孔隙率A_KS1、A_KS2、…、A_KSN，、并将N个隔膜样品的孔隙率的平均值作为隔膜的孔隙率A_KS：

A_KS＝(A_KS1+A_KS2+…+A_KSN)/N，N≥2。

4.根据权利要求3所述的确定软包装锂离子电池电解液保有量的方法，其特征在于，N为3～5。

5.一种确定软包装锂离子电池电解液注液量的方法，包括如下步骤：

测量和计算隔膜的孔隙率A_KS；

获取正极片和负极片的孔隙率A_KC、A_KA；

根据正极片的长L_C、宽W_C、厚H_C，负极片的长L_A、宽W_A、厚H_A以及隔膜的长L_S、宽W_S、厚H_S，结合所述隔膜、正极片以及负极片的孔隙率A_KS、A_KC、A_KA计算总空隙体积V_总：

V_总＝(A_KC×L_C×W_C×H_C)+(A_KA×L_A×W_A×H_A)+(A_KS×L_S×W_S×H_S)；

计算电解液保有量m_E：

m_E＝ρ_E×V_总；

其中ρ_E为电解液的密度；

将电解液保有量m_E乘以注液系数a获得电池注液量a×m_E。

6.根据权利要求5所述的确定软包装锂离子电池电解液注液量的方法，其特征在于，所述注液系数a为1.05～1.15。

7.根据权利要求5或6所述的确定软包装锂离子电池电解液注液量的方法，其特征在于，所述测量和计算隔膜的孔隙率A_KS的步骤包括：

裁切一段用于制作软包装锂离子电池的隔膜样品；

测量所述隔膜样品的长L_SS、宽W_SS和厚H_SS；

对所述隔膜样品进行称重获得质量m_s；

计算所述隔膜样品的孔隙率作为隔膜的孔隙率A_KS：

A_KS＝1-(m_S/(L_SS×W_SS×H_SS)/ρ_S)；

其中ρ_S为所述隔膜样品的材质密度。

8.根据权利要求5或6所述的确定软包装锂离子电池电解液注液量的方法，其特征在于，所述测量和计算隔膜的孔隙率A_KS的步骤包括：

裁切一段用于制作软包装锂离子电池的隔膜样品i；

测量所述隔膜样品i的长L_SSi、宽W_SSi和厚H_SSi；

对所述隔膜样品i进行称重获得质量m_si；

计算所述隔膜样品i的孔隙率A_KSi；

A_KSi＝1-(m_Si/(L_SSi×W_SSi×H_SSi)/ρ_S)；

其中ρ_S为所述隔膜样品i的材质密度；

重复上述步骤获得N个隔膜样品的孔隙率A_KS1、A_KS2、…、A_KSN，、并将N个隔膜样品的孔隙率的平均值作为隔膜的孔隙率A_KS：

A_KS＝(A_KS1+A_KS2+…+A_KSN)/N，N≥2。

9.根据权利要求8所述的确定软包装锂离子电池电解液注液量的方法，其特征在于，N为3～5。