CN106207271B - 一种锂离子电池烘烤注液系统及方法 - Google Patents

一种锂离子电池烘烤注液系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种一体化的锂离子电池极片或电芯烘烤注液系统及方法。该系统的电解液注入系统包括：电解液容器、与电解液容器连通的烘烤注液器、以及与烘烤注液器连通的中转容器；惰性气体注入系统包括：惰性气体注入通道、气体加热冷却器、气液分离器和冷凝器，惰性气体注入通道依次连通气体加热冷却器、气液分离器和冷凝器；清洁溶剂注入通道与所述的烘烤注液器连通。本发明可以实现流水线生产，即一套设备实现极片或电芯烘烤到电池注液等过程，可以用于生产不同规格的电池，并且生产过程不需要现有的单体烘箱及注液器，同时，本发明具有清洗极片或电芯功能，实现促进电解液在电池中的浸润作用，功能扩展到大粘度的凝胶电解液等注射操作。

Description

一种锂离子电池烘烤注液系统及方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池生产设备及方法技术领域，具体涉及一种一体化的锂离子电池极片或电芯烘烤注液系统及方法。
背景技术
锂离子电池电芯在注入电解液时，通常需要进行清洁、干燥后才能进行注电解液液，而目前，现有的例子电池电解液的清洁、烘烤、注入设备都是分开设置，各成体系，这样不仅给生产带来一定的麻烦，在不同系统中转、搬运都可能造成二次污染。同时，这种相对独立的系统也造成了设备重复，导致生产成本的提升。
发明内容
本发明索要解决的技术问题就在于克服现有技术的不足，提供一种一体化的锂离子电池烘烤注液系统及方法。
本发明中锂离子电池烘烤注液系统采用的技术方案为：该系统包括电解液注入系统、惰性气体注入系统、以及清洁溶剂注入通道；其中，所述的电解液注入系统包括：电解液容器、与电解液容器连通的烘烤注液器、以及与烘烤注液器连通的中转容器；所述的惰性气体注入系统包括：惰性气体注入通道、气体加热冷却器、气液分离器和冷凝器，所述的惰性气体注入通道依次连通气体加热冷却器、气液分离器和冷凝器；所述的清洁溶剂注入通道与所述的烘烤注液器连通；所述的惰性气体注入通道经过气体加热冷却器与所述的烘烤注液器连通。
进一步而言，上述技术方案中，所述的电解液容器通过管道与烘烤注液器底部连通；所述的气体加热冷却器通过管道与所述的烘烤注液器的顶部连通。
进一步而言，上述技术方案中，所述的惰性气体注入通道设置有流量计。
进一步而言，上述技术方案中，所述的气液分离器连接有一储液罐；所述的冷凝器连接有提纯器以及与提纯器连通的提纯罐。
进一步而言，上述技术方案中，所述的烘烤注液器底部设置有电子秤。
进一步而言，上述技术方案中，所述的烘烤注液器至少并联有两个。
进一步而言，上述技术方案中，所述的惰性气体注入通道末端还连接有抽真空系统。
本发明锂离子电池烘烤注液方法采用的技术方案如下：该方法包括以下步骤：
步骤一，首先把生产好的电池极片或者电芯装入烘烤注液器，然后将烘烤注液器密封，最后，通过注入一定时间的惰性气体，对烘烤注液器内部空间进行吹扫清洁；
步骤二，根据需要通入清洗溶剂，将清洗溶剂注入到烘烤注液器内，通过抽真空的方式令溶剂倒吸进入电池极片或电芯内，然后再向烘烤注液器内注入惰性气体将溶剂由电池极片或电芯内压出，经过多次置换清洗，所用的清洁溶剂回收到中转容器中；
步骤三，将惰性气体通过气体加热冷却器进行加热，然后再注入到烘烤注液器内，加热的惰性气体经过烘烤注液器后，将夹带残余的清洁溶剂通过冷凝器进行冷凝，回收残余的清洁溶剂；
步骤四，启动烘烤注液器进行加热，对其内电池极片或者电芯进行加热烘烤；
步骤五，停止烘烤注液器加热，并将惰性气体注入到烘烤注液器内，降低电池极片或者电芯的温度；
步骤六，先将电解液注入到烘烤注液器内，再进行抽真空，将电解液通过在真空状态下倒吸进电池极片或者电芯内，然后向烘烤注液器内加入惰性气体，把用完的电解液压入中转容器中待下一步使用。
上述锂离子电池烘烤注液方法的技术方案中，优先的，在不需要清洁的状态下，所述的步骤二、步骤三可以省略；所述的步骤四中，在烘烤注液器进行加热烘烤过程中，每隔一段时间进行抽真空操作。
上述锂离子电池烘烤注液方法的技术方案中，优先的，所述的清洗溶剂为下面锂离子电解液用低沸点溶剂材料中的任意一种或者组合：碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、氟代苯、苯类物质、环己烷。
综上所述，本发明的系统通过管道将不同设备组合起来，形成一种具备清洁、烘烤、注液多种功能的系统。同时，本发明的系统可以采用流水线生产。一套设备可以实现极片烘烤到电池注液等过程；可以根据需要生产多种型号电池；生产过程可以模块化操作，如根据需要烘烤注液器可以多台设备同时经过管道串联并联；生产过程可以不需要现有的单体烘箱及注液器。同时，本发明还实现了现有生产设备没有的功能，如清洗操作；系统可以采用真空加压操作，实现促进电解液在电池中的浸润作用，功能扩展到大粘度的凝胶电解液等注射操作。
本发明的烘烤注液方法的整个操作过程是在管道中进行，环境因素影响小，从而保证生产产品的品质一致性，提高产品的合格率，提高电池的品质。
附图说明
图1为一种锂离子电池烘烤注液系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式和说明书附图对本发明及其有益效果作进一步详细说明，但是，本发明的具体实施方式并不局限于此。
见图1所示，本发明为一种锂离子电池烘烤注液系统，该装置包括电解液注入系统、惰性气体注入系统、以及清洁溶剂注入通道9；
其中，所述的电解液注入系统包括：电解液容器1、与电解液容器1连通的烘烤注液器2、以及与烘烤注液器2连通的中转容器3。
所述的惰性气体注入系统包括：惰性气体注入通道4、气体加热冷却器5、气液分离器6和冷凝器7，所述的惰性气体注入通道4依次连通气体加热冷却器5、气液分离器6和冷凝器7。所述的惰性气体注入通道4末端还连接有抽真空系统8。
所述的清洁溶剂注入通道9与所述的烘烤注液器2连通；
所述的惰性气体注入通道4经过气体加热冷却器5与所述的烘烤注液器2连通。
所述的电解液容器1通过管道与烘烤注液器2底部连通；所述的气体加热冷却器5通过管道与所述的烘烤注液器2的顶部连通。
所述的惰性气体注入通道4设置有流量计41，通过流量计41控制惰性气体的流量。
所述的气液分离器6连接有一储液罐61；所述的冷凝器7连接有提纯器71以及与提纯器71连通的提纯罐72。
所述的烘烤注液器2底部设置有电子秤21，通过电子秤21可以衡量注入到烘烤注液器2内电解液的用量。
如图1所示，所述系统通过管道进行密封连接，部分设备通过快接方式进行连接以方便组合，在各个设备的进出口处设置阀门，以控制连接的通断。本发明中，所述的烘烤注液器2并联有两个，当然，也可根据需要并联适当数量的注液器2。
结合以上所述，使用本发明时，其包括以下步骤：
步骤一，首先把生产好的电池极片或者电芯装入烘烤注液器2，然后将烘烤注液器2密封，最后，通过惰性气体注入通道4注入一定时间的惰性气体，对烘烤注液器2内部空间进行吹扫清洁；
步骤二，根据需要通入清洗溶剂，通过清洁溶剂注入通道9将清洗溶剂注入到烘烤注液器2内，通过抽真空的方式令溶剂倒吸进入电池极片或电芯内，然后再向烘烤注液器2内注入惰性气体将清洗溶剂由电池极片或电芯内压出，经过多次置换清洗。所用的清洁溶剂回收到中转容器3中；
步骤三，将惰性气体通过气体加热冷却器5进行加热，然后再注入到烘烤注液器2内，加热的惰性气体经过烘烤注液器2后，加热的惰性气体将夹带残余的清洁溶剂通过冷凝器7进行冷凝，回收残余的清洁溶剂；在上述工作步骤中，惰性气体由烘烤注液器2排出时，通常先经过气液分离器6，将其中的液体成分分离出来，排入到与之连接的的储液罐61中，剩余的气体部分再进入冷凝器7进行冷凝，回收残余的清洁溶剂。
步骤四，启动烘烤注液器2进行加热，对其内电池极片或者电芯进行加热烘烤；
步骤五，停止烘烤注液器2加热，并将惰性气体注入到烘烤注液器2内，降低电池极片或者电芯的温度；
步骤六，首先，将电解液容器1中的电解液通过管道注入到烘烤注液器2内，再进行抽真空，将电解液通过在真空状态下倒吸进电池极片或者电芯内，然后向烘烤注液器2内加入惰性气体，把用完的电解液压入中转容器3中待下一步使用。
如果在不需要清洁的状态下，所述的步骤二、步骤三可以省略。如果不需要注入电解液，在步骤五完成后，可以将电池极片或者电芯取出，包装好代用。
另外，在所述的步骤四中，在烘烤注液器2进行加热烘烤过程中，通过抽真空系统8，每隔一段时间进行抽真空操作，从而将水分彻底抽完，进一步提升干燥程度。
在选择清洗溶剂时，可以选择锂离子电解液用低沸点溶剂材料，例如以下任意一种或者组合：碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、氟代苯、苯类物质、环己烷等。
上述的系统通过管道进行密封连接，部分设备通过快接方式进行连接以方便组合，所述连接阀门用于控制所述连接头的通断。连接阀门的控制下控制流量，气体流量计调整气体流量。
下面将结合具体实施例对本发明及其有益效果作进一步详细说明，但是，本发明的实施例并不局限于此。为了使得本发明电解液的效果可以更直观呈现，设置两个对比例子和两个实施例。
对比例1
将锂盐LiPF6为1mol/L溶于碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲乙酯(质量比1/1/1)的混合溶剂中得到溶剂，加入总质量的1％的碳酸亚乙烯酯，得到锂离子电池电解液。
制作同批次同型号(506971，铝合金外壳)的未注射电解液的电芯，80℃真空烘烤，每隔两小时用干燥氮气置换真空烘箱中气氛，烘烤24小时。静置冷却到室温后，真空注射电解液，常温静置24h，测试电池在0-4.2V下常温环境进行1C的200次循环性能测试容量保持率及容量恢复率等。
对比例2
将锂盐LiPF6为1mol/L溶于碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲乙酯(质量比1/1/1)的混合溶剂中得到溶剂，加入总质量的1％的碳酸亚乙烯酯，加入总质量的2％的1,3-丙烷磺酸内酯，得到锂离子电池电解液。其他按照对比例1的相同的方法制备电池。
实施例1
将锂盐LiPF6为1mol/L溶于碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲乙酯(质量比1/1/1)的混合溶剂中得到溶剂，加入总质量的1％的碳酸亚乙烯酯，得到锂离子电池电解液。
制作同批次同型号(506971，铝合金外壳)的未注射电解液的电芯，电芯注液口向下，放入烘烤注液器2，密封好后烘烤注液器2密封盖后，开启惰性气体流量计41调整气体流量，吹扫系统半小时后关闭。开启连接抽真空系统8的阀门抽真空。
再开启惰性气体吹扫半小时，抽真空，如此两到五次。通过管道加入碳酸甲乙烯酯一定量进入烘烤注液器2。抽真空充惰性气体，把碳酸甲乙烯酯注入电芯中，然后再抽真空把电芯内溶剂抽出来。如此两到五次清洗电芯。清洗后的溶剂通过管道进入冷凝器7，进行提纯器71后回收到冷凝罐72中。
开启惰性气体加热冷却器5，调整其温度到80±5℃，吹出的气体夹带碳酸甲乙酯经冷凝器7回收到冷凝罐72内。
然后，开启烘烤注液器2烘烤12小时后，开启气体加热冷却器5，将冷空气吹入烘烤注液器2内，直至电芯的温度降低到室温。接着，开启电解液容器1的阀门，称重加入需要量的电解液，再对烘烤注液器2抽真空1～30分钟，充压力0.1～1.0MPa时间1～30分钟，抽真空充压力交换2～5次。最后一次抽真空注入电解液，然后调整压力到标准大气压下。
剩余未注入电芯的电解液通过烘烤干注液器2底部管道回收到中转容器3或者下一个烘烤注液器2内。
电芯静置24h，然后测试电池在0-4.2V下常温环境进行1C的200次循环性能测试容量保持率及容量恢复率等。
实施例2
按照对实施例1的相同的方法制备电解液，不同的是在此基础上加入总质量加入总质量的2％的1,3-丙烷磺酸内酯。其它方法按照实施例1操作
比较例1-2及实施例1-2中各成分配比列于下表中
序号 碳酸亚乙烯酯 1,3-丙烷磺酸内酯
对比例1 1％
对比例2 1％ 2％
实施例1 1％
实施例2 1％ 2％
电性能测试如下表
Figure GDA0001822025600000061
由表中各实施例和对比例的电池的充放电循环性能测试数据说明，由本发明制备锂离子电池在0-4.2V，1C倍率充放电的循环寿命明显优于由对比例制备的电池。同时实现了设备可流水线生产，根据需要调整产量。而且不需要常规的真空烘箱及注液设备，并增加了电芯清洗工序，提高电芯品质。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (7)

1.一种锂离子电池烘烤注液系统，其特征在于：该系统包括电解液注入系统、惰性气体注入系统、以及清洁溶剂注入通道（9）；
其中，所述的电解液注入系统包括：电解液容器（1）、与电解液容器（1）连通的烘烤注液器（2）、以及与烘烤注液器（2）连通的中转容器（3）；
所述的惰性气体注入系统包括：惰性气体注入通道（4）、气体加热冷却器（5）、气液分离器（6）和冷凝器（7），所述的惰性气体注入通道（4）依次连通气体加热冷却器（5）、气液分离器（6）和冷凝器（7）；
所述的清洁溶剂注入通道（9）与所述的烘烤注液器（2）连通；
所述的惰性气体注入通道（4）经过气体加热冷却器（5）与烘烤注液器（2）连通；
所述的电解液容器（1）通过管道与烘烤注液器（2）底部连通；所述的气体加热冷却器（5）通过管道与所述的烘烤注液器（2）的顶部连通；
将电解液注入到烘烤注液器（2）内，再进行抽真空，将电解液通过在真空状态下倒吸进电池极片或者电芯内，然后向烘烤注液器（2）内加入惰性气体，把用完的电解液压入中转容器（3）中待下一步使用；
所述的惰性气体注入通道（4）设置有流量计（41）。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池烘烤注液系统，其特征在于：所述的气液分离器（6）连接有一储液罐（61）；所述的冷凝器（7）连接有提纯器（71）以及与提纯器（71）连通的提纯罐（72）。
3.根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池烘烤注液系统，其特征在于：所述的烘烤注液器（2）底部设置有电子秤（21）。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池烘烤注液系统，其特征在于：所述的烘烤注液器（2）至少并联有两个。
5.根据权利要求3所述的一种锂离子电池烘烤注液系统，其特征在于：所述的惰性气体注入通道（4）末端还连接有抽真空系统（8）。
6.一种锂离子电池烘烤注液方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一，首先把生产好的电池极片或者电芯装入烘烤注液器（2），然后将烘烤注液器（2）密封，最后，通过注入一定时间的惰性气体，对烘烤注液器（2）内部空间进行吹扫清洁；
步骤二，根据需要通入清洗溶剂，将清洗溶剂注入到烘烤注液器（2）内，通过抽真空的方式令溶剂倒吸进入电池极片或电芯内，然后再向烘烤注液器（2）内注入惰性气体将溶剂由电池极片或电芯内压出，经过多次置换清洗，所用的清洁溶剂回收到中转容器（3）中；
步骤三，将惰性气体通过气体加热冷却器（5）进行加热，然后再注入到烘烤注液器（2）内，加热的惰性气体经过烘烤注液器（2）后，将夹带残余的清洁溶剂通过冷凝器（7）进行冷凝，回收残余的清洁溶剂；
步骤四，启动烘烤注液器（2）进行加热，对其内电池极片或者电芯进行加热烘烤；
步骤五，停止烘烤注液器（2）加热，并将惰性气体注入到烘烤注液器（2）内，降低电池极片或者电芯的温度；
步骤六，先将电解液注入到烘烤注液器（2）内，再进行抽真空，将电解液通过在真空状态下倒吸进电池极片或者电芯内，然后向烘烤注液器（2）内加入惰性气体，把用完的电解液压入中转容器（3）中待下一步使用。
7.根据权利要求6所述的一种锂离子电池烘烤注液方法，其特征在于：所述的清洗溶剂为下面锂离子电解液用低沸点溶剂材料中的任意一种或者组合：碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、氟代苯、环己烷。
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