CN106469831B - 一种聚合物锂离子电芯陈化工艺 - Google Patents

一种聚合物锂离子电芯陈化工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚合物锂离子电芯陈化工艺,旨在解决现有的聚合物锂离子电芯陈化时间长,从而延长了电芯制成周期,降低了工作效率,增加了企业运营成本的不足。该发明第一步,将充过电解液待陈化的聚合物锂离子电芯装入料盒中,电芯上的气袋朝上,相邻两电芯之间设有间隙;第二步,将装有电芯的料盒放置于烘箱中,并关闭烘箱门;第三步,烘箱开始加热,温度控制在40℃‑50℃,同时对烘箱进行抽真空,20‑30分钟进行一次换气,换气后对烘箱再次进行抽真空,如此进行4‑12小时;第四步,将烘箱卸压到常压状态,开启烘箱门,取出料盒,并将电芯转入下道作业工序。

Description

一种聚合物锂离子电芯陈化工艺
技术领域
本发明涉及一种电芯加工工艺,更具体地说,它涉及一种聚合物锂离子电芯陈化工艺。
背景技术
聚合物锂离子电池具有小型化、薄型化、轻量化的特点。因此,聚合物锂离子电池在市场上的占有量会逐渐增多。聚合物锂离子电池由电芯和保护电路板组成,聚合物锂离子电芯是蓄电部分,它的质量直接决定了电池的质量。聚合物锂离子电芯制造过程中,需要进行陈化,陈化一般分为常温陈化和高温陈化。电芯陈化的目的就是要快速地让电解液浸润,均匀地渗透到正、负极片、隔膜里面,使电解液充分被电芯内部材料吸收,以达到通过电解液导通正负极,形成回路的效果。目前行业存在的问题是,电芯陈化时间较长,高温陈化基本在36-48小时;常温陈化基本在48-72小时,有的企业甚至更长时间。这样长的陈化时间增加了电芯的制成时间,降低了工作效率,增加了企业的运营成本。如中国专利公布号CN1988239A,公开的一种电池动态陈化方法及其动态陈化装置,电池动态陈化时间长,工作效率低。
发明内容
本发明克服了现有的聚合物锂离子电芯陈化时间长,从而延长了电芯制成周期,降低了工作效率,增加了企业运营成本的不足,提供了一种聚合物锂离子电芯陈化工艺,聚合物锂离子电芯陈化时间短,缩短了电芯制成周期,提高了工作效率,降低了企业运营成本,陈化效果好。
为了解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:一种聚合物锂离子电芯陈化工艺,第一步,将充过电解液待陈化的聚合物锂离子电芯装入料盒中,电芯上的气袋朝上,相邻两电芯之间设有间隙;第二步,将装有电芯的料盒放置于烘箱中,并关闭烘箱门;第三步,烘箱开始加热,温度控制在40℃-50℃,同时对烘箱进行抽真空,20-30分钟进行一次换气,换气后对烘箱再次进行抽真空,如此进行4-12小时;第四步,将烘箱卸压到常压状态,开启烘箱门,取出料盒,并将电芯转入下道作业工序。
相邻两电芯之间设有间隙,且电芯上的气袋朝上放置,使电芯和气袋在厚度方向以及长度方向能够自由舒展,不受外力、外物的影响。第三步陈化过程中,烘箱内温度控制在40℃-50℃,使电解液具有最佳的流动性能,对烘箱进行抽真空,使烘箱内处于负压状态,促进电解液由内向外的流动,有利于电解液的扩散,均匀地浸润到正、负极片、隔膜里面。而且间隔20-30分钟进行一次换气,增加烘箱内压力,促进电解液由外向内的流动,使电解液扩散更加均匀。这种陈化工艺电解液流动扩散速度快,对烘箱循环地进行抽真空和换气4-12小时,就能将电解液均匀地浸润到正、负极片、隔膜里面,电解液充分被电芯内部材料吸收,达到通过电解液导通正负极,形成回路的效果。这种聚合物锂离子电芯陈化工艺为高温动态负压陈化,陈化效果好,对聚合物锂离子电芯陈化时间短,缩短了电芯制成周期,提高了工作效率,降低了企业运营成本。
作为优选,第三步烘箱抽真空采用真空泵,抽真空过程中烘箱内真空度到达设定值后真空泵自动停止工作,烘箱内真空度低于设定值时,真空泵自动开始工作抽真空。抽真空过程中自动检测烘箱内压力,真空度未达到设定值时对烘箱进行抽真空,真空度达到设定值时停止抽真空,确保烘箱内的真空度。
作为优选,第三步烘箱内温度低于设定值时烘箱自动开始工作加热,烘箱内温度到达设定值时烘箱自动停止工作。陈化过程中温度设定后,烘箱能够自动控制温度到设定范围内,控制方便。
作为优选,第三步烘箱内抽真空后真空度保持≦-95Kpa。烘箱内抽真空后保持一定的真空度,有利于电芯内电解液的流动。
作为优选,第三步中前面的1/3-3/5陈化时间段为快速陈化阶段,后面的陈化时间段为陈化稳定阶段,快速陈化阶段烘箱内温度控制在45℃-50℃,对烘箱进行抽真空到真空度≦-100Kpa,20-25分钟对烘箱进行一次换气到常压状态,换气过程持续30-60秒,换气完成后对烘箱再次进行抽真空到真空度≦-100Kpa;陈化稳定阶段烘箱内温度控制在40℃-45℃,对烘箱进行抽真空到真空度≦-95Kpa,25-30分钟对烘箱进行一次换气到常压状态,换气过程持续60-120秒,换气完成后对烘箱再次进行抽真空到真空度≦-95Kpa。
第三步陈化过程分为快速陈化阶段和陈化稳定阶段,在快速陈化阶段烘箱内温度高,换气频率快,真空度高,换气时间短,电解液由内向外流动和由外向内流动的流动速度快,频率高,有利于电解液的快速扩散,从而实现电芯的快速陈化。在陈化稳定阶段,相对于快速陈化阶段来说烘箱内温度低,换气频率慢,真空度低,换气时间长,电解液由内向外流动和由外向内流动的流动速度慢,频率低,电解液流动更加平稳可靠,确保电芯内部材料能够均匀地浸润电解液。在前三分之一到五分之三的陈化时间内进行快速陈化,在后面的时间内平稳陈化,有利于提高陈化效果,缩短陈化时间。
作为优选,快速陈化阶段进行到一半时间对烘箱进行卸压,并向烘箱内鼓入高压空气,使烘箱内压力达到1.05-1.1个大气压,维持10-20分钟再进行卸压并进行抽真空。
快速陈化阶段在烘箱内鼓入高压气体并使烘箱处于高压状态,高压作用在电芯上,对电芯具有一定的挤压力,有利于扩散电芯内的电解液,使电解液在电芯内更加均匀地流动,提高陈化效果,缩短陈化时间。
作为优选,陈化稳定阶段进行到一半时间对烘箱进行卸压,并向烘箱内鼓入高压空气,使烘箱内压力达到1.05-1.08个大气压,维持5-10分钟再进行卸压并进行抽真空。
陈化稳定阶段在烘箱内鼓入高压气体并使烘箱处于高压状态,高压作用在电芯上,对电芯具有一定的挤压力,有利于扩散电芯内的电解液,使电解液在电芯内更加均匀地流动,提高陈化效果,缩短陈化时间。
作为优选,第三步对烘箱进行换气的同时晃动料盒,带动电芯一起晃动,换气完成后停止晃动料盒。晃动料盒有利于电芯内的电解液的扩散,提高陈化效果,缩短陈化时间。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:聚合物锂离子电芯陈化效果好,陈化时间短,缩短了电芯制成周期,提高了工作效率,降低了企业运营成本。
具体实施方式
下面通过具体实施例,对本发明的技术方案作进一步的具体描述:
实施例1:一种聚合物锂离子电芯陈化工艺,
第一步,将充过电解液待陈化的聚合物锂离子电芯装入料盒中,电芯上的气袋朝上,相邻两电芯之间设有间隙。
第二步,将装有电芯的料盒放置于烘箱中,并关闭烘箱门。
第三步,烘箱开始加热,温度控制在40℃-50℃,本实施例设定值为45℃,同时对烘箱进行抽真空,20-30分钟进行一次换气,本实施例设定值为25分钟进行一次换气,换气后对烘箱再次进行抽真空,对烘箱循环地进行抽真空和换气4-12小时,本实施例设定值为8小时;烘箱抽真空采用真空泵,抽真空过程中烘箱内真空度到达设定值后真空泵自动停止工作,烘箱内抽真空后真空度保持≦-95Kpa,烘箱内真空度低于设定值时,真空泵自动开始工作抽真空,烘箱内温度低于设定值时烘箱自动开始工作加热,烘箱内温度到达设定值时烘箱自动停止工作。
第四步,将烘箱卸压到常压状态,开启烘箱门,取出料盒,并将电芯转入下道作业工序。
相邻两电芯之间设有间隙,且电芯上的气袋朝上放置,使电芯和气袋在厚度方向以及长度方向能够自由舒展,不受外力、外物的影响。第三步陈化过程中,烘箱内温度控制在40℃-50℃,使电解液具有最佳的流动性能,对烘箱进行抽真空,使烘箱内处于负压状态,促进电解液由内向外的流动,有利于电解液的扩散,均匀地浸润到正、负极片、隔膜里面。而且间隔20-30分钟进行一次换气,增加烘箱内压力,促进电解液由外向内的流动,使电解液扩散更加均匀。这种陈化工艺电解液流动扩散速度快,对烘箱循环地进行抽真空和换气4-12小时,就能将电解液均匀地浸润到正、负极片、隔膜里面,电解液充分被电芯内部材料吸收,达到通过电解液导通正负极,形成回路的效果。
陈化完后为了测试电解液的吸收状况,可以通过测试除气封口时的失液量的多少来进行判定。采用现有技术常规陈化后的12AH聚合物电芯和经过本实施例的高温动态负压陈化后的12AH聚合物电芯进行实验,电芯中电解液的注液量均为45g,得到下列表1的实验数据。表中失液量为没有被电芯吸收的电解液量,其余电解液均被电芯吸收。
从表中可以看出,聚合物锂离子电芯采用高温动态负压陈化4小时即可达到现有的常规陈化工艺的陈化效果,电解液较好的浸润到电芯中,被极片及隔膜吸收,达到了较好的浸润效果。聚合物锂离子电芯采用高温动态负压陈化8小时平均失液量最少,陈化效果最佳。聚合物锂离子电芯采用高温动态负压陈化后电芯容量比现有常规陈化工艺电芯容量高,且采用高温动态负压陈化的电芯容量一致性好。
实施例2:一种聚合物锂离子电芯陈化工艺,其工艺与实施例1相似,主要不同点在于本实施例在第三步对烘箱进行换气的同时晃动料盒,带动电芯一起晃动,换气完成后停止晃动料盒。第三步中前面的1/3-3/5陈化时间段为快速陈化阶段,后面的陈化时间段为陈化稳定阶段,本实施例中前面的一半陈化时间为快速陈化阶段,后面的一半陈化时间为陈化稳定阶段,快速陈化阶段烘箱内温度控制在45℃-50℃,对烘箱进行抽真空到真空度≦-100Kpa,20-25分钟对烘箱进行一次换气到常压状态,换气过程持续30-60秒,换气完成后对烘箱再次进行抽真空到真空度≦-100Kpa,对烘箱循环地进行抽真空和换气4小时。快速陈化阶段进行到一半时间对烘箱进行卸压,并向烘箱内鼓入高压空气,使烘箱内压力达到1.05-1.1个大气压,维持10-20分钟再进行卸压并进行抽真空。陈化稳定阶段烘箱内温度控制在40℃-45℃,对烘箱进行抽真空到真空度≦-95Kpa,25-30分钟对烘箱进行一次换气到常压状态,换气过程持续60-120秒,换气完成后对烘箱再次进行抽真空到真空度≦-95Kpa,对烘箱循环地进行抽真空和换气4小时。陈化稳定阶段进行到一半时间对烘箱进行卸压,并向烘箱内鼓入高压空气,使烘箱内压力达到1.05-1.08个大气压,维持5-10分钟再进行卸压并进行抽真空。其它工艺步骤与实施例1相同。
在前面的陈化时间内进行快速陈化,在后面的时间内平稳陈化,有利于提高陈化效果,缩短陈化时间。晃动料盒有利于电芯内的电解液的扩散,提高陈化效果,缩短陈化时间。在烘箱内鼓入高压气体并使烘箱处于高压状态,高压作用在电芯上,对电芯具有一定的挤压力,有利于扩散电芯内的电解液,使电解液在电芯内更加均匀地流动,提高陈化效果,缩短陈化时间。
以上所述的实施例只是本发明的两种较佳的方案,并非对本发明作任何形式上的限制,在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种聚合物锂离子电芯陈化工艺,其特征是,第一步,将充过电解液待陈化的聚合物锂离子电芯装入料盒中,电芯上的气袋朝上,相邻两电芯之间设有间隙;第二步,将装有电芯的料盒放置于烘箱中,并关闭烘箱门;第三步,烘箱开始加热,温度控制在40℃-50℃,同时对烘箱进行抽真空,20-30分钟进行一次换气,换气后对烘箱再次进行抽真空,如此进行4-12小时;第四步,将烘箱卸压到常压状态,开启烘箱门,取出料盒,并将电芯转入下道作业工序;第三步中前面的1/3-3/5陈化时间段为快速陈化阶段,后面的陈化时间段为陈化稳定阶段,快速陈化阶段烘箱内温度控制在45℃-50℃,对烘箱进行抽真空到真空度≦-100Kpa,20-25分钟对烘箱进行一次换气到常压状态,换气过程持续30-60秒,换气完成后对烘箱再次进行抽真空到真空度≦-100Kpa;陈化稳定阶段烘箱内温度控制在40℃-45℃,对烘箱进行抽真空到真空度≦-95Kpa,25-30分钟对烘箱进行一次换气到常压状态,换气过程持续60-120秒,换气完成后对烘箱再次进行抽真空到真空度≦-95Kpa。
2.根据权利要求1所述的一种聚合物锂离子电芯陈化工艺,其特征是,第三步烘箱抽真空采用真空泵,抽真空过程中烘箱内真空度到达设定值后真空泵自动停止工作,烘箱内真空度低于设定值时,真空泵自动开始工作抽真空。
3.根据权利要求1所述的一种聚合物锂离子电芯陈化工艺,其特征是,第三步烘箱内温度低于设定值时烘箱自动开始工作加热,烘箱内温度到达设定值时烘箱自动停止工作。
4.根据权利要求1所述的一种聚合物锂离子电芯陈化工艺,其特征是,第三步烘箱内抽真空后真空度保持≦-95Kpa。
5.根据权利要求1所述的一种聚合物锂离子电芯陈化工艺,其特征是,快速陈化阶段进行到一半时间对烘箱进行卸压,并向烘箱内鼓入高压空气,使烘箱内压力达到1.05-1.1个大气压,维持10-20分钟再进行卸压并进行抽真空。
6.根据权利要求1所述的一种聚合物锂离子电芯陈化工艺,其特征是,陈化稳定阶段进行到一半时间对烘箱进行卸压,并向烘箱内鼓入高压空气,使烘箱内压力达到1.05-1.08个大气压,维持5-10分钟再进行卸压并进行抽真空。
7.根据权利要求1至4任意一项所述的一种聚合物锂离子电芯陈化工艺,其特征是,第三步对烘箱进行换气的同时晃动料盒,带动电芯一起晃动,换气完成后停止晃动料盒。
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