CN107171025A

CN107171025A - 优化锂离子电池性能的夹具化成方法

Info

Publication number: CN107171025A
Application number: CN201710293984.0A
Authority: CN
Inventors: 于海彬
Original assignee: Tianjin Lishen Battery JSCL
Current assignee: Tianjin Lishen Battery JSCL
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2017-09-15

Abstract

本发明涉及一种优化锂离子电池性能的夹具化成方法，步骤如下：第一步，电池从上料位，移送至热压充电模块，在一定的温度、压力、充电流程条件下，完成电池充电活化；第二步，电池完成充电活化后，移送至纯热压模块，在一定的温度、压力、时间条件下，完成电池聚合；第三步，电池完成聚合后，移送至冷压模块，在一定的温度、压力、时间条件下，完成电池冷压。其电池隔膜材料优选双面涂胶隔膜，电池在第一步中完成了首次充电活化，在负极表面形成稳定的固体电解质界面膜，通过第二步高温热压，隔膜表面胶粒分子链打开与正极粉粘接，完成聚合过程，通过第三步冷压，完成了电池冷却。本发明改善了电池SEI膜结构，提高电池容量、内阻等电性能的一致性。

Description

优化锂离子电池性能的夹具化成方法

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池化成方法，特别涉及一种优化锂离子电池性能的夹具化成方法。

背景技术

锂离子聚合物电池具有电压高、比能量高、循环使用次数多、存储时间长、尺寸同比小等优点，在便携式电子设备上如移动手机、蓝牙耳机、MP3、MP4、MP5、数码摄像机和笔记本电脑等得到了广泛应用。

近年来，随着应用市场的不断发展，客户端对锂离子电池性能的要求也在不断提升，尤其是配组类电池，要求电芯必须具有较高的一致性和稳定性，以满足各电芯在长期循环使用过程中具有高的一致性，避免因个别电池的劣化导致整组电池性能的衰减或失效。

在锂离子电池生产过程中，首次化成对电池的一致性和稳定性起着关键性甚至决定性的作用。在充电过程中，伴随着锂离子在负极的嵌入，电解液在负极上还原而沉积在负极表面，形成固体电解质界面膜，简称SEI膜。在循环过程中，有缺陷的、不稳定的SEI膜将继续发生修补和重整反应，因而会不断的消耗电解液和活性锂离子，致使电池可逆容量降低，循环性能发生衰减，在极端情况下，可能会由于副反应沉积物的增长或锂枝晶穿刺隔膜致使电池发生内短路，引发安全事故。

随着锂离子聚合物电池产线自动化水平的提升，新一代夹具化成工艺流程成为主流，通过一台高温夹具化成设备，在功能上替代了传统全自动热压机、化成设备、高温Baking设备，实现了“五合一”效果，大大推动了减员增效。但是，锂离子聚合物电池在高温状态下进行充电，存在SEI成膜结构差异，电池容量、内阻一致性降低，低温倍率放电性能较差，同时钴溶出含量差异性增大，引起电池在存储电压衰减Kvalue一致性较差。另外，受到聚合效果较差的影响，电池厚度一致性也不易控制。

一般认为，高温条件会使SEI 膜的稳定性下降和电极循环性能变差，这是因为高温时SEI 膜的溶解和溶剂分子的共嵌入加剧，而低温条件下SEI 膜趋于稳定。

因此，提供一种设计合理简单、性能安全可靠的优化锂离子电池性能的夹具化成方法，将是该领域技术人员亟待着手解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，即提供一种结构简单合理、性能安全可靠的优化锂离子电池性能的夹具化成方法。

为了实现上述目的本发明采用技术方案是：一种优化锂离子电池性能的夹具化成方法，其特征在于该方法实施步骤如下：

第一步，电池从上料位，移送至热压充电模块，在以下限定的温度、压力、充电流程条件下，完成电池充电活化；电池在热压充电模块中，所述温度区间为60℃±10℃，保证电池在相对较低的温度条件下进行充电；所述压力区间转化为电池表面单位面积压力，即电池表面压强区间为1.0MPa±0.2MPa，保证电池在相对较大的压力条件下进行充电；所述充电流程中，在成膜电位区间，首先进行小倍率充电，其电流大小为0.2C；所述充电流程中，在非成膜电位区间，采用较大倍率递增方式充电，其电流大小为0.5C～2.0C，最终充电荷电量为75%±10%；

第二步，电池完成充电活化后，移送至纯热压模块，在以下限定的温度、压力、时间条件下，完成电池聚合；所述第二步电池在纯热压模块中，所述温度区间为95℃±10℃，保证电池在相对较高的温度条件下进行静态热压，完成聚合；所述第二步电池在纯热压模块中，所述压力区间为转化为电池表面单位面积压力，即电池表面压强区间为1.3MPa±0.2MPa，保证电池在相对较大的压力条件下进行静态热压，完成聚合；所述第二步电池在纯热压模块中，所述时间区间为8min±2min，保证电池在一定时间内通过热量积分促进隔膜表面胶粒分子链打开与正极粉粘接，完成聚合；

第三步，电池完成聚合后，移送至冷压模块，在以下限定的温度、压力、时间条件下，完成电池冷压；所述第三步电池在冷压模块中，所述温度区间为15℃±10℃，保证电池在相对较低的温度条件下，完成冷却；所述第三步电池在冷压模块中，所述压力区间为转化为电池表面单位面积压力，即电池表面压强区间为0.8MPa±0.2MPa，保证电池在相对较大的压力条件下进行冷压塑形，更好的控制电池厚度一致性；所述第三步电池在冷压模块中，所述时间区间为8min±2min，保证电池在一定时间内通过热量传递积分，完成电池冷却；

其电池隔膜材料优选双面涂胶隔膜，电池在第一步中完成了首次充电活化，在负极表面形成稳定的固体电解质界面膜，通过第二步高温热压，隔膜表面胶粒分子链打开与正极粉粘接，完成聚合过程，通过第三步冷压，完成了电池冷却。

本发明的有益效果是：该方法实现了锂离子软包装电池在同一台夹具化成设备上完成低温充电活化、高温热压聚合、低温冷压降温的过程。通过该夹具化成方法，改善了电池SEI膜结构，对提高电池容量、内阻等电性能一致性、低温倍率放电性能、存储电压衰减Kvalue一致性、以及电池厚度一致性提供了一定帮助。本发明同时完成静态高温热压聚合的效果；对于锂离子软包装电池容量提升、内阻降低、低温倍率放电性能提升、存储电压衰减Kvalue一致性提升等电性能方面有非常明显优势。同时，对电池厚度降低也有很大帮助，大大降低了电池厚度控制的难度。本发明工艺简单，设计合理，应用效果非常显著。

附图说明

图1是本发明优化锂离子电池性能的夹具化成方法程序示意图：

图中：

1上料模块；

2热压充电模块；

3纯热压模块；

4冷压模块；

5下料模块；

6上料位、热压充电模块，电池完成上料，在一定温度、压力、充电流程条件下完成电池充电活化；

7热压充电模块、纯热压模块，电池完成充电活化后，移送至纯热压模块，在一定温度、压力、时间条件下，完成电池聚合；

8纯热压模块、冷压模块，电池完成聚合后，移送至冷压模块，在一定温度、压力、时间条件下，完成电池降温冷却；

9冷压模块、下料模块，电池完成降温冷却后，移送至下料模块。

具体实施方式

以下结合附图和较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式、特征详述如下：

如图1所示，一种优化锂离子电池性能的夹具化成方法，该方法实施步骤如下：

第一步，电池从上料位，移送至热压充电模块，在以下限定的温度、压力、充电流程条件下，完成电池充电活化；电池在热压充电模块中，所述温度区间为60℃±10℃，保证电池在相对较低的温度条件下进行充电；所述压力区间转化为电池表面单位面积压力，即电池表面压强区间为1.0MPa±0.2MPa，保证电池在相对较大的压力条件下进行充电；所述充电流程中，在成膜电位区间，首先进行小倍率充电，其电流大小为0.2C；所述充电流程中，在非成膜电位区间，采用较大倍率递增方式充电，其电流大小为0.5C～2.0C，最终充电荷电量（简称SOC）为75%±10%；

其电池隔膜材料优选双面涂胶隔膜，电池在第一步中完成了首次充电活化，在负极表面形成稳定的固体电解质界面膜（简称SEI膜），通过第二步高温热压，隔膜表面胶粒分子链打开与正极粉粘接，完成聚合过程，通过第三步冷压，完成了电池冷却。

举例详细说明，该方法实施步骤如下：

第一步，电池从上料位，移送至热压充电模块，在一定的温度、压力、充电流程条件下，完成电池充电活化；

第二步，电池完成充电化后，移送至纯热压模块，在一定的温度、压力、时间条件下，完成电池聚合；

第三步，电池完成聚合后，移送至冷压模块，在一定的温度、压力、时间条件下，完成电池冷却；

所述第一步电池在热压充电模块中，所述温度区间为60℃±10℃，保证电池在相对较低的温度条件下进行充电。

所述第一步电池在热压充电模块中，所述压力区间转化为电池表面单位面积压力，即电池表面压强区间为1.0MPa±0.2MPa，保证电池在相对较大的压力条件下进行充电。

所述第一步电池在热压充电模块中，所述充电流程中，在成膜电位区间，首先进行小倍率充电，其电流大小为0.2C。

所述第一步电池在热压充电模块中，所述充电流程中，在非成膜电位区间，可以采用较大倍率递增方式充电，其电流大小为0.5C～2.0C。

所述第一步电池在热压充电模块中，所述充电流程，电池充电结束后电池充电荷电量（简称SOC）状态区间为75%±10%。

所述第二步电池在纯热压模块中，所述温度区间为95℃±10℃，保证电池在相对较高的温度条件下进行静态热压，完成聚合。

所述第二步电池在纯热压模块中，所述压力区间为转化为电池表面单位面积压力，即电池表面压强区间为1.3MPa±0.2MPa，保证电池在相对较大的压力条件下进行静态热压，完成聚合。

所述第二步电池在纯热压模块中，所述时间区间为8min±2min，保证电池在一定时间内通过热量积分促进隔膜表面胶粒分子链打开与正极粉粘接，完成聚合。

优选的，第三步电池在冷压模块中，所述温度区间为15℃±10℃，保证电池在相对较低的温度条件下，完成降温。

所述第三步电池在冷压模块中，所述压力区间为转化为电池表面单位面积压力，即电池表面压强区间为0.8MPa±0.2MPa，保证电池在相对较大的压力条件下进行冷压塑性，更好的控制电池厚度一致性。

所述第三步电池在冷压模块中，所述时间区间为8min±2min，保证电池在一定时间内通过热量传递积分，完成电池冷却。

电池在热压充电模块中充电时间为50min±15min，在纯热压模块中热压的时间为8min±2min，在冷压模块中冷压的时间为8min±2min。电池先后通过热压充电模块（共6个治具，每个治具独立运行，流程时间50min，平均每个治具产出电池的时间为50/6=8.3min）、纯热压模块（共1个治具，产出电池的时间为8min）、冷压模块（共1个治具，产出电池的时间为8min），产能匹配较为完美。

本发明的技术原理为：本发明提供一种可优化锂离子软包装电池性能的夹具化成方法，在夹具化成设备上实现低温充电活化，同时完成高温热压聚合的效果。在生产作业过程中，锂离子软包装电池先放入热压充电模块，在低温条件下发送指定的充电流程进行充电活化，充电过程中在负极表面形成均匀致密的SEI膜，电池充电后移送至纯热压模块，在高温条件下热压一定时间，完成电池聚合，最后将电池移送至冷压模块，在低温条件下冷压一定时间，完成电池冷却过程。通过夹具化成程序更新，将现有的“热压充电（7个模块）+冷压（1个模块）”程序，更新为“热压充电（6个模块）+纯热压（1个模块）+冷压（1个模块）”程序，其中6个热压充电模块完成低温条件下充电，1个纯热压模块完成热压聚合，1个冷压模块完成电池冷却。将原7个热压模块，优化为6个热压充电模块和1个纯热压模块，为低温条件充电活化和高温条件热压聚合两个步骤分离创造条件。

本发明通过夹具化成对电池电性能极尺寸性能影响分析，对夹具化成设备进行了动作步骤分解，并更新了夹具化成运行程序，实现了在夹具化成设备上完成低温充电活化，同时完成高温热压聚合的效果，优化了电池电性能和尺寸性能。

上述参照实施例对该优化锂离子电池性能的夹具化成方法的详细描述，是说明性的而不是限定性的；因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种优化锂离子电池性能的夹具化成方法，其特征在于该方法实施步骤如下：

2.根据权利要求1所述的优化锂离子电池性能的夹具化成方法，其特征在于所述第一步电池在热压充电模块中，所述充电流程，电池充电结束后电池充电荷电量状态区间为75%±10%。

3.根据权利要求1所述的优化锂离子电池性能的夹具化成方法，其特征在于电池在热压充电模块中充电时间为50min±15min，在纯热压模块中热压的时间为8min±2min，在冷压模块中冷压的时间为8min±2min；电池先后通过热压充电模块：共6个治具，每个治具独立运行，流程时间50min，平均每个治具产出电池的时间为50/6=8.3min；纯热压模块：共1个治具，产出电池的时间为8min；冷压模块：共1个治具，产出电池的时间为8min。