CN107681104B - 一种聚合物软包锂离子电池的注液工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池领域，具体的说是涉及一种聚合物软包锂离子电池的注液工艺，包括以下步骤：(1)对软包电芯进行顶侧封，放入干燥箱中干燥1～2h；(2)将干燥箱中拿出的软包电芯的气袋边进行一封，然后用穿刺针管穿透气袋向电芯中注入电解液，注液量为电解液总量的105～120％，用胶纸或夹子封住注液孔，静置30～40min；(3)对软包电芯进行化成；(4)完成化成后，去掉注液孔的胶纸或夹子，通过注液孔抽真空，然后对软包电芯进行二封；(5)铡去气袋，完成注液；本发明采用的注液工艺完全在车间环境即可完成，无需在手套箱中进行，显著的提高了软包电芯的注液效率，提高了产能；同时，确保了电池的注液量，避免了电解液的挥发泄露对环境空气造成污染。

Description

一种聚合物软包锂离子电池的注液工艺
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体的说是涉及一种聚合物软包锂离子电池的注液工艺。
背景技术
锂离子电池电解液是一种有机液体，包括无机盐LiPF6和一些添加剂，如：PC(碳酸丙烯酯)、EC(碳酸乙烯酯)、DMC(碳酸二甲酯)、DEC(碳酸二乙酯)、EMC(碳酸甲乙酯)等，这些物质混合后作为锂离子电池的电解质来输送锂离子以实现电子的镶嵌和脱嵌，由于LiPF6遇到水后会产生化学反应并生成HF(氢氟酸)，HF(氢氟酸)会破坏SEI膜，引起二次成膜，导致锂电池的性能恶化，如析锂，锂电池充放电的时候会电解水，电解形成的氢气和氧气会导致电池鼓包；更甚者，析锂会产生锂枝晶体刺穿隔膜而短路，造成燃烧爆炸事故。
传统工艺中，为了严格控制锂电池注液时水汽的混入，通常都是在手套箱中完成注液操作，其关键的要点在于利用手套箱隔离外界空气中的水分，用除湿机或分子筛对手套箱进行除湿作业，待手套箱内的露点温度达到-40℃时再对锂电池进行注液操作，如此才能满足锂电池注液时对水汽的控制要求。传统的手套箱注液法有很多缺点：1、即使采用了除湿系统进行除湿作业，手套箱内的水分仍在500ppm以上，而高质量的锂电池要求水分控制在10ppm左右，相差甚大，因此难以生存高质量的锂电池；2、手套箱的除湿作业能耗较大，对整个车间的环境要求较高，导致锂电池注液操作的成本过高；3、在手套箱内进行注液操作时，电解液容易挥发并被回风系统排到空气中污染环境；4、在手套箱内进行注液操作时，操作者不得不长时间将双手插置在乳胶长臂手套中，时间过久容易造成皮肤出汗引起湿疹等，而且套带乳胶长臂手套进行注液操作极为不便，严重影响了锂电池注液工序的产能。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种聚合物软包锂离子电池的注液工艺，避免空气中的水分侵入到电解液中，同时提高注液操作的效率。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种聚合物软包锂离子电池的注液工艺，包括以下步骤：
(1)对软包电芯进行顶侧封，然后放入干燥箱中静置干燥1～2h；
(2)将干燥箱中拿出的软包电芯的气袋边进行一封，然后用穿刺针管穿透气袋向电芯中注入电解液，注液量为电解液总量的105～120％，用胶纸或夹子封住注液孔，静置30～40min；
(3)对软包电芯进行化成；
(4)完成化成后，去掉注液孔的胶纸或夹子，通过注液孔抽真空，然后对软包电芯进行二封；
(5)铡去气袋，完成注液。
根据本发明，本发明中所述的软包电芯采用常用的铝塑包装膜作为包装材料，在完成铝塑包装膜的成型、顶侧封工序后，将铝塑包装膜放入干燥箱中进行除湿操作，避免铝塑包装膜中留存的水汽对与电解液发生反应，本发明中所述的注液工艺完全在车间环境下完成，因此经过干燥完成的软包电芯立刻进行气袋边的一封操作，此时的电芯从理论上来说，内部是完全与外部环境隔绝了的，完全避免了空气的水汽对电芯的影响。
利用穿刺管穿透气袋向电芯中注入电解液，根据本发明，所述的穿刺管可以为不锈钢针管，便于戳破气袋，为了防止化成工序及抽真空工序对电解液的损耗，此处的电解液的注液量为总量的105～120％，然后用胶纸或夹子将注液孔封住，为了让注入的电解液充分的浸润电极片，此时，对软包电芯静置30～40min。
在完成化成后，通过注液孔进行抽真空操作，然后立刻进行二封、铡去气袋的操作，可以相到的是，所述的注液孔位于铡去的气袋上，本发明提供的注液工艺，完全隔绝了空气环境中的水汽对于注液的影响，无需在手套箱中进行注液操作，方便快捷，大幅的提高了软包电芯的注液效率。
根据本发明，步骤(1)中，软包电芯的干燥是为了最快的去除铝塑包装膜上吸附的水汽，所述的干燥工艺为：将软包电芯放入高真空干燥箱中，控制温度为70～90℃，真空度为-0.95～-0.98Mpa。
根据本发明，在步骤(2)中，使用高精度数控陶瓷注液泵向电芯中泵入电解液。
根据本发明，电芯的化成就是对电池的首次充电，但不会充到最高电压，充电的电流非常的小，化成的目的在于让电极表面形成稳定的SEI膜，也就是相当于把一个电芯“激活”的过程，在这个过程中，会产生一定量的气体，这也就是为什么铝塑膜要预留一个气袋的原因，为了将化成过程中产生的气体都挤到旁边的气袋中去，提高排气的效率，本发明中使用两块玻璃板夹住软包电芯，同时，两块玻璃板施加压力可以让正负极贴合的更为紧密，减小极化反应。
进一步的，根据本发明，在步骤(3)中，所述的化成的工艺为：以恒流0.02～0.03C充电60-100min，然后以恒流0.05～0.08C充电60～100min，最后以恒流0.3～0.5C充电至电压为4.2V，本发明提供的化成工艺，快速的激活了电芯，提高了SEI膜的生成效率。
根据本发明，在所述的步骤(4)中，老化房内的高温环境可以确保SEI膜完全形成，剩余的微量水分完全被电解成气体排出，同时，有问题的电芯在高温环境中也会加速自放电有利于快速检测出不良品，然后将软包电芯抽真空至真空度为-0.9～-0.95MP，并保持5～10s。尽量在抽气的过程中避免抽出电解液。
与传统的软包电芯的注液工艺相比，本发明提供的注液工艺具有以下突出的特点和技术效果：
1、本发明采用的注液工艺完全在常温常湿的车间环境即可完成，无需在手套箱中进行，显著的提高了软包电芯的注液效率，提高了产能，同时，避免使用手套箱所产生的能耗；
2、采用本发明提供的注液工艺，确保了电池的注液量，缩短了电池注液的时间，有效的提高电池的性能；
3、本发明提供的注液工艺，有效的避免了电解液的挥发泄露，避免对环境空气造成污染。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例1
一种聚合物软包锂离子电池的注液工艺，包括以下步骤：
(1)对软包电芯进行顶侧封，然后将软包电芯放入真空干燥箱中，控制温度为80℃，真空度为-0.97Mpa，干燥1.5h；
(2)将干燥箱中拿出的软包电芯的气袋边进行一封，然后用穿刺针管穿透气袋，使用高精度数控陶瓷注液泵向电芯中泵入电解液，注液量为电解液总量的110％，用胶纸或夹子封住注液孔，静置35min；
(3)使用两块玻璃板夹住软包电芯，再对软包电芯进行化成，所述的化成的工艺为：以恒流0.02C充电60min，然后以恒流0.05C充电60min，最后以恒流0.3C充电至电压为4.2V；
(4)完成化成后，将软包电芯在老化房中静置24h，老化房的温度为60℃，然后去掉注液孔的胶纸或夹子，通过注液孔将软包电芯抽真空至真空度为-0.93Mpa，并保持8s，然后对软包电芯进行二封；
(5)铡去气袋，完成注液。
实施例2
一种聚合物软包锂离子电池的注液工艺，包括以下步骤：
(1)对软包电芯进行顶侧封，然后将软包电芯放入真空干燥箱中，控制温度为70℃，真空度为-0.95Mpa，干燥2h；
(2)将干燥箱中拿出的软包电芯的气袋边进行一封，然后用穿刺针管穿透气袋，使用高精度数控陶瓷注液泵向电芯中泵入电解液，注液量为电解液总量的105％，用胶纸或夹子封住注液孔，静置40min；
(3)使用两块玻璃板夹住软包电芯，再对软包电芯进行化成，所述的化成的工艺为：以恒流0.02C充电80min，然后以恒流0.0.5C充电80min，最后以恒流0.4C充电至电压为4.2V；
(4)完成化成后，将软包电芯在老化房中静置12h，老化房的温度为50℃，然后去掉注液孔的胶纸或夹子，通过注液孔将软包电芯抽真空至真空度为-0.9Mpa，并保持10s，然后对软包电芯进行二封；
(5)铡去气袋，完成注液。
实施例3
一种聚合物软包锂离子电池的注液工艺，包括以下步骤：
(1)对软包电芯进行顶侧封，然后将软包电芯放入真空干燥箱中，控制温度为90℃，真空度为-0.98Mpa，干燥1h；
(2)将干燥箱中拿出的软包电芯的气袋边进行一封，然后用穿刺针管穿透气袋，使用高精度数控陶瓷注液泵向电芯中泵入电解液，注液量为电解液总量的120％，用胶纸或夹子封住注液孔，静置30min；
(3)使用两块玻璃板夹住软包电芯，再对软包电芯进行化成，所述的化成的工艺为：以恒流0.03C充电100min，然后以恒流0.08C充电100min，最后以恒流0.5C充电至电压为4.2V；
(4)完成化成后，将软包电芯在老化房中静置12h，老化房的温度为50℃，然后去掉注液孔的胶纸或夹子，通过注液孔将软包电芯抽真空至真空度为-0.95Mpa，并保持5s，然后对软包电芯进行二封；
(5)铡去气袋，完成注液。
将实施例1-3与传统的手套箱注液工艺相比，本发明的注液工艺显著的提高注液的效率，同时方便了工人的操作。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种聚合物软包锂离子电池的注液工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)对软包电芯进行顶侧封，然后放入干燥箱中静置干燥1～2h；
(2)将干燥箱中拿出的软包电芯的气袋边进行一封，然后用穿刺针管穿透气袋向电芯中注入电解液，注液量为电解液总量的105～120％，用胶纸或夹子封住注液孔，静置30～40min；
(3)对软包电芯进行化成；
(4)完成化成后，去掉注液孔的胶纸或夹子，通过注液孔抽真空，然后对软包电芯进行二封；
(5)铡去气袋，完成注液；
所述的步骤(1)中，软包电芯的干燥工艺为：将软包电芯放入真空干燥箱中，控制温度为70-90℃，真空度为-0.95～-0.98Mpa；
在步骤(2)中，使用高精度数控陶瓷注液泵向电芯中泵入电解液；
在步骤(3)中，使用两块玻璃板夹住软包电芯，再对软包电芯进行化成；
在步骤(3)中，所述的化成工艺为：以恒流0.02～0.03C充电60～100min，然后以恒流0.05～0.08C充电60～100min，最后以恒流0.3～0.5C充电至电压为4.2V；
在步骤(4)中，将完成化成的软包电芯放入老化房内静置12-24h，老化房的温度为50～65℃；
在步骤(4)中，将软包电芯抽真空至真空度为-0.9～-0.95MP，并保持5～10s。
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