CN107768732A - 一种无产气圆柱锂离子电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种无产气圆柱锂离子电池的制备方法，相比于现有技术，第一，本发明既能避免电池发生膨胀变形或者在非滥用情况下盖板防爆开启，又能避免内压过大而挤压内部极片使循环过程电解液难以浸润极片，从而减缓循环寿命的衰减速度；第二，注液前直接对圆柱卷芯进行烘烤干燥，圆柱卷芯受烘烤的接触面更大，烘烤效率更高；第三，注液方式简单、高效，使得密封箱内的每个圆柱卷芯都能达到饱和吸收电解液的状态，既提高批次电池的一致性又保证了电池的长循环寿命。

Description

一种无产气圆柱锂离子电池的制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种无产气圆柱锂离子电池的制备方法。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、自放电率小、充电效率高等优点而被广泛应用。锂离子电池更是一种无环境污染的绿色电池。锂离子电池产业推动了移动设备产业的发展，为移动设备提供充足、安全、稳定的电源，对信息现代化有着极其重要的意义。
在现有技术中，圆柱锂离子电池的制造过程多是先将卷绕成型的电芯装入圆柱形外壳再进行化成。需要说明的是，化成是电池制造工艺过程极为重要的一步，但是化成过程中会产生CO2、CH4、C2H2、H2等气体，这些气体的存在会导致锂离子电池的性能衰减、内压增大、膨胀变形等，因此，这对电池的电化学性能、循环性能、安全性能等会产生重要的影响。
有鉴于此，确有必要提供一种无产气圆柱锂离子电池的制备方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种无产气圆柱锂离子电池的制备方法以解决因化成产气而造成的问题，提高电池的安全性能和循环性能。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种无产气圆柱锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，先将正极极片、负极极片以及隔膜围绕多孔中心管卷绕固定形成圆柱卷芯，然后从圆柱卷芯两端分别引出正极极耳和负极极耳，再在圆柱卷芯的两端套绝缘面垫，最后将圆柱卷芯置于高温环境中进行烘烤干燥；
步骤二，从密封箱的进气阀通入干燥气体使密封箱内环境达到工艺要求的露点，然后将步骤一所得的卷芯放置于密封箱中，用正极导电夹和负极导电夹分别将正极极耳和负极极耳夹紧，并通过密封箱内部线路引出密封箱外，分别形成正极外部接头和负极外部接头；
步骤三，关闭密封箱的回流阀，并从密封箱的进液阀通入电解液，圆柱卷芯在电解液中静置直至卷芯达到饱和吸液状态后，将正极外部接头和负极外部接头分别与充放电测试设备的正极和负极连接进行充电化成，充电化成期间圆柱卷芯所产生的气体通过出气阀排出密封箱；
步骤四，充电化成结束后，将步骤三所得圆柱卷芯再次静置，直到化成形成的SEI膜稳定后，将圆柱卷芯放电到终止电压，并通过回流阀把富余的电解液排出；
步骤五，在工艺要求的露点下，将步骤四所得的圆柱卷芯的正极极耳和负极极耳极耳弯折并装入圆柱形外壳中，然后负极极耳通过焊针从多孔中心管往下点焊到圆柱形外壳的底部，正极极耳与盖帽焊接，之后再进行封口、清洗、套外包膜等工序，完成圆柱锂离子电池的制作。
其中，多孔中心管既能使化成后圆柱卷芯的内圈不至于被隔膜阻挡，又能方便焊针焊接底部。干燥气体从进气阀进入密封箱，空气、水蒸气及电化学反应产生的气体从出气阀排出，实现箱体干燥环境达到工艺要求的露点。干燥气体一般都是选择氮气，当然也可以选择其它对电芯性能无影响的惰性气体。每个或每批电池的生产加工其所要求的露点并不一定相同，因此不对露点做具体限定，可根据实际需要而任意改变露点。从进液阀通入的电解液量须足以泡浸密封箱内所有圆柱卷芯以使所有圆柱卷芯都达到饱和吸收的状态。
作为本发明所述的无产气圆柱锂离子电池的制备方法的一种改进，在步骤一中，所述高温为70～110℃。优选的，所述高温为85℃。
作为本发明所述的无产气圆柱锂离子电池的制备方法的一种改进，在步骤一中，所述圆柱卷芯采用在收尾处贴胶带的方式进行固定。
作为本发明所述的无产气圆柱锂离子电池的制备方法的一种改进，在步骤三中，所述圆柱卷芯在电解液中静置的时间为20min～12h。
作为本发明所述的无产气圆柱锂离子电池的制备方法的一种改进，在步骤四中，所述圆柱卷芯再次静置的时间为30min～24h。
作为本发明所述的无产气圆柱锂离子电池的制备方法的一种改进，所述密封箱的内部设置有多列圆弧凹槽，多列所述圆弧凹槽的直径与所述圆柱卷芯的直径相匹配。多列圆弧凹槽可满足多个圆柱卷芯同时进行化成，又有利于圆柱卷芯稳定放置。
作为本发明所述的无产气圆柱锂离子电池的制备方法的一种改进，所述进气阀和所述出气阀均设置于所述密封箱的顶部。
作为本发明所述的无产气圆柱锂离子电池的制备方法的一种改进，所述进液阀设置于所述密封箱的一侧壁，所述回流阀设置于所述密封箱的底部，所述进液阀和所述回流阀之间设置有回流通道。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种无产气圆柱锂离子电池的制备方法，第一，解决了目前商业化圆柱锂离子电池先封口后化成导致的内压过大问题，既能避免电池发生膨胀变形或者在非滥用情况下盖板防爆开启，又能避免内压过大而挤压内部极片使循环过程电解液难以浸润极片，从而减缓循环寿命的衰减速度；第二，注液前直接对卷芯进行烘烤干燥，相比于商业化圆柱锂离子电池先入壳后再烘烤，本发明圆柱卷芯受烘烤的接触面更大，烘烤效率更高；第三，注液方式简单、高效，使得密封箱内的每个圆柱卷芯都能达到饱和吸收电解液的状态，既提高批次电池的一致性又保证了电池的长循环寿命，解决了商业化圆柱锂离子电池按固定注液量对批量电池注液而因极片一致性的差异导致电解液或多加或不足的问题。
附图说明
图1是本发明中密封箱的结构示意图。
图2是本发明中圆柱锂离子电池的结构分解示意图。
其中：1-圆柱卷芯，2-多孔中心管，3-正极极耳，4-负极极耳，5-圆柱形外壳，6-盖帽，7-进气阀，8-出气阀，9-回流阀，10-进液阀，11-正极导电夹，12-负极导电夹，13-正极外部接头，14-负极外部接头。
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。
实施例1
本实施例提供一种无产气圆柱锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，先将正极极片、负极极片以及隔膜围绕多孔中心管2卷绕形成圆柱卷芯1，采用在收尾处贴胶带的方式对圆柱卷芯1进行固定，然后从圆柱卷芯1两端分别引出正极极耳3和负极极耳4，再在圆柱卷芯1的两端套绝缘面垫，最后将圆柱卷芯1置于70℃的高温环境中进行烘烤干燥；
步骤二，从密封箱的进气阀7通入干燥的氮气使密封箱内环境达到工艺要求的露点，然后将步骤一所得的卷芯放置于密封箱中，用正极导电夹11和负极导电夹12分别将正极极耳3和负极极耳4夹紧，并通过密封箱内部线路引出密封箱外，分别形成正极外部接头13和负极外部接头14；
步骤三，关闭密封箱的回流阀9，并从密封箱的进液阀10通入电解液，圆柱卷芯1在电解液中静置20min直至卷芯达到饱和吸液状态后，将正极外部接头13和负极外部接头14分别与充放电测试设备的正极和负极连接进行充电化成，充电化成期间圆柱卷芯1所产生的气体通过出气阀8排出密封箱；
步骤四，充电化成结束后，将步骤三所得圆柱卷芯1再次静置30min，直到化成形成的SEI膜稳定后，将圆柱卷芯1放电到终止电压，并通过回流阀9把富余的电解液排出；
步骤五，在工艺要求的露点下，将步骤四所得的圆柱卷芯1的正极极耳3和负极极耳4极耳弯折并装入圆柱形外壳5中，然后负极极耳4通过焊针从多孔中心管2往下点焊到圆柱形外壳5的底部，正极极耳3与盖帽6焊接，之后再进行封口、清洗、套外包膜等工序，完成圆柱锂离子电池的制作。
实施例2
本实施例提供一种无产气圆柱锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，先将正极极片、负极极片以及隔膜围绕多孔中心管2卷绕形成圆柱卷芯1，采用在收尾处贴胶带的方式对圆柱卷芯1进行固定，然后从圆柱卷芯1两端分别引出正极极耳3和负极极耳4，再在圆柱卷芯1的两端套绝缘面垫，最后将圆柱卷芯1置于85℃的高温环境中进行烘烤干燥；
步骤二，从密封箱的进气阀7通入干燥的氮气使密封箱内环境达到工艺要求的露点，然后将步骤一所得的卷芯放置于密封箱中，用正极导电夹11和负极导电夹12分别将正极极耳3和负极极耳4夹紧，并通过密封箱内部线路引出密封箱外，分别形成正极外部接头13和负极外部接头14；
步骤三，关闭密封箱的回流阀9，并从密封箱的进液阀10通入电解液，圆柱卷芯1在电解液中静置1h直至卷芯达到饱和吸液状态后，将正极外部接头13和负极外部接头14分别与充放电测试设备的正极和负极连接进行充电化成，充电化成期间圆柱卷芯1所产生的气体通过出气阀8排出密封箱；
步骤四，充电化成结束后，将步骤三所得圆柱卷芯1再次静置1h，直到化成形成的SEI膜稳定后，将圆柱卷芯1放电到终止电压，并通过回流阀9把富余的电解液排出；
步骤五，在工艺要求的露点下，将步骤四所得的圆柱卷芯1的正极极耳3和负极极耳4极耳弯折并装入圆柱形外壳5中，然后负极极耳4通过焊针从多孔中心管2往下点焊到圆柱形外壳5的底部，正极极耳3与盖帽6焊接，之后再进行封口、清洗、套外包膜等工序，完成圆柱锂离子电池的制作。
实施例3
本实施例提供一种无产气圆柱锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，先将正极极片、负极极片以及隔膜围绕多孔中心管2卷绕形成圆柱卷芯1，采用在收尾处贴胶带的方式对圆柱卷芯1进行固定，然后从圆柱卷芯1两端分别引出正极极耳3和负极极耳4，再在圆柱卷芯1的两端套绝缘面垫，最后将圆柱卷芯1置于110℃的高温环境中进行烘烤干燥；
步骤二，从密封箱的进气阀7通入干燥的氮气使密封箱内环境达到工艺要求的露点，然后将步骤一所得的卷芯放置于密封箱中，用正极导电夹11和负极导电夹12分别将正极极耳3和负极极耳4夹紧，并通过密封箱内部线路引出密封箱外，分别形成正极外部接头13和负极外部接头14；
步骤三，关闭密封箱的回流阀9，并从密封箱的进液阀10通入电解液，圆柱卷芯1在电解液中静置2h直至卷芯达到饱和吸液状态后，将正极外部接头13和负极外部接头14分别与充放电测试设备的正极和负极连接进行充电化成，充电化成期间圆柱卷芯1所产生的气体通过出气阀8排出密封箱；
步骤四，充电化成结束后，将步骤三所得圆柱卷芯1再次静置4h，直到化成形成的SEI膜稳定后，将圆柱卷芯1放电到终止电压，并通过回流阀9把富余的电解液排出；
步骤五，在工艺要求的露点下，将步骤四所得的圆柱卷芯1的正极极耳3和负极极耳4极耳弯折并装入圆柱形外壳5中，然后负极极耳4通过焊针从多孔中心管2往下点焊到圆柱形外壳5的底部，正极极耳3与盖帽6焊接，之后再进行封口、清洗、套外包膜等工序，完成圆柱锂离子电池的制作。
实施例4
本实施例提供一种无产气圆柱锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，先将正极极片、负极极片以及隔膜围绕多孔中心管2卷绕形成圆柱卷芯1，采用在收尾处贴胶带的方式对圆柱卷芯1进行固定，然后从圆柱卷芯1两端分别引出正极极耳3和负极极耳4，再在圆柱卷芯1的两端套绝缘面垫，最后将圆柱卷芯1置于80℃的高温环境中进行烘烤干燥；
步骤二，从密封箱的进气阀7通入干燥的氮气使密封箱内环境达到工艺要求的露点，然后将步骤一所得的卷芯放置于密封箱中，用正极导电夹11和负极导电夹12分别将正极极耳3和负极极耳4夹紧，并通过密封箱内部线路引出密封箱外，分别形成正极外部接头13和负极外部接头14；
步骤三，关闭密封箱的回流阀9，并从密封箱的进液阀10通入电解液，圆柱卷芯1在电解液中静置4h直至卷芯达到饱和吸液状态后，将正极外部接头13和负极外部接头14分别与充放电测试设备的正极和负极连接进行充电化成，充电化成期间圆柱卷芯1所产生的气体通过出气阀8排出密封箱；
步骤四，充电化成结束后，将步骤三所得圆柱卷芯1再次静置8h，直到化成形成的SEI膜稳定后，将圆柱卷芯1放电到终止电压，并通过回流阀9把富余的电解液排出；
步骤五，在工艺要求的露点下，将步骤四所得的圆柱卷芯1的正极极耳3和负极极耳4极耳弯折并装入圆柱形外壳5中，然后负极极耳4通过焊针从多孔中心管2往下点焊到圆柱形外壳5的底部，正极极耳3与盖帽6焊接，之后再进行封口、清洗、套外包膜等工序，完成圆柱锂离子电池的制作。
实施例5
本实施例提供一种无产气圆柱锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，先将正极极片、负极极片以及隔膜围绕多孔中心管2卷绕形成圆柱卷芯1，采用在收尾处贴胶带的方式对圆柱卷芯1进行固定，然后从圆柱卷芯1两端分别引出正极极耳3和负极极耳4，再在圆柱卷芯1的两端套绝缘面垫，最后将圆柱卷芯1置于100℃的高温环境中进行烘烤干燥；
步骤二，从密封箱的进气阀7通入干燥的氮气使密封箱内环境达到工艺要求的露点，然后将步骤一所得的卷芯放置于密封箱中，用正极导电夹11和负极导电夹12分别将正极极耳3和负极极耳4夹紧，并通过密封箱内部线路引出密封箱外，分别形成正极外部接头13和负极外部接头14；
步骤三，关闭密封箱的回流阀9，并从密封箱的进液阀10通入电解液，圆柱卷芯1在电解液中静置12h直至卷芯达到饱和吸液状态后，将正极外部接头13和负极外部接头14分别与充放电测试设备的正极和负极连接进行充电化成，充电化成期间圆柱卷芯1所产生的气体通过出气阀8排出密封箱；
步骤四，充电化成结束后，将步骤三所得圆柱卷芯1再次静置24h，直到化成形成的SEI膜稳定后，将圆柱卷芯1放电到终止电压，并通过回流阀9把富余的电解液排出；
步骤五，在工艺要求的露点下，将步骤四所得的圆柱卷芯1的正极极耳3和负极极耳4极耳弯折并装入圆柱形外壳5中，然后负极极耳4通过焊针从多孔中心管2往下点焊到圆柱形外壳5的底部，正极极耳3与盖帽6焊接，之后再进行封口、清洗、套外包膜等工序，完成圆柱锂离子电池的制作。
对比例1
与实施例1不同的是：在本对比例中，先将卷绕固定好的圆柱卷芯1的负极极耳4与圆柱形外壳5的底部焊接相连，经过滚槽后，进烘箱，在70℃的条件下烘烤，再全检短路，合格产品转入手套箱中，注入电解液，通过激光焊焊接正极极耳3到盖帽6上，之后再进行封口工序，最后进行化成工序。
其它的与实施例1相同，这里不再赘述。
对比例2
与实施例2不同的是：在本对比例中，先将卷绕固定好的圆柱卷芯1的负极极耳4与圆柱形外壳5的底部焊接相连，经过滚槽后，进烘箱，在85℃的条件下烘烤，再全检短路，合格产品转入手套箱中，注入电解液，通过激光焊焊接正极极耳3到盖帽6上，之后再进行封口工序，最后进行化成工序。
其它的与实施例2相同，这里不再赘述。
对比例3
与实施例2不同的是：在本对比例中，先将卷绕固定好的圆柱卷芯1的负极极耳4与圆柱形外壳5的底部焊接相连，经过滚槽后，进烘箱，在110℃的条件下烘烤，再全检短路，合格产品转入手套箱中，注入电解液，通过激光焊焊接正极极耳3到盖帽6上，之后再进行封口工序，最后进行化成工序。
其它的与实施例3相同，这里不再赘述。
对比例4
与实施例4不同的是：在本对比例中，先将卷绕固定好的圆柱卷芯1的负极极耳4与圆柱形外壳5的底部焊接相连，经过滚槽后，进烘箱，在110℃的条件下烘烤，再全检短路，合格产品转入手套箱中，注入电解液，通过激光焊焊接正极极耳3到盖帽6上，之后再进行封口工序，最后进行化成工序。
其它的与实施例4相同，这里不再赘述。
对比例5
与实施例5不同的是：在本对比例中，先将卷绕固定好的圆柱卷芯1的负极极耳4与圆柱形外壳5的底部焊接相连，经过滚槽后，进烘箱，在110℃的条件下烘烤，再全检短路，合格产品转入手套箱中，注入电解液，通过激光焊焊接正极极耳3到盖帽6上，之后再进行封口工序，最后进行化成工序。
其它的与实施例5相同，这里不再赘述。
分别对实施例1～5和对比例1～5制得的圆柱锂离子电池进行安全性能和循环性能测试，测试结果见表1。
表1测试结果
由表1的测试结果可知，相比于常规圆柱锂离子电池的制备方法，本发明的圆柱锂离子电池没有发生膨胀变形，而且具有较高的循环能量保持率。这是因为本发明采用了先化成后入壳的方式，解决了目前商业化圆柱锂离子电池先封口后化成导致的内压过大问题，既能避免电池发生膨胀变形或者在非滥用情况下盖板防爆开启，又能避免内压过大而挤压内部极片使循环过程电解液难以浸润极片，从而减缓循环寿命的衰减速度。
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 (8)

1.一种无产气圆柱锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，先将正极极片、负极极片以及隔膜围绕多孔中心管卷绕固定形成圆柱卷芯，然后从圆柱卷芯两端分别引出正极极耳和负极极耳，再在圆柱卷芯的两端套绝缘面垫，最后将圆柱卷芯置于高温环境中进行烘烤干燥；
步骤二，从密封箱的进气阀通入干燥气体使密封箱内环境达到工艺要求的露点，然后将步骤一所得的卷芯放置于密封箱中，用正极导电夹和负极导电夹分别将正极极耳和负极极耳夹紧，并通过密封箱内部线路引出密封箱外，分别形成正极外部接头和负极外部接头；
步骤三，关闭密封箱的回流阀，并从密封箱的进液阀通入电解液，圆柱卷芯在电解液中静置直至卷芯达到饱和吸液状态后，将正极外部接头和负极外部接头分别与充放电测试设备的正极和负极连接进行充电化成，充电化成期间圆柱卷芯所产生的气体通过出气阀排出密封箱；
步骤四，充电化成结束后，将步骤三所得圆柱卷芯再次静置，直到化成形成的SEI膜稳定后，将圆柱卷芯放电到终止电压，并通过回流阀把富余的电解液排出；
步骤五，在工艺要求的露点下，将步骤四所得的圆柱卷芯的正极极耳和负极极耳弯折并装入圆柱形外壳中，然后负极极耳通过焊针从多孔中心管往下点焊到圆柱形外壳的底部，正极极耳与盖帽焊接，之后再进行封口、清洗、套外包膜等工序，完成圆柱锂离子电池的制作。
2.根据权利要求1所述的无产气圆柱锂离子电池的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述高温为70～110℃。
3.根据权利要求1所述的无产气圆柱锂离子电池的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述圆柱卷芯采用在收尾处贴胶带的方式进行固定。
4.根据权利要求1所述的无产气圆柱锂离子电池的制备方法，其特征在于：在步骤三中，所述圆柱卷芯在电解液中静置的时间为20min～12h。
5.根据权利要求1所述的无产气圆柱锂离子电池的制备方法，其特征在于：在步骤四中，所述圆柱卷芯再次静置的时间为30min～24h。
6.根据权利要求1所述的无产气圆柱锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述密封箱的内部设置有多列圆弧凹槽，多列所述圆弧凹槽的直径与所述圆柱卷芯的直径相匹配。
7.根据权利要求1所述的无产气圆柱锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述进气阀和所述出气阀均设置于所述密封箱的顶部。
8.根据权利要求1所述的无产气圆柱锂离子电池的制备方法，其特征在于：所述进液阀设置于所述密封箱的一侧壁，所述回流阀设置于所述密封箱的底部，所述进液阀和所述回流阀之间设置有回流通道。
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