CN108054337A - 锂离子电池注液方法 - Google Patents

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王勇
李涛
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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池注液方法，属于锂离子电池技术领域。本发明采用的技术方案是:包括以下步骤，将锂离子电池电芯放入真空系统抽真空至真空度‑0.08~‑0.1Mpa，然后将电解液溶剂注入保持真空的锂离子电池干电芯中静置，破真空后充入惰性气体加压，保持电芯内部正压0.5~1.0Mpa，泄压后再次抽真空至真空度‑0.08~‑0.1Mpa；最后在电芯中注入添加有的锂盐和添加剂的电解液，进行抽真空至真空度‑0.06~‑0.08Mpa，破真空后充入惰性气体加压，保持电芯内部正压0.5~1.0Mpa；泄压后查看电池电芯上表面无电解液残留进行补液。提高了电池的浸润性和电池的注液效率。

Description

锂离子电池注液方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池注液方法，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
由于锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、安全环保等优点，被广泛应用于储能和动力领域，随着应用范围的扩大和锂离子技术的日趋成熟，人们对锂离子电池性能提出更高的需求，尤其是电动汽车电池要求具有更高的能量密度以提高电动汽车续航里程，对高能量密度锂离子电池需求日趋增加。由于锂离子电池能量密度增加，电池内部材料密度增大，吸液慢和吸液不足的问题随之出现，质子惰性溶剂对高比表面积的正负极活性材料的浸润性不好，导致电池材料与电解液的接触电阻增大，电池内阻增加，注液量不足会严重影响电池的电性能，注液时间和静置时间的延长，严重影响生产效率。
发明内容
本发明提供一种锂离子电池注液方法，提高锂离子电池注液量，减小注液和静置时间，提高锂离子电池生产效率，提高锂离子电池电性能发挥。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
锂离子电池注液方法，包括以下步骤，
首先将锂离子电池电芯、电解液溶剂和添加有锂盐和添加剂的电解液保持恒温45±2℃备用；
然后将锂离子电芯称重，称的锂离子电池电芯质量为m，将锂离子电池电芯放入真空系统抽真空至真空度-0.08~-0.1Mpa，保真空时间5~10S，然后将电解液溶剂注入保持真空的锂离子电池干电芯中静置，静置时间3~5min，破真空后充入惰性气体加压，保持电芯内部正压0.5~1.0Mpa，保压时间5~10S，泄压后再次抽真空至真空度-0.08~-0.1Mpa，保真空时间5~10S；
最后在电芯中注入添加有的锂盐和添加剂的电解液，进行抽真空至真空度-0.06~-0.08Mpa，保真空时间5~10min，破真空后充入惰性气体加压，保持电芯内部正压0.5~1.0Mpa，保压时间5~10S；
泄压后查看电池电芯上表面无电解液残留进行补液，每次补液后进行2次抽真空-保真空-破真空-加压-保压-泄压循环，进行2次补液后电芯上表面电解液残留不再被电芯吸收，称重注液后每只电池电芯的质量m’，计算电池实际吸液量m”= m’-m。
作为优选，锂离子电池电芯为圆柱电池电芯或方形电池电芯灯。
作为优选，电解液溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）中的一种或多种；
锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6）、四氟硼酸锂（LiBF4）、双乙二酸硼酸锂（LiBOB）中的一种或多种；
添加剂为碳酸亚乙烯酯（VC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）、亚硫酸乙烯脂(ES）、亚硫酸丙烯脂(PS）、二甲基亚硫酸脂（DMS）、N-乙基全氟辛烷磺酰胺基乙酯中的一种或多种；
惰性气体为高纯氮气、高纯氩气中的一种。
作为优选，电解液溶剂为碳酸二甲酯（DMC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸乙烯酯（EC），各成分的质量比为1:1:1，锂盐为2.0mol/L的六氟磷酸锂（LiPF6），添加剂为占电解液总质量4%的碳酸亚乙烯酯（VC）、占电解液总质量3%的亚硫酸丙烯脂（PS）和占电解液总质量2%的氟代碳酸乙烯酯（FEC）。
作为优选，电解液溶剂注入锂离子电池电芯中静置，每只注液量2.75±0.1g，静置时间5min，破真空后充入高纯氮气体加压，保持电芯内部正压0.8Mpa，保压时间10S；锂离子电池电芯中注入2.75±0.1g电解液，进行抽真空至真空度-0.08Mpa，保真空时间5min，破真空后充入高纯氮气体加压，保持电芯内部正压0.08Mpa，保压时间10S，泄压后查看电池电芯上表面无电解液残留进行补液，每次补液量为0.05g电解液溶剂和0.05g电解液。
本发明的优点与效果是：
1.将锂离子电池电芯、电解液溶剂、具有一定浓度的锂盐和添加剂的电解液保持恒温45±2℃备用，电解液溶剂、锂盐和添加剂在45±2℃环境下流动性好，更容易浸润到电池电芯材料中，提高了电池的浸润性和电池的注液效率。
2.将锂离子电池电芯放入真空系统抽真空和保真空后将一定量的备用电解液溶剂注入保持真空的锂离子电池干电芯中，反复进行抽真空加压，电解液溶剂较添加锂盐和添加剂的电解液更容易浸入电芯材料中，反复进行抽真空加压电解液溶剂可以很好的进行材料中的空气置换，使得材料被提前润湿和填充，为后续电解液锂盐和添加剂的浸入提供了条件。
3.加入锂盐和添加剂的电解液后只需要抽真空加压一次就能很好的将电解液浸入电芯材料中，不需要反复抽真空，电解液锂盐和添加剂损失少，效率高，电池持液量高，生产注液效率高，可以降低电池生产成本。
具体实施方式
本发明是对传统的电解液加注方法进行改进，锂离子电池电芯为圆柱电池电芯或方形电池电芯灯。
传统注液方法注液：
准备好传统用电解液，电解液锂盐为LiPF6（六氟磷酸锂），锂盐浓度为1.0mol/L，添加剂为VC（碳酸亚乙烯酯）添加量2.0%、PS（亚硫酸丙烯脂）添加量1.5%、FEC（氟代碳酸乙烯酯）添加量1.0%，电解液溶剂为DMC（碳酸二甲酯）、EMC（碳酸甲乙酯）、EC（碳酸乙烯酯），质量比为1:1:1。
首先标记10只未注电池电芯为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#，并称重，记录每只未注电池电芯的质量m，将电解液注入10只电池电芯中，每只注液量5.5±0.1g，进行抽真空-保真空-抽真空-保真空-破真空，真空度-0.09Mpa，保真空时间10min，查看电池电芯上表面无电解液残留进行补液，每次补液量为0.1g，每次补液后进行1次抽真空-保真空-抽真空-保真空-破真空循环，进行1次补液后出现上表面电解液残留不再被电芯吸收，称重注液后每只电池电芯的质量m’，每只电池电芯实际吸液量m”=m’-m。并记录每只电池电芯吸液时间t。
电池电芯注液实际吸液量和吸液时间记录表：
采用本发明进行的电解液注液方法，
具体包括以下步骤；
1）首先将锂离子电池电芯、电解液溶剂和添加有锂盐和添加剂的电解液保持恒温45±2℃备用，电解液溶剂、锂盐和添加剂在45±2℃环境下流动性好，更容易浸润到电池电芯材料中，提高了电池的浸润性和电池的注液效率。
2）然后将锂离子电芯称重，称的锂离子电池电芯质量为m，将锂离子电池电芯放入真空系统抽真空至真空度-0.08~-0.1Mpa，保真空时间5~10S，然后将电解液溶剂注入保持真空的锂离子电池干电芯中静置，静置时间3~5min，破真空后充入惰性气体加压，保持电芯内部正压0.5~1.0Mpa，保压时间5~10S，泄压后再次抽真空至真空度-0.08~-0.1Mpa，保真空时间5~10S。反复进行抽真空加压，电解液溶剂较添加锂盐和添加剂的电解液更容易浸入电芯材料中，反复进行抽真空加压电解液溶剂可以很好的进行材料中的空气置换，使得材料被提前润湿和填充，为后续电解液锂盐和添加剂的浸入提供了条件。
3）最后在电芯中注入添加有的锂盐和添加剂的电解液，进行抽真空至真空度-0.06~-0.08Mpa，保真空时间5~10min，破真空后充入惰性气体加压，保持电芯内部正压0.5~1.0Mpa，保压时间5~10S；只需要抽真空加压一次就能很好的将电解液浸入电芯材料中，不需要再次进行反复抽真空，电解液锂盐和添加剂损失少，效率高，电池持液量高，生产注液效率高，可以降低电池生产成本。
4）泄压后查看电池电芯上表面无电解液残留，然后进行电解液及电解液溶剂补液，每次补液后进行2次抽真空-保真空-破真空-加压-保压-泄压循环，进行2次补液后电芯上表面电解液残留不再被电芯吸收，称重注液后每只电池电芯的质量m’，计算电池实际吸液量m”= m’-m。
各成分的选择，电解液溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）中的一种或多种；锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6）、四氟硼酸锂（LiBF4）、双乙二酸硼酸锂（LiBOB）中的一种或多种；添加剂为碳酸亚乙烯酯（VC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）、亚硫酸乙烯脂(ES）、亚硫酸丙烯脂(PS）、二甲基亚硫酸脂（DMS）、N-乙基全氟辛烷磺酰胺基乙酯中的一种或多种；惰性气体为高纯氮气、高纯氩气中的一种。
实施例
对18650-2200mAh-3.6V电池电芯进行注液测试，设计注入电解液的溶剂和溶质的量相同，对比10只电芯的实际吸液量和注液时间。
准备好电解液溶剂和高浓度电解液，电解液溶剂为DMC（碳酸二甲酯）、EMC（碳酸甲乙酯）、EC（碳酸乙烯酯），质量比为1:1:1；高浓度电解液溶质为2.0mol/L的LiPF6（六氟磷酸锂）和占总电解液质量4%的VC（碳酸亚乙烯酯）、占总电解液质量3%的PS（亚硫酸丙烯脂）和占总电解液质量2%的FEC（氟代碳酸乙烯酯）作为添加剂。
首先将10只电池电芯、电解溶剂和添加电解质的高浓度电解液恒温保存45±2℃备用，先标记10只未注电池电芯为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#，并称重，记录每只未注电池电芯的质量m。然后将电池电芯放入真空系统抽真空至真空度-0.09Mpa，保真空时间10S，随后电解液溶剂注入10只电池电芯中静置，每只注液量2.75±0.1g，静置时间5min，破真空后充入高纯氮气体加压，保持电芯内部正压0.8Mpa，保压时间10S，泄压后再次抽真空至真空度-0.09Mpa，保真空时间10S。最后在电池电芯中注入2.75±0.1g高浓度备用电解液，进行抽真空至真空度-0.08Mpa，保真空时间5min，破真空后充入高纯氮气体加压，保持电芯内部正压0.08Mpa，保压时间10S，泄压后查看电池电芯上表面无电解液残留进行补液，每次补液量为0.05g电解液溶剂和0.05g电解液，每次补液后进行2次抽真空-保真空-破真空-加压-保压-泄压循环，进行2次补液后出现上表面电解液残留不再被电芯吸收，称重注液后每只电池电芯的质量m’，每只电池电芯实际吸液量m”=m’-m。并记录每只电池电芯吸液时间t。
电池电芯注液实际吸液量和吸液时间记录表：
从传统注液方法注液和本发明专利方法注液电池电芯实际吸液量和吸液时间数据对比来看，本发明专利方法注液电池电芯实际吸液量更多，电芯吸液时间更短。

Claims (5)

1.一种锂离子电池注液方法，其特征是，包括以下步骤，
首先将锂离子电池电芯、电解液溶剂和添加有锂盐和添加剂的电解液保持恒温45±2℃备用；
然后将锂离子电芯称重，称的锂离子电池电芯质量为m，将锂离子电池电芯放入真空系统抽真空至真空度-0.08~-0.1Mpa，保真空时间5~10S，然后将电解液溶剂注入保持真空的锂离子电池干电芯中静置，静置时间3~5min，破真空后充入惰性气体加压，保持电芯内部正压0.5~1.0Mpa，保压时间5~10S，泄压后再次抽真空至真空度-0.08~-0.1Mpa，保真空时间5~10S；
最后在电芯中注入添加有的锂盐和添加剂的电解液，进行抽真空至真空度-0.06~-0.08Mpa，保真空时间5~10min，破真空后充入惰性气体加压，保持电芯内部正压0.5~1.0Mpa，保压时间5~10S；
泄压后查看锂离子电池电芯上表面无电解液残留,然后电解液和电解液溶剂进行补液，每次补液后进行2次抽真空-保真空-破真空-加压-保压-泄压循环，进行2次补液后锂离子电池电芯上表面电解液及电解液溶剂残留不再被电芯吸收，称重注液后每只电池电芯的质量为m’，计算电池实际吸液量m”= m’-m。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池注液方法，其特征是，锂离子电池电芯为圆柱电池电芯或方形电池电芯。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池注液方法，其特征是，电解液溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）中的一种或多种；
锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6）、四氟硼酸锂LiBF4（）、双乙二酸硼酸锂（LiBOB）中的一种或多种；
添加剂为碳酸亚乙烯酯（VC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）、亚硫酸乙烯脂(ES）、亚硫酸丙烯脂(PS）、二甲基亚硫酸脂（DMS）、N-乙基全氟辛烷磺酰胺基乙酯中的一种或多种；
惰性气体为高纯氮气、高纯氩气中的一种。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池注液方法，其特征是，电解液溶剂为碳酸二甲酯（DMC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸乙烯酯（EC），各成分的质量比为1:1:1，锂盐为2.0mol/L的六氟磷酸锂（LiPF6），添加剂为占电解液总质量4%的碳酸亚乙烯酯（VC）、占电解液总质量3%的亚硫酸丙烯脂（PS）和占电解液总质量2%的氟代碳酸乙烯酯（FEC）。
5.根据权利要求3或4中任一所述的锂离子电池注液方法，其特征是，
电解液溶剂注入锂离子电池电芯中静置，每只注液量2.75±0.1g，静置时间5min，破真空后充入高纯氮气体加压，保持电芯内部正压0.8Mpa，保压时间10S；
锂离子电池电芯中注入2.75±0.1g电解液，进行抽真空至真空度-0.08Mpa，保真空时间5min，破真空后充入高纯氮气体加压，保持电芯内部正压0.08Mpa，保压时间10S，泄压后查看电池电芯上表面无电解液残留进行补液，每次补液量为0.05g电解液溶剂和0.05g电解液。
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