CN108091937A - 一种高倍率锂离子电池的极片干燥方法及高倍率锂离子电池 - Google Patents

一种高倍率锂离子电池的极片干燥方法及高倍率锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，具体公开了一种高倍率锂离子电池极片干燥方法及高倍率锂离子电池。所述高倍率锂离子电池分别经过极片烘烤和卷芯烘烤去除水分，极片和卷芯烘烤步骤均包括：常压高温状态烘烤3H；真空高温状态烘烤5H；注入干燥气破除真空，再将干燥气抽出，至烤箱真空度为‑95Kpa。该技术能够在短时间内有效的去除极片及卷芯内部水分，避免因长时间高温烘烤，造成隔膜收缩、极片掉粉等问题，提升电池安全性能，有利于电池化成后极片表面生成稳定的SEI膜，电化学阻抗更小，所制备的锂离子电池在高倍率放电条件下的工作电压平台更高，明显提升了电池的放电性能、内阻一致性和循环性能。

Description

一种高倍率锂离子电池的极片干燥方法及高倍率锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，更具体的说是涉及一种高倍率锂离子电池的极片干燥方法，本发明还提到了经上述方法对极片和卷芯进行干燥处理后制得的高倍率锂离子电池。
背景技术
从90年代锂离子电池商业化至今，锂离子电池技术逐步走向成熟，其中高倍率锂离子电池被广泛应用于电动工具、电动赛车及航模玩具等,具备高倍率放电性能的锂离子电池在这些领域具有很大的发展前景。
但水分对锂离子电池的性能影响极大，现阶段电池制造水平可容忍200-400ppm水含量，当电池内水分超标时，电池容量会偏低、胀气、内阻偏高、循环寿命下降等，所以在锂离子电池制程中对水分的控制尤为严格。
生产过程中对水分的控制，最终结果是要控制电池中的水分，而电池中的水分来源主要还是来源于材料。正极材料大部分是微米或纳米材料，比较容易吸收空气中的水分潮解，特别是极片未烤干的情况下，正极片中残留的NMP会吸收大量水分。负极片吸水性相对低一点，当在湿度没控制的环境下，吸水量还是很可观的，且负极使用的是水作为溶剂，未烘干的情况下，将会携带大量水分。而隔膜是多孔的塑料薄膜，同样拥有很强的吸水性。
当然，环境湿度大小也会影响到材料本身携带水分的多少。电池所有重要材料，包括正极、负极、隔膜、其它零部件均会在装配车间停留较长时间，所以该车间湿度的控制尤为重要。
而目前大部分锂离子电池生产厂家是通过烘烤工序去除水分，但长时间高温烘烤会导致极片掉粉、隔膜收缩。对电池的内阻、容量、倍率性能以及安全性能均有影响。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种高倍率锂离子电池的极片干燥方法及高倍率锂离子电池，解决常规烘烤不能除尽水分，长时间高温烘烤极片以及卷芯会对活性材料以及隔膜造成损伤，导致电池性能下降，同时提高烘烤效率，减少烘烤时间，降低了生产成本。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种高倍率锂离子电池的极片干燥方法，其是通过将极片和卷芯分别经过常压高温、真空高温处理，并通过干燥空气破除真空，带出烘出的水分，具体包括如下步骤：
S1、极片干燥
(1)将未点焊极耳的正、负极极片分开放入真空烤箱，正极极片在温度为120±5℃，常压状态下烘烤3H；负极极片在温度为90±5℃，常压状态下烘烤3H；
(2)然后正极极片在真空度为-95Kpa，温度为120±5℃的条件下烘烤5H，负极极片在真空度为-95Kpa，温度为120±5℃条件下烘烤5H；
(3)向烤箱中注入干燥空气至烤箱为常压状态，再将干燥空气抽出，至烤箱真空度为-95Kpa；
(4)烤箱保持-95Kpa真空度冷却至常温，再向烤箱中注入干燥空气至烤箱为常压状态；
S2、极片卷制
取出烘烤后的正、负极片在露点为-40％RH的装配车间内进行点焊、贴胶、卷绕、封装，卷制成半成品电芯；
S3、卷芯烘烤
(1)将封装后的卷芯放入烤箱，在温度为90±5℃，常压条件下烘烤3H；
(2)然后再将卷芯在温度为90±5℃，真空度为-95Kpa条件下烘烤5H；
(3)烤箱保持-95Kpa真空度冷却至常温，再向烤箱中注入干燥空气至烤箱为常压状态；
(4)烤箱保持-95Kpa真空度冷却至常温，注液前再向烤箱中注入干燥空气至烤箱为常压状态。
本发明中所述干燥空气由干燥气系统制取，并通过管道连接烤箱。
作为优选地，所述干燥空气露点为-40％RH以下，水分含量在100-150ppm之间。
本发明还提出了一种根据上述极片干燥方法对极片和卷芯进行干燥处理后制得的高倍率锂离子电池。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1、在真空度为-95Kpa的条件下，水的沸点为36℃，本发明的方法可以有效除水，且不会造成极片掉粉，隔膜严重收缩的问题，不会对电池性能造成影响；
2、注入干燥空气破除真空，能带出烤箱内水分，并节省了氮气的使用，有效除去水分的同时节省了生产成本；
3、整个烘烤过程只需16-18H，有效缩短了烘烤时间，提高生产效率以及设备的利用率，降低了能耗；
4、缩短了烘烤时间，避免因极片含水破坏SEI膜，避免因长时间高温烘烤，造成隔膜收缩、极片掉粉等问题，提升电池安全性能，进而提升了电池的性能。
附图说明
图1为实施例与对比例的电池内阻对比示意图；
图2为实施例与对比例的电池1C充放循环容量保持率趋势图；
图3为实施例与对比例的电池30C倍率放电曲线对比图；
图4为实施例与对比例的电池35C倍率放电曲线对比图；
图5为实施例与对比例的电池40C倍率放电曲线对比图；
图6为本发明的流程图。
具体实施方式
为让本领域的技术人员更加清晰直观的了解本发明，下面结合实施例对本发明的内容作进一步详述，实施例中所提及的内容并非对本发明的限定，材料中各个原材料的选择可因地制宜而对结果并无实质性影响。
实施例
取钴酸锂(LCO)、镍钴锰酸锂(NCM523)、锰酸锂三种材料混合体系电池的正、负极极片样品进行烘烤，三种材料混合比例为：钴酸锂：镍钴锰酸锂：锰酸锂＝1:7:2。
1、按照匀浆、涂布、对辊、段切、分条的锂离子制造工序将极片制出；
2、将未点焊极耳的正、负极极片分开放入真空烤箱，正极极片在温度为120±5℃，常压状态下烘烤3H；负极极片在温度为90±5℃，常压状态下烘烤3H；
3、然后正极极片在真空度为-95Kpa，温度为120±5℃的条件下烘烤5H；负极极片在真空度为-95Kpa，温度为120±5℃的条件下烘烤5H；
4、向烤箱中注入干燥空气至烤箱为常压状态，再将干燥空气抽出，至烤箱真空度为-95Kpa；
5、烤箱保持-95Kpa的真空度冷却至常温，再向烤箱中注入干燥空气至烤箱为常压状态；
6、取出烘烤后正、负极片在露点为-40％RH的干燥车间内进行点焊、贴胶、卷绕、封装等工序，卷制成半成品电芯；
7、将封装后电芯放入烤箱，在温度为90±5℃，常压条件下烘烤3H；
8、然后再在温度为90±5℃，真空度为-95Kpa条件下烘烤5H；
9、烤箱保持-95Kpa的真空度冷却至常温，再向烤箱中注入高温干燥空气至烤箱为常压状态；
10、烤箱保持-95Kpa的真空度冷却至常温，注液前再向烤箱中注入干燥空气至烤箱为常压状态；
11、将完成烘烤的电芯进行注液、封口、化成、分容完成锂离子电池的制作。
对比例
取钴酸锂(LCO)、镍钴锰酸锂(NCM523)、锰酸锂三种材料混合体系电池的正负极极片样品进行传统工艺烘烤。三种材料混合比例为：钴酸锂：镍钴锰酸锂：锰酸锂＝1:7:2。
1、按照匀浆、涂布、对辊、段切、分条的锂离子制造工序将极片制出；
2、正、负极片不经过烘烤，直接进行点焊、贴胶、卷绕、封装等工序，制成半成品电芯；
3、将封装后电芯放入烤箱，在温度为85±5℃，真空度为-95kpa的条件下烘烤36H；
4、烘烤完成后，烤箱保持-95Kpa的真空度冷却至常温，注液前再向烤箱中注入干燥空气至烤箱为常压状态；
5、将完成烘烤的电芯进行注液、封口、化成、分容完成锂离子电池的制作。
为详细阐明本发明的有效性，随机抽取实施例与对比例样品电池进行性能测试，具体测试如下：
1、倍率性能测试
测试步骤：25℃条件下，对实施例与对比例用样品用1C电流恒流恒压充电至4.2V，并以1C、10C、20C、30C、35C、40C倍率进行恒流放电至3.0V，分别记录其容量、中值电压，并计算其倍率放电的保持率；数据如表1所示。
表1
2、内阻测试
测试步骤：25℃条件下，用电压内阻测试仪测量实施例与对比例电池内阻，并记录。数据如图1所示。
3、循环测试
测试步骤：25℃条件下，用1C电流对实施例与对比例样品进行恒流恒压充电至4.2V，并以1C电流恒流放电至3.0V，重复以上充放电步骤循环250次，计算得出容量保持率，数据如图2所示。
由表1可以看出，实施例提供的样品电池中值电压、倍率放电保持率均优于对比例提供的样品电池，且由图3-图5可以看出，放电倍率越大，平台差距越明显。
由图2循环图可以看出实施例提供的样品电池容量保持率优于对比例提供的样品电池。
由图1循环图可以看出实施例提供的样品电池内阻偏小且集中，而对比例提供的样品电池内阻较大且分散。
综上，实施例提供的样品电池的电性能均优于对比例提供的样品电池，这也说明本发明提供的高倍率锂离子电池极片干燥方法能够有效的除水，进而提高电池的性能。同时，所提供的制造流程缩短了烘烤时间，烘烤过程使用干燥空气气替代氮气，提高生产效率的同时节省了生产成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高倍率锂离子电池的极片干燥方法，其特征在于，其是通过将极片和卷芯分别经过常压高温、真空高温处理，并通过干燥空气破除真空，带出烘出的水分，具体包括如下步骤：
S1、极片干燥
(1)将未点焊极耳的正、负极极片分开放入真空烤箱，正极极片在温度为120±5℃，常压状态下烘烤3H；负极极片在温度为90±5℃，常压状态下烘烤3H；
(2)然后正极极片在真空度为-95Kpa，温度为120±5℃的条件下烘烤5H，负极极片在真空度为-95Kpa，温度为120±5℃条件下烘烤5H；
(3)向烤箱中注入干燥空气至烤箱为常压状态，再将干燥空气抽出，至烤箱真空度为-95Kpa；
(4)烤箱保持-95Kpa真空度冷却至常温，再向烤箱中注入干燥空气至烤箱为常压状态；
S2、极片卷制
取出烘烤后的正、负极片在露点为-40％RH的装配车间内进行点焊、贴胶、卷绕、封装，卷制成半成品电芯；
S3、卷芯烘烤
(1)将封装后的卷芯放入烤箱，在温度为90±5℃，常压条件下烘烤3H；
(2)然后再将卷芯在温度为90±5℃，真空度为-95Kpa条件下烘烤5H；
(3)烤箱保持-95Kpa真空度冷却至常温，再向烤箱中注入干燥空气至烤箱为常压状态；
(4)烤箱保持-95Kpa真空度冷却至常温，注液前再向烤箱中注入干燥空气至烤箱为常压状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干燥空气露点为-40％RH以下，水分含量在100-150ppm之间。
3.一种高倍率锂离子电池，其特征在于，其是根据权利要求1或2所述的方法对极片和卷芯进行干燥处理后制得。
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