CN108899600A - 一种l型锂离子电池及其化成方法 - Google Patents

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范茂松
杨凯
刘皓
于文海
高飞
张明杰
耿萌萌
王康康
王凯丰
徐彬
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Abstract

本发明提供了一种L型锂离子电池及其化成方法，该电池包括：电芯、包覆在所述电芯外部的壳体以及填充在所述壳体内部的电解液；其中，所述电芯通过叠片工艺制作而成，其包括：L型正极片、L型负极片以及设置在所述L型正极片与所述L型负极片之间的L型隔膜。本发明中的L型锂离子电池及其化成方法，一方面有效地提升了电池的容量，延长了的续航时间，保证了电池续航能力；另一方面彻底解决了电池的胀气问题，保证了电池在后续使用过程中的性能。

Description

一种L型锂离子电池及其化成方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种L型锂离子电池及其化成方法。
背景技术
锂离子电池因其具备良好的容量特性、功率特性、循环性能、自放电性能和安全特性，在各个领域得到了广泛的应用。近年来，可穿戴设备、智能手机和平板电脑得到广泛应用，目前这些设备基本都是以锂离子电池作为能量的来源，但由于其内部空间有限，采用常规圆形和方型锂离子电池，不能充分利用其内部空间，造成这类设备巡航时间短。比如，智能手表电池使用时间在24小时左右，如果开启更多功能耗电量会增加，这样使用者不得不每天充电两次才能正常使用；智能手机和平板电脑如果连续时候，其巡航时间通常在10小时以内。因此，要解决可穿戴设备、智能手机、平板电脑等设备电池使用时间短的这一问题，必须充分利用设备的内部空间，开发高性能的异型锂离子电池，来满足其应用需求。
为减轻设备种类，目前可穿戴设备、智能手机、平板电脑中多数采用方型软包装电池，这类电池在制备过程中，化成是关键工艺，在化成过程中会产生气体，如果这些气体不能排除，将严重影响电池的后续使用性能。目前，针对软包装锂离子电池，通常是采用在侧边留气袋来解决化成过程中的排气问题，但对于异型锂离子电池来说，这种传统的化成方式适用性差，因此还需要开发适用于异型锂离子电池的化成方法，来排空电池在化成过程中产生的气体。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种L型锂离子电池及其化成方法，旨在解决现有锂离子电池续航能力较低，且在化成过程中产生的气体不易排出的问题。
一方面，本发明提出了一种L型锂离子电池，包括：电芯、包覆在所述电芯外部的壳体以及填充在所述壳体内部的电解液；其中，
所述电芯通过叠片工艺制作而成，其包括：L型正极片、L型负极片以及设置在所述L型正极片与所述L型负极片之间的L型隔膜。
进一步地，上述L型锂离子电池中，所述L型正极片的各边长度均小于所述L型负极片对应的各边长度，所述L型负极片的各边长度均小于所述L型隔膜对应的各边长度。
进一步地，上述L型锂离子电池中，所述L型正极片由铝箔、正极材料、导电剂通过粘结剂粘合而成；其中，
所述铝箔的厚度为12-20μm；
所述正极材料为钴酸锂或三元材料；
所述导电剂为炭黑、导电石墨、碳纳米管中的一种或两种的组合，其用量不超过所述L型正极片质量的4%；
所述粘结剂为聚偏氟乙烯，其用量不超过所述L型正极片质量的4.5%。
进一步地，上述L型锂离子电池中，
所述L型负极片由铜箔、负极材料、导电剂通过粘结剂粘合而成；其中，
所述铜箔的厚度为6-10μm；
所述负极材料为高容量人造石墨或硅碳复合材料；
所述导电剂为炭黑、导电石墨、石墨烯中的一种或两种的组合，其用量不超过所述L型负极片质量的3.5%；
所述粘结剂为聚偏氟乙烯，其用量不超过所述L型负极片质量的4.5%。
进一步地，上述L型锂离子电池中，
所述L型隔膜为聚乙烯单层膜；或，
所述L型隔膜为聚丙烯膜和聚乙烯膜组成的复合膜。
进一步地，上述L型锂离子电池中，所述电解液的浓度在1.0-1.5M/L之间，其电解质为六氟磷酸锂，溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的两种或三种的组合。
进一步地，上述L型锂离子电池中，所述L型负极片的容量相对所述L型正极片过量3-5%。
另一方面，本发明还提出了一种L型锂离子电池的化成方法，包括如下步骤：
（1）以0.1C的电流对电池恒流充电至3.6V，静置5-10min；
（2）以0.2C的电流对电池恒流充电至3.8V，静置5-10min；
（3）以0.5C的电流对电池恒流充电至4.2V；
（4）以0.5C的电流对电池恒流放电至2.8V。
进一步地，上述L型锂离子电池的化成方法中，所述四个步骤依序连续不间断进行，且各步骤中的化成温度相同。
进一步地，上述L型锂离子电池的化成方法中，所述L型锂离子电池在化成过程中的内部压力为4-6kPa。
与现有技术相比，本发明提供的L型锂离子电池及其化成方法，在控制电池厚度不变的情况下，最大程度地增加了电池的体积，提升了电池的容量，延长了电池的续航时间，进而保证了电池续航能力。同时，化成过程中采用阶梯式电流进行充电，配合适当的截止电压，使电池材料中的水分得到了充分的消耗，并能够快速的将化成过程中产生的气体排出电池外部，从而彻底解决了电池的胀气问题，保证了电池在后续使用过程中的性能。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的L型锂离子电池的装配结构示意图；
图2为本发明实施例提供的L型锂离子电池的电芯结构示意图；
图3为本发明实施例提供的L型锂离子电池中L型膜片示意图；
图4为本发明实施例提供的L型锂离子电池中L型正极片示意图；
图5为本发明实施例提供的L型锂离子电池中L型负极片示意图；
图6为本发明实施例提供的L型锂离子电池的化成方法流程图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参阅图1-4所示，为本发明实施例提供的L型锂离子电池，其包括：电芯1、壳体2以及电解液。
其中，电芯1由L型正极片、L型负极片以及设置在所述L型正极片与所述L型负极片之间的L型隔膜通过叠片工艺制作而成，在控制电池厚度不变的前提下，最大程度地增加了电芯1的反应面积，提升了电池的容量，进而延长了电池的续航时间，保证了续航能力。
壳体2通过将铝塑膜材料包覆在所述电芯1的外，并在高温下封装而形成，极大地降低了电池外壳的厚度，在电池厚度一定的前提下，有效地增大了电池的内部化成反应空间，进而提升了电池的续航能力；同时，为了方便后续电解液注入L型锂离子电池内部，并确保化成过程中产生的气体能够顺利的从所述L型锂离子电池内部排出，所述壳体2的底部还加封有排气管21，所述排气管21在化成作用完成之后可通过热封机封断。此外，壳体2上还分别设置有用于连接电芯的正极端22和负极端23，以便于电流的输出和输入。
电解液通过加封在所述壳体2底部的排气管21注入、并填充在所述壳体2内部的空隙中，以保证后续过程中所述L型锂离子电池化成作用的顺利进行，并确保所述L型锂离子电池功能的正常发挥。
同时，为了进一步保证L型隔膜阻隔作用的正常发挥，并增大所述L型锂离子电池的容量，所述L型隔膜的各边长度同时大于L型正极片和L型负极片与之对应的各边长度，而且所述L型负极片的各边长度均大于L型正极片对应的各边长度。本实施例中，L型隔膜如图3所示，其中A在40-150mm之间，B在40-160mm之间，C在20-80mm之间，D在20-80mm之间，E为B减去D，F为A减去C；L型负极片如图4所示，其各边长度均比所述L型隔膜对应各边长度小3mm，并且其C边靠经B边一侧设置有正极耳111；L型正极片如图5所示，其各边长度均比所述L型负极片对应各边长度小3mm，并且其C边靠经E边一侧设置有负极耳121。
具体而言，L型正极片由铝箔、正极材料、导电剂、粘结剂组成；其中，铝箔的厚度为12-20μm，正极材料为钴酸锂（LiCoO2）或三元材料（LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.4Co0.4Mn0.2O2、LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2或LiNi0.8Co0.15Al0.05O2）；导电剂为炭黑、导电石墨、碳纳米管中的一种或两种的组合，其用量不超过L型正极片质量的4%；粘结剂采用聚偏氟乙烯（PVDF），用量不超过L型正极片质量的4.5%。
具体而言，L型负极片由铜箔、负极材料、导电剂、粘结剂组成。其中，铜箔的厚度为6-10μm；负极材料为高容量人造石墨或硅碳复合材料；导电剂为炭黑、导电石墨、石墨烯中的一种或两种的组合，其用量不超过L型负极片质量的3.5%；粘结剂为聚偏氟乙烯（PVDF），用量不超过L型负极片质量的4.5%，负极片容量相对正极片过量3-5%。
具体而言，L型隔膜采用聚乙烯（PE）单层隔膜或聚丙烯（PP）/聚乙烯（PE）/聚丙烯（PP）三层复合隔膜，其厚度不超过25μm。
具体而言，电解液采用LiPF6为电解质，采用碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）中的2种或3种组合作为溶剂，电解液浓度在1.0-1.5M/L之间。
L型锂离子电池的装配过程：
首先，采用叠片工艺将L型正极片、L型隔膜以及L型负极片依次叠片制作而成L型电芯；
其次，采用铝塑膜材料对所述L型电芯进行封装，其封边宽度小于5mm，封装温度在190-210℃之间，以在L型电芯外部形成电池的L型壳体，并在所述壳体底边加封一个聚丙烯（PP）排气管，排气管控制在外径2-3mm；
然后，通过排气管向电池壳体内部注入电解液，并静置12-24小时；
最后，对所述L型锂离子电池进行充电放电化成。
参阅图6所示，为本发明实施例提供的L型锂离子电池的化成方法，具体步骤如下：
0.1C的电流对电池恒流充电至3.6V，静置5-10min；0.2C的电流对电池恒流充电至3.8V，静置5-10min；0.5C的电流对电池恒流充电至4.2V；0.5C的电流对电池恒流放电至2.8V。
需要注意的是，在化成前，需将电池壳体底部的排气管与真空泵相连，并通过电磁阀控制电池内部的压力在4-6kPa之间，以排出在化成过程中电池内部产生的气体。化成完成后，通过热封机将排气管封断。同时，整个化成过程中的化成温度应保持一致。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种L型锂离子电池，其特征在于，包括：电芯（1）、包覆在所述电芯（1）外部的壳体（2）以及填充在所述壳体（2）内部的电解液；其中，
所述电芯（1）通过叠片工艺制作而成，其包括：L型正极片（11）、L型负极片（12）以及设置在所述L型正极片（11）与所述L型负极片（12）之间的L型隔膜（13）。
2.根据权利要求1所述的L型锂离子电池，其特征在于，所述L型正极片（11）的各边长度均小于所述L型负极片（12）对应的各边长度，所述L型负极片（12）的各边长度均小于所述L型隔膜（13）对应的各边长度。
3.根据权利要求1或2所述的L型锂离子电池，其特征在于，所述L型正极片（11）由铝箔、正极材料、导电剂通过粘结剂粘合而成；其中，
所述铝箔的厚度为12-20μm；
所述正极材料为钴酸锂或三元材料；
所述导电剂为炭黑、导电石墨、碳纳米管中的一种或两种的组合，其用量不超过所述L型正极片质量的4%；
所述粘结剂为聚偏氟乙烯，其用量不超过所述L型正极片质量的4.5%。
4.根据权利要求1或2所述的L型锂离子电池，其特征在于，所述L型负极片（12）由铜箔、负极材料、导电剂通过粘结剂粘合而成；其中，
所述铜箔的厚度为6-10μm；
所述负极材料为高容量人造石墨或硅碳复合材料；
所述导电剂为炭黑、导电石墨、石墨烯中的一种或两种的组合，其用量不超过所述L型负极片质量的3.5%；
所述粘结剂为聚偏氟乙烯，其用量不超过所述L型负极片质量的4.5%。
5.根据权利要求1或2所述的L型锂离子电池，其特征在于，
所述L型隔膜（13）为聚乙烯单层膜；或，
所述L型隔膜（13）为聚丙烯膜和聚乙烯膜组成的复合膜。
6.根据权利要求1所述的L型锂离子电池，其特征在于，所述电解液的浓度在1.0-1.5M/L之间，其电解质为六氟磷酸锂，溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的两种或三种的组合。
7.根据权利要求1所述的L型锂离子电池，其特征在于，所述L型负极片的容量相对所述L型正极片过量3-5%。
8.一种如权利要求1-7任一所述的L型锂离子电池的化成方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）以0.1C的电流对电池恒流充电至3.6V，静置5-10min；
（2）以0.2C的电流对电池恒流充电至3.8V，静置5-10min；
（3）以0.5C的电流对电池恒流充电至4.2V；
（4）以0.5C的电流对电池恒流放电至2.8V。
9.根据权利要求8所述的L型锂离子电池的化成方法，其特征在于，所述四个步骤依序连续不间断进行，且各步骤中的化成温度相同。
10.根据权利要求8所述的L型锂离子电池的化成方法，其特征在于，所述L型锂离子电池在化成过程中的内部压力为4-6kPa。
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