CN109244555A - 一种硬壳锂离子电池的浸润方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硬壳锂离子电池的浸润方法，属于锂离子电池制备技术领域。本发明的硬壳锂离子电池的浸润方法，包括以下步骤：1)将注液后的硬壳锂离子电池内抽真空至表压为‑70～‑30KPa，保压，卸真空；2)按照以下方式进行循环静置：将硬壳锂离子电池抽真空至表压比相邻前一次抽真空时表压低不超过30KPa，保压，卸真空，注入惰性气体保压，卸压。本发明的浸润方法，通过控制注入电解液后的硬壳电池内的表压逐渐减小，既能在初期电芯内溢出气体较多时避免电解液溢出，还能在循环静置过程中随着溢出气体减少而减小抽真空的表压，加快浸润过程而不致电解液溢出，在提高浸润效率的同时，大大减少了电解液的溢出。

Description

一种硬壳锂离子电池的浸润方法
技术领域
本发明涉及一种硬壳锂离子电池的浸润方法，属于锂离子电池制备技术领域。
背景技术
方形铝壳锂离子电池具有平台电压高、能量密度高、循环使用次数多、存储时间长、尺寸及重量同比小，充电效率高等优点，在新能源汽车领域上得到了广泛应用。
在方形铝壳锂离子电池的生产制造过程中，注液后静置是非常重要的工艺过程，为了使电解液充分浸润电池正负极材料和电池隔膜，电池在注入电解液后需要消耗很长的时间来完成电解液在电池内部的浸润。当电解液对极片正负极材料和隔膜充分浸润后，在电池后续的首次充电激活过程中锂离子和有机电解液在电池负极材料和电解液的固液界面上发生反应，在负极材料的表面生成一层致密的薄层，此薄层是锂离子从电解液进入负极材料的离子通道，SEI膜形成的好坏直接关系锂离子电池的性能，因此SEI膜形成的质量、稳定性、界面的优化是决定电池寿命不可忽视的重要因素。因而锂离子电池注液后的浸润效果直接影响到电池SEI膜的形成情况，从而影响到电池的电化学性能。
目前行业内的通常做法是将注液完成后的电池敞口放置在露点级的除湿环境中，通过高达24～48h的静置时间来实现电解液的充分浸润。而在如今大规模制造量产线的背景下，为了实现长时间的静置需要建造大量的露点级除湿房，而除湿机的运营维护及使用成本极高，且整个制程时间长，造成了单体电池生产成本居高不下。
现有技术中，申请公布号为CN105977443A的中国发明专利申请中公开了一种锂离子电池的注液方法，该注液方法包括以下步骤：1)对电池壳体内部抽真空至真空度为-90KPa～-95KPa；2)维持电池壳体内部真空度为-90KPa～-95KPa保压1～2s；3)向电池壳体内注液电解液；4)将电池壳体卸压；5)以下列所述的压力、卸压、抽真空、卸压为一个循环，进行循环静置：箱电池壳体内部充入压力为0.020～0.035MPa的氮气进行加压60～80s，卸压，在对电池壳体内部抽真空至真空度为-65KPa～-90KPa，卸压；6)箱电池壳体内部充入压力为0.020～0.035MPa的氮气并保持30～80s；7)将电池壳体卸压，即完成注液。该注液方法虽然能够实现电池的快速浸润，但注入电解液初期抽真空时电解液洒出较多。
发明内容
本发明的目的是提供一种硬壳锂离子电池的浸润方法，能够解决快速浸润锂离子电池时抽真空易使电解液洒出的问题。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种硬壳锂离子电池的浸润方法，包括以下步骤：
1)将注入电解液后的硬壳锂离子电池内抽真空至表压为-70～-30KPa，保压，然后卸真空；
2)然后以下列所述的抽真空、保压、卸真空、注入惰性气体保压、卸压为一个循环，进行循环静置：
将硬壳锂离子电池抽真空至表压比相邻前一次抽真空时表压低不超过30KPa，保压，卸真空，然后注入惰性气体保压，最后卸压。
本发明的硬壳锂离子电池的浸润方法，通过控制注入电解液后的硬壳电池内的表压逐渐减小，既能在初期电芯内溢出气体较多时避免电解液溢出，还能在循环静置过程中随着溢出气体减少而减小抽真空的表压，加快浸润过程而不致电解液溢出，在提高浸润效率的同时，大大减少了电解液的溢出。
本发明在对锂离子电池内抽真空时既可以是直接对电池抽真空，也可以是将锂离子电池放入密闭腔体内，再对密闭腔体抽真空。密闭腔体可以是单个密闭腔体，也可以是隧道式密闭腔体，其设计结构可根据自动化生产需求进行更改或自由组合；抽真空抽速可调，真空源可以是该密闭腔体配套专用真空泵，也可以是厂房内公用真空气源，或者是它们的组合方式。
优选的，步骤1)中，将注液后的硬壳锂离子电池内抽真空保压的时间为0.2～30min。
为了进一步改善锂离子电池的浸润情况，步骤1)还包括卸真空后，在硬壳锂离子电池内注入惰性气体，保压，然后卸压。
优选的，步骤2)中，进行循环静置的循环次数不大于50次。优选的，步骤2)中，进行循环静置的次数为1～30次。
注入适量的惰性气体既可以保证电解液不外溢，也能提高电解液的浸润速度。优选的，步骤1)中，注入惰性气体至表压为0.1～0.8MPa。
优选的，步骤1)中，注入惰性气体至表压为0.2～0.6MPa。
优选的，步骤1)中，注入惰性气体进行保压的时间为0.2～30min。选择合适的保压时间有助于保证电解液的浸润效果。
优选的，步骤2)中，将硬壳锂离子电池抽真空后进行保压的时间为0.2～30min。
优选的，步骤2)中，注入惰性气体至比相邻前一次注入惰性气体的表压高不超过0.3MPa。逐渐提高注入惰性气体的压力的目的是保证在真空度的不断升高的过程中电解液不溢出。
步骤1)中不含有注入惰性气体的步骤时，循环静置过程中首次注入惰性气体至表压为0.1～0.8MPa，保压时间为0.2～30min。
优选的，步骤2)中，注入惰性气体进行保压的时间为0.2～30min。
优选的，步骤2)中，注入惰性气体后的表压为0.1～0.8MPa。
所述惰性气体为干燥的氮气、干燥的空气、其他干燥且不与电解液反应的气体中至少一种。惰性气体为包括其他干燥且不与电解液反应的气体与氮气和/或空气的组合时，需要气体成分之间也不发生反应。其中氮气的气源可以是由配套液氮罐体提供，也可以是制氮机提供，惰性气体注入前需进行除油除水过滤。
优选的，步骤2)中，将硬壳锂离子电池抽真空至表压比相邻前一次抽真空时表压低不超过15KPa。
为了加快锂离子电池的浸润过程，可优选表压较低的范围。优选的，步骤1)中，将注液后的硬壳锂离子电池内抽真空至表压为-70～-60KPa。
优选的，步骤1)中，抽真空进行保压的时间为0.5～5min。
优选的，所述卸真空采用的气体是通过充入惰性气体实现的。
附图说明
图1为实施例1中硬壳电池锂离子电池的浸润方法的流程图；
图2为实施例1中锂离子电池浸润后拆解的界面图；
图3为实施例2中锂离子电池浸润后拆解的界面图；
图4为实施例3中锂离子电池浸润后拆解的界面图；
图5为实施例4中锂离子电池浸润后拆解的界面图；
图6为对比例中锂离子电池浸润后拆解的界面图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
具体实施方式中用于浸润处理的锂离子电池为100Ah的铝壳锂离子电池，电池的外观尺寸为24×104×310mm，注液量为310g；浸润处理前，使用等压注液的方式一次性将310g电解液通过注液孔打入铝壳锂离子电池内部，注入电解液后将敞口电池从注液机下料至浸润区，通过人工或自动上料的方式将敞口电池放入密封舱内并关闭密封舱门，密封舱配备有高真空气源和高压干燥气源。
各实施例中卸真空是通过向密封舱内注入干燥的氮气实现的。
实施例1
本实施例的硬壳锂离子电池的浸润方法，包括以下步骤：
1)将敞口铝壳锂离子电池置于密封舱后，将密封舱抽真空至表压为-60KPa，保压2min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.2MPa，保压2min；
2)步骤1)完成后将密封舱卸压至常压，再次抽真空至表压为-80KPa，保压3min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.4MPa，保压3min；
3)步骤2)完成后再次将密封舱卸压至常压，将密封舱抽真空至表压为-99KPa，保压5min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.6MPa，保压5min；
4)重复步骤3)5次，浸润流程完成，打开密封舱门，取下电池下料。
实施例2
本实施例的硬壳锂离子电池的浸润方法，包括以下步骤：
1)将敞口铝壳锂离子电池置于密封舱后，将密封舱抽真空至表压为-70KPa，保压2min；然后将密封舱继续抽真空至-99KPa，保压2min；再将密封舱卸压至常压后打入干燥氮气至表压为0.6MPa，保压2min；
2)重复步骤1)10次，浸润流程完成，打开密封舱门，取下电池下料。
实施例3
本实施例的硬壳锂离子电池的浸润方法，包括以下步骤：
1)将敞口铝壳锂离子电池置于密封舱后，将密封舱抽真空至表压为-30KPa，保压0.2min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.1MPa，保压0.2min；
2)步骤1)完成后将密封舱卸压至常压，再次抽真空至表压为-40KPa，保压3min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.2MPa，保压3min；
3)步骤2)完成后再次将密封舱卸压至常压，将密封舱抽真空至表压为-50KPa，保压5min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.3MPa，保压5min；
4)步骤3)完成后再次将密封舱卸压至常压，将密封舱抽真空至表压为-60KPa，保压10min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.4MPa，保压10min；
5)步骤4)完成后再次将密封舱卸压至常压，将密封舱抽真空至表压为-70KPa，保压15min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.5MPa，保压15min；
6)步骤5)完成后再次将密封舱卸压至常压，将密封舱抽真空至表压为-80KPa，保压0.5min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.6MPa，保压0.5min；
7)步骤6)完成后再次将密封舱卸压至常压，将密封舱抽真空至表压为-85KPa，保压0.5min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.7MPa，保压0.5min；
8)步骤7)完成后再次将密封舱卸压至常压，将密封舱抽真空至表压为-90KPa，保压0.5min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.8MPa，保压0.5min；浸润流程完成，打开密封舱门，取下电池下料。
实施例4
本实施例的硬壳锂离子电池的浸润方法，包括以下步骤：
1)将敞口铝壳锂离子电池置于密封舱后，将密封舱抽真空至表压为-60KPa，保压5min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.2MPa，保压5min；
2)步骤1)完成后将密封舱卸压至常压，再次抽真空至表压为-70KPa，保压5min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.3MPa，保压5min；
3)步骤2)完成后再次将密封舱卸压至常压，将密封舱抽真空至表压为-80KPa，保压5min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.4MPa，保压5min；
4)步骤3)完成后再次将密封舱卸压至常压，将密封舱抽真空至表压为-90KPa，保压5min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.5MPa，保压5min；
5)步骤4)完成后再次将密封舱卸压至常压，将密封舱抽真空至表压为-99KPa，保压5min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.6MPa，保压5min；浸润流程完成，打开密封舱门，取下电池下料。
实施例5
本实施例的硬壳锂离子电池的浸润方法，包括以下步骤：
1)将敞口铝壳锂离子电池置于密封舱后，将密封舱抽真空至表压为-65KPa，保压5min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.3MPa，保压5min；
2)步骤1)完成后将密封舱卸压至常压，再次抽真空至表压为-80KPa，保压5min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.5MPa，保压5min；
3)步骤2)完成后再次将密封舱卸压至常压，将密封舱抽真空至表压为-92KPa，保压5min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.8MPa，保压5min；浸润流程完成，打开密封舱门，取下电池下料。
实施例6
本实施例的硬壳锂离子电池的浸润方法，包括以下步骤：
1)将敞口铝壳锂离子电池置于密封舱后，将密封舱抽真空至表压为-70KPa，保压3min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.2MPa，保压3min；
2)步骤1)完成后将密封舱卸压至常压，再次抽真空至表压为-80KPa，保压3min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.4MPa，保压3min；
3)步骤2)完成后再次将密封舱卸压至常压，将密封舱抽真空至表压为-90KPa，保压3min；然后将密封舱卸压至常压后打入干燥的氮气至表压为0.6MPa，保压3min；浸润流程完成，打开密封舱门，取下电池下料。
对比例
本对比例的硬壳锂离子电池浸润方法与实施例的不同之处在于将注入电解液后将电池从注液机下料至露点级除湿房，敞口静置24h完成浸润。
实验例
选用同批次注液完成的15支电池分别使用实施例1～4及对比例的浸润方法进行浸润，浸润完成后标记进行后续充放电流程，在电池完成充放电流程后，对15支电池进行拆解，查看拆解电池的负极片界面黑斑(电解液未浸润造成)状况，实施例1～4及对比例的电池拆解后的界面照片见图2～6。
表1列举了分别使用实施例1～4及对比例的浸润方法浸润后的15支电池充电后的负极片界面黑斑数量。
表1浸润后的电池的失液量及界面
从表1的对比情况可以直观看出，采用本发明的方形铝壳锂电池注液后电解液快速浸润的方法与对比例的常规方法相比可以节省95％以上的浸润时间，同时保证电芯本体足够的保液量，极大的缩短了锂电池制程时间，降低了除湿成本，更进一步的降低了单体电池的生产成本。
由图2～6中锂离子电池拆解后的界面以及表1中电池拆解情况来看，采用本发明的方形铝壳锂电池注液后电解液快速浸润的方法浸润效果更好，极大的提升了电池品质，提高了产品在市场上的竞争力。

Claims (10)

1.一种硬壳锂离子电池的浸润方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将注入电解液后的硬壳锂离子电池内抽真空至表压为-70～-30KPa，保压，然后卸真空；
2)然后以下列所述的抽真空、保压、卸真空、注入惰性气体保压、卸压为一个循环，进行循环静置：
将硬壳锂离子电池抽真空至表压比相邻前一次抽真空时表压低不超过30KPa，保压，卸真空，然后注入惰性气体保压，最后卸压。
2.根据权利要求1所述的硬壳锂离子电池的浸润方法，其特征在于：步骤1)还包括卸真空后，在硬壳锂离子电池内注入惰性气体，保压，然后卸压。
3.根据权利要求2所述的硬壳锂离子电池的浸润方法，其特征在于：步骤1)中，注入惰性气体至表压为0.1～0.8MPa。
4.根据权利要求3所述的硬壳锂离子电池的浸润方法，其特征在于：步骤1)中，注入惰性气体至表压为0.2～0.6MPa。
5.根据权利要求3或4所述的硬壳锂离子电池的浸润方法，其特征在于：步骤1)中，注入惰性气体进行保压的时间为0.2～30min。
6.根据权利要求2所述的硬壳锂离子电池的浸润方法，其特征在于：步骤2)中，注入惰性气体至比相邻前一次注入惰性气体的表压高不超过0.3MPa。
7.根据权利要求1或6所述的硬壳锂离子电池的浸润方法，其特征在于：步骤2)中，注入惰性气体进行保压的时间为0.2～30min。
8.根据权利要求1所述的硬壳锂离子电池的浸润方法，其特征在于：步骤2)中，注入惰性气体后的表压为0.1～0.8MPa。
9.根据权利要求1所述的硬壳锂离子电池的浸润方法，其特征在于：步骤1)中，将注液后的硬壳锂离子电池内抽真空至表压为-70～-60KPa。
10.根据权利要求9所述的硬壳锂离子电池的浸润方法，其特征在于：步骤1)中，抽真空进行保压的时间为0.5～5min。
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Address after: 454191 Industrial Cluster Area, Jiaozuo City, Henan Province, Standardized Workshop Area on the North Side of Xinyuan Road, West Park

Applicant after: Multi-fluorine New Energy Technology Co., Ltd.

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