CN110767941A - 一种方形锂离子电池的化成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种方形锂离子电池的化成方法包括以下步骤,（1）先将一次注液完成后的方形锂离子电池在高温房内静置一定时间，再以一定数量的方形锂离子电池为一组同时转移至化成柜上；（2）在化成柜内配备有与一组方形锂离子电池数量一致的抽气管道，所有的抽气管道以串联方式连接至真空抽气机，将抽气管道分别对准一个方形锂离子电池的注液孔，化成开始后同步启动真空抽气机对一组方形锂离子电池同时进行负压抽气且进行保压，化成首先进行小倍率电流恒流充电处理，再通过大倍率电流恒流充电处理；（3）最后补液封口。本发明在高温低露点的环境下在化成过程中采用串联真空式负压抽气，提高化成效率，同时可确保一组电池的内阻一致性。

Description

一种方形锂离子电池的化成方法
技术领域
本发明属于锂离子电池制造技术领域，具体涉及一种方形锂离子电池的化成方法。
背景技术
锂离子电池因具有能量密度高，循环寿命长，工作温度范围宽，自放电率小，工作电压平台稳定，无记忆效应及清洁无污染等优点被广泛应用于电动汽车、电子、储能等领域，具有广袤的应用前景及市场需求量。
在锂离子电池制造工艺过程中，化成是决定锂离子电池性能至关重要的一步。锂离子电池在经过注液及高温静置浸润后，化成时，负极表面会形成一层固态电解质界面膜(SEI膜)，当化成电流较大时，电化学反应速度加快，形成SEI膜较疏松，一致性及稳定性较差，SEI膜质量的好坏，直接影响电池的电性能及循环性能，传统的化成方式为电池以开口的方式进行化成，不利于控制产气速率，且开口状态易引入杂质，对电池的循环及安全性能影响极大。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种方形锂离子电池的化成方法。
为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现：
一种方形锂离子电池的化成方法，包括以下步骤,(1)先将一次注液完成后的方形锂离子电池在高温房内静置一定时间，再以一定数量的方形锂离子电池为一组同时转移至化成柜上；(2)在化成柜内配备有与一组方形锂离子电池数量一致的抽气管道，所有抽气管道以串联方式连接至真空抽气机，预先设定负压参数，将抽气管道分别对准一个方形锂离子电池的注液孔，化成开始后同步启动真空抽气机对一组方形锂离子电池同时进行负压抽气且进行保压，化成柜内设定与高温房内相同的温度、且使化成处于温度露点≤-40℃环境下，化成过程首先进行小倍率电流恒流充电处理，再通过大倍率电流恒流充电处理；(3)最后破真空后进行补液封口。
进一步地，步骤(1)中，方形锂离子电池进行一次注液的注液量为电池总注液量的80％～90％。
进一步地，步骤(1)中，方形锂离子电池在高温静置前需进行塞胶钉处理，高温静置的温度为35～55℃，静置时间为12～36h。
进一步地，步骤(2)中，负压抽气并进行保压的压力值为-70KPa～-30KPa。
进一步地，步骤(2)中，所述小倍率电流恒流充电处理为采用0.01～0.05C倍率电流恒流充电至电池电压为3.25V；所述大倍率电流恒流充电处理为采用0.1～0.3C倍率电流恒流充电至电池电压为3.65V。
有益效果：
1、首次注液量为电池总注液量的80％～90％，且注液后在高温静置房静置12h～36h，保证电池极片的完全浸润，利于电池性能的发挥；
2、采用高温低漏点的化成工艺：一方面高温小电流有利于形成致密且稳定的SEI膜，另一方面高温大电流使得锂离子迁移速率增大，缩短化成时间，提升生产速率；
3、采用串联负压连续式抽气化成方式：串联确保一组方形锂离子电池的抽气速率完全一致，且在稳定负压下所有电池内部环境一致，确保一组电池的内阻一致性；连续式负压抽气化成一方面可以及时排尽化成产气，避免电池黑斑、胀气，另一方面连续不间断的进行负压抽气有利于增大电池极片间的压力，使得极片紧密接触，同时在高温环境下有益于修复SEI膜及极片化成界面的均一平整，确保极片无褶皱，利于发挥电池良好的电性能及循环性能；
4、采用本发明化成工艺及化成方式，在二次注液、封口后无需再进行高温老化，不仅节约能耗，而且大幅缩短生产周期，提升了生产效率。
附图说明
图1为实施例和对比例的循环曲线图；
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
本发明所述的一种方形锂离子电池的化成方法，包括以下步骤,(1)先对方形锂离子电池进行一次注液，一次注液的注液量为电池总注液量的80％～90％，再将一次注液完成后的电池以一组为单位在35～55℃高温房内静置12～36h，再将一组电池转移至化成柜上；(2)在化成柜内配备有与一组方形锂离子电池数量一致的抽气管道，所有抽气管道以串联方式连接至真空抽气机，预先设定负压参数，将抽气管道分别对准一个方形锂离子电池的注液孔，抽气管道的末端为橡胶嘴装置，可与注液孔密封契合，同时对准后会进行真空抽气检测，检测抽气管道末端橡胶嘴装置与电池之间的真空密封性，若不满足真空要求，报警装置会报警提醒重新上化成柜，若满足要求即启动化成工序；化成开始后同步启动真空抽气机对一组方形锂离子电池同时进行负压抽气且进行保压，其中负压抽气且进行保压的压力值优选为-70KPa～-30KPa，化成过程中化成柜内设定与高温房内相同的温度、且使化成处于温度露点≤-40℃环境下，化成过程为，一组电池转移至化成柜上后静置3min，再对每个电池进行0.01～0.05C倍率电流恒流充电至电池电压为3.25V，限时240min，静置5min后再采用0.1～0.3C倍率电流恒流充电至电池电压为3.65V，限时90min；(3)最后进行破真空，再将一组电池转移至二次注液车间进行二次注液前称重，并进行补液使注液量满足电池总注液量的要求，再激光焊封口，封口后电池无需再进行高温老化处理，直接分容。
本发明下述实施例中所用锂离子电池为27175200型号方形铝壳电池，容量为105Ah，电池前期制作和产线电池工艺一致。
实施例1
(1)将烘烤后的方形锂离子电池进行一次注液，注液量为电池总注液量的86％；(2)将一次注液后的电池进行塞胶钉处理后，转移至45℃的高温静置房，静置18h；(3)将高温静置后的电池16只一组转移至化成托盘并上柜化成；(4)设定化成车间温度45℃，温度露点≤-40℃环境下，在化成开始的同时进行负压抽气，具体过程为：抽气管道与每一个电池的注液孔密封接触并串联连接至真空抽气机，在化成开始的同时以-50KPa压力对锂离子电池进行负压抽气并保压，在化成结束后以氮气破真空；(5)步骤(4)中化成具体过程如下：A、上柜的电池先静置3min；B、小倍率恒流充电：0.02C电流充电，限制电压3.25V，限时240min，完成后静置5min；C、大倍率恒流恒压充电：0.2C电流充电，限制电压3.65V，限时90min，完成后静置5min；(6)化成结束后的电池，转移至二次注液车间进行二次注液前称重，补液使注液量满足电池总注液量的要求，再激光焊封口，封口后的电池直接分容。
对本实施例的锂离子电池进行电性能测试及拆解，包括：容量、内阻、25℃/1C倍率下循环2000周，测试结果及循环曲线图见表1及图1。
实施例2
(1)将烘烤后的方形锂离子电池进行一次注液，注液量为电池总注液量的90％；(2)将一次注液后的电池进行塞胶钉处理后，转移至35℃的高温静置房，静置18h；(3)将高温静置后的电池16只一组转移至化成托盘并上柜化成；(4)设定化成车间温度35℃，温度露点≤-40℃环境下，在化成开始的同时进行负压抽气，具体过程为：抽气管道与每一个电池的注液孔密封接触并串联连接至真空抽气机，在化成开始的同时以-70KPa压力对锂离子电池进行负压抽气并保压，在化成结束后以氮气破真空；(5)步骤(4)中化成具体过程如下：A、上柜的电池先静置3min；B、小倍率恒流充电：0.05C电流充电，限制电压3.25V，限时240min，完成后静置5min；C、大倍率恒流恒压充电：0.1C电流充电，限制电压3.65V，限时90min，完成后静置5min；(6)化成结束后的电池，转移至二次注液车间进行二次注液前称重，补液使注液量满足电池总注液量的要求，再激光焊封口，封口后的电池直接分容。
实施例3
(1)将烘烤后的方形锂离子电池进行一次注液，注液量为电池总注液量的80％；(2)将一次注液后的电池进行塞胶钉处理后，转移至55℃的高温静置房，静置12h；(3)将高温静置后的电池16只一组转移至化成托盘并上柜化成；(4)设定化成车间温度55℃，温度露点≤-40℃环境下，在化成开始的同时进行负压抽气，具体过程为：抽气管道与每一个电池的注液孔密封接触并串联连接至真空抽气机，在化成开始的同时以-30KPa压力对锂离子电池进行负压抽气并保压，在化成结束后以氮气破真空；(5)步骤(4)中化成具体过程如下：A、上柜的电池先静置3min；B、小倍率恒流充电：0.01C电流充电，限制电压3.25V，限时240min，完成后静置5min；C、大倍率恒流恒压充电：0.3C电流充电，限制电压3.65V，限时90min，完成后静置5min；(6)化成结束后的电池，转移至二次注液车间进行二次注液前称重，补液使注液量满足电池总注液量的要求，再激光焊封口，封口后的电池直接分容。
实施例4
(1)将烘烤后的方形锂离子电池进行一次注液，注液量为电池总注液量的90％；(2)将一次注液后的电池进行塞胶钉处理后，转移至50℃的高温静置房，静置36h；(3)将高温静置后的电池16只一组转移至化成托盘并上柜化成；(4)设定化成车间温度50℃，温度露点≤-40℃环境下，在化成开始的同时进行负压抽气，具体过程为：抽气管道与每一个电池的注液孔密封接触并串联连接至真空抽气机，在化成开始的同时以-40KPa压力对锂离子电池进行负压抽气并保压，在化成结束后以氮气破真空；(5)步骤(4)中化成具体过程如下：A、上柜的电池先静置3min；B、小倍率恒流充电：0.01C电流充电，限制电压3.25V，限时240min，完成后静置5min；C、大倍率恒流恒压充电：0.2C电流充电，限制电压3.65V，限时90min，完成后静置5min；(6)化成结束后的电池，转移至二次注液车间进行二次注液前称重，补液使注液量满足电池总注液量的要求，再激光焊封口，封口后的电池直接分容。
实施例5
(1)将烘烤后的方形锂离子电池进行一次注液，注液量为电池总注液量的90％；(2)将一次注液后的电池进行塞胶钉处理后，转移至40℃的高温静置房，静置24h；(3)将高温静置后的电池16只一组转移至化成托盘并上柜化成；(4)设定化成车间温度40℃，温度露点≤-40℃环境下，在化成开始的同时进行负压抽气，具体过程为：抽气管道与每一个电池的注液孔密封接触并串联连接至真空抽气机，在化成开始的同时以-60KPa压力对锂离子电池进行负压抽气并保压，在化成结束后以氮气破真空；(5)步骤(4)中化成具体过程如下：A、上柜的电池先静置3min；B、小倍率恒流充电：0.04C电流充电，限制电压3.25V，限时240min，完成后静置5min；C、大倍率恒流恒压充电：0.2C电流充电，限制电压3.65V，限时90min，完成后静置5min；(6)化成结束后的电池，转移至二次注液车间进行二次注液前称重，补液使注液量满足电池总注液量的要求，再激光焊封口，封口后的电池直接分容。
对比例1
(1)将烘烤后的方形锂离子电池进行一次注液，注液量为电池总注液量的86％；(2)将一次注液后的电池进行塞胶钉处理后，转移至25℃的高温静置房，静置18h；(3)将高温静置后的电池16只一组转移至化成托盘并上柜化成；(4)设定化成车间温度25℃，温度露点≤-40℃环境下，在化成开始的同时进行负压抽气，具体过程为：抽气管道与每一个电池的注液孔密封接触并串联连接至真空抽气机，在化成开始的同时以-50KPa压力对锂离子电池进行负压抽气并保压，在化成结束后以氮气破真空；(5)步骤(4)中化成具体过程如下：A、上柜的电池先静置3min；B、小倍率恒流充电：0.02C电流充电，限制电压3.25V，限时240min，完成后静置5min；C、大倍率恒流恒压充电：0.2C电流充电，限制电压3.65V，限时90min，完成后静置5min；(6)化成结束后的电池，转移至二次注液车间进行二次注液前称重，补液使注液量满足电池总注液量的要求，再激光焊封口，封口后的电池直接分容。
对本实施例的锂离子电池进行电性能测试及拆解，包括：容量、内阻、25℃/1C倍率下循环2000周，测试结果及循环曲线图见表1及图1。
对比例2
(1)将烘烤后的方形锂离子电池进行一次注液，注液量为电池总注液量的86％；(2)将一次注液后的电池进行塞胶钉处理后，转移至45℃的高温静置房，静置18h；(3)将高温静置后的电池16只一组转移至化成托盘，进行上柜开口化成；(4)化成车间温度45℃，温度露点≤-40℃环境下；步骤(4)中化成具体过程如下：A、上柜的电池先静置3min；B、小倍率恒流充电：0.02C电流充电，限制电压3.25V，限时240min，完成后静置5min；C、大倍率恒流恒压充电：0.2C电流充电，限制电压3.65V，限时90min，完成后静置5min；(6)化成结束后的电池，转移至二次注液车间进行二次注液前称重，补液使注液量满足电池总注液量的要求，再激光焊封口，封口后的电池直接分容
对本实施例的锂离子电池进行电性能测试及拆解，包括：容量、内阻、25℃/1C倍率下循环2000周，测试结果及循环曲线图见表1及图1。
表1
Figure BDA0002229930900000061
从表1中的实施例1、对比例1和对比例2的对比及图1中可以看出，采用本发明化成的锂离子电池平均容量高于对比例的锂离子电池的平均容量，其内阻低于对比例的电池，且实施例1电池循环周数远高于对比例的电池循环周数，具有优异的电性能及常温循环性能。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种方形锂离子电池的化成方法，其特征在于，包括以下步骤,
（1）先将一次注液完成后的方形锂离子电池在高温房内静置一定时间，再以一定数量的方形锂离子电池为一组同时转移至化成柜上；
（2）在化成柜内配备有与一组方形锂离子电池数量一致的抽气管道，所有抽气管道以串联方式连接至真空抽气机，预先设定负压参数，将抽气管道分别对准一个方形锂离子电池的注液孔，化成开始后同步启动真空抽气机对一组方形锂离子电池同时进行负压抽气且进行保压，化成柜内设定与高温房内相同的温度、且使化成处于温度露点≤-40℃环境下，化成过程首先进行小倍率电流恒流充电处理，再通过大倍率电流恒流充电处理；
（3）最后破真空后进行补液封口。
2.根据权利要求1所述的方形锂离子电池的化成方法，其特征在于，步骤（1）中，方形锂离子电池进行一次注液的注液量为电池总注液量的80%~90%。
3.根据权利要求1所述的方形锂离子电池的化成方法，其特征在于，步骤（1）中，方形锂离子电池在高温静置前需进行塞胶钉处理，高温静置的温度为35~55℃，静置时间为12~36h。
4.根据权利要求1所述的方形锂离子电池的化成方法，其特征在于，步骤（2）中，负压抽气并进行保压的压力值为-70KPa~-30KPa。
5.根据权利要求1所述的方形锂离子电池的化成方法，其特征在于，步骤（2）中，所述小倍率电流恒流充电处理为采用0.01~0.05C倍率电流恒流充电至电池电压为3.25V；所述大倍率电流恒流充电处理为采用0.1~0.3C倍率电流恒流充电至电池电压为3.65V。
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