CN110854439B - 一种锂离子电池组装方法及锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池组装方法，包括以下操作：烘烤正极片、负极片和隔膜；将烘烤后的正极片、烘烤后的负极片和烘烤后的隔膜置于电解液中浸润；将浸润后的正极片、浸润后的负极片和浸润后的隔膜叠片和/或卷绕；焊接极耳，得到裸电芯；将裸电芯入壳、封装；对步骤五封装后的裸电芯化成、再封装，得到锂离子电池。本发明方法对电池极片和隔膜进行烘烤，热量能够快速地渗透极片和隔膜，缩短了电池在线时长；直接将烘烤后的正负极片和隔膜浸润到电解液中，可以保证电池批次间的电性一致性；本发明方法能够缩短电池注液后静置时间，提高生产效率。通过本发明方法制备的锂离子电池，安全性能高，循环性能好。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池组装方法及锂离子电池。
背景技术
锂离子二次电池作为一种绿色环保电池，具有工作电压高、比能量高和循环寿命长等优点，近年来得到了迅速发展，在手机、UPS电源、笔记本电脑、电动自行车和电动汽车等移动设备中的应用越来越广泛。电池应用领域的扩大及电池需求量的增加，促使电池生产商必须简化工艺流程，缩减工序时间来提高生产效率以满足市场要求，同时不断改善电池的综合电化学性能来满足应用要求。
锂离子电池组装工艺一般需要经过极片制备、叠片或卷绕、焊接、封装、烘烤、注液、静置、化成、除气袋、二封和分容工序。其中，对于有机电解液系电池，需要将电芯烘烤干燥、之后再注入电解液，注入电解液后的电芯一般还静置一段时间，静置是指电解液缓慢浸润极片和隔膜的过程。在现有技术中，静置时间通常为高温24小时或常温48小时，电解液充分浸润极片和隔膜之后开始化成工序，以上过程工序繁琐、耗时漫长，占据了大量的时间成本。
另外，在电池化成之后的过程中，需要通过电池表面预留的注液口抽真空，使化成产生的气体经由注液口排出。然而，在排出气体的同时，一部分电解液会伴随气体从电池内部排出，造成电解液的损失，影响电池的电性能以及电池批次间的电性一致性。
发明内容
本发明的目的之一在于：提供一种锂离子电池组装方法，可有效减少注液后静置时长，还可以保证电池批次间的电性一致性。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种锂离子电池组装方法，包括以下操作：
步骤一，烘烤正极片、负极片和隔膜，得到烘烤后的正极片、烘烤后的负极片和烘烤后的隔膜；
步骤二，将所述烘烤后的正极片、所述烘烤后的负极片和所述烘烤后的隔膜置于电解液中浸润，得到浸润后的正极片、浸润后的负极片和浸润后的隔膜；
步骤三，将所述浸润后的正极片、所述浸润后的负极片和所述浸润后的隔膜叠片和/或卷绕；
步骤四，焊接极耳，得到裸电芯；
步骤五，将所述裸电芯入壳、封装；
步骤六，对步骤五封装后的所述裸电芯化成、再封装，得到锂离子电池。
作为本发明所述的锂离子电池组装方法的一种改进，在步骤一中，所述烘烤动作是在真空且露点低于-35℃的环境中进行的。正极片、负极片和隔膜均经过烘烤后有利于提高电解液的浸润效率。
作为本发明所述的锂离子电池组装方法的一种改进，在步骤一中，所述烘烤后的正极片和烘烤后的负极片的水分含量小于300ppm。
作为本发明所述的锂离子电池组装方法的一种改进，在步骤一中，所述烘烤后的隔膜的水分含量小于300ppm。
作为本发明所述的锂离子电池组装方法的一种改进，在步骤二到步骤五中，操作环境均为露点低于-35℃。低露点环境的目的是为了防止空气中的水分和电解液中的六氟磷酸锂发生反应生成氢氟酸，腐蚀电极材料，影响电池的电化学性能及安全性能。
作为本发明所述的锂离子电池组装方法的一种改进，在步骤二中，所述电解液的温度为20～75℃。电解液的温度过低，流动性较低，难以快速浸润极片和隔膜；电解液温度过高会发生分解产气。
作为本发明所述的锂离子电池组装方法的一种改进，在步骤二中，所述烘烤后的正极片、所述烘烤后的负极片和所述烘烤后的隔膜置于电解液中浸润的时间为1～600s。浸润时间过短，电解液不能充分浸润极片和隔膜，仍然需要静置一段时间，没有提高生产效率；浸润时间过长，电解液已经充分浸润极片和隔膜，过长的浸润时间影响生产效率，降低产能。
作为本发明所述的锂离子电池组装方法的一种改进，在步骤四后，还包括对所述裸电芯称重。
作为本发明所述的锂离子电池组装方法的一种改进，在步骤六中，还包括对化成后的所述电芯称重、补液。化成结束后，称量电芯重量，并与设计电芯重量进行比对，再补充以比对差值的电解液，使得电解液液的总量基本保持一致，有利于提高电池批次间的电性一致性。
本发明的另一目的在于，提供一种锂离子电池，采用说明书前文任意一项所述的方法制备。
本发明的有益效果包括但不限于：本发明提供了一种锂离子电池组装方法，首先，本发明对电池极片和隔膜进行烘烤，相对于封装之后再烘烤，热量能够快速地渗透极片和隔膜，烘烤时间短，省略了现有技术中封装之后烘烤的工序，缩短了电池在线时长；其次，直接将烘烤后的正极片、烘烤后的负极片和烘烤后的隔膜浸润到电解液中，保证电解液充分浸润电池极片和隔膜，后续再根据设计重量增加补液工序，可以保证电池批次间的电性一致性；另外，本发明的方法能够缩短电池注液后静置时间，提高生产效率。通过本发明方法制备的锂离子电池，安全性能高，循环性能好。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)正极制备：将高电压正极活性材料高电压4.45V钴酸锂、CNTs(碳纳米管)和PVDF(聚偏氟乙烯)按照质量比98.5：0.5：1.0混合均匀，然后分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中，得到正极浆料；将正极浆料均匀涂布在铝箔的两面，经过碾压、分切后得到正极片。
(2)负极制备：将人造石墨负极材料、乙炔黑、CMC(羧甲基纤维素)、SBR(羧基丁苯胶)按照质量比96.8：1.0：1.2：1.0混合均匀，然后分散在去离子水中，得到负极浆料；将负极浆料均分涂布在铜箔的两面，经过碾压、分切后得到负极片。
(3)电解液配制：在充满氮气的手套箱(O2＜2ppm，H2O＜3ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯按照质量比2：2：1：5混合均匀，制得非水有机溶剂；然后取占电解液总质量78％的非水有机溶剂，向其中加入基于电解液总质量4％的氟代碳酸乙烯酯和3％的1,3-丙烷磺酸内酯得到混合溶液；再向混合溶液中缓慢加入占电解液总质量15％的六氟磷酸锂与二氟草酸磷酸锂的混合物，配制成六氟磷酸锂的浓度为1.2mol/L的锂盐溶液，混合均匀后即制成电解液。
(4)锂离子电池的组装：
一种锂离子电池组装方法，包括以下操作：
步骤一，在真空且露点低于-35℃的环境中烘烤正极片、负极片和隔膜，得到烘烤后的正极片、烘烤后的负极片和烘烤后的隔膜，使烘烤后的正极片和烘烤后的负极片的水分含量小于300ppm，烘烤后的隔膜的水分含量小于300ppm；
步骤二，在露点低于-35℃的干燥环境中，将烘烤后的正极片、烘烤后的负极片和烘烤后的隔膜置于45℃电解液中浸润1～600s，得到浸润后的正极片、浸润后的负极片和浸润后的隔膜；清除正极片、负极片和隔膜表面多余的电解液。
步骤三，在露点低于-35℃的干燥环境中，将浸润后的正极片、浸润后的负极片和浸润后的隔膜叠片和/或卷绕；
步骤四，在露点低于-35℃的干燥环境中，焊接极耳，得到裸电芯，对裸电芯称重；
步骤五，在露点低于-35℃的干燥环境中，将电解液浸润后的电芯置于预留有化成排气口的壳体中，封装除化成排气口之外的部分、封装；
步骤六，对步骤五封装后的裸电芯化成、化成结束后，称量电芯重量，并与设计电芯重量进行比对，再补充以比对差值的电解液、再封装，得到锂离子电池。
实施例2
与实施例1不同的是锂离子电池的组装：电解液的温度为20℃。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例3
与实施例1不同的是锂离子电池的组装：电解液的温度为75℃。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例4
与实施例1不同的是锂离子电池的组装：裸电芯置于电解液中浸润的时间为1s。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例5
与实施例1不同的是锂离子电池的组装：裸电芯置于电解液中浸润的时间为600s。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例6
与实施例1不同的是锂离子电池的组装：壳体为方形铝壳。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例7
与实施例1不同的是锂离子电池的组装：壳体为圆柱形钢壳。
其余与实施例1相同，这里不再赘述。
对比例1
与实施例1不同的是锂离子电池的组装：将钴酸锂正极片、隔膜、负极片按顺序叠片，焊接极耳后得到裸电芯，经铝塑膜封装、再烘烤、注液、静置48小时、化成、储气袋、二封、分容，完成锂离子软包电池的制备。
其余与对比例1相同，这里不再赘述。
对比例2
与对比例1不同的是锂离子电池的组装：静置时间为4小时。
其余与对比例1相同，这里不再赘述。
对实施例1～5和对比例1～2制备的电池进行如下测试：
(1)常温循环性能测试：在25℃下，将化成后的电池用0.5C恒流恒压充电至4.45V(截止电流为0.01C)，然后用0.5C恒流放电至3.0V，计算充/放电600周循环容量的保持率，其计算公式如下：
循环600周容量保持率(％)＝第600周循环放电容量/第1次循环放电容量×100％。
(2)极片浸润效果测试：将电池分容完成后充满电，拆解查看极片状态。
测试结果为：
(1)实施例1～5的循环容量保持率为89％，86％，87％，82％，88％。对比例1～2的循环容量保持率分别为84％，64％。
(2)实施例1～5和对比例1的负极表面呈现金黄色，颜色均匀，无异常，显示浸润良好；对比例2的负极极片颜色不均匀，显示浸润效果不佳。
由实施例1～5可以看出，经过本发明方法制备的锂离子电池，循环容量保持率接近，说明直接将烘烤后的极片和隔膜浸润到电解液中，可以保证电解液充分浸润电池极片和隔膜，后续再根据设计重量增加补液工序，可以保证电池批次间的电性一致性。
由实施例1～5和对比例1～2可以得出，经过本发明方法制备的锂离子电池，增强了电解液浸润效果，提高了循环性能，还能够缩短电池注液后静置时间，提高生产效率。
综上所述，本发明提供的锂离子电池组装方法，直接将烘烤后的正极片、烘烤后的负极片和烘烤后的隔膜浸润到电解液中，保证电解液充分浸润电池极片和隔膜，后续再根据设计重量增加补液工序，可以保证电池批次间的电性一致性，能够缩短电池注液后静置时间，提高生产效率。本发明提供的锂离子电池，增强了电解液浸润效果，提高了电池的循环性能。本发明可将多个裸电芯同时浸润到电解液中，显著提高了生产效率。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (4)
1.一种锂离子电池组装方法，其特征在于，包括以下操作：
步骤一，烘烤正极片、负极片和隔膜，得到烘烤后的正极片、烘烤后的负极片和烘烤后的隔膜；
步骤二，将所述烘烤后的正极片、所述烘烤后的负极片和所述烘烤后的隔膜置于电解液中浸润，得到浸润后的正极片、浸润后的负极片和浸润后的隔膜；
步骤三，将所述浸润后的正极片、所述浸润后的负极片和所述浸润后的隔膜叠片和/或卷绕；
步骤四，焊接极耳，得到裸电芯，对所述裸电芯称重；
步骤五，将所述裸电芯入壳、封装；
步骤六，对步骤五封装后的所述裸电芯化成、对所述化成后的裸电芯称重、补液，再封装，得到锂离子电池；
其中，在步骤二中，所述电解液的温度为20～75℃；
其中，在步骤二中，所述烘烤后的正极片、所述烘烤后的负极片和所述烘烤后的隔膜置于电解液中浸润的时间为1～600s。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池组装方法，其特征在于，在步骤一中，所述烘烤后的正极片和烘烤后的负极片的水分含量小于300ppm。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池组装方法，其特征在于，在步骤一中，所述烘烤后的隔膜的水分含量小于300ppm。
4.一种锂离子电池，其特征在于，采用如权利要求1-3任意一项所述的方法制备。
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