CN111342139A

CN111342139A - 一种软包电池界面改善方法

Info

Publication number: CN111342139A
Application number: CN202010157680.3A
Authority: CN
Inventors: 李苗苗; 张庭旭; 许少辉; 于海彬; 卫晓燕; 王文彬
Original assignee: Tianjin EV Energies Co Ltd
Current assignee: Tianjin EV Energies Co Ltd
Priority date: 2020-03-09
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2020-06-26

Abstract

本发明提供了一种软包电池界面改善方法，包括以下步骤：步骤1：锂离子软包电池通过Degas加工成成品电池；步骤2：在空气耦合超声机试样台上，检测电池中的极片与隔膜的贴合程度；步骤3：控制擀压辊沿着成品电池极耳侧进行擀压；步骤4：利用空气耦合超声机测试方法并且通过将电池拆解检测极片与隔膜的贴合程度，将擀压之后的界面贴合程度与擀压之前的界面贴合程度进行对比；步骤5：通过电池循环测试得出数据，发现Degas后成品电池沿极耳侧擀压电池性能良好。本发明有效去除成品电池中极片与隔膜之间的气泡，使其贴合更好，增大电解液与极片、隔膜的接触面积，促进电解液的吸收，从而有效改善电池界面，提升电池的性能。

Description

一种软包电池界面改善方法

技术领域

本发明属于锂电池领域，尤其是涉及一种软包电池界面改善方法。

背景技术

在当今资源短缺与环境污染问题日益严峻的情况下，电动汽车已经成为国际社会公认的汽车产业的发展趋势，而锂离子软包动力电池作为动力汽车的储能装置，是电动汽车发展的核心技术。因此锂离子动力电池既要求有足够的能量密度来满足一定的行驶里程，也要求其有足够长的寿命来满足客户的需求。为了满足高能量密度的需求，很多研究人员从电池材料着手，尤其是提高材料的面密度和压实密度，然而面密度和压实密度提高的同时，将面临极片孔隙率变小和浸润路径变长的问题。所以在锂离子软包电池制造工艺流程中，在注液后往往需要将电池静置一定的时间以充分浸润，然后进行预充，再抽气整形(Degas)到成品电池。然而在预充过程中会有较多气体产生，若Degas过程气体排除不净，将会有气体残留在极片与隔膜之间。这些气泡会阻碍极片浸润电解液，从而使锂离子传输受阻，迁移路径变远，未接触电解液区域形成暗区、暗区周边可能析锂(暗区不参与电化学反应)，直观表现为电池界面差，进而影响电池的容量、倍率性能及循环寿命等综合性能，严重时会引起安全事故。现有的改善界面办法较多，例如，①注液后多次抽真空-负压静置；②改变烘烤工艺，减少电芯内部水分；③提高浸润温度加快浸润或延长浸润时间；④半成品电池注液后沿气袋侧擀压等等。前三种方法虽然可以促进电解液的浸润，改善电池界面，但增加了能源损耗，增加电池制程时间与成本，而方法④虽然能增加极片与隔膜之间的贴合程度，但并不能去除极片与隔膜之间的气泡，只会将气泡擀压至隔膜边缘。因此，急需设计一种改善电池界面的方法，通过该方法可有效去除极片与隔膜之间的气泡，增大电解液与极片、隔膜的接触面积，改善电池界面，进而提升电池性能。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种软包电池界面改善方法，以有效去除成品电池中极片与隔膜之间的气泡，使其贴合更好，增大电解液与极片、隔膜的接触面积，促进电解液的吸收，从而有效改善电池界面，提升电池的性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种软包电池界面改善方法，包括以下步骤：

步骤1：锂离子软包电池在注液后将电池静置以充分浸润，然后进行预充，再通过Degas加工成成品电池；

步骤2：将成品电池放置在空气耦合超声机试样台上，检测电池中的极片与隔膜的贴合程度，确认界面状态并进行记录；

步骤3：界面状态确认完毕后，将成品电池放置到擀压装置的擀压辊下方，控制擀压辊沿着成品电池极耳侧进行一次往复擀压，完成后，将成品电池翻转180°，擀压辊对成品电池的另一面再进行一次往复擀压；

步骤4：工作人员将擀压完成后的成品电池再次放置到空气耦合超声机试样台上，先利用空气耦合超声机测试方法检测极片与隔膜之间是否存在气泡，然后将电池拆解检测极片与隔膜的贴合程度；

步骤5：将擀压后的电池进行电池循环测试。

进一步的，擀压设备的擀压辊长度范围为100mm-500mm。

进一步的，擀压辊的擀压压力为0.1Mpa-0.5Mpa，擀压辊的运动速度为50mm-500mm/s。

进一步的，擀压设备的型号为GY-01。

进一步的，成品电池内设有用于容纳游离电解液的顶封侧内未封区。

进一步的，擀压辊的正下方设有用于固定电池的固定工装。

相对于现有技术，本发明所述的一种软包电池界面改善方法具有以下优势：

(1)本发明所述的一种软包电池界面改善方法，在不增加电池制程成本的基础上，仅改变擀压顺序及擀压方向的情况下，能明显达到改善电池界面，提升电池性能的效果。

(2)本发明所述的一种软包电池界面改善方法，设计一种有效去除成品电池中极片与隔膜之间气泡的方法，增加极片与隔膜的贴合度，增大电解液与极片、隔膜的接触面积，促进电解液的吸收，使锂离子在充放电过程中迁移路径更加通畅，从而有效改善电池界面，提升电池的性能。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的成品电池示意图；

图2为本发明实施例所述的空气耦合超声机工作原理示意图；

图3为本发明实施例所述的超声波耦合图及界面图；

图4为本发明实施例所述的成品电池常温循环数据图；

图5为本发明实施例所述的擀压辊擀压示意图。

附图标记说明：

1-成品电池；2-极耳；3-内未封区；4-擀压辊。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

术语解释：

1、软包电池：是指采用铝塑膜包装的锂离子电池。

2、电池界面：是指电池在满电状态下锂离子嵌入负极的状态。

3、擀压：是指擀压机滚轮在电池表面往返挤压的运动。

4、Degas：抽气整形。

一种软包电池界面改善方法，包括以下步骤：

步骤1：锂离子软包电池在注液后将电池静置以充分浸润，然后进行预充，再通过Degas加工成成品电池1；

步骤2：将成品电池1放置在空气耦合超声机试样台上，检测电池中的极片与隔膜的贴合程度，确认界面状态并进行记录；

步骤3：界面状态确认完毕后，工作人员将成品电池1放置到擀压装置的擀压辊4正下方，然后工作人员控制擀压辊4工作，使擀压辊4沿着成品电池1的极耳2侧进行一次往复擀压，擀压完成后工作人员将成品电池1翻转180°，然后控制擀压辊4对成品电池1的另一面再进行一次往复擀压；

步骤4：工作人员将擀压完成后的成品电池1再次放置到空气耦合超声机试样台上，先利用空气耦合超声机测试方法检测极片与隔膜之间是否存在气泡，然后再将电池拆解检测极片与隔膜的贴合程度，将擀压之后的界面贴合程度与擀压之前的界面贴合程度进行对比，发现Degas后沿极耳2侧擀压后电池的界面明显好于未进行擀压电池，擀压后电池芯包主体中无气泡存在；

步骤5：将擀压后的电池通过电池循环测试得出数据，发现Degas后成品电池1沿极耳2侧擀压电池性能良好。

空气耦合超声机测试方法、电池循环测试均为现有的对电池的常规检测技术。

擀压设备的擀压辊4长度范围为100mm-500mm。

擀压辊4的擀压压力为0.1Mpa-0.5Mpa，擀压辊4的运动速度为50mm-500mm/s，在这个压力范围、速度范围内均可以对成品电池1进行擀压，。

擀压设备的型号为GY-01，该擀压设备为捷威动力生产的专用设备。

成品电池1内设有用于容纳游离电解液的顶封侧内未封区3，内未封区3能容纳的游离电解液较多，本发明中使用的擀压方式不会对电池封印造成伤害，软包电池采用“Z字形”叠片，擀压辊4沿极耳2方向擀压，可将Degas后的成品电池1的极片与隔膜之间的气泡排出，使内部气泡在外力作用下转移到內未封区中，不影响之后充放电过程中锂离子迁移路径。

本方法中使用的测试电池规格为229mm*269mm，擀压辊4的下方设有用于固定电池的固定工装，防止擀压辊4在擀压的过程中晃动，影响擀压效果。

本发明采用空气耦合超声机进行无损检测成品电池内极片与隔膜贴合程度，其具体工作原理为：超声波发射器选用200KHz～2MHz、具有穿透性的超声波频段，利用气体与其他传播介质的声阻抗系数方面的显著的差异性，来判断在超声波的透射路径上是否有空气的存在，超声波的透射路径上有空气存在，那么此位置的透射信号就会有大幅度的衰减。若电池中有极片与隔膜存在气泡时，则会对超声波的传播产生一定的影响，最终通过发射能量和接受能量颜色直观表现电池极片与隔膜的贴合程度，其原理示意图如附图2。

实施例1：

1、取Degas后的尺寸为229mm*269mm的成品电池1，置于空气耦合超声机试样台检测电池中极片与隔膜的贴合程度，确认其界面状态；

2、将测完超声的电池置于擀压工装上，设置0.1Mpa压力及辊运行速度500mm/s，按下擀压机左右两侧的启动按钮，让电芯沿着极耳2方向往复擀压一次，之后将电芯翻转180°，使用相同参数再往复擀压一次；

3、将擀压后的电池置于空气耦合超声机试样台上，再次检测电池中极片与隔膜的贴合程度，确认其极片与隔膜贴合程度；

4、将擀压后的成品电池1与未擀压的成品电池1充满电后进行拆解对比确认其界面状态，其结果如图3所示，发现Degas后沿极耳2侧擀压后电池的界面明显好于未进行擀压电池，擀压后电池芯包主体中无气泡存在；

5、测试擀压后与未擀压的成品电池1的循环性能，测试结果如图4所示，发现Degas后未擀压电池在循环550次时已严重跳水，而Degas后沿极耳2侧擀压的电池在循环550次后容量保持在93％左右，明显优于不擀压的电池，因此Degas后沿极耳2侧擀压可以明显提升电池的循环性能。

实施例2：

2、将测完超声的电池置于擀压工装上，设置0.3Mpa压力及辊运行速度200mm/s，按下擀压机左右两侧的启动按钮，让电芯沿着极耳2方向来回擀压一次，之后将电芯翻转180°，使用相同参数再来回擀压一次；

4、将擀压后的成品电池1与未擀压的成品电池1充满电后进行拆解对比确认其界面状态，其结果如图3所示，Degas后沿极耳2侧擀压后电池的界面明显好于未进行擀压电池，擀压后电池芯包主体中无气泡存在；

5、测试擀压后与未擀压的成品电池1的循环性能，测试结果如图4所示，Degas后未擀压电池在循环550次时已严重跳水，而Degas后沿极耳2侧擀压的电池在循环550次后容量保持在95％左右，明显优于不擀压的电池，因此Degas后沿极耳2侧擀压可以明显提升电池的循环性能。

实施例3：

2、将测完超声的电池置于擀压工装上，设置0.4Mpa压力及辊运行速度300mm/s，按下擀压机左右两侧的启动按钮，让电芯沿着极耳2方向来回擀压一次，之后将电芯翻转180°，使用相同参数再来回擀压一次；

5、测试擀压后与未擀压的成品电池1的循环性能，测试结果如图4所示，发现Degas后未擀压电池在循环550次时已严重跳水，而Degas后沿极耳2侧擀压的电池在循环550次后容量保持在95％左右，明显优于不擀压的电池，因此Degas后沿极耳2侧擀压可以明显提升电池的循环性能。

综上所述，擀压辊4设定擀压压力值在0.1Mpa-.05Mpa之间对电池进行擀压时，可以根据检测数据发现，通过对Degas后的成品电池沿极耳侧进行擀压，可以去除成品电池中极片与隔膜之间的气泡，达到明显改善电池界面及提升电池性能的效果。

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

1.一种软包电池界面改善方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤5：将擀压后的电池进行电池循环测试。

2.根据权利要求1所述的一种软包电池界面改善方法，其特征在于：擀压设备的擀压辊长度范围为100mm-500mm。

3.根据权利要求1所述的一种软包电池界面改善方法，其特征在于：擀压辊的擀压压力为0.1Mpa-0.5Mpa，擀压辊的运动速度为50mm-500mm/s。

4.根据权利要求1所述的一种软包电池界面改善方法，其特征在于：擀压设备的型号为GY-01。

5.根据权利要求1所述的一种软包电池界面改善方法，其特征在于：成品电池内设有用于容纳游离电解液的顶封侧内未封区。

6.根据权利要求1所述的一种软包电池界面改善方法，其特征在于：擀压辊的正下方设有用于固定电池的固定工装。