CN111710928B - 水系动力电池的化成方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于动力电池制造技术领域，涉及一种水系动力电池的化成方法。将水系动力电池注入电解液后封口，在35～50℃的高温下搁置一定时间后，采用小电流进行充放电两次；在5～30℃下低温搁置一定时间，然后分选分级；再按照每10Ah补充1～2g电解液来补充增加电解液，然后再次进行小电流充放电三次；按照容量一致、内阻－致、电压－致、恒流比一致、放电平台一致和初始带电量－致的六个一致统一进行组合出厂。本发明能够缩短电池分选周期和电池分选档次，引进二次加液，实现二次化成和分选，实现有效化成，化成完成的电池可直接用于电池包生产，每个电池包的电池性能接近，使得电池组寿命更长，性能更稳定操作方便，提高生产效率。

Description

水系动力电池的化成方法

技术领域

本发明属于动力电池制造技术领域，涉及一种水系动力电池的化成方法。

背景技术

水系动力电池具有安全性高、寿命长、环境温度范围宽(-55℃～60℃)等优点，一直广泛被应用。随新能源车推广数量的急剧增加和新能源5G基站市场的爆发，车和基站用水系电池也呈现爆发式增长，而水系动力电池需要成组后才能应用，成组一致性的首要环节就是化成，化成关系到产品品质的可靠性和企业产品品牌。如何实现水系动力电池有效化成成为一个现实的研究课题和亟待解决的工业问题。

当前对水系动力电池的化成方法有如下三种：(1)高温陈化，小电流充放电后进行分选； (2)成组化成；(3)脉冲化成。水系动力电池采用水基电解液，通常在空气气氛下加入电解液，现有化成工艺均存在电池一致性差、分选困难的问题，根本原因在于水系电池采用大量吸水隔膜材料叠加或卷绕，正负极片交替呈电芯，入电池壳后具有一定的松紧度，加入的电解液很难均匀分布，局部地方干枯，甚至电解液还旋留在电池顶部，在此情况下进行高温或化成，电池一致性就已存在差异，后续靠充放电几次，统一放电到一定电压值来缩小差异，但不能从根本上改善；如中国专利CN 110492191A公开了一种可排气补液的聚合物锂离子电池化成工艺，但存在真空负压吸液，存在电解液缺乏余量，造成电池后期寿命短的问题。

如何实现有效化成，使电池达到高效一致性是一个具有重大工业价值的技术和研究的难点，但目前的报到都仅限于上述三种方案，尚未解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种水系动力电池的化成方法，能够缩短电池分选周期和电池分选档次，化成后电池达到高效一致性，每个电池包的电池性能接近，可直接用于电池包生产，使得电池组寿命更长，性能更稳定，方法简单易实现，生产操作方便，提高生产效率。

本发明所述的水系动力电池的化成方法，包括以下步骤：

(1)将水系动力电池注入电解液后封口，在35～50℃的高温下搁置一定时间后，采用小电流进行充放电两次；

(2)在5～30℃下低温搁置一定时间，然后分选分级；

(3)再按照每10Ah补充1～2g电解液来补充增加电解液，然后再次进行小电流充放电三次；

(4)进行组合出厂。

其中：

步骤(1)中水系动力电池注入电解液为每1Ah注入2～4g电解液。

步骤(1)中的注入电解液量可以采用真空、离心或常压方式，若是大型的方壳电池，优选常压注液。步骤(1)采用在35～50℃的高温下搁置一定时间，时间为6～24h，且每一批次的电池温度波动范围在±5℃内。温度为35～50℃，如果温度太低，电解液流动性差，不能给水系隔膜充分吸收，化成过程中就会有不少电池漏液，后续也只能报废品处理，如果温度太高，电池腐蚀加快，化成时容易膨胀和漏液，最终产品不符合要求，也只能报废品处理；搁置时间在此时间范围内，电解液可以充分吸收，有利于后续化成电化学反应均匀；如果搁置时间太短，吸收不充分，不利于化成。

根据注液方式不同，高温搁置的时间不同，时间最长的为常压注液，最短的为真空和离心注液，同时还考虑电池容量大小，容量越高，电解液量基数越大，搁置时间需要延长，以满足电解液充分吸收和分布尽可能均匀，时间也不适合太长，生产周转需要控制，提高效率。优选地，当电池容量为3Ah、采用离心注液方式时，搁置时间为6～12h；当电池容量大于3Ah、采用真空注液方式时，搁置时间为15～48h。

步骤(1)中小电流是0.05C～0.2C，如果电流过大，充不进去电，因为电池是刚制备的，材料没有激活，如果电流过小，充电时间太长，没有实际意义。

本发明步骤(1)中充放电两次为：采用依次递增的充放电时间进行，即第二次充放电时间比第一次充放电时间长，首次充放电时间为0.5～4h(荷电量相当于10～20％)，第二次充放电时间为2～8h(荷电量相当于40～80％)，两次充放电均没有充满，最多充入电量80％。因为材料活化需要一个过程，电池一次不能充满，采用此种充放电的方式，能够使电池充分化成。

步骤(2)中在5～30℃下低温搁置一定时间，搁置时间为1～360天，且每一批次的电池温度波动范围在±5℃内。本发明选择步骤(2)在温度为35～50℃下低温搁置，如果温度太低，电解液流动性差，不能给水系隔膜充分吸收，化成过程中就会有不少电池漏液，后续也只能报废品处理，如果温度太高，电池腐蚀加快，化成时容易膨胀和漏液，最终产品不符合要求，也只能报废品处理。电池制造过程和产品需求存在一定的时间差，搁置时间长短取决于产品需求时间，最长可以提前360天生产完毕并进行初步化成，对于小批量产品、新产品的生产极为方便，可以充分应对市场需求变化，而不影响产品库存。

步骤(2)中分选分级为：通过万用表检测电压，区分短路电池和非短路电池，将短路电池剔除。也就是分选分级按照短路与正常两种进行筛选。初步化成出来的电池，容量、电压等一致性差异表现很小，无法分辨，但短路电池和非短路电池可以很方便地通过万用表检测电压区分，从而将短路电池剔除，避免进入后续化成和成组环节。通常这一环节分选后的电池，出现电池内部自然短路的概率为0，降低后续成组成本。

步骤(3)中进行小电流充放电三次为：采用0.05C～0.3C小电流，采用依次递增的充放电时间进行，即三次充放电时间依次递增，首次充放电时间为0.5～4h(荷电量相当于10～20％)，第二次充放电时间为2～8h(荷电量相当于40～60％)，第三次充放电时间为5～15h(荷电量相当于60～100％)，均没有过充，最多充入电量100％。动力电池成组使用，在整体应用中，充入电量很少达到单体的95％，其次就是动力电池单体容量比较大，相对于小电池来说，容量变化率不小，侧重点从小电池的容量转化为动力电池突出一致性。

步骤(3)中按照每10Ah补充1～2g电解液来补充增加电解液。步骤(1)中首次加入的电解液，经过高温搁置和充放电后，被电芯充分吸收，但电芯局部可能存在小点干枯，有的没有一点流动的电解液；步骤(3)再按照每10Ah补充1～2g电解液来补充增加电解液，使得每一节电池内部底部都有一点流动的电解液，所有电芯都是少量的流动电解液，局点干枯的地方可以从流动电解液哪里获得补充。步骤(1)进行第一次化成，步骤(3)再按照每10Ah 补充1～2g电解液来补充增加电解液后进行第二次化成，步骤(3)选择每10Ah补充1～2g电解液，如果补加过少，电池化成不充分，产生过充安全问题，电池基本受损，如果补加过多，化成过程中部分电池漏液，后续只能报废品处理。

步骤(3)中补充增加电解液在氮气保护气氛下操作。

步骤(4)中进行组合出厂为：实现六个一致进行组合出厂，六个一致是指容量差异≤1％、内阻差异≤0.05mΩ、电压差异≤5mV、恒流比差异≤1％、放电平台差异≤5mV、初始带电量≤1％。采用本发明方法化成完毕后，能够实现上述六个一致直接进行组合出厂。电池容量单位为Ah，动力电池单体容量通常大于5Ah，容量一致性代表电池制作过程中电芯正负极配比的一致性，间接验证制造过程的严谨；内阻单位为mΩ，动力电池单体内部通常小于10mΩ，该指标可以反应极片及其浆料生产质量、电芯松紧度是否控制在允许的质量点波动区间；单体电压采用四位数万用表检测可以准确测量每节电池的电压，单位为V，恒流比差异也就是充放电效率，采用百分比表示，通常为99％左右，这里的差异≤1％，不是充放电效率的1％，而是不同充放电效率的差值≤1％；放电平台相当于放电中值电压，单位V，放电平台差异相当于放电中值电压的差值；初始带电量是相对于人工设置充入电量而言，同时和充放电仪器有关系，预订一定的程序，统一充入一样的电量，在仪器稳定情况下，初始带电量的差值是忽略不计的，此项重量考察仪器稳定性和人工设定程序。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明能够缩短电池分选周期和电池分选档次，化成完成的电池可直接用于电池包生产，每个电池包的电池性能接近，方法简单易实现，生产操作方便，提高生产效率。

(2)本发明实现有效化成，电池达到高效一致性，具有重大工业价值。

(3)本发明所述的水系动力电池的化成方法，引进二次加液，将水系动力电池注入电解液后封口，先高温下搁置，采用小电流进行充放电两次；再低温搁置，剔除短路电池后，再补充电解液，然后再次进行小电流充放电三次；实现二次化成和分选，最终化成后电池达到高效一致性，使得电池组寿命更长，性能更稳定，是化成应用燃烧装置的一大应用创新。

(4)本发明所述的水系动力电池的化成方法，注液分成两次，每次都进行化成，也就是化成两次，且每次注液选择合适的注液量，每次化成均采用小电流多次充放电的形式，从根本上解决了电池一致性差异的问题，采用本发明方法化成完毕后，能够实现六个一致进行组合出厂，化成后电池达到高效一致性，每个电池包的电池性能接近，可直接用于电池包生产，使得电池组寿命长，性能更稳定。

附图说明

图1是本发明所述的水系动力电池的化成方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

一种水系动力电池的化成方法，包括以下步骤：

(1)将5Ah水系动力电池注入电解液量20g后封口，在40℃的高温下搁置6h时间后，采用0.05C小电流进行充放电两次，首次充放电的时间为2h(荷电量相当于10％)，第二次为8h(荷电量相当于40％)。

(2)在10±5℃低温下搁置1天，通过万用表检测电压，区分短路电池和非短路电池，从而将短路电池剔除，电压正常的电池进入下一个步骤；

(3)再统一增加1g的电解液，再次进行0.2C小电流充放电三次，首次充放电时间为0.5h(荷电量相当于10％)，第二次充放电时间为2h(荷电量相当于40％)，第三次充放电时间为5h(荷电量相当于100％)。

(4)按照容量一致、内阻一致、电压一致、恒流比一致、放电平台一致和初始带电量一致的六个一致进行组合出厂。

该实施例经初次化成后，分选出来正常电池，经过二次化成后，再经步骤(4)六个一致检测，检测发现电池容量差异≤1％、内 阻差异≤0.05mΩ、电压差异≤5mV、恒流比差异≤1％、放电平台差异≤5mV、初始带电量≤1％，可以直接成组出厂，满足最新电动工具用动力电池标准要求。该实施例适用于小型水系动力电池的化成。

对比例1

一种水系动力电池的化成方法，采用的工艺与实施例1相同，唯一的不同在于：步骤(3) 再统一增加0.2g的电解液。

对对比例1电池进行检测，对比例1电池化成不充分，产生过充安全问题，电池基本受损，后续只能报废品处理。

对比例2

一种水系动力电池的化成方法，采用的工艺与实施例1相同，唯一的不同在于：步骤(3) 再统一增加2g的电解液。

对对比例2电池进行检测，化成过程中部分电池漏液，后续只能报废品处理。

对比例3

一种水系动力电池的化成方法，采用的工艺与实施例1相同，唯一的不同在于：将实施例1中步骤(1)采用0.05C小电流进行充放电两次改为采用0.05C小电流进行充放电一次，时间为10h。结果对比例3在步骤(1)第一次化成过程中就有不少电池漏液，只能报废品处理。

对比例4

一种水系动力电池的化成方法，采用的工艺与实施例1相同，唯一的不同在于：将步骤 (3)中再次进行0.2C小电流充放电三次改为再次进行0.2C小电流充放电一次，时间为7.5h。结果对比例4在步骤(3)第二次化成过程中有不少电池漏液，只能报废品处理。

对比例5

一种水系动力电池的化成方法，采用的工艺与实施例1相同，唯一的不同在于：步骤(1) 在70℃的高温下搁置。

对比例5电池在化成时出现容易膨胀和漏液，最终产品不符合要求，报废品处理。

对比例6

一种水系动力电池的化成方法，采用的工艺与实施例1相同，唯一的不同在于：步骤(1) 在15℃的温度下搁置。

对比例6化成过程中就会有不少电池漏液，由于温度过低电解液不能被水系隔膜充分吸收，后续也只能报废品处理。

对比例7

一种水系动力电池的化成方法，采用的工艺与实施例1相同，唯一的不同在于：步骤(2) 在45℃的温度下搁置。

对比例7电池在化成时出现容易膨胀和漏液，最终产品不符合要求，报废品处理。

对比例8

一种水系动力电池的化成方法，采用的工艺与实施例1相同，唯一的不同在于：步骤(2) 在-10℃的温度下搁置。

对比例8化成过程中就会有不少电池漏液，由于温度过低电解液不能被水系隔膜充分吸收，后续也只能报废品处理。

实施例2

一种水系动力电池的化成方法，包括以下步骤：

(1)将200Ah水系电池注入电解液量400g后封口，在45℃的高温下搁置24h时间后，采用0.2C小电流进行充放电两次，首次为1h(荷电量相当于20％)，第二次为2h(荷电量相当于40％)。

(2)在25±5℃低温下搁置360天，通过万用表检测电压，区分短路电池和非短路电池，从而将短路电池剔除，电压正常的电池进入下一个步骤；

(3)再统一增加40g的电解液，再次进行0.05C小电流充放电三次。首次为4h(荷电量相当于20％)，第二次为7h(荷电量相当于40％)，第三次为12h(荷电量相当于60％)。

(4)按照容量一致、内阻一致、电压一致、恒流比一致、放电平台一致和初始带电量一致的六个一致进行组合出厂。

该实施例经初次化成后，分选出来正常电池，经过二次化成后，再经步骤(4)六个一致检测，检测发现电池容量差异≤1％、内阻差异≤0.05mΩ、电压差异≤5mV、恒流比差异≤1％、放电平台差异≤5mV、初始带电量≤1％，可以直接成组出厂，满足最新车载动力电池国家标准要求。该实施例适用于大型水系动力电池的化成。

实施例3

一种水系动力电池的化成方法，包括以下步骤：

(1)将100Ah水系电池注入电解液量300g后封口，在42℃高温下搁置12h时间后，采用0.1C小电流进行充放电两次，首次为1.5h(荷电量相当于15％)，第二次为8h(荷电量相当于80％)。

(2)在15±5℃低温下搁置90天，通过万用表检测电压，区分短路电池和非短路电池，从而将短路电池剔除，电压正常的电池进入下一个步骤；

(3)再统一增加10g的电解液，再次进行0.05C小电流充放电三次。首次为4h(荷电量相当于20％)，第二次为8h(荷电量相当于40％)，第三次为14h(荷电量相当于70％)；

(4)按照容量一致、内阻一致、电压一致、恒流比一致、放电平台一致和初始带电量一致的六个一致进行组合出厂。

该实施例经初次化成后，分选出来正常电池，经过二次化成后，再经步骤(4)六个一致检测，检测发现电池容量差异≤1％、内阻差异≤0.05mΩ、电压差异≤5mV、恒流比差异≤1％、放电平台差异≤5mV、初始带电量≤1％，可以直接成组出厂，满足最新车载动力电池国家标准要求。该实施例适用于大型水系动力电池的化成。

Claims (7)

1.一种水系动力电池的化成方法，其特征在于：包括以下步骤 ：

（1）将水系动力电池注入电解液后封口，在35~50℃的高温下搁置一定时间后，采用小电流进行充放电两次；

（2）在5~30℃下低温搁置一定时间，然后分选分级；

（3）再按照每10Ah补充1~2g电解液来补充增加电解液，然后再次进行小电流充放电三次；

（4）进行组合出厂；

步骤（1）中小电流是0.05C~0.2C；

步骤（1）中充放电两次为：首次充放电时间为0.5~4h，第二次充放电时间为2~8h，且第二次充放电时间比第一次充放电时间长；

步骤（3）中进行小电流充放电三次为：采用0.05C~0.3C小电流，采用依次递增的充放电时间进行，首次充放电时间为0.5~4h，第二次充放电时间为2~8h，第三次充放电时间为5~15h。

2.根据权利要求1所述的水系动力电池的化成方法，其特征在于：步骤 （1）中水系动力电池注入电解液为每1Ah注入2~4 g电解液。

3.根据权利要求1所述的水系动力电池的化成方法，其特征在于：步骤（1）中搁置时间为6~24 h，且每一批次的电池温度波动范围在±5℃内。

4.根据权利要求1所述的水系动力电池的化成方法，其特征在于：步骤（2）中搁置时间为1~360天。

5.根据权利要求1所述的水系动力电池的化成方法，其特征在于：步骤（2）中分选分级为：通过万用表检测电压，区分短路电池和非短路电池，将短路电池剔除。

6.根据权利要求1所述的水系动力电池的化成方法，其特征在于：步骤（3）中补充增加电解液在氮气保护气氛下操作。

7.根据权利要求1-6任一所述的水系动力电池的化成方法，其特征在于：步骤（4）中进行组合出厂为：实现六个一致进行组合出厂，六个一致是指容量差异≤1%、内阻差异≤0.05mΩ、电压差异≤5mV、恒流比差异≤1%、放电平台差异≤5mV、初始带电量≤1%。

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