CN111740168B - 一种电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电池的制造方法,包括步骤:将卷芯装入冲壳的铝塑模并封装成电芯;卷芯依次由预设料重的正极片、负极片和隔膜并卷绕而成;封装后电芯进行烘烤,注入注液量V5并封口;使封口后的电芯进行高温活化、高温压力化成;化成后对电芯二次封装。本发明公开了一种电池的制造方法,通过界定所述电池的100%SOC状态来确定对应的注液量,以该注液量为标准制造电池,可更加精确评估聚合物电芯需要的电解液量,降低电芯制造过程由于注液量不足导致的电芯循环性能下降以及内阻过高的风险;降低电芯由于注液量过多导致涨液、发软的风险;准确的得出了孔隙率填充比与循环的关系;更加精确评估满足循环所需要的保液系数下限值。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域,尤其涉及一种电池的制造方法。
背景技术
由于软包锂电池电解液保液量影响电池的电性能尤其是循环性能、安全性能、成本、外观,而现在软包锂电池市场上保液系数均通过循环测试确定,体系多,型号多,每个体系、型号若通过循环测试确认保液系数,循环测试时间长,占用资源多,无法满足快速变化的市场需求,故需要一种理论计算方法进行指导从而初步确认电解液使用量。
CN105787140A公开了一种通过测试极片、隔膜的孔隙率而计算保液量的方法。所述方法的缺点主要在于需要在每个体系基本定型后,并通过实验制备对应的极片、隔膜,才能确认体系的理论保液量,指导意义不足,所述方法只能粗略得进行电解液保液量的估算。
CN109326764A公开了一种锂离子电池电解液保有量精准化控制方法。锂离子电池电芯经前处理、一次变量注液、二次变量注液等工艺流程,通过测量电芯重量,排除因涂布厚度、面密度不同造成的电解液需求不同的影响,利用计算公式计算相对应的电解液总需求量。所述方法工艺复杂,无法进行工业化应用。
发明内容
针对现有技术的上述不足,提出一种电池的制造方法。
通过界定所述电池的100%SOC状态来确定对应的注液量,以该注液量为标准制造电池,可更加精确评估聚合物电芯需要的电解液量,降低电芯制造过程由于注液量不足导致的电芯循环性能下降以及内阻过高的风险;降低电芯由于注液量过多导致涨液、发软的风险;准确的得出了孔隙率填充比与循环的关系;更加精确评估满足循环所需要的保液系数下限值。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是:
一种电池的制造方法,其包括步骤:
根据电池型号预设正极料重、负极料重;
M1表示正极料重,a1表示正极设计压实,b1表示正极满电反弹比,ρ1为正极真密;
M2表示负极料重,a2为负极设计压实,b2表示负极满电反弹比,ρ2为负极真密;
根据s=(V1+V2+V3)×K/V4+L获得保液系数设计值,其中,V4表示电池容量,K为电解液密度,L为补偿值;
根据e=s+n×d+g获得注液系数;其中,e表示注液系数,n为常数,d为保液系数设计标准差,g为注液系数公差;
根据公式V5=e×V4以获得注液量,V5表示注液量;
将卷芯装入冲壳的铝塑膜并封装成电芯;卷芯依次由预设料重的正极片、负极片辊压和隔膜卷绕而成;
封装后电芯进行烘烤,注入注液量V5并封口;
使封口后的电芯进行高温活化、高温压力化成;
化成后对电芯二次封装。
优选地,在获得满电正极孔体积和满电负极孔体积时,所述正极设计压实a1、负极正极设计压实a2、正极真密ρ1和负极真密ρ2为设计常数;正极满电反弹比b1为与正极材质相关的经验常数,负极满电反弹比b2为与负极材质相关的经验常数。
优选地,正极材料为钴酸锂、三元和锰酸锂中任意一种。
优选地,负极材料为人造石墨。
优选地,补偿值0.005g/Ah到0.02g/Ah。
优选地,注液系数公差的取值范围在0.005g/Ah到0.05g/Ah之间。
优选地,保液系数标准差的取值范围在0.001g/Ah到0.06g/Ah之间。
优选地,保液系数的下限值在0.8倍保液系数设计值到1倍保液系数设计值之间。
本发明公开了一种电池的制造方法,通过界定所述电池的100%SOC状态来确定对应的注液量,以该注液量为标准制造电池,可更加精确评估聚合物电芯需要的电解液量,降低电芯制造过程由于注液量不足导致的电芯循环性能下降以及内阻过高的风险;降低电芯由于注液量过多导致涨液、发软的风险;准确的得出了孔隙率填充比与循环的关系;更加精确评估满足循环所需要的保液系数下限值。
附图说明
图1为实施例中制造电池的步骤流程示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图,对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明并不限于这些实施例。
请参见图1,本发明公开一种电池的制造方法,包括步骤:
根据电池型号预设正极料重、负极料重;
M1表示正极料重,a1表示正极设计压实,b1表示正极满电反弹比,ρ1为正极真密;
M2表示负极料重,a2为负极设计压实,b2表示负极满电反弹比,ρ2为负极真密;
根据s=(V1+V2+V3)×K/V4+L获得保液系数设计值,其中,V4表示电池容量,K为电解液密度,L为补偿值;
根据公式V6=f×s得到保液系数,V6为保液系数,f为实验常数,s为保液系数设计值;
根据e=s+n×d+g获得注液系数;其中,e表示注液系数,n为常数,d为保液系数设计标准差,g为注液系数公差;
根据公式V5=e×V4以获得注液量,V5表示注液量;
将卷芯装入冲壳的铝塑膜并封装成电芯;卷芯依次由预设料重的正极片、负极片辊压和隔膜卷绕而成;
封装后电芯进行烘烤,注入注液量V5并封口;
使封口后的电芯进行高温活化、高温压力化成;
化成后对电芯二次封装。
本实施例中,制造电池时,以电池的满电状态下,能影响电池的最大注液量作为注液标准,具体的说,电池的满电状态即为电池100%SOC状态,电池中正负极极片孔隙是最大的状态,以这种状态下预估注液量,制造电池时,所需的注液量最多。
本实施例中,通过界定所述电池的100%SOC状态来确定对应的注液量,以该注液量为标准制造电池,可更加精确评估聚合物电芯需要的电解液量,降低电芯制造过程由于注液量不足导致的电芯循环性能下降以及内阻过高的风险;降低电芯由于注液量过多导致涨液、发软的风险;准确的得出了孔隙率填充比与循环的关系;更加精确评估满足循环所需要的保液系数下限值。
一般来说,无法直接获取满电正极孔体积V1、满电负极孔体积V2;在本实施例中,可通过间接方式获得满电正极孔体积V1、满电负极孔体积V2。
可通过正极料重、负极料重、正极设计压实和负极设计压实获得正极片孔隙的体积和负极片孔隙的体积;此时的正极片孔隙的体积和负极片孔隙的体积并非为满电正极孔体积V1和满电负极孔体积V2;在100%SOC状态下,正极片和负极片中的空隙体积最大;现有技术中,获得正极片孔隙的体积V正极片孔和负极片孔隙的体积V负极片孔具体公式如下:
V正极片孔=正极片长×正极片宽×正极片厚×极片孔隙率
V正极片孔=正极片体积-正极体积
满电状态下:
V1=正极片体积×(1+b1)-正极体积
V1=M1/a1×(1+b1)-M1/ρ1
同理可得到:
在得到V1、V2、V3后,根据公式s=(V1+V2+V3)×K/V4+L直接得到保液系数设计值,V4为电池容量,电池容量V4可根据待制造电池的型号得到;
根据e=s+n×d+g获得注液系数,再根据公式V5=e×V4以获得注液量;注液量V5为电芯在100%SOC状态可注入电解液量的预估值。
制造电池时,注入电池满电状态下电解液的预估值V5。
在获得满电正极孔体积和满电负极孔体积时,所述正极设计压实a1、负极正极设计压实a2、正极真密ρ1和负极真密ρ2为设计常数;正极满电反弹比b1为与正极材质相关的经验常数,负极满电反弹比b2为与负极材质相关的经验常数。
正极材料为钴酸锂、三元和锰酸锂中任意一种。
负极材料为人造石墨。
补偿值0.005g/Ah到0.02g/Ah。
注液系数公差的取值范围在0.005g/Ah到0.05g/Ah之间。保液系数标准差的取值范围在0.001g/Ah到0.06g/Ah之间。
注液系数公差如下表:
型号 | 426385PU | 327074PH | 615064PH | 416684PU | 436169PU | 355770PU |
数量 | 50pcs | 50pcs | 50pcs | 50pcs | 50pcs | 50pcs |
容量 | 4.05Ah | 2.6Ah | 3Ah | 3.95Ah | 2.99Ah | 2.42Ah |
标差 | 0.013g/Ah | 0.0008g/Ah | 0.0.012g/Ah | 0.009g/Ah | 0.013g/Ah | 0.007g/Ah |
通过不同型号电芯的注液量实际测量。
满电态吸液公差如下表:
项 | 标准差 |
正极面密度 | 0.014g/100cm<sup>2</sup> |
负极面密度 | 0.007g/100cm<sup>2</sup> |
正极辊压厚度 | 1μm |
负极辊压厚度 | 1μm |
正极反弹 | 0.50% |
负极反弹 | 1% |
正极料重 | 0.50% |
负极料重 | 0.50% |
在浸润充分的条件下,保液量的标准差由满电吸液系数和二封工艺所决定,由公差的累积性质,得保液系数公差≥满电吸液系数公差。
当卷芯吸液充分时,保液系数标准差由吸液系数标准差和二封工艺标准差累积决定。
当卷芯吸液不充分时,保液系数标准差由注液系数标准差决定。
保液系数标准差具体可根据实际生产后续可进行调整。
在本实施例中。
电芯内部吸液可分为正负极和隔膜三大部分,分别测试这三个材料的吸液能力,相加即为电芯吸液能力。电芯的吸液能力应和材料性质以及孔体积相关。建立孔体积和吸液量的模型,孔体积是容量、压实和尺寸的函数(电芯设计),从而得到电芯的理论最大保液系数。
以负极片为例计算负极片的孔体积,负极片浸泡后,列表如下:
负极片浸泡前,列表如下:
数据统计将孔体积与吸液量做回归分析,得出孔体积与吸液量的回归方程;
吸液量=1.06*孔体积(误差为±0.025g);
如下表:
电解液的密度为1.147与吸液量1的系数相近,可用电解液的密度和孔体积计算吸液量。
负极片的保液系数计算:
公式1:负极容量=负极料重*实际克容量;
公式2:负极料重=负极压实*负极片体积;
公式3:负极孔体积=负极片体积*(1-负极设计压实/负极真密度)(负极真密度为2.16g/cm3);
负极在满电状态下:
负极吸液量=1.06*负极容量/(负极克容量*负极设计压实)*(1-负极设计压实/负极真密度);
负极吸液量=1.06*负极压实*负极片体积*实际克容量/(负极克容量*负极设计压实)*(1-负极设计压实/负极真密度);
同理得出正极在满电状态下的吸液公式。
正负极材料、系数及真密度如下表:
正极及负极材料的满电反弹比如下表:
正极材料 | 真密度 | 注液反弹 | 满电反弹 |
钴酸锂 | 4.9 | 2% | 9% |
三元 | 4.6 | 2% | 5% |
锰酸锂 | 4.2 | 2% | 3.5% |
负极材料 | 真密度 | 注液反弹 | 满电反弹 |
人造石墨 | 2.25 | 7% | 20% |
保液系数与循环之间的关系如下
上表为426798PU-4420mAh电芯1C/1C循环数据
当注液量不足时,保液量由注液量决定,循环在50周内出现跳水。随着注液量的增加循环寿命增加。
上表为327074PH-2920mAh电芯1C/1C循环数据
当注液量不足时,保液量由注液量决定,循环在100周内出现跳水。
随着注液量的增加,循环寿命增加。
保液系数的下限值在0.8倍保液系数设计值到1倍保液系数设计值之间。
孔隙率填充比与循环的关系研究;
注液量与保液量的关系可以用孔隙率填充比的关系
将416684PU-3950mAh型号的电芯涂布辊压分切区分边缘卷和中间卷,卷绕时采用正极边缘卷和负极边缘卷,正极中间卷和负极中间卷配对卷绕成卷芯,采用不同的注液系数和化成压力进行验证,得到较为准确的孔隙率填充比,从而得到孔隙率和循环关系。
上表中,中间卷和边缘卷精准的孔隙率100%时的保液系数。边缘卷为1.498中间卷为1.574。
根据上表可显示,循环寿命化成压力Mpa 2.2>1.6>1.0,边缘卷>中间卷,化成压力越大,所需要的电解液越少,对应的满电填充比也越少。
注液系数增加循环失效的概率降低。
在固定的化成压力下通过满电填充比可以预估电芯的循环寿命,可以确定保液量的下限;保液系数的下限值在0.8倍保液系数设计值到1倍保液系数设计值之间。
本发明公开了一种电池的制造方法,通过界定所述电池的100%SOC状态来确定对应的注液量,以该注液量为标准制造电池,可更加精确评估聚合物电芯需要的电解液量,降低电芯制造过程由于注液量不足导致的电芯循环性能下降以及内阻过高的风险;降低电芯由于注液量过多导致涨液、发软的风险;准确的得出了孔隙率填充比与循环的关系;更加精确评估满足循环所需要的保液系数下限值。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (8)
1.一种电池的制造方法,其特征在于,包括步骤:
根据电池型号预设正极料重、负极料重;
M1表示正极料重,a1表示正极设计压实,b1表示正极满电反弹比,ρ1为正极真密;
M2表示负极料重,a2为负极设计压实,b2表示负极满电反弹比,ρ2为负极真密;
根据s=(V1+V2+V3)×K/V4+L获得保液系数设计值,其中,V4表示电池容量,K为电解液密度,L为补偿值;
根据e=s+n×d+g获得注液系数;其中,e表示注液系数,n为常数,d为保液系数设计标准差,g为注液系数公差;
根据公式V5=e×V4以获得注液量,V5表示注液量;
将卷芯装入冲壳的铝塑膜并封装成电芯;卷芯依次由预设料重的正极片、负极片辊压和隔膜卷绕而成;
封装后电芯进行烘烤,注入注液量V5并封口;
使封口后的电芯进行高温活化、高温压力化成;
化成后对电芯二次封装。
2.根据权利要求1所述的一种电池的制造方法,其特征在于:在获得满电正极孔体积和满电负极孔体积时,所述正极设计压实a1、负极正极设计压实a2、正极真密ρ1和负极真密ρ2为设计常数;正极满电反弹比b1为与正极材质相关的经验常数,负极满电反弹比b2为与负极材质相关的经验常数。
3.根据权利要求1所述的一种电池的制造方法,其特征在于:正极材料为钴酸锂、三元和锰酸锂中任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种电池的制造方法,其特征在于:负极材料为人造石墨。
5.根据权利要求1所述的一种电池的制造方法,其特征在于:补偿值0.005g/Ah到0.02g/Ah。
6.根据权利要求1所述的一种电池的制造方法,其特征在于:注液系数公差的取值范围在0.005g/Ah到0.05g/Ah之间。
7.根据权利要求1所述的一种电池的制造方法,其特征在于:保液系数标准差的取值范围在0.001g/Ah到0.06g/Ah之间。
8.根据权利要求1所述的一种电池的制造方法,其特征在于:保液系数的下限值在0.8倍保液系数设计值到1倍保液系数设计值之间。
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