CN112366356A - 一种改善电芯浸润效果的方法及锂离子电池电芯 - Google Patents

一种改善电芯浸润效果的方法及锂离子电池电芯 Download PDF

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域。本发明公开了一种改善电芯浸润效果的方法，其包括初步浸润、微充、辊压、预充、高温浸润等步骤；本发明还公开了一种由上述方法处理后获得的锂离子电池电芯。采用本发明中的浸润方法，极大的改善了电芯极片浸润效果，电芯极片的表面被电解液充分浸润，极片表面无析锂、无褶皱、无起皮，提高了电芯的安全性能。通过性能比较数据可以看出，本发明中的工艺比现有技术中工艺的K值、DCR和容量都有所改善。

Description

一种改善电芯浸润效果的方法及锂离子电池电芯
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种改善电芯浸润效果的方法及锂离子电池电芯。
背景技术
现有的锂电池浸润是在裸电芯封装后，手动倒入一定量的电解液，并在真空箱内连续抽空三次，使得电解液在极片上来回流动，以达到浸润的目的。锂离子电池的浸润过程是制造电芯的关键环节，极片浸润效果的好坏决定了电芯的性能。目前，大多数电池制作企业为了缩短制作周期，快速给客户交样，电芯的浸润效果并不好，造成了许多问题。
中国专利公布号CN106876792A于2017年6月20日公开了一种软包锂离子电池电解液浸润方法、软包锂离子电池的化成方法，包括将软包锂离子电池封装后在0～100℃下真空静置。中国专利公布号CN109244555A于2019年1月18日公开了一种硬壳锂离子电池的浸润方法，包括以下步骤：1)将注液后的硬壳锂离子电池内抽真空至表压为-70～-30KPa，保压，卸真空；2)按照以下方式进行循环静置：将硬壳锂离子电池抽真空至表压比相邻前一次抽真空时表压低不超过30KPa，保压，卸真空，注入惰性气体保压，卸压。中国专利公布号CN110247121A于2019年9月17日公开了一种锂离子电池的电解液浸润方法及其制备得到的锂离子电池和电子装置，所述锂离子电池的电解液浸润方法通过在-80～-20kPa的压力下静置的方法对锂离子电池进行浸润，使电解液能更为充分浸入极片每个部位，极大的缩短了现有锂离子电池的电解液浸润时间，仅需6～10h即可完成浸润的过程。中国专利公布号CN110707365A于2020年1月17日公开了一种锂离子电池注液方法及锂离子电池，包括以下操作：将烘烤后的电池放到注液设备中；先对所述注液设备抽真空，再对所述电池内部抽真空；将电解液注入到所述电池内，密封；用电池夹具夹住所述电池，保证所述电池夹具与所述电池接触良好；所述电池夹具带动所述电池翻转，使所述电解液浸润极片和隔膜；本发明提供的锂离子电池注液方法，通过提前对电池夹具加热，用电池夹具夹住注液后的电池进行翻转，使电解液的黏度下降、流动性增强，有利于浸润的进行，提高了电解液对极片以及隔膜的浸润效率；采用本发明的方法可使电解液尽快地浸润电池，将静置时间缩短到常温4小时以内，相对于现有技术节约了20小时。上述四个已公开专利虽然都提供了一种改善锂离子电池浸润性能的技术方案，但是其处理工艺仅仅局限于抽真空、加压静置等处理工艺，其浸润效果仍旧较差，对锂离子电池浸润效果的改善作用有限。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种改善电芯浸润效果的方法，经过处理后电芯极片表面被电解液充分浸润，且无析锂现象，降低了锂电池着火的风险，提高了电池的性能；
本发明还提供了一种锂离子电池电芯。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种改善电芯浸润效果的方法，包括以下步骤：
初步浸润：锂离子电池封装电芯并注液后，在真空箱中连续抽真空至少三次；
微充：将电芯竖直放置处理，然后用小电流进行微充；
辊压：微充结束后，继续将电芯竖直放置处理，期间对电芯进行拍打辊压处理；
预充：对辊压后的电芯进行预充；
高温浸润：将预充后的电芯在高温环境下竖直放置处理，然后采用大电流化成。
本发明处理工艺中，对封装注液后的电芯采取多次加压抽真空，电解液在极片与隔膜的缝隙中可以多次自由爬升，提升极片的浸润效果，由于竖直放置电解液在极片与隔膜的缝隙中可以多次自由爬升，提升极片的浸润效果；解决了现有技术中电芯平放情况下，电解液在爬升过程中被极片和隔膜阻挡浸润效果差的问题。延长常温浸润时间，同时在浸润完成后对电芯进行小电流预充，还增加了高温静置步骤。
作为优选，步骤a）中，抽真空的压力为90～98KPa。
作为优选，步骤a）中，每次抽真空的持续时间为15～20分钟。
作为优选，步骤b）中，电芯竖直放置处理时间为5～10小时。
作为优选，步骤b）中，电芯竖直放置后保证电芯之间无挤压。
作为优选，步骤c）中，电芯竖直放置处理时间为96～120小时，期间每隔30～40小时拍打辊压处理一次。
作为优选，步骤c）中，辊压压力为0.05～0.15MPa。
作为优选，步骤d）中，采用0.01～0.5C的电流进行预充。
作为优选，步骤e）中，将预充后的电芯在38～45℃的高温环境下竖直放置处理2～3天。
一种锂离子电池电芯，由上述改善电芯浸润效果的方法的工艺制得。
因此，本发明具有以下有益效果：
采用本发明中的浸润方法，极大的改善了电芯极片浸润效果，电芯极片的表面被电解液充分浸润，极片表面无析锂、无褶皱、无起皮，提高了电芯的安全性能。通过性能比较数据可以看出，本发明中的工艺比现有技术中工艺的K值、DCR和容量都有所改善。
附图说明
图1为本发明与现有技术中电解液浸润极片示意图
图2为本发明与现有技术中处理后极片浸润效果对比图；
图3为本发明与现有技术中处理后电芯K值比较数据图；
图4为本发明与现有技术中处理后电芯DCR值比较数据图；
图5为本发明与现有技术中处理后电芯电芯值比较数据图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，若非特指，所有的设备和原料均可从市场上购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
总实施例
一种改善电芯浸润效果的方法，包括以下步骤：
a）初步浸润：锂离子电池封装电芯并注液后，在真空箱中用90～98Kpa的压力连续抽真空至少三次，每次抽真空的持续时间为15～20分钟；
b）微充：将电芯竖直放置处理5～10小时，电芯竖直放置后保证电芯之间无挤压，然后用小电流进行微充；
c）辊压：微充结束后，继续将电芯竖直放置处理96～120小时，期间每隔30～40小时对电芯进行拍打辊压处理，辊压压力为0.05～0.15MPa；
d）预充：采用0.01～0.5C的电流对辊压后的电芯进行预充；
e）高温浸润：将预充后的电芯在38～45℃的高温环境下竖直放置处理2～3天，然后采用大电流化成。
一种由上述浸润方法处理后的锂离子电池电芯。
实施例1
一种改善电芯浸润效果的方法，包括以下步骤：
a）初步浸润：锂离子电池封装电芯并注液后，在真空箱中用94Kpa的压力连续抽真空三次，每次抽真空的持续时间为18分钟；
b）微充：将电芯竖直放置处理7小时，电芯竖直放置后保证电芯之间无挤压，然后用小电流进行微充；
c）辊压：微充结束后，继续将电芯竖直放置处理108小时，期间每隔35小时对电芯进行拍打辊压处理，辊压压力为0.10MPa；
d）预充：采用0.25C的电流对辊压后的电芯进行预充；
e）高温浸润：将预充后的电芯在42℃的高温环境下竖直放置处理2.5天，然后采用大电流化成。
实施例2
一种改善电芯浸润效果的方法，包括以下步骤：
a）初步浸润：锂离子电池封装电芯并注液后，在真空箱中用90Kpa的压力连续抽真空三次，每次抽真空的持续时间为20分钟；
b）微充：将电芯竖直放置处理5小时，电芯竖直放置后保证电芯之间无挤压，然后用小电流进行微充；
c）辊压：微充结束后，继续将电芯竖直放置处理96小时，期间每隔30小时对电芯进行拍打辊压处理，辊压压力为0.15MPa；
d）预充：采用0.01C的电流对辊压后的电芯进行预充；
e）高温浸润：将预充后的电芯在45℃的高温环境下竖直放置处理2天，然后采用大电流化成。
实施例3
一种改善电芯浸润效果的方法，包括以下步骤：
a）初步浸润：锂离子电池封装电芯并注液后，在真空箱中用98Kpa的压力连续抽真空三次，每次抽真空的持续时间为15分钟；
b）微充：将电芯竖直放置处理10小时，电芯竖直放置后保证电芯之间无挤压，然后用小电流进行微充；
c）辊压：微充结束后，继续将电芯竖直放置处理120小时，期间每隔40小时对电芯进行拍打辊压处理，辊压压力为0.15MPa；
d）预充：采用0.5C的电流对辊压后的电芯进行预充；
e）高温浸润：将预充后的电芯在38℃的高温环境下竖直放置处理3天，然后采用大电流化成。
对比例：
锂离子电池封装电芯并注液后，在真空箱中用94Kpa的压力连续抽真空三次，然后将处理后的电芯水平堆放静置20小时，用小电流进行微充，再水平堆放48小时后开始大电流化成。
效果比较：
将实施例1中处理后的电芯与对比例中处理后的电芯进行效果比较，其中电芯中以三元高镍单晶材料作为正极，以石墨作为负极；实施例1与对比例比较过程中采用同一批原料制得的封装电芯；区别仅仅在于电芯封装并加入电解液后的浸润处理不用。
实施例1中的竖直放置处理及对比例中的水平堆放时电解液浸润极片情况如图1所示；
实施例1及对比例中处理后拆开电芯观察极片表面情况，其中负极表面形态如图2所示，由图2可见，经过本发明实施例1中工艺处理后负极表面更加光滑平整，并且电解液分布均匀没有产生析锂现象，而经由对比例中工艺处理后的负极表面不平整，电解液分布不均匀，且存在析锂现象；
对由实施例1及对比例处理后的电芯进行电性能测试；由图3所示可知，经过本发明实施例1工艺处理后的电芯极片浸润更充分，电池的K值明显降低，副反应充分反应，与对比例工艺相比，本发明实施例1处理后的电芯K值降低了31.9%；由图4所示可知，经过本发明实施例1工艺处理后的电芯DCR值也降低了8.21%，电芯具有更好的一致性；由图5所示可知，经过本发明实施例1工艺处理后的电芯极片浸润效果更好，使得活性锂离子更多，增加了电芯容量，容量提高了0.7AH。
应当理解的是，对于本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种改善电芯浸润效果的方法，其特征在于包括以下步骤：
a）初步浸润：锂离子电池封装电芯并注液后，在真空箱中连续抽真空至少三次；
b）微充：将电芯竖直放置处理，然后用小电流进行微充；
c）辊压：微充结束后，继续将电芯竖直放置处理，期间对电芯进行拍打辊压处理；
d）预充：对辊压后的电芯进行预充；
e）高温浸润：将预充后的电芯在高温环境下竖直放置处理，然后采用大电流化成。
2.根据权利要求1所述的一种改善电芯浸润效果的方法，其特征在于：
所述步骤a）中，抽真空的压力为90～98KPa。
3.根据权利要求1所述的一种改善电芯浸润效果的方法，其特征在于：
所述步骤a）中，每次抽真空的持续时间为15～20分钟。
4.根据权利要求1所述的一种改善电芯浸润效果的方法，其特征在于：
所述步骤b）中，电芯竖直放置处理时间为5～10小时。
5.根据权利要求1所述的一种改善电芯浸润效果的方法，其特征在于：
所述步骤b）中，电芯竖直放置后保证电芯之间无挤压。
6.根据权利要求1所述的一种改善电芯浸润效果的方法，其特征在于：
所述步骤c）中，电芯竖直放置处理时间为96～120小时，期间每隔30～40小时拍打辊压处理一次。
7.根据权利要求1所述的一种改善电芯浸润效果的方法，其特征在于：
所述步骤c）中，辊压压力为0.05～0.15MPa。
8.根据权利要求1所述的一种改善电芯浸润效果的方法，其特征在于：
所述步骤d）中，采用0.01～0.5C的电流进行预充。
9.根据权利要求1所述的一种改善电芯浸润效果的方法，其特征在于：
所述步骤e）中，将预充后的电芯在38～45℃的高温环境下竖直放置处理2～3天。
10.一种锂离子电池电芯，其特征在于：
其由包括权利要求1～9任一所述改善电芯浸润效果的方法的工艺制得。
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