CN113366688B

CN113366688B - 一种确定电池的电解液注液质量的方法

Info

Publication number: CN113366688B
Application number: CN202180001815.XA
Authority: CN
Inventors: 闫东阳; 王卫东; 周新辉
Original assignee: Ningde Amperex Technology Ltd; Dongguan Amperex Technology Ltd
Current assignee: Ningde Amperex Technology Ltd; Dongguan Amperex Technology Ltd
Priority date: 2021-02-05
Filing date: 2021-02-05
Publication date: 2022-11-22
Anticipated expiration: 2041-02-05
Also published as: CN113366688A; EP4207481A1; WO2022165754A1; US20220252498A1

Abstract

本申请提供了一种确定电池的电解液注液质量的方法，包括：确定电池的正极活性材料层、负极活性材料层及隔离膜中孔隙的总体积V₁，确定负极活性材料层保证电池循环周期所需要的电解液体积V₂，确定电池在化成过程中消耗的电解液体积V₃，确定电池在注液过程中消耗的电解液体积V₄，确定电池的电解液注液质量：M_El＝(V₁+V₂+V₃+V₄)×ρ_El。本申请所确定的电池电解液注液质量更贴近实际最佳注液质量，提高了电解液注液过程中的精确程度，使得电池的电化学性能更优，电池的研发成本更低。

Description

一种确定电池的电解液注液质量的方法

技术领域

本申请涉及电化学技术领域，具体涉及一种确定电池的电解液注液质量的方法。

背景技术

锂离子电池具有比能量大、工作电压高、自放电率低、体积小、重量轻等特点，广泛应用于电能储存、便携式电子设备和电动汽车等领域。

电解液是影响锂离子电池性能的重要因素之一，因此需要在生产锂离子电池的过程中精确确定锂离子电池需要注入的电解液质量，从而使得锂离子电池的性能达到最优。现有的锂离子电池电解液注液质量确定方法通常是对还未注液的锂离子电池注入不同量的电解液，再对具有不同电解液含量的锂离子电池进行各项性能的测试实验，基于实验结果确定最佳的电解液注入量。但是上述方法通常需要3～6个月的时间，实验周期长、效率低，同时需要耗费电池的制备材料，导致研发成本大。

发明内容

本申请的目的在于提供一种确定电池的电解液注液质量的方法，以提高确定电池注液质量的效率及精确程度。具体技术方案如下：

本申请的第一方面提供了一种确定电池的电解液注液质量的方法，所述方法包括：

确定所述电池的正极活性材料层、负极活性材料层及隔离膜中孔隙的总体积V₁；

确定所述负极活性材料层保证所述电池循环周期所需要的电解液体积V₂，其中：

V₂＝V_{负极活性材料层}×α

式中，V_{负极活性材料层}表示所述负极活性材料层的表观体积，α表示所述负极活性材料层的膨胀百分比；

确定所述电池在化成过程中消耗的电解液体积V₃；

确定所述电池在注液过程中消耗的电解液体积V₄；

确定所述电池的电解液注液质量：M_El＝(V₁+V₂+V₃+V₄)×ρ_El

式中，M_El表示所述电池的电解液注液质量，ρ_El表示所述电解液的密度。

在本申请的一种实施方案中，所述V₃通过下式确定：

V₃＝β×[V_{正极活性材料层}×(1-A₁)+V_{负极活性材料层}×(1-A₂)]

式中，A₁表示所述正极活性材料层的首次效率，A₂表示所述负极活性材料层的首次效率，β表示化成消耗系数，V_{正极活性材料层}表示所述正极活性材料层的表观体积。

在本申请的一种实施方案中，所述V₄通过下式确定：

V₄＝m_c/ρ_El

式中，m_c表示所述电池在注液过程中消耗的电解液质量。

在本申请的一种实施方案中，所述α的范围为5％至15％。

在本申请的一种实施方案中，所述β通过下式确定：

式中，ΔX表示所述电池化成前后的质量差，m₁表示所述电池内化成前的电解液质量。

在本申请的一种实施方案中，所述m_c的范围为0.05g至0.6g。

在本申请的一种实施方案中，所述电解液包括环状碳酸酯化合物、线性酯类化合物和腈类化合物。在本申请的一种实施方案中，基于所述电解液的总质量，所述环状碳酸酯化合物的质量百分含量为20％至70％，所述线性酯类化合物的质量百分含量为10％至40％，所述腈类化合物的质量百分含量为1％至15％。

在本申请的一种实施方案中，所述环状碳酸酯化合物包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯或碳酸甲丙酯中的至少一种；所述线性酯类化合物包括丙酸丙酯、丙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、γ-丁内酯或δ－戊内酯中的至少一种；所述腈类化合物包括乙腈、丁二腈、己二腈、戊二腈、己烷三腈、反式己烯二腈、乙二醇双(丙腈)醚或六氟环三磷腈中的至少一种。

在本申请的一种实施方案中，所述环状碳酸酯化合物包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯，所述线性酯类化合物包括丙酸丙酯和丙酸乙酯，所述腈类化合物包括乙腈，其中，所述碳酸乙烯酯、所述碳酸丙烯酯和所述碳酸二乙酯之间的质量比为1∶1∶1～2，所述丙酸丙酯和所述丙酸乙酯之间的质量比为1∶1～2。

本申请提供了一种确定电池的电解液注液质量的方法，在确定电解液注液质量时，充分考虑了正极活性材料层、负极活性材料层及隔离膜中的孔隙的总体积、负极活性材料层保证电池循环周期所需要的电解液体积、电池在化成过程中消耗的电解液体积、以及电池在注液过程中消耗的电解液体积，因此所确定的电解液注液质量更贴近实际最佳注液质量，提高了在确定电解液注液过程中的精确程度。并且，本申请相较于基于注入不同含量电解液后对电池进行性能测试以确定最佳注液质量的方法，省去了长周期实验过程消耗的时间成本和物料成本，提高了确定电池注液质量的效率，使得电池的电化学性能更优，电池的研发成本更低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请和现有技术的技术方案，下面对实施例和现有技术中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请提供的一种确定电池的电解液注液质量的方法的流程图；

图2为本申请实施例1电池在25℃条件下的性能测试结果；

图3为本申请实施例2电池在45℃条件下的性能测试结果；

图4为本申请实施例3电池在45℃条件下的性能测试结果；

图5为本申请对比例1电池在25℃条件下的性能测试结果；

图6为本申请对比例2电池在45℃条件下的性能测试结果；

图7为本申请对比例3电池在45℃条件下的性能测试结果

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图和实施例，对本申请进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

在一种实施方案中，还可以基于电解液物理消耗量计算应该注入的电解液量，但是这种方法仍存在计算的注入量与电解液实际最佳注液质量偏差大的问题。有鉴于此，本申请提供了一种确定电池的电解液注液质量的方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1，确定电池的正极活性材料层、负极活性材料层及隔离膜中孔隙的总体积V₁。

本申请在确定电解液注液质量时，考虑了电解液在电池内部中的物理填充，保证电解液在正极活性材料层、负极活性材料层及隔离膜的孔隙中填满，使电解液起到传输锂离子的作用。如果上述正极活性材料层、负极活性材料层及隔离膜的局部位置不能被电解液填充，则未被电解液填充的位置无法发挥容量作用，导致电池的电解液浸润不良。

通常而言，电解液会进入正极活性材料层、负极活性材料层及隔离膜的孔隙中进行物理填充，因此可以通过确定正极活性材料层、负极活性材料层及隔离膜的孔隙率，从而确定正极活性材料层、负极活性材料层及隔离膜中孔隙的总体积V₁，进而确定填充正极活性材料层、负极活性材料层及隔离膜所需的电解液质量。

S2，确定负极活性材料层保证电池循环周期所需要的电解液体积V₂。其中：

V₂＝V_{负极活性材料层}×α

式中，V_{负极活性材料层}表示负极活性材料层的表观体积，α表示负极活性材料层的膨胀百分比。

电池通常为可充放电循环的二次电池，因此需要能够在其循环周期中正常使用。在电池的循环周期中，电池的负极活性材料层由于受到锂离子循环往复的嵌入和脱出，导致负极活性材料层体积膨胀。不同于电池的负极活性材料层制造初期的孔隙率，负极活性材料层在循环后期的孔隙率会增大，导致对电解液的物理需求增大。因此本申请还考虑了电池循环后期，因负极活性材料层膨胀而引起的电解液的消耗，保证电池在循环后期不会因电解液含量不足而无法填满负极活性材料层的所有孔隙，造成局部死区损失容量。本申请的负极活性材料层的膨胀百分比α可以根据不同负极活性材料层在循环周期中的膨胀特性确定，该数值通常为5％至15％。

S3，确定电池在化成过程中消耗的电解液体积V₃。

电池中的正极极片和负极极片在首次化成过程中会发生成膜反应，即，会在正极极片和负极极片的表面与电解液组分反应，形成的复杂的有机-无机混合成分，阻挡极片发生副反应，起到保护极片的作用。本申请考虑了电池在化成过程中对电解液的化学消耗，即电解液与正极极片中的正极活性材料、负极极片中的负极活性材料发生电化学反应而消耗的体积V₃。

S4，确定电池在注液过程中消耗的电解液体积V₄。

对电池注液过程中，由于受到其他因素的影响，电解液会出现一定消耗。上述其他因素主要为工艺制造过程对注入电解液的损失，一般根据不同的产线和不同的生产工艺来确定。本申请中，不同的产线主要可以指：产线上配备不同型号不同精度的注液设备、化成设备、抽气设备、称重设备、封装设备，对总的注液公差和注液损失量产生影响。不同的生产工艺主要指：注液工序、化成工序、抽气工序、封装工序等工序的温度、湿度、真空度参数调整，对总的注液公差和注液损失量产生影响。本申请考虑了注液过程中因受到其他因素而对电解液的消耗，从而所确定的电解液注液质量更加精确。

S5，确定电池的电解液注液质量：M_El＝(V₁+V₂+V₃+V₄)×ρ_El。

本申请中，在确定上述V₁、V₂、V₃、V₄后，即可根据电解液的密度确定电解液的注液质量。式中，M_El表示电池的电解液注液质量，ρ_El表示电解液的密度。

需要说明的是，本申请对上述步骤S1至S4的先后顺序没有特别限制，只要能够通过上述步骤S1、S2、S3、S4分别确定出V₁、V₂、V₃、V₄即可。

在本申请的一种实施方案中，可以通过下式确定V₁：

V₁＝V_正极孔隙+V_负极孔隙+V_{隔离膜孔隙}

式中，V_正极孔隙表示正极活性材料层中孔隙的总体积；V_负极孔隙表示负极活性材料层中孔隙的总体积；V_{隔离膜孔隙}表示隔离膜中孔隙的总体积。

在本申请的一种实施方案中，可以通过下式确定V_正极孔隙：

V_正极孔隙＝S_{正极活性材料层}×V_{正极活性材料层}

式中，S_{正极活性材料层}表示正极活性材料层的孔隙率，V_{正极活性材料层}表示正极活性材料层的表观体积。

通过下式确定V_负极孔隙：

V_负极孔隙＝S_{负极活性材料层}×V_{负极活性材料层}

式中，S_{负极活性材料层}表示负极活性材料层的孔隙率，V_{负极活性材料层}表示负极活性材料层的表观体积。

通过下式确定V_{隔离膜孔隙}：

V_{隔离膜孔隙}＝S_隔离膜×V_隔离膜

式中，S_隔离膜表示隔离膜的孔隙率，V_隔离膜表示隔离膜的表观体积。

在本申请的一种实施方案中，电池在化成过程中消耗的电解液体积V₃通过下式确定：

式中，A₁表示正极活性材料层的首次效率，A₂表示负极活性材料层的首次效率，β表示化成消耗系数。

本申请考虑了正极活性材料层和负极活性材料层在首次充放电过程后，对电解液产生的消耗，该消耗即为电池容量的损失。因此，对于正极活性材料层，正极活性材料层的首次效率A₁代表了电池化成后的容量剩余比例，通过表达式V_{正极活性材料层}×(1-A₁)，便可以计算正极活性材料层的损失体积。对于负极活性材料层，负极活性材料层的首次效率A₂代表了电池化成后的容量剩余比例，通过表达式V_{负极活性材料层}×(1-A₂)，便可以计算负极活性材料层的损失体积。但是，由于正极活性材料层或负极活性材料层的首次效率损失，并非都由活性材料的表面积或体积的损失带来，还包含电极活性材料本身表面成分变化及相变化带来的容量损失。基于此，为了校正该部分的偏差，本申请考虑了化成消耗系数β，该数值可以通过化学体系的化成消耗实验确定。

在本申请的一种实施方案中，化成消耗系数通过下式确定：

式中，ΔX表示电池化成前后的质量差，m₁表示电池内化成前的电解液质量。

在进行化学体系的化成消耗实验时，可以向未加注过电解液的电池注入质量为m₁的过量电解液，对电池称量，得到第一质量m_x；

对注液后的电池进行化成工序，化成后抽出电池内产生的气体，再次对电池称量，得到第二质量m_y；

计算ΔX＝m_x-m_y，即可得到β。

在本申请的一种实施方案中，电池在注液过程中消耗的电解液体积V₄可以通过下式确定：

V₄＝m_c/ρ_El

式中，m_c表示电池在注液过程中消耗的电解液质量。

在本申请的一种实施方案中，电解液消耗质量m_c为0.05g至0.6g。

在本申请的一种实施方案中，电解液包括环状碳酸酯化合物、线性酯类化合物和腈类化合物。其中，环状碳酸酯化合物对离子的解离和电解液的浸润能力较好，线性酯类化合物电导率较高，腈类化合物能够提高正极活性材料层和负极活性材料层的SEI成膜性。

在本申请的一种实施方案中，基于电解液的总质量，环状碳酸酯化合物的质量百分含量为20％至70％，线性酯类化合物的质量百分含量为10％至40％，腈类化合物的质量百分含量为1％至15％。

本申请中，通过控制环状碳酸酯化合物的质量百分含量在上述范围内，能够提高电解液的离子解离性和浸润性；通过控制线性酯类化合物的质量百分含量在上述范围内，能够提高电解液的导电性，避免电极极片因局部位置极化过大导致析锂，保证电池在长循环后无明显的界面不良现象，提高电池寿命；通过控制腈类化合物的质量百分含量在上述范围内，能够维持电池循环周期的存储要求，避免因正极活性材料层和负极活性材料层的保护膜破碎和再成膜带来的电解液多次消耗问题，提高电池的长期存储稳定性。

本申请对环状碳酸酯化合物、线性酯类化合物和腈类化合物没有特别限制，只要能满足本申请要求即可。在电解液中除上述环状碳酸酯化合物、线性酯类化合物和腈类化合物以外，还可以包括其他化合物，例如包括但不限于：羧酸酯化合物、醚化合物或其它有机溶剂中的至少一种。

在本申请的一种实施方案中，环状碳酸酯化合物包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯或碳酸甲丙酯中的至少一种；

线性酯类化合物包括丙酸丙酯、丙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、γ-丁内酯或δ－戊内酯中的至少一种；

腈类化合物包括乙腈、丁二腈、己二腈、戊二腈、己烷三腈、反式己烯二腈、乙二醇双(丙腈)醚或六氟环三磷腈中的至少一种。在本申请的一种实施方案中，己烷三腈可以是1，3，6-己烷三腈。

在本申请的一种实施方案中，环状碳酸酯化合物包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯，线性酯类化合物包括丙酸丙酯和丙酸乙酯，腈类化合物包括乙腈。其中，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯之间的质量比为1∶1∶1～2，丙酸丙酯和丙酸乙酯之间的质量比为1∶1～2。包括上述组分和含量的电解液，能够进一步提高电解液的离子解离性和浸润性以及长期存储稳定性。

本申请中的正极活性材料层没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，正极活性材料层包括正极活性材料，正极活性材料没有特别限制，可以使用本领域公知的任何正极活性材料，例如，可以包括镍钴锰酸锂(811、622、523、111)、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、富锂锰基材料、钴酸锂、锰酸锂、磷酸锰铁锂或钛酸锂中的至少一种。

本申请中的负极活性材料层没有特别限制，只要能够实现本申请目的即可。例如，负极活性材料层包括负极活性材料，负极活性材料没有特别限制，可以使用本领域公知的任何负极活性材料。例如，可以包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳、硬碳、硅、硅碳、钛铌化合物、钛酸锂等中的至少一种。

本申请的隔离膜包括，但不限于，选自聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或芳纶中的至少一种。举例来说，聚乙烯包括选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯中的至少一种组分。尤其是聚乙烯和聚丙烯，它们对防止短路具有良好的作用，并可以通过关断效应改善锂离子电池的稳定性。

隔离膜的表面还可包括多孔层，多孔层设置在隔离膜的至少一个表面上，多孔层包括无机颗粒和粘接剂，无机颗粒选自氧化铝(Al₂O₃)、氧化硅(SiO₂)、氧化镁(MgO)、氧化钛(TiO₂)、二氧化铪(HfO₂)、氧化锡(SnO₂)、二氧化铈(CeO₂)、氧化镍(NiO)、氧化锌(ZnO)、氧化钙(CaO)、氧化锆(ZrO₂)、氧化钇(Y₂O₃)、碳化硅(SiC)、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙和硫酸钡中的一种或多种的组合。粘接剂选自聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素钠、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和聚六氟丙烯中的一种或多种的组合。

多孔层可以提升隔离膜的耐热性能、抗氧化性能和电解液浸润性能，增强隔离膜与正极或负极之间的粘接性能。

电池的制备过程为本领域技术人员所熟知的，本申请没有特别的限制。例如锂离子电池可以通过以下过程制造：将正极和负极经由隔离膜隔开堆叠，并根据需要将其卷绕、折叠等操作后放入壳体内，将电解液注入壳体并封口。此外，也可以根据需要将防过电流元件、导板等置于壳体中，从而防止锂离子电池内部的压力上升、过充放电。

本申请对电池没有特别限制，例如可以是一次电池、二次电池、燃料电池、太阳能电池或电容。一种典型的电池就是锂离子电池，其是一种二次电池。锂离子电池一般包含有负极极片、正极极片、隔离膜及电解液。

本申请对电解液的制备过程没有特别限制，例如电解液可以通过以下过程制备：将组成电解液的各原料组分按比例混合并搅拌均匀后，得到电解液。

实施例

以下，举出实施例及对比例来对本申请的实施方式进行更具体地说明。各种的试验及评价按照下述的方法进行。另外，只要无特别说明，“份”、“％”为质量基准。

测试方法和设备：

孔隙率测试：

分别称取一定质量(例如10g)的正极活性材料层、负极活性材料层或隔离膜样品，置于真密度测试仪(型号AccuPycⅡ)中，使测试系统保持密闭，然后通入氮气。真密度测试仪根据样品室和膨胀室中的气体压力，通过波尔定律(PV＝nRT)计算得到样品的孔隙的真实体积，和对应孔隙率数值。

实施例1

电池尺寸：4.29mm(厚)×44.14mm(宽)×83.79mm(长)，截止电压：4.45V，电池容量：2719mAh。

<1-1.正极极片的制备>

将正极活性材料钴酸锂、乙炔黑、聚偏二氟乙烯(PVDF)按质量比94∶3∶3混合，然后加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，调配成固含量为75％的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在厚度为12μm的铝箔的一个表面上，90℃条件下烘干，冷压后得到正极活性材料层厚度为100μm的正极极片，然后在该正极极片的另一个表面上重复以上步骤，得到双面涂覆有正极活性材料层的正极极片。将正极极片焊接极耳后待用。

<1-2.负极极片的制备>

将负极活性材料人造石墨、乙炔黑、丁苯橡胶及羧甲基纤维素钠按质量比96∶1∶1.5∶1.5混合，然后加入去离子水作为溶剂，调配成固含量为70％的浆料，并搅拌均匀。将浆料均匀涂覆在厚度为8μm的铜箔的一个表面上，110℃条件下烘干，冷压后得到负极活性材料层厚度为150μm的单面涂覆负极活性材料层的负极极片，然后在该负极极片的另一个表面上重复以上涂覆步骤，得到双面涂覆有负极活性材料层的负极极片。将负极极片焊接极耳后待用。

<1-3.隔离膜的制备>

将氧化铝与聚丙烯酸酯依照质量比90∶10混合并将其溶入到去离子水中以形成固含量为50％的陶瓷浆料。随后采用微凹涂布法将陶瓷浆料均匀涂布到多孔基材(聚乙烯，厚度7μm，平均孔径为0.073μm，孔隙率为26％)的其中一面上，经过干燥处理以获得陶瓷涂层与多孔基材的双层结构。

将聚偏二氟乙烯与聚丙烯酸酯依照质量比96∶4混合并将其溶入到去离子水中以形成固含量为50％的聚合物浆料。随后采用微凹涂布法将聚合物浆料均匀涂布到上述陶瓷涂层与多孔基材双层结构的两个表面上，经过干燥处理以获得隔离膜。

电解液注液质量的参数及计算结果参见表1-1至表1-5

表1-1

表1-2

α	负极活性材料层体积(mm<sup>3</sup>)	V<sub>2</sub>(mm<sup>3</sup>)
			9.2％	5854.816	538.643

表1-3

表1-4

电池部件	m<sub>c</sub>(g)	V<sub>4</sub>(mm<sup>3</sup>)
			电池	0.15	130.434

表1-5

V<sub>1</sub>+V<sub>2</sub>+V<sub>3</sub>+V<sub>4</sub>(mm<sup>3</sup>)	ρ<sub>El</sub>(g/cm<sup>3</sup>)	M<sub>El</sub>(g)
			3906.132	1.15	4.49

根据所确定的注液质量M_El向电池中注入电解液。该电解液中，环状碳酸酯化合物的质量百分含量为45％，线性酯类化合物的质量百分含量为40％，腈类化合物的质量百分含量为15％。其中，环状碳酸酯化合物包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯(质量比1∶1∶1)，线性酯类化合物包括丙酸丙酯和丙酸乙酯(质量比1∶1)，腈类化合物为乙腈。

通过以下方法对电池进行25℃循环测试：

充电模式：

将电池以1.3C恒流充电至4.1V，再恒压充电至电流为1.0C，再以1.0C恒流充电至电压为4.2V，再恒压充电至电流为0.7C，再以0.7C恒流充电至电压为4.3V，再恒压充电至电流为0.4C，再以0.4C恒流充电至电压为4.45V，再恒压充电至电流为0.025C。

放电模式：

在第1次、第49次、第99次、第149次、第199次、第249次、…第999次循环中，将电池以0.2C放电至电压为3.0V；

在第2至第48次、第50至第98次、第100至第148次、第150至第198次、…第950至第998次、第1000次循环中，将电池以0.5C放电至电压为3.2V。

循环过程中，使用千分尺分别测量第1次、第50次、第100次、第150次、第200次、…第1000次循环测试时，电池充满电的厚度。

电池在25℃条件下的循环测试结果如图2所示。

实施例2

电池尺寸：5.06mm(厚)×56.53mm(宽)×74.3mm(长)，截止电压：4.43V，电池容量：3720mAh。

在制备电池时，<正极极片的制备>、<负极极片的制备>及<隔离膜的制备>的制备工艺均与实施例1相同。

电解液注液质量的参数及计算结果参见表2-1至表2-5

表2-1

表2-2

α	负极活性材料层体积(mm<sup>3</sup>)	V<sub>2</sub>(mm<sup>3</sup>)
			11％	7321.731	805.390

表2-3

表2-4

电池部件	m<sub>c</sub>(g)	V<sub>4</sub>(mm<sup>3</sup>)
			电池	0.15	130.434

表2-5

V<sub>1</sub>+V<sub>2</sub>+V<sub>3</sub>+V<sub>4</sub>(mm<sup>3</sup>)	ρ<sub>El</sub>(g/cm<sup>3</sup>)	M<sub>El</sub>(g)
			5222.394	1.15	6.00

根据所确定的注液质量M_El向电池中注入电解液。该电解液中，环状碳酸酯化合物的质量百分含量为68％，线性酯类化合物的质量百分含量为30％，腈类化合物的质量百分含量为2％。其中，环状碳酸酯化合物包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯(质量比1∶1∶2)，线性酯类化合物包括丙酸丙酯和丙酸乙酯(质量比1∶2)，腈类化合物为丁二腈。

通过以下方法对电池进行45℃循环测试：

充电模式：

将电池以1.65C恒流充电至4.1V，再恒压充电至电流为1.5C，再以1.5C恒流充电至电压为4.25V，再恒压充电至电流为1.2C，再以1.2C恒流充电至电压为4.3V，再恒压充电至电流为0.7C，再以0.7C恒流充电至电压为4.43V，再恒压充电至电流为0.025C。

放电模式：

每次循环中，将电池以0.7C放电至电压为3.0V。

电池在45℃条件下的循环测试结果如图3所示。

实施例3

电池尺寸3.956mm(厚)×44.74mm(宽)×101.75mm(长)，截止电压：4.35V，电池容量：2946mAh。

电解液注液质量的参数及计算结果参见表3-1至表3-5

表3-1

表3-2

α	负极活性材料层体积(mm<sup>3</sup>)	V<sub>2</sub>(mm<sup>3</sup>)
			11％	5108.955	561.985

表3-3

表3-4

电池部件	m<sub>c</sub>(g)	V<sub>4</sub>(mm<sup>3</sup>)
			电池	0.15	130.434

表3-5

V<sub>1</sub>+V<sub>2</sub>+V<sub>3</sub>+V<sub>4</sub>(mm<sup>3</sup>)	ρ<sub>El</sub>(g/cm<sup>3</sup>)	M<sub>El</sub>(g)
			3765.505	1.15	4.33

根据所确定的注液质量M_El向电池中注入电解液。该电解液中，环状碳酸酯化合物的质量百分含量为70％，线性酯类化合物的质量百分含量为15％，腈类化合物的质量百分含量为15％。其中，环状碳酸酯化合物包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯(质量比1∶1∶1)，线性酯类化合物包括丙酸丙酯和丙酸乙酯(质量比1∶1)，腈类化合物为己二腈。

通过以下方法对电池进行45℃循环测试：

充电模式：

将电池以1.1C恒流充电至4.05V，再恒压充电至电流为1.0C，再以1.0C恒流充电至电压为4.1V，再恒压充电至电流为0.7C，再以0.7C恒流充电至电压为4.2V，再恒压充电至电流为0.4C，再以0.4C恒流充电至电压为4.35V，再恒压充电至电流为0.025C。

放电模式：

电池在45℃条件下的循环测试结果如图4所示。

对比例1

电池尺寸型号、截止电压、电池容量均与实施例1相同。

使用与实施例1组成相同的电解液，按照以下5个注液质量梯度分别注液：4.8g、4.7g、4.6g、4.5g、4.4g。

按照与实施例1相同的循环测试方法对上述5个注液质量梯度的电池进行25℃温度条件下的循环测试，测试结果如图5所示。

对比例2

电池尺寸型号、截止电压、电池容量均与实施例2相同。

使用与实施例2组成相同的电解液，按照以下7个注液质量梯度分别注液：5.3g、5.55g、5.8g、5.9g、6.05g、6.3g、6.4g。

按照与实施例2相同的循环测试方法对上述7个注液质量梯度的电池进行45℃温度条件下的循环测试，测试结果如图6所示。

对比例3

电池尺寸型号、截止电压、电池容量均与实施例3相同。

使用与实施例3组成相同的电解液，按照以下5个注液质量梯度分别注液：4.1g、4.2g、4.3g、4.4g、4.5g。

按照与实施例3相同的循环测试方法对上述5个注液质量梯度的电池进行45℃温度条件下的循环测试，测试结果如图7所示。

从实施例1和对比例1并结合图2和图5可以看出，对比例1的通过电解液的梯度设计来确定电解液最佳注液质量的方法中，25℃电池循环性能最好的是电解液注液质量为4.5g的一组，与根据本申请的注液质量确定方法所确定的电解液注液质量4.49g十分接近，且测试得到的25℃度电池循环性能结果、在1000次充放电循环后的容量保持率相同，表明本申请确定的注液质量与实际最佳注液质量相符合，精确度高。

从实施例2和对比例2并结合图3和图6可以看出，对比例2的通过电解液的梯度设计来确定电解液最佳注液质量的方法中，45℃电池循环性能最好的是电解液注液质量为6.05g的一组，与根据本申请的注液质量确定方法所确定的电解液注液质量6.00g十分接近，且测试得到的45℃度电池循环性能结果、在800次充放电循环后的容量保持率相同，表明本申请确定的注液质量与实际最佳注液质量相符合，精确度高。

从实施例3和对比例3并结合图4和图7可以看出，对比例3的通过电解液的梯度设计来确定电解液最佳注液质量的方法中，45℃电池循环性能最好的是电解液注液质量为4.3g的一组，与根据本申请的注液质量确定方法所确定的电解液注液质量4.33g十分接近，且测试得到的45℃度电池循环性能结果、在800次充放电循环后的容量保持率较大(约大0.6％)，表明本申请确定的注液质量与实际最佳注液质量相符合，甚至比通过实验验证方法来确定电解液注液质量更加精确。

从图2至图4还可以看出，随着电池充放电循环次数的增加，电池的膨胀率逐渐升高。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims

1.一种确定电池的电解液注液质量的方法，其特征在于，所述方法包括：

V_2＝V_{负极活性材料层}×α

确定所述电池在化成过程中消耗的电解液体积V₃；所述V₃通过下式确定：

式中，A₁表示所述正极活性材料层的首次效率，A₂表示所述负极活性材料层的首次效率，β表示化成消耗系数，V_{正极活性材料层}表示所述正极活性材料层的表观体积；所述β通过下式确定：

式中，ΔX表示所述电池化成前后的质量差，m₁表示所述电池内化成前的电解液质量；

确定所述电池在注液过程中消耗的电解液体积V₄；

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述V₄通过下式确定：

V₄＝m_c/ρ_El

式中，m_c表示所述电池在注液过程中消耗的电解液质量。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述α的范围为5％至15％。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述m_c的范围为0.05g至0.6g。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电解液包括碳酸酯化合物、线性酯类化合物和腈类化合物；

所述碳酸酯化合物为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯或碳酸甲丙酯中的至少一种；

所述线性酯类化合物为丙酸丙酯、丙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯或丁酸乙酯中的至少一种；

所述腈类化合物包括乙腈、丁二腈、己二腈、戊二腈、己烷三腈、反式己烯二腈、乙二醇双(丙腈)醚或六氟环三磷腈中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，基于所述电解液的总质量，所述碳酸酯化合物的质量百分含量为20％至70％，所述线性酯类化合物的质量百分含量为10％至40％，所述腈类化合物的质量百分含量为1％至15％。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述碳酸酯化合物为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯，所述线性酯类化合物为丙酸丙酯和丙酸乙酯，所述腈类化合物包括乙腈，其中，所述碳酸乙烯酯、所述碳酸丙烯酯和所述碳酸二乙酯之间的质量比为1∶1∶1～2，所述丙酸丙酯和所述丙酸乙酯之间的质量比为1∶1～2。