CN113794038B - 一种改善钢壳全极耳圆柱电芯注液浸润的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种改善钢壳全极耳圆柱电芯注液浸润的方法，所述方法包括：采用经压花处理的极片制作卷芯后，向电芯进行注液，注液过程中控制真空度为‑0.09Mpa至‑0.1Mpa，加压压力大于等于0.8Mpa。本发明通过对极片进行压花处理，增加可注液空间，并提升注液时真空度和加压压力，从而使电解液迅速进入到卷芯内部，提升注液效果，减少注液时间，且卷芯拆解过程中无白条，有助于电芯容量发挥，提高了注液效率和合格率。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种改善钢壳全极耳圆柱电芯注液浸润的方法。
背景技术
目前，圆柱电池在自行车市场使用量较多，其中全极耳圆柱电池最多，其具有倍率性能好，成本低，安全性能好等优势。在制作钢壳全极耳圆柱电芯过程中，注液工序是将电解液注入电池壳内的工序，是一道必不可少的工序，注液工艺决定了电芯的容量发挥和电芯性能。
目前行业内通常采用抽真空、加压方法进行注液，但是钢壳全极耳圆柱电芯的中卷芯上端的正极极耳内部空隙很小，电解液短时间内无法进入到卷芯，对于能量密度大的电芯极片压实密度大，吸液时间长，一颗电芯注液时间需90分钟左右，严重影响电芯的生产效率，若缩短注液时间，则拆解电芯之后发现有白条，合格率低。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种改善钢壳全极耳圆柱电芯注液浸润的方法，实现钢壳全极耳圆柱电芯良好注液浸润效果和注液效率的兼顾。
本发明提供一种改善钢壳全极耳圆柱电芯注液浸润的方法，包括：采用经压花处理的极片制作卷芯后，向电芯进行注液，所述注液过程中控制真空度为-0.09Mpa至-0.1Mpa，加压压力大于等于0.8Mpa。
本发明通过对极片进行压花处理，增加可注液空间，并提升注液时真空度和加压压力，使注液真空度范围由常规的-0.08Mpa至-0.09Mpa变为-0.09Mpa至-0.1Mpa，加压压力范围由0.6至0.7Mpa变为大于等于0.8Mpa，从而使电解液迅速进入到卷芯内部，提升注液效果，减少注液时间，且卷芯拆解过程中无白条，有助于电芯容量发挥，提高了注液效率和合格率。
进一步地，所述压花处理具体为对正极极片的活性物质层进行压花处理。正极极片一般包括集流体和涂覆于集流体表面的活性物质层，本发明是在活性物质层远离集流体一端的表面进行压花处理。本发明正极活性材料可为铁锂与三元材料，负极材料为石墨、软碳、硬碳或硅碳。
进一步地，压花部位的面积占活性物质层原表面积的30～70％，深度为活性物质层厚度的1/5～2/3。本发明将压花部位的面积和压花深度控制在上述范围内，可以在尽可能增加注液空间以提升注液效率的同时，又避免由于活性物质层被压缩而造成的活性物质颗粒结构被破坏的影响。
进一步优选地，压花部位的面积占活性物质层原表面积的40～60％，深度为活性物质层厚度的1/5～2/5。
进一步地，压花部位由规则阵列排布的压花单元组成。所述压花单元的形状为圆形或规则多边形，例如三角形，长方形，正方形，菱形等。
在本发明的具体实施方式中，所述改善钢壳全极耳圆柱电芯注液浸润的方法，包括以下步骤：
S1、将碾压后的极片进行分切；
S2、对正极极片的活性物质层进行压花处理；
S3、制作卷芯，组装电芯；
S4、以抽真空、加压和泄压静置为1个循环，向电芯进行注液，所述注液过程中控制真空度为-0.09Mpa至-0.1Mpa，加压压力大于等于0.8Mpa。
其中，步骤S4具体包括：
在电芯注液口设置注液套杯，注入电解液，将包含电解液的注液套杯和电芯整体移至注液机的密封腔室，以抽真空、第一加压和泄压静置为1次循环，对电芯进行n次循环处理；
而后以抽真空、第二加压和泄压静置为1次循环，对电芯进行n-2～n次循环处理；
其中，所述第二加压的加压时间为所述第一加压的加压时间的10～16倍，4≤n≤7。
进一步地，步骤S4中，进行所述抽真空时，真空度控制在-0.09Mpa至-0.1Mpa，时间控制在90～100s；进行所述第一加压和第二加压时，压力均大于等于0.8Mpa；所述第一加压的加压时间控制在40～60s；所述泄压静置的时间为30～40s。
本发明所述方法更适用于储能型的钢壳全极耳圆柱电芯。
本发明提供了一种改善钢壳全极耳圆柱电芯注液浸润的方法，通过对极片进行压花处理，增加可注液空间，并提升注液时真空度和加压压力，从而使电解液迅速进入到卷芯内部，提升注液效果，减少注液时间，且卷芯拆解过程中无白条，有助于电芯容量发挥，提高了注液效率和合格率。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的改善钢壳全极耳圆柱电芯注液浸润方法的工艺流程图；
图2为压花后极片的剖面图；
图3为电芯及注液套杯在密闭腔室中的示意图；
图中：1-压花部位；2-活性物质层；3-箔材；4-电芯；5-注液套杯；6-电解液；7-密封缸。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种改善钢壳全极耳圆柱电芯注液浸润的方法，其工艺流程图如图1所示，具体步骤如下：
S1、将碾压后的极片进行分切；
S2、对正极极片的活性物质层进行压花处理；压花后其剖面图如图2所示，此时正极极片由箔材3和涂覆在箔材表面的活性物质层2组成，活性物质层2表面有压花部位1，由规则阵列排布的圆形组成，压花部位1的面积占活性物质层2原表面积的40％，深度为活性物质层2厚度的2/5；
S3、利用已压花的正极极片与负极极片制作卷芯，再组装得到注液前的半成品电芯；
S4、向电芯进行注液，注液过程中控制真空度为-0.09Mpa至-0.1Mpa，加压压力大于等于0.8Mpa；在注液过程中当真空度或压力不在设定范围内，则立即停止注液，调整真空度和加压压力；
具体地，如图3所示，将电芯4装在注液套杯5工装，将电解液6注到注液套杯5中，再将注入电解液6的注液套杯5和电芯4整体移至注液机的密封缸7；
以抽真空100s，加压300s，泄压静置30s为1次循环，对电芯进行7次循环；其中，抽真空时真空度控制在-0.09Mpa至-0.1Mpa，加压压力大于等于0.8Mpa；
S5、取出电芯。
实施例2
本实施例提供一种改善钢壳全极耳圆柱电芯注液浸润的方法，具体步骤如下：
S1、将碾压后的极片进行分切；
S2、对正极极片的活性物质层进行压花处理；压花后正极极片由箔材和涂覆在箔材表面的活性物质层组成，活性物质层表面有压花部位，压花部位的面积占活性物质层原表面积的60％，深度为活性物质层厚度的1/5；
S3、利用已压花的正极极片与负极极片制作卷芯，再组装得到注液前的半成品电芯；
S4、向电芯进行注液，注液过程中控制真空度为-0.09Mpa至-0.1Mpa，加压压力大于等于0.8Mpa；在注液过程中当真空度或压力不在设定范围内，则立即停止注液，调整真空度和加压压力；
具体地，将电芯装在注液套杯工装，将电解液注到注液套杯中，再将注入电解液的注液套杯和电芯整体移至注液机的密封缸；
先以抽真空100s，加压50s，泄压静置30s为1次循环，对电芯进行4次循环；其中，抽真空时真空度控制在-0.09Mpa至-0.1Mpa，加压压力大于等于0.8Mpa；
再以抽真空100s，加压600s，泄压静置30s为1次循环，对电芯进行3次循环；其中，抽真空时真空度控制在-0.09Mpa至-0.1Mpa，加压压力大于等于0.8Mpa；
S5、取出电芯。
对比例1
本对比例提供一种钢壳全极耳圆柱电芯的注液浸润方法，具体步骤如下：
S1、将碾压后的极片进行分切；
S2、不进行压花处理，直接制作卷芯，再组装得到注液前的半成品电芯；
S3、向电芯进行注液，注液过程中控制真空度为-0.08Mpa至-0.09Mpa，加压压力0.6～0.7Mpa；具体操作过程同实施例1步骤S4；
S4、取出电芯。
对比例2
本对比例提供一种钢壳全极耳圆柱电芯的注液浸润方法，具体步骤如下：
S1、将碾压后的极片进行分切；
S2、不进行压花处理，直接制作卷芯，再组装得到注液前的半成品电芯；
S3、向电芯进行注液，注液过程中控制真空度为-0.08Mpa至-0.09Mpa，加压压力大于等于0.8Mpa；具体操作过程同实施例1步骤S4；
S4、取出电芯。
对比例3
本对比例提供一种钢壳全极耳圆柱电芯的注液浸润方法，具体步骤如下：
S1、将碾压后的极片进行分切；
S2、对正极极片的活性物质层进行压花处理，具体同实施例1；
S3、利用已压花的正极极片与负极极片制作卷芯，再组装得到注液前的半成品电芯；
S4、向电芯进行注液，注液过程中控制真空度为-0.08Mpa至-0.09Mpa，加压压力0.6～0.7Mpa；具体操作过程同实施例1步骤S4；
S5、取出电芯。
对比例4
本对比例提供一种钢壳全极耳圆柱电芯的注液浸润方法，具体步骤如下：
S1、将碾压后的极片进行分切；
S2、不进行压花处理，直接制作卷芯，再组装得到注液前的半成品电芯；
S3、向电芯进行注液，注液过程中控制真空度为-0.09Mpa至-0.1Mpa，加压压力0.6～0.7Mpa；具体操作过程同实施例1步骤S4；
S4、取出电芯。
对比例5
本对比例提供一种钢壳全极耳圆柱电芯的注液浸润方法，具体步骤如下：
S1、将碾压后的极片进行分切；
S2、不进行压花处理，直接制作卷芯，再组装得到注液前的半成品电芯；
S3、向电芯进行注液，注液过程中控制真空度为-0.09Mpa至-0.1Mpa，加压压力大于等于0.8Mpa；具体操作过程同实施例1步骤S4；
S4、取出电芯。
对比例6
本对比例提供一种钢壳全极耳圆柱电芯的注液浸润方法，具体步骤如下：
S1、将碾压后的极片进行分切；
S2、对正极极片的活性物质层进行压花处理，具体同实施例1；
S3、利用已压花的正极极片与负极极片制作卷芯，再组装得到注液前的半成品电芯；
S4、向电芯进行注液，注液过程中控制真空度为-0.09Mpa至-0.1Mpa，加压压力0.6～0.7Mpa；具体操作过程同实施例1步骤S4；
S5、取出电芯。
性能测试
分别采用实施例1-2和对比例1-6的方法制备相同规格的钢壳全极耳圆柱电芯，然后进行实验1和实验2，其中，实验1为注液时间均为50分钟的情况下，拆解观察各组卷芯的浸润效果，实验2为实现卷芯无白条的情况下，各组注液需要的时间。实验结果如表1和表2所示。
表1注液时间相同条件下各组卷芯浸润效果
| 极片处理 | 真空度范围 | 加压压力范围 | 卷芯浸润效果 | |
| 实施例1 | 已压花 | -0.09～-0.1Mpa | ≥0.8Mpa | 无白条 |
| 实施例2 | 已压花 | -0.09～-0.1Mpa | ≥0.8Mpa | 无白条 |
| 对比例1 | 未压花 | -0.08～-0.09Mpa | 0.6～0.7Mpa | 有白条 |
| 对比例2 | 未压花 | -0.08～-0.09Mpa | ≥0.8Mpa | 有白条 |
| 对比例3 | 已压花 | -0.08～-0.09Mpa | 0.6～0.7Mpa | 有白条 |
| 对比例4 | 未压花 | -0.09～-0.1Mpa | 0.6～0.7Mpa | 有白条 |
| 对比例5 | 未压花 | -0.09～-0.1Mpa | ≥0.8Mpa | 有白条 |
| 对比例6 | 已压花 | -0.09～-0.1Mpa | 0.6～0.7Mpa | 有白条 |
表2实现卷芯无白条情况下各组注液时间
| 极片处理 | 真空度范围 | 加压压力范围 | 时间结果 | |
| 实施例1 | 已压花 | -0.09～-0.1Mpa | ≥0.8Mpa | 50min |
| 实施例2 | 已压花 | -0.09～-0.1Mpa | ≥0.8Mpa | 48.5min |
| 对比例1 | 未压花 | -0.08～-0.09Mpa | 0.6～0.7Mpa | 80min |
| 对比例2 | 未压花 | -0.08～-0.09Mpa | ≥0.8Mpa | 60min |
| 对比例3 | 已压花 | -0.08～-0.09Mpa | 0.6～0.7Mpa | 70min |
| 对比例4 | 未压花 | -0.09～-0.1Mpa | 0.6～0.7Mpa | 75min |
| 对比例5 | 未压花 | -0.09～-0.1Mpa | ≥0.8Mpa | 67min |
| 对比例6 | 已压花 | -0.09～-0.1Mpa | 0.6～0.7Mpa | 68min |
由以上结果可以看出，采用本发明的方法，注液效果最佳，卷芯拆解过程中无白条，有助于电芯容量发挥，提高了注液效率和合格率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种改善钢壳全极耳圆柱电芯注液浸润的方法，其特征在于，包括：采用经压花处理的极片制作卷芯后，在电芯注液口设置注液套杯，注入电解液，将包含电解液的注液套杯和电芯整体移至注液机的密封腔室，以抽真空、第一加压和泄压静置为1次循环，对电芯进行n次循环处理；
而后以抽真空、第二加压和泄压静置为1次循环，对电芯进行n-2～n次循环处理；
其中，所述第二加压的加压时间为所述第一加压的加压时间的10～16倍，4≤n≤7；
进行所述抽真空时，真空度控制在-0.09Mpa至-0.1Mpa，时间控制在90～100s；进行所述第一加压和第二加压时，压力均大于等于0.8Mpa；所述第一加压的加压时间控制在40～60s；所述泄压静置的时间为30～40s。
2.根据权利要求1所述的改善钢壳全极耳圆柱电芯注液浸润的方法，其特征在于，所述压花处理具体为对正极极片的活性物质层进行压花处理。
3.根据权利要求2所述的改善钢壳全极耳圆柱电芯注液浸润的方法，其特征在于，压花部位的面积占活性物质层原表面积的30～70％，深度为活性物质层厚度的1/5～2/3。
4.根据权利要求3所述的改善钢壳全极耳圆柱电芯注液浸润的方法，其特征在于，压花部位的面积占活性物质层原表面积的40～60％，深度为活性物质层厚度的1/5～2/5。
5.根据权利要求1～4任一项所述的改善钢壳全极耳圆柱电芯注液浸润的方法，其特征在于，压花部位由规则阵列排布的压花单元组成。
6.根据权利要求5所述的改善钢壳全极耳圆柱电芯注液浸润的方法，其特征在于，所述压花单元的形状为圆形或规则多边形。
7.根据权利要求1～4任一项所述的改善钢壳全极耳圆柱电芯注液浸润的方法，其特征在于，所述方法适用于储能型钢壳全极耳圆柱电芯。
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