CN115275091A - 厚电极浸润方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池生产技术领域，具体公开了一种厚电极浸润方法，该厚电极浸润方法中，对浸润厚电极的电解液先进行阶梯式升温，然后再进行阶梯式降温，在每个不同的温度下保持一定时长以完成对厚电极的浸润，上述阶梯式升温和阶梯式降温过程，使得厚电极的内外部形成了温度场和电解液流场的脉冲振荡，在温度场和电解液流场作用下，电解液在厚电极的内部和外部来回流动。上述浸润方法无需较高的温度，在保证厚电极浸润程度和均匀性的同时，可以避免电极材料或电极液出现热降解；另一方面，浸润时间大大缩短，提高电池生产效率，降低能耗和电池的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及电池生产技术领域，尤其涉及一种厚电极浸润方法。
背景技术
随着新能源电动汽车的快速发展和规模扩张，市场对高能量、高功率动力电池的需求不断增加。厚电极技术是提升电池能量密度最为简单的方法，随着电极厚度的增加，活性主材占比显著增加，从而提升电池能量密度。然而电极厚度的增加，电极曲折度显著增加，电解液液相扩散速率降低，电极浸润程度和浸润性对电池内阻和电性能产生显著影响。
当前锂电池真空注液后采用恒温浸润工艺，浸润温度为45-75℃，浸润时间为24-48h。为了提高厚电极浸润速率和均匀性，目前主要采用两种方式，一种是提高浸润温度，另一种是延长厚电极浸润时间。然而浸润温度过高将导致电极材料和电极液出现热降解，影响电池功能发挥。延长厚电极浸润时间可提高电解液浸润程度和均匀性，但是会导致电池生产效率显著降低，同时浸润工序能耗显著增加，造成电池成本的增加。
为此，亟需研究一种厚电极浸润方法，以避免电极材料或电极液出现热降解，提高厚电极浸润程度和均匀性，提高电池生产效率，降低电池生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种厚电极浸润方法，以避免电极材料或电极液出现热降解，提高厚电极浸润程度和均匀性，提高电池生产效率，降低电池生产成本。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种厚电极浸润方法，该厚电极浸润方法包括以下步骤：
S01、对浸润厚电极的电解液进行阶梯式升温，在每个不同的温度Ti下浸润厚电极的时间为Δti，然后进入下一温度梯度；
S02、对浸润厚电极的电解液进行阶梯式降温，在每个不同的温度Tc下浸润厚电极的时间为Δtc，然后进入下一温度梯度。
作为优选，在步骤S01中，对浸润厚电极的电解液进行阶梯式升温的过程，任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT为5-20℃。
作为优选，在步骤S01中，对厚电极浸润过程，在每个不同的温度Ti下，浸润时长Δti为0.5-5h。
作为优选，在步骤S02中，对浸润厚电极的电解液进行阶梯式降温的过程，任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT为5-20℃。
作为优选，在步骤S02中，对厚电极浸润过程，在每个不同的温度Tc下，浸润时长Δtc为0.5-5h。
作为优选，所述厚电极浸润方法还包括S03，循环步骤S01和步骤S02且循环的次数为2-10次。
作为优选，在步骤S03中，最后一次循环过程中，对浸润厚电极的电解液进行阶梯式降温的过程，任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT为5-10℃。
作为优选，在步骤S01中，对浸润厚电极的电解液进行阶梯式升温的过程，最高温度在50-80℃之间。
作为优选，在步骤S01中，对浸润厚电极的电解液进行阶梯式升温的过程，任意相邻梯度的两个温度需要的升温时长为1-5min。
作为优选，在步骤S02中，对浸润厚电极的电解液进行阶梯式降温的过程，任意相邻梯度的两个温度需要的降温时长为1-5min。
本发明的有益效果为：
本发明提供一种厚电极浸润方法，该厚电极浸润方法中，对浸润厚电极的电解液先进行阶梯式升温，然后再进行阶梯式降温，在每个不同的温度下保持一定时长以完成对厚电极的浸润，上述阶梯式升温和阶梯式降温过程，使得厚电极的内外部形成了温度场和电解液流场的脉冲振荡，在升温过程，厚电极的外部温度高于内部温度，厚电极内部的电解液粘度高于外部电解液粘度，在温度场和电解液流场作用下，电解液逐渐由厚电极的外部向中心区域流动。在降温过程，厚电极的内部温度高于外部温度，厚电极内部的电解液粘度低于外部电解液粘度，在温度场和电解液流场作用下，电解液逐渐由厚电极的内部向外部流动。上述浸润方法无需较高的温度，在保证厚电极浸润程度和均匀性的同时，可以避免电极材料或电极液出现热降解；另一方面，浸润时间大大缩短，提高电池生产效率，降低能耗和电池的生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例中厚电极浸润方法的流程图；
图2为本发明实施例中厚电极浸润方法的温度曲线示意图；
图3为本发明实施例一中厚电极浸润方法的温度曲线图；
图4为本发明实施例二中厚电极浸润方法的温度曲线图；
图5为本发明实施例三中厚电极浸润方法的温度曲线图；
图6为不同浸润条件下电池交流阻抗对比图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1-2所示，本实施例提供一种厚电极浸润方法，该厚电极浸润方法包括以下步骤：
步骤一、对浸润厚电极的电解液进行阶梯式升温，在每个不同的温度Ti下浸润厚电极的时间为Δti，然后进入下一温度梯度。即，每升高一次温度，浸润厚电极的时间为Δti。可选地，从第一初始温度进行升温，第一初始温度可以20℃。
步骤二、对浸润厚电极的电解液进行阶梯式降温，在每个不同的温度Tc下浸润厚电极的时间为Δtc，然后进入下一温度梯度。即每降低一次温度，则浸润厚电极的时间为Δtc。本实施例中，从步骤一中的最高温度开始降温，并降到第一初始温度，其中第一初始温度可以为25℃。
上述阶梯式升温和阶梯式降温过程，使得厚电极的内外部形成了温度场和电解液流场的脉冲振荡，在升温过程，厚电极的外部温度高于内部温度，厚电极内部的电解液粘度高于外部电解液粘度，在温度场和电解液流场作用下，电解液逐渐由厚电极的外部向中心区域流动。在降温过程，厚电极的内部温度高于外部温度，厚电极内部的电解液粘度低于外部电解液粘度，在温度场和电解液流场作用下，电解液逐渐由厚电极的内部向外部流动。上述浸润方法无需较高的温度，在保证厚电极浸润程度和均匀性的同时，可以避免电极材料或电极液出现热降解，另一方面，浸润时间大大缩短，提高电池生产效率，降低能耗和电池的生产成本。最后，较低的浸润温度以及较短的浸润时间能有效减少电解液和电极材料在浸润时的副反应和结构热衰减。
进一步地，在步骤一中，对浸润厚电极的电解液进行阶梯式升温的过程，任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT为5-20℃。将任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT控制在5-20℃之间，既能保证相邻梯度的两个温度之间具有一定的差值，进而会产生促使电解液流动的温度场和电解液流场，又能够在现有的最高的浸润温度范围内设置足够多的温度梯度，以使得电解液向厚电极内部流动冲击的次数足够多。
为保证每个不同的温度梯度形成后，电解液有足够的时间向厚电极内部流动，本实施例中，优选地，在步骤一中，对厚电极浸润过程，在每个不同的温度Ti下，浸润时长Δti为0.5-5h。本实施例中，Δti的时间越长，越有利于电解液向厚电极内部的充分流动，但消耗的能源越多，制造周期越长。Δti的时间越短，消耗的能源越少，制造周期越短，但可能会导致电解液还在向厚电极内部快速流动时，就进行了再次升温，浪费能源。因此，需要结合任意相邻梯度的两个温度的差值合理设置在每个不同的温度Ti下的浸润时长Δti，使得再次升温时，厚电极的内部温度等于或者略低于外部温度，厚电极内部的电解液粘度等于或略高于外部电解液粘度，以确保电解液停止或慢速由厚电极的外部向中心区域流动的状态。
在步骤二中，对浸润厚电极的电解液进行阶梯式降温的过程，任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT为5-20℃。将任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT控制在5-20℃之间，既能保证相邻梯度的两个温度之间具有一定的差值，进而会产生促使电解液流动的温度场和电解液流场，又能够在现有的最高的浸润温度范围内设置足够多的温度梯度，以使得电解液向厚电极外部流动冲击的次数足够多。
为保证每个不同的温度梯度形成后，电解液有足够的时间向厚电极外部流动，本实施例中，优选地，在步骤二中，对厚电极浸润过程，在每个不同的温度Tc下，浸润时长Δtc为0.5-5h。本实施例中，Δtc的时间越长，越有利于电解液向厚电极外部的充分流动，但消耗的能源越多，制造周期越长。Δtc的时间越短，消耗的能源越少，制造周期越短，但可能会导致电解液还在向厚电极外部快速流动时，就进行了再次降温，浪费能源。因此，需要结合任意相邻梯度的两个温度的差值合理设置在每个不同的温度Tc下的浸润时长Δtc，使得再次降温时，厚电极的内部温度等于或者略高于外部温度，厚电极内部的电解液粘度等于或略低于外部电解液粘度，以确保厚电极内部的电解液停止流动或慢速向外部流动的状态。
本实施例中，可选地，所述厚电极浸润方法还包括步骤三，循环步骤一和步骤二且循环的次数为2-10次。多次的循环升温和降温过程，使得电解液流动的次数增加，进而有利于提高浸润程度和均匀性。
在步骤三中，最后一次循环过程中，对浸润厚电极的电解液进行阶梯式降温的过程，任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT为5-10℃。最后一次的循环中任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT相较于之前的循环中任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT更低，能尽可能地提高电解液从厚电极中流出的次数，使得厚电极内的电解液尽可能流出。
本实施例中，可选地，在步骤一中，对浸润厚电极的电解液进行阶梯式升温的过程，最高温度在50-80℃之间。具体地温度选择，可以结合最高温度时的浸润时长设置，具体的设置方法为本领域技术人员所熟知，故在此不再赘述。
为避免升温时间过长，导致厚电极内外的温度差一直处于较小的值，电解液无法形成较大的冲击，本实施例中，可选地，在步骤一中，对浸润厚电极的电解液进行阶梯式升温的过程，任意相邻梯度的两个温度需要的升温时长为1-5min。其中，具体地升温方式，为本领域技术人员所熟练掌握，示例性地，可以借助较高功率的加热设备。
为避免降温时间过长，导致厚电极内外的温度差一直处于较小的值，电解液无法形成较大的冲击，本实施例中，可选地，在步骤二中，对浸润厚电极的电解液进行阶梯式降温的过程，任意相邻梯度的两个温度需要的降温时长为1-5min。其中，具体地降温方式，为本领域技术人员所熟练掌握，示例性地，可以借助较高功率的制冷设备。
本发明提供三种实施方案和三个对比例，具体如下：
实施例1：温度曲线如图3所示，首次脉冲中，阶梯式升温和降温过程，任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT为10℃，阶梯式升温制度为25℃→35℃→45℃→55℃→65℃，阶梯式降温制度为65℃→55℃→45℃→35℃。二次脉冲中，阶梯式升温过程，任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT为10℃，阶梯式升温制度为35℃→45℃→55℃→65℃，阶梯式降温制度为65℃→60℃→50℃→45℃→40℃→35℃→30℃→25℃，最后一次脉冲中，阶梯式降温过程，任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT为5℃。不同恒温阶段的浸润时长Δti/Δtc均为1h，厚电极浸润最高温度为65℃，脉冲周期为2次循环，总浸润时长为18.5h。其中，温度升到最高然后降到最低，可以称为一次脉冲。
实施例2：温度曲线如图4所示，首次脉冲中，阶梯式升温和降温过程，任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT为15℃，阶梯式升温制度为25℃→40℃→55℃→70℃，阶梯式降温制度为70℃→55℃→40℃→25℃。二次脉冲中，阶梯式升温过程，任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT为15℃，阶梯式升温制度为25℃→40℃→55℃→70℃，阶梯式降温制度为70℃→60℃→50℃→40℃→30℃→25℃，最后一次脉冲中，阶梯式降温过程，任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT为10℃。不同恒温阶段的浸润时长Δti/Δtc均为1h，厚电极浸润最高温度为70℃，脉冲周期为2次循环，总浸润时长为13h。
实施例3：温度曲线如图5所示，阶梯式升温和降温过程，任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT为5℃，阶梯式升温制度为25℃→30℃→35℃→40℃→45℃→50℃→55℃→60℃，阶梯式降温制度为60℃→55℃→45℃→40℃→35℃→30℃→25℃。不同恒温阶段的浸润时长Δti/Δtc均为0.5h，厚电极浸润最高温度为60℃，脉冲周期为3次循环,总浸润时长为21h。
对比例1：厚电极在65℃恒温浸润30h。
对比例2：厚电极在70℃恒温浸润24h。
对比例3：厚电极在60℃恒温浸润36h。
通过实施例1和对比例1、实施例2和对比例2以及实施例3和对比例3这三组试验之间的对比，能明确得出厚电极在最高的浸润温度相同的情况下，采用阶梯式升温和阶梯式降温的方式，浸润效果明显优于在恒定温度下的浸润效果。并且，采用阶梯式升温降温的浸润方法，使得浸润温度不会一直处于最高点，有利于降低能耗成本；另外，在每组对比中，恒温浸润的时间远大于阶梯升温降温的浸润时间，因此可以得出，采用阶梯式升温降温的浸润方法，还有利于降低时间成本。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.厚电极浸润方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01、对浸润厚电极的电解液进行阶梯式升温，在每个不同的温度Ti下浸润厚电极的时间为Δti，然后进入下一温度梯度；
S02、对浸润厚电极的电解液进行阶梯式降温，在每个不同的温度Tc下浸润厚电极的时间为Δtc，然后进入下一温度梯度。
2.根据权利要求1所述的厚电极浸润方法，其特征在于，在步骤S01中，对浸润厚电极的电解液进行阶梯式升温的过程，任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT为5-20℃。
3.根据权利要求3所述的厚电极浸润方法，其特征在于，在步骤S01中，对厚电极浸润过程，在每个不同的温度Ti下，浸润时长Δti为0.5-5h。
4.根据权利要求1所述的厚电极浸润方法，其特征在于，在步骤S02中，对浸润厚电极的电解液进行阶梯式降温的过程，任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT为5-20℃。
5.根据权利要求4所述的厚电极浸润方法，其特征在于，在步骤S02中，对厚电极浸润过程，在每个不同的温度Tc下，浸润时长Δtc为0.5-5h。
6.根据权利要求1所述的厚电极浸润方法，其特征在于，所述厚电极浸润方法还包括S03，循环步骤S01和步骤S02且循环的次数为2-10次。
7.根据权利要求6所述的厚电极浸润方法，其特征在于，在步骤S03中，最后一次循环过程中，对浸润厚电极的电解液进行阶梯式降温的过程，任意相邻梯度的两个温度的差值ΔT为5-10℃。
8.根据权利要求1所述的厚电极浸润方法，其特征在于，在步骤S01中，对浸润厚电极的电解液进行阶梯式升温的过程，最高温度在50-80℃之间。
9.根据权利要求1-8任一项所述的厚电极浸润方法，其特征在于，在步骤S01中，对浸润厚电极的电解液进行阶梯式升温的过程，任意相邻梯度的两个温度需要的升温时长为1-5min。
10.根据权利要求1-8任一项所述的厚电极浸润方法，其特征在于，在步骤S02中，对浸润厚电极的电解液进行阶梯式降温的过程，任意相邻梯度的两个温度需要的降温时长为1-5min。
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