CN115939524A - 一种软包锂离子电池电解液浸润方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种软包锂离子电池电解液浸润方法及其应用，所述方法包括如下步骤：(1)将干电芯装入铝塑膜中，铝塑膜三侧热压封装，一端留置气袋，留置气袋端开口作为注液口；(2)将电芯真空干燥后，注入电解液；(3)电池注液后，对电池注液口进行真空操作，保持真空度0.5～10min，常压静置1～10min；(4)夹紧电芯主体，对电池注液口进行真空操作，保持真空度0.5～10min，常压静置1～10min；(5)循环重复步骤(3)和(4)若干次，完成浸润。本发明简单易行，操作方便，通过多段真空负压及夹紧操作，增加电解液在电极极片及隔膜之间的流动性，使电解液与电极及隔膜之间的润湿性变好，从而缩短浸润时间，快速达到良好的浸润效果。

Description

一种软包锂离子电池电解液浸润方法及其应用

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及锂电子动力电池生产技术领域，具体涉及一种软包锂离子电池电解液浸润方法及其应用。

背景技术

锂离子电池中的电解液是正极和负极之间的锂离子迁移通道，负责电池充放电过程中的正负极间的锂离子的来回传输。锂离子电池在生产过程中需要对干燥的电芯进行注液工序，而且注液操作后需经过长时间的静置，来使得电解液在锂离子电池内部充分浸润电池内部的正负极活性材料及隔膜。若注液后静置时间不足，电池内部的电解液浸润可能达不到理想效果，这样在电池充放电过程时，锂离子传输路径将会变得困难，会阻碍锂离子在正负极之间的传输。而且没有电解液浸润的极片也无法参与电池内部的电化学反应，电池的电极活性物质表面无法形成稳定固态电解质保护膜(SEI膜)。同时电池界面阻抗增大，影响电池的倍率、循环及安全性能等。若注液后静置时间过长，虽然能一定程度提高电解液的浸润性，但会直接影响锂离子电池的生产效率。

现有技术中为了解决锂离子电池电解液的浸润问题，一般锂离子电池在注液工序后会通过增加常温浸润时间，一般静置时间较长(20～50h)。通过提高浸润温度的方法进行浸润，该方法长时间的高温搁置会导致电解液副反应增多，恶化电池性能。中国发明专利CN110247121A公开了一种锂离子电池的电解液浸润方法，通过注液后采用真空负压静置6～-10h，增加电解液与电极及隔膜的接触机会，但该类方法一般流程较为复杂，且电池长时间处于敞口状态，会增加电解液吸水率和电解液挥发率，造成不良影响。除此之外，还有通过振动-真空静置方法(例如中国发明专利CN111403819A)或进行电芯旋转(例如中国发明专利CN111540957A)等操作，来增加电解液浸润效果，但该类方法的振动力或离心力会对电池内部的极片位置或极片本身会造成伤害，后期可能出现安全问题。

因此，开发一种步骤简单，可操作性强，能够在保证浸润效果良好的同时，大幅缩短软包锂离子电池电解液浸润时间的方法，对软包锂离子电池的加工生产具有重要意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种软包锂离子电池电解液浸润方法及其应用，用于解决现有技术中软包锂离子电池的电解液浸润方法浸润时间长，或者会对电池性能和安全造成不良影响等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种软包锂离子电池电解液浸润方法，其基础方案如下：所述方法包括如下步骤：

(1)将干电芯装入铝塑膜中，铝塑膜三侧热压封装，一端留置气袋，留置气袋端开口作为注液口；

(2)将电芯真空干燥后，注入电解液；

(3)电池注液后，对电池注液口进行真空操作，保持真空度0.5min～10min，常压静置1min～10min；

(4)夹紧电芯主体，对电池注液口进行真空操作，保持真空度0.5min～10min，常压静置1min～10min；

(5)循环重复步骤(3)和(4)若干次，完成浸润。

进一步，所述方法还包括步骤(6)：对电池留置气袋端进行封口，并对电池进行预充、化成、二封。

进一步，所述步骤(3)和(4)中，真空度为-300KMpa～-20KMpa，优选为-180KMpa～-100KMpa。

进一步，所述步骤(3)和(4)中，真空时间为5min～10min，即保持真空度5min～10min。

进一步，所述步骤(3)和(4)的真空度、真空时间、常压静置时间相同和/或不同。

进一步，所述步骤(5)中，循环重复步骤(3)和(4)1～5次，完成浸润。

进一步，所述步骤(1)中，气袋预留长度以抽真空时，电解液不外溢为好；优选地，所述气袋的预留长度为5～20mm。

进一步，所述步骤(2)中，电芯真空干燥时，真空度为-100KMpa～-20KMpa，干燥温度为80℃～100℃，干燥时间为8h～24h。

进一步，所述步骤(2)中，将电池注液口朝上，采用一次注液方式注入电解液。

本发明还提供如上所述的软包锂离子电池电解液浸润方法在软包锂离子电池生产中的应用。

如上所述，本发明的软包锂离子电池电解液浸润方法及其应用，具有以下有益效果：

本发明提供了一种软包锂离子电池的电解液浸润方法，通过多段真空负压及夹紧操作，增加电解液在电极极片及隔膜之间流动性，使电解液与电极及隔膜之间的润湿性变好，从而能够更好的铺展开来，快速达到良好的浸润效果。其中，步骤(3)的真空、静置操作未对电芯夹紧，有助于电解液的浸润；步骤(4)的真空、静置操作有对电芯夹紧，有助于气体的排出；两种操作方式切换能有效缩短注液时间。

本发明方法简单易行，操作方便，可快速实现锂离子电池的电解液浸润效果，大幅缩短软包锂离子电池电解液浸润时间。

具体实施方式

以下将参照优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

锂离子电池的制备从配料到制片，再到化成分容，每一步都对锂离子电池的性能影响起着至关重要的作用。尤其是注液环节，其中电解液如同人体的“血液”一样，通过隔膜向正负极片运输锂离子。因此只有电解液与正负极片、隔膜具有良好的接触，并且润湿充足，才能够使电池发挥出优异的性能。锂离子电池的隔膜一般为PE、PP或多层复合结构的铝塑膜，属于非极性的聚合物隔膜，其与电池极片、极性的环状碳酸酯类溶剂(如EC、PC等)不相容，容易导致电解液与其之间的接触角较大，浸润性较差，一般需要长时间的搁置来达到良好的浸润效果。为了改善现有的电解液浸润方法，本申请提供了一种新的软包锂离子电池电解液浸润方法，其基础方案是通过多段真空负压及夹紧操作，增加电解液在电极极片及隔膜之间流动性，使电解液与电极及隔膜之间的润湿性变好，从而能够更好的铺展开来，快速达到良好的浸润效果。

基于上述目的，本申请一实施例提供了一种软包锂离子电池电解液浸润方法，包括如下步骤：

(1)将干电芯装入铝塑膜中，铝塑膜三侧热压封装，一端留置气袋，留置气袋端开口作为注液口；

(2)将电芯真空干燥后，注入电解液；

(3)电池注液后，对电池注液口进行真空操作，保持真空度0.5min～10min，常压静置1min～10min；

(4)夹紧电芯主体，对电池注液口进行真空操作，保持真空度0.5min～10min，常压静置1min～10min；

(5)循环重复步骤(3)和(4)若干次，完成浸润。

在化成过程中会产生多种气体，例如C₂H₄、CO等，为了存储这些气体，通常会在铝塑膜袋上预留有气袋区用于储存生成的气体，这些气袋区是柔软易弯曲的。在本申请的具体实施方式中，所述步骤(1)中，气袋预留长度以抽真空时，电解液不外溢为好；优选地，所述气袋的预留长度为5～20mm。

在本申请的具体实施方式中，所述步骤(2)中，电芯真空干燥时，真空度为-100KMpa～-20KMpa，干燥温度为80℃～100℃，干燥时间为8h～24h。

在本申请的具体实施方式中，所述步骤(2)中，将电池注液口朝上，采用一次注液方式注入电解液。

在本申请的具体实施方式中，所述步骤(3)和(4)中，真空度为-300KMpa～-20KMpa，优选为-180KMpa～-100KMpa；真空时间为5min～10min，即保持真空度5min～10min。

进一步地，所述步骤(3)和(4)的真空度、真空时间、常压静置时间可以设置为完全相同，或者部分相同，或者完全不同。

在本申请的具体实施方式中，所述步骤(5)中，循环重复步骤(3)和(4)1～5次，完成浸润。

在本申请的另一实施方式中，所述方法还包括步骤(6)：对电池留置气袋端进行封口，并对电池进行预充、化成、二封。

本申请上述实施例提供的软包锂离子电池电解液浸润方法步骤简单，可操作性强，将该方法应用在软包锂离子电池生产中，能够在保证浸润效果良好的同时，大幅缩短软包锂离子电池电解液浸润时间的方法，对软包锂离子电池的加工生产具有重要意义。

需要说明的是，本申请上述实施例中提及的真空操作均为真空负压操作，具体可以利用真空装置实现，真空装置采用本领域常见的真空设备，就不过多赘述；本申请上述实施例中提及的电芯主体采用夹具夹紧，采用夹具夹紧电芯主体为锂离子电池的常规方法，就不过多赘述。

除此之外，需要说明的是，本申请上述实施例中未详细说明的锂离子电池加工步骤，包括：干电芯的制作，铝塑膜的热压封装，注液方式，预充、化成、二封及相关电化学性能测试等，均是按照锂离子电池的常规制作流程生产。

下面具体的例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行具体的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

需要说明的是，以下列举的具体实施例中，所有的电芯体系、电极设计及电解液配方及电解液注液量都是一样的。另外电池电解液浸润完成之后的预充、化成及电池测试制度也保持一致。

实施例1

本实施例的软包锂离子电池电解液浸润方法步骤如下：

(1)按照锂离子电池的常规制作流程生产干电芯，装入铝塑膜中，铝塑膜3侧热压封装，铝塑膜一端留置气袋，留置气袋端开口作为注液口，真空烘箱中干燥后注液：电芯真空干燥时，真空度为-20KMpa，干燥温度为90℃，干燥时间为12h；采用一次注液方式向干燥后的电芯内注入定量电解液；

(2)电池注液后，使用真空装置对电池注液口进行真空操作，设定真空度为-90KMpa，设定真空时间为1min，然后常压静置1min；

(3)使用夹具夹紧电芯主体，使用真空装置对电池注液口进行真空操作，设定真空度为-90KMpa，设定真空时间为1min，然后常压静置1min；

(4)对注液口封装后预充、化成、二封及相关电化学性能测试。

实施例2

本实施例的软包锂离子电池电解液浸润方法步骤如下：

(1)按照锂离子电池的常规制作流程生产干电芯，装入铝塑膜中，铝塑膜3侧热压封装，铝塑膜一端留置气袋，留置气袋端开口作为注液口，真空烘箱中干燥后注液：电芯真空干燥时，真空度为-20KMpa，干燥温度为90℃，干燥时间为12h；采用一次注液方式向干燥后的电芯内注入定量电解液；

(2)电池注液后，使用真空装置对电池注液口进行真空操作，设定真空度为-90KMpa，设定真空时间为10min，然后常压静置5min；

(3)使用夹具夹紧电芯主体，使用真空装置对电池注液口进行真空操作，设定真空度为-90KMpa，设定真空时间为10min，然后常压静置5min；

(4)重复(2)和(3)真空操作3次后，对注液口封装后预充、化成、二封及相关电化学性能测试。

实施例3

本实施例的软包锂离子电池电解液浸润方法步骤如下：

(1)按照锂离子电池的常规制作流程生产干电芯，装入铝塑膜中，铝塑膜3侧热压封装，铝塑膜一端留置气袋，留置气袋端开口作为注液口，真空烘箱中干燥后注液：电芯真空干燥时，真空度为-20KMpa，干燥温度为90℃，干燥时间为12h；采用一次注液方式向干燥后的电芯内注入定量电解液；

(2)电池注液后，使用真空装置对电池注液口进行真空操作，设定真空度为-200KMpa，设定真空时间为3min，然后常压静置10min；

(3)使用夹具夹紧电芯主体，使用真空装置对电池注液口进行真空操作，设定真空度为-200KMpa，设定真空时间为3min，然后常压静置10min；

(4)对注液口封装后预充、化成、二封及相关电化学性能测试。

实施例4

本实施例的软包锂离子电池电解液浸润方法步骤如下：

(1)按照锂离子电池的常规制作流程生产干电芯，装入铝塑膜中，铝塑膜3侧热压封装，铝塑膜一端留置气袋，留置气袋端开口作为注液口，真空烘箱中干燥后注液：电芯真空干燥时，真空度为-20KMpa，干燥温度为90℃，干燥时间为12h；采用一次注液方式向干燥后的电芯内注入定量电解液；

(2)电池注液后，使用真空装置对电池注液口进行真空操作，设定真空度为-200KMpa，设定真空时间为3min，然后常压静置10min；

(3)使用夹具夹紧电芯主体，使用真空装置对电池注液口进行真空操作，设定真空度为-200KMpa，设定真空时间为3min，然后常压静置10min；

(4)重复(2)和(3)真空操作5次后，对注液口封装后预充、化成、二封及相关电化学性能测试。

对比例1

本对比例的软包锂离子电池电解液浸润方法步骤如下：

(1)按照锂离子电池的常规制作流程生产干电芯，装入铝塑膜中，铝塑膜3侧热压封装，铝塑膜一端留置气袋，留置气袋端开口作为注液口，真空烘箱中干燥后注液：电芯真空干燥时，真空度为-20KMpa，干燥温度为90℃，干燥时间为12h；采用一次注液方式向干燥后的电芯内注入定量电解液；

(2)电池注液后，使用真空装置对电池注液口进行真空操作，设定真空度为-90KMpa，设定真空时间为1min后对注液口封装；

(3)电池静置120min后进行预充、化成、二封及相关电化学性能测试。

对比例2

本对比例的软包锂离子电池电解液浸润方法步骤如下：

(1)按照锂离子电池的常规制作流程生产干电芯，装入铝塑膜中，铝塑膜3侧热压封装，铝塑膜一端留置气袋，留置气袋端开口作为注液口，真空烘箱中干燥后注液：电芯真空干燥时，真空度为-20KMpa，干燥温度为90℃，干燥时间为12h；采用一次注液方式向干燥后的电芯内注入定量电解液；

(2)电池注液后，使用真空装置对电池注液口进行真空操作，设定真空度为-90KMpa，设定真空时间为1min后对注液口封装；

(3)电池静置24小时后进行预充、化成、二封及相关电化学性能测试。

实施例1～4与对比例1～2的软包锂离子电池的电化学性能测试结果如表1所示。

表1.实施例1～4与对比例1～2的电池电化学性能

表1显示了本申请提供的实施例1～4和对比例1～2制得的软包锂离子电池的电化学性能。

从表1可以看出，实施例1～4和对比例1～2制得的软包锂离子电池均具有良好的电化学性能，但是，相比于没有对注液后电池进行真空操作处理的对比例1及对比例2而言，对实施例2～3的软包锂离子电池进行电化学性能测试所获得的电池首周放电容量、首周充放电效率及循环300周电池容量保持率较高。而且，实施例2～3的软包锂离子电池的电化学性能与对比例2静置24h后制得的软包锂离子电池的电化学性能相当。

上述结果表明，本申请实施例提供的软包锂离子电池电解液浸润方法能够有效提升锂离子电池电解液的浸润效果，并且，相较于现有的浸润方法，本申请提供的方法不仅简单易行，操作方便，还可快速实现锂离子电池的电解液浸润效果，大幅缩短软包锂离子电池电解液浸润时间。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种软包锂离子电池电解液浸润方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将干电芯装入铝塑膜中，铝塑膜三侧热压封装，一端留置气袋，留置气袋端开口作为注液口；

(2)将电芯真空干燥后，注入电解液；

(3)电池注液后，对电池注液口进行真空操作，保持真空度0.5min～10min，常压静置1min～10min；

(4)夹紧电芯主体，对电池注液口进行真空操作，保持真空度0.5min～10min，常压静置1min～10min；

(5)循环重复步骤(3)和(4)若干次，完成浸润。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法还包括步骤(6)：对电池留置气袋端进行封口，并对电池进行预充、化成、二封。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)和(4)中，真空度为-300KMpa～-20KMpa。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)和(4)中，真空度为-180KMpa～-100KMpa。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)和(4)中，真空时间为5min～10min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)和(4)的真空度、真空时间、常压静置时间相同和/或不同。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(5)中，循环重复步骤(3)和(4)1～5次，完成浸润。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，电芯真空干燥时，真空度为-100KMpa～-20KMpa，干燥温度为80℃～100℃，干燥时间为8h～24h。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，将电池注液口朝上，采用一次注液方式注入电解液。

10.根据权利要求1～9任一项所述的软包锂离子电池电解液浸润方法在软包锂离子电池生产中的应用。