CN118054090A - 一种软包锂离子电池生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种软包锂离子电池生产工艺，所述工艺包括以下步骤：叠片‑极耳焊接‑烘烤‑电解液浸润静置‑电芯挤压‑封装‑化成‑二封。此工艺可以减少正负极片烘烤后的水分，大幅度提升极片及隔膜的浸润效果，不但有效的提升电芯的烘烤效率，降低生产能耗，而且能够提升电芯保液量一致性及循环性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池制造技术领域，尤其涉及一种软包锂离子电池生产工艺。
背景技术
锂离子电池作为一种重要的能源储存系统，因其具有能量密度高、使用寿命长、额定电压高等优点，广泛的应用于消费数码、储能系统、车船用动力等多个领域。锂离子电池按照形状可以分为硬壳锂离子电池和软包锂离子电池。相对于硬壳锂离子电池而言，软包锂离子电池由于具有结构简单、体积小、重量轻、设计灵活、能量密度高、安全性高等特点，应用范围越来越广泛，需求量也随之增长。
目前，软包锂离子电池中后段生产工艺流程主要包括以下步骤：叠片(将隔膜-负极-隔膜-正极依次按照尺寸要求堆叠)-极耳焊接(将极耳焊接到叠好的极片箔材上)-封装(将焊接好极耳的电芯放入铝塑膜膜壳内，并对膜壳顶部、侧边、底部、两底角进行热封，气囊带一侧开口)-烘烤(在负压条件下加热电芯，除去其内部水分)-注液(将电解液注入到电芯内部，抽真空除去内部气体)-静置(在高温条件下储存电芯，促进极片及隔膜对电解液的吸收)-化成(对电芯进行小电流充电，活化电芯，形成致密的固体电解质相界面膜-SEI膜)。
如申请公布号为CN 111048843 A的专利，公开了一种软包锂离子电池的制作方法及软包锂离子电池。该软包锂离子电池中后段生产工艺流程主要包括以下步骤：封装-烘烤-注液-静置-化成。但是这种生产工艺流程主要存在以下缺陷:(1)电芯装配封装后难以排出内部水分，真空烘烤效率低；(2)电芯注液时难以使电解液充分浸润极片及隔膜，需要抽真空排出电芯内部气体，但抽真空时容易导致电解液溅出污染腐蚀设备及电芯自身；(3)封装时未封区大小不一，导致电解液浸润效果存在差异，影响电芯保液量及循环性能。
因此，需要改善软包锂离子电池的生产工艺，提升烘烤效率、增强浸润效果、改善电池的循环性能。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种软包锂离子电池生产工艺，提升电芯保液量一致性及循环性能。
本发明解决上述问题的技术方案如下：
一种软包锂离子电池生产工艺，包括以下步骤：
S1、将正极极片、隔膜和负极极片按照隔膜-负极-隔膜-正极的顺序依次循环叠放好，制成电芯；
S2、在所述电芯上焊接极耳；
S3、将所述电芯进行烘烤至正极水分含量在300ppm以下，负极水分含量在150ppm以下；
S4、将烘烤后的电芯浸入电解液中进行浸润；
S5、去除电芯内部游离的电解液；
S6、将电芯放入铝塑膜膜壳内，进行预封装和压角，形成包含电芯腔和预留腔的预封装空间；然后将抽气装置与所述的预留腔对接，对所述的预封装空间进行抽气；然后在预留腔上密封，使预留腔与所述抽气装置对接的部分与所述预留腔的主体部分相隔离；
S7、将电芯进行化成激活，然后刺破所述预留腔以将化成过程中产生的气体去除，最后在所述电芯腔和所述预留腔的过渡连接处密封。
作为优选，所述S3中烘烤的温度为90～110℃，烘烤的时间为4～8h。
作为优选，所述S4中浸润时间为4～6h。
作为优选，所述S4中浸润时的环境温度为20～30℃。
作为优选，所述S4中浸润时的环境露点为-40～-50℃。
作为优选，所述S5中采用挤压方式去除电芯内部游离的电解液，挤压时对所述电芯施加的压强为3～5kg/cm2。
作为优选，所述S5中挤压时的温度为20～30℃。
作为优选，所述S5中挤压时的环境露点为-40～-50℃。
作为优选，所述S6中抽气在真空度-75～-95KPa的条件下进行，所述抽气的时间为2～4s。
作为优选，所述S3中烘烤在烤箱中进行，所述电芯在放入烤箱之前，烤箱要经过抽真空处理，真空度≤100Pa。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用裸电芯烘烤的工艺，避免了烘烤过程中因烤箱呼吸换气导致电芯的铝塑膜外观不良的问题，减少了正负极片烘烤后的水分，有效的提升了电芯的烘烤效率，降低了生产能耗；
2、本发明采用裸电芯浸润的工艺，浸润后的极片具有均一的表面，大幅度提升了极片及隔膜的浸润效果；
3、本发明在电芯浸润静置后挤压出内部游离的电解液，提升电芯保液量一致性及循环性能，降低了电芯成本的同时，避免了因游离电解液过多导致化成产气严重，最终封口失效等问题；
4、本发明将注液后的裸电芯挤压后进行封装，一次即可完成封装，缩短了工序流程，避免了因先封装后注液而导致的电解液飞溅污染铝塑膜及设备的问题。
附图说明
图1为本发明工艺流程图；
图2为实施例4电芯经过浸润且在电芯满电后的极片外观图；
图3为对比例1电芯经过浸润且在电芯满电后的极片外观图；
图4为按照实施例4和对比例1的方法分别进行21次重复实验，得到的正极片烘烤后水分统计图；
图5为按照实施例4和对比例1的方法分别进行21次重复实验，得到的负极片烘烤后水分统计图；
图6为按照实施例4和对比例1的方法分别进行21次重复实验，得到的电芯保液量统计图；
图7为实施例4和对比例1电芯循环曲线对比图；
图8为电芯腔和预留腔分布示意图。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但是实施例具体细节仅为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方法。因此不应理解为对本发明总的技术方案限定。
实施例1
一种软包锂离子电池的生产工艺，包括以下步骤：
S1、通过配料、涂布、辊压、分切得到正负极片，将分切好的正负极片、隔膜，按照隔膜-负极-隔膜-正极-隔膜-负极顺序依次循环叠放好，制成电芯；
S2、在所述电芯的正极焊接区焊接正极极耳，在负极焊接区焊接负极极耳；
S3、将电芯放入烤箱，温度90℃，烘烤时间为8h，水分要求为正极在300ppm以下，负极150ppm以下，电芯在放入烤箱之前，烤箱要经过抽真空处理，真空度≤100Pa；
S4、将烘烤后的电芯放入电解液槽内浸润6h，同时控制车间温度在25±3℃，露点在-45℃左右，浸入时极耳部分需暴露在电解液外面避免电解液腐蚀；
S5、取出浸润后的电芯，在车间温度控制在25±3℃，露点在-45℃左右条件下，放置在挤压台上对电芯施加5kg/cm2的压强，挤压出电芯内部游离的电解液；
S6、将电芯放入铝塑膜膜壳内，进行预封装和压角，形成包含电芯腔和预留腔的预封装空间；将抽气装置与预留腔对接，在真空度-85KPa左右的条件下，对预封装空间进行抽气4s，然后在预留腔上密封，使预留腔与所述抽气装置对接的部分与预留腔的主体部分相隔离；
S7、将电芯进行化成激活，然后刺破预留腔以将化成过程中产生的气体去除，最后在电芯腔和预留腔的过渡连接处密封。
实施例2
一种软包锂离子电池的生产工艺，包括以下步骤：
S1、通过配料、涂布、辊压、分切得到正负极片，将分切好的正负极片、隔膜，按照隔膜-负极-隔膜-正极-隔膜-负极顺序依次循环叠放好，制成电芯；
S2、在所述电芯的正极焊接区焊接正极极耳，在负极焊接区焊接负极极耳；
S3、将电芯放入烤箱，温度110℃，烘烤时间为4h，水分要求为正极在300ppm以下，负极150ppm以下，电芯在放入烤箱之前，烤箱要经过抽真空处理，真空度≤100Pa；
S4、将烘烤后的电芯放入电解液槽内浸润4h，同时控制车间温度在25±3℃，露点在-45℃左右，浸入时极耳部分需暴露在电解液外面避免电解液腐蚀；
S5、取出浸润后的电芯，在车间温度控制在25±3℃，露点在-45℃左右条件下，放置在挤压台上对电芯施加3kg/cm2的压强，挤压出电芯内部游离的电解液；
S6、将电芯放入铝塑膜膜壳内，进行预封装和压角，形成包含电芯腔和预留腔的预封装空间；将抽气装置与预留腔对接，在真空度-85KPa左右的条件下，对预封装空间进行抽气2s，然后在预留腔上密封，使预留腔与抽气装置对接的部分与所述预留腔的主体部分相隔离；
S7、将电芯进行化成激活，然后刺破预留腔以将化成过程中产生的气体去除，最后在电芯腔和预留腔的过渡连接处密封。
实施例3
一种软包锂离子电池的生产工艺，包括以下步骤：
S1、通过配料、涂布、辊压、分切得到正负极片，将分切好的正负极片、隔膜，按照隔膜-负极-隔膜-正极-隔膜-负极顺序依次循环叠放好，制成电芯；
S2、在所述电芯的正极焊接区焊接正极极耳，在负极焊接区焊接负极极耳；
S3、将电芯放入烤箱，温度100℃，烘烤时间为6h，水分要求为正极在300ppm以下，负极150ppm以下，电芯在放入烤箱之前，烤箱要经过抽真空处理，真空度≤100Pa；
S4、将烘烤后的电芯放入电解液槽内浸润5h，同时控制车间温度在25±3℃，露点在-45℃左右，浸入时极耳部分需暴露在电解液外面避免电解液腐蚀；
S5、取出浸润后的电芯，在车间温度控制在25±3℃，露点在-45℃左右条件下，放置在挤压台上对电芯施加4kg/cm2的压强，挤压出电芯内部游离的电解液；
S6、将电芯放入铝塑膜膜壳内，进行预封装和压角，形成包含电芯腔和预留腔的预封装空间；将抽气装置与预留腔对接，在真空度-85KPa左右的条件下，对预封装空间进行抽气3s，然后在预留腔上密封，使预留腔与抽气装置对接的部分与预留腔的主体部分相隔离；
S7、将电芯进行化成激活，然后刺破预留腔以将化成过程中产生的气体去除，最后在电芯腔和预留腔的过渡连接处密封。
实施例4
一种软包锂离子电池的生产工艺，包括以下步骤：
S1、通过配料、涂布、辊压、分切得到正负极片，将分切好的正负极片、隔膜，按照隔膜-负极-隔膜-正极-隔膜-负极顺序依次循环叠放好，制成电芯；
S2、在所述电芯的正极焊接区焊接正极极耳，在负极焊接区焊接负极极耳；
S3、将电芯放入烤箱，温度105℃，烘烤时间为5h，水分要求为正极在300ppm以下，负极150ppm以下，电芯在放入烤箱之前，烤箱要经过抽真空处理，真空度≤100Pa；
S4、将烘烤后的电芯放入电解液槽内浸润5.5h，同时控制车间温度在25±3℃，露点在-45℃左右，浸入时极耳部分需暴露在电解液外面避免电解液腐蚀；
S5、取出浸润后的电芯，在车间温度控制在25±3℃，露点在-45℃左右条件下，放置在挤压台上对电芯施加4.5kg/cm2的压强，挤压出电芯内部游离的电解液；
S6、将电芯放入铝塑膜膜壳内，进行预封装和压角，形成包含电芯腔和预留腔的预封装空间；将抽气装置与预留腔对接，在真空度-85KPa左右的条件下，对预封装空间进行抽气3s，然后在预留腔上密封，使预留腔与抽气装置对接的部分与预留腔的主体部分相隔离；
S7、将电芯进行化成激活，然后刺破预留腔以将化成过程中产生的气体去除，最后在电芯腔和预留腔的过渡连接处密封。
对比例1
一种软包锂离子电池的生产工艺，包括以下步骤：
S1、通过配料、涂布、辊压、分切得到正负极片，将分切好的正负极片、隔膜，按照隔膜-负极-隔膜-正极-隔膜-负极顺序依次循环叠放好，制成电芯；
S2、在所述电芯的正极焊接区焊接正极极耳，在负极焊接区焊接负极极耳；
S3、将焊接好极耳的电芯放入铝塑膜膜壳内，进行预封装和压角，形成包含电芯腔和预留腔的预封装空间，在预留腔一侧留有开口；
S4、将电芯放入烤箱，温度105℃，烘烤时间为8h，电芯在放入烤箱之前，烤箱要经过抽真空处理，真空度≤100Pa；
S5、将电解液注入到电芯内部，抽真空1min除去电芯内部气体后在预留腔上密封，在高温条件下储存电芯5h，促进电解液浸润极片和隔膜；
S6、将电芯采用小电流充电进行化成激活，然后刺破预留腔以将化成过程中产生的气体去除，最后在电芯腔和预留腔的过渡连接处密封。
检测实施例1～4和对比例1中正、负极片烘烤后的水分、电芯保液量、电芯常温循环200、400、600、800、1000、1200、1400次后的电芯容量保持率，检测数据如下表所示。
表1：实施例1～4和对比例1电芯性能数据表
按照实施例4和对比例1的制备方法，分别进行21次重复实验，并检测正、负极片烘烤后的水分以及电芯保液量，统计检测结果后得到图4～6，上述检测数据的中位数、均值如下表。
表2上述检测数据的中位数、均值数据表
从表1可以看出，实施例1～4的电芯正/负极片烘烤后水分含量均少于对比例1的电芯正/负极片烘烤后水分含量，说明电芯在封装前进行烘烤，即裸电芯烘烤，可以减少正负极片烘烤后的水分，有效提升烘烤效率；
从表1和图7可以看出，实施例1～4的电芯容量保持率高于对比例1的电芯容量保持率，说明本发明软包锂离子电池生产工艺，能够提升电芯的长期循环性能；
图2和3分别为实施例4和对比例1极片浸润效果图，通过对比图2和图3，可以看出，实施例4的极片表面为均一的金黄色，而对比例1的极片表面存在较多黑斑，这说明电芯在封装前进行浸润，能够提升极片的浸润效果，进而保证电池的性能；
从图4和5可以看出，按照实施例4方法正/负极片烘烤后水分，明显少于按照对比例1方法正/负极片烘烤后水分，说明电芯在封装前进行烘烤，即裸电芯烘烤，可以减少正负极片烘烤后的水分，有效提升烘烤效率；
从图6可以看出，按照实施例4方法制备的电芯保液量变化不大，而按照对比例1方法制备的电芯保液量变化较大，说明电芯浸润静置后挤压出内部游离的电解液，能够提升电芯保液量一致性，不仅可以降低电芯成本，而且也能够避免因游离电解液过多导致化成产气严重，最终封口失效等问题。
Claims (10)
1.一种软包锂离子电池生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将正极极片、隔膜和负极极片按照隔膜-负极-隔膜-正极的顺序依次循环叠放好，制成电芯；
S2、在所述电芯上焊接极耳；
S3、将所述电芯进行烘烤至正极水分含量在300ppm以下，负极水分含量在150ppm以下；
S4、将烘烤后的电芯浸入电解液中进行浸润；
S5、去除电芯内部游离的电解液；
S6、将电芯放入铝塑膜膜壳内，进行预封装和压角，形成包含电芯腔和预留腔的预封装空间；然后将抽气装置与所述的预留腔对接，对所述的预封装空间进行抽气；然后在预留腔上密封，使预留腔与所述抽气装置对接的部分与所述预留腔的主体部分相隔离；
S7、将电芯进行化成激活，然后刺破所述预留腔以将化成过程中产生的气体去除，最后在所述电芯腔和所述预留腔的过渡连接处密封。
2.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池生产工艺，其特征在于，所述S3中烘烤的温度为90～110℃，烘烤的时间为4～8h。
3.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池生产工艺，其特征在于，所述S4中浸润时间为4～6h。
4.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池生产工艺，其特征在于，所述S4中浸润时的环境温度为20～30℃。
5.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池生产工艺，其特征在于，所述S4中浸润时的环境露点为-40～-50℃。
6.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池生产工艺，其特征在于，所述S5中采用挤压方式去除电芯内部游离的电解液，挤压时对所述电芯施加的压强为3～5kg/cm2。
7.根据权利要求6所述的一种软包锂离子电池生产工艺，其特征在于，所述S5中挤压时的温度为20～30℃。
8.根据权利要求6所述的一种软包锂离子电池生产工艺，其特征在于，所述S5中挤压时的环境露点为-40～-50℃。
9.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池生产工艺，其特征在于，所述S6中抽气在真空度-75～-95KPa的条件下进行，所述抽气的时间为2～4s。
10.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池生产工艺，其特征在于，所述S3中烘烤在烤箱中进行，所述电芯在放入烤箱之前，烤箱要经过抽真空处理，真空度≤100Pa。
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