CN1705147A - 电池极片加压注液法及其加压注液装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池极片加压注液法及其加压注液装置,该电池包括带注液孔的壳体及其内装的极片,所述注液法包括如下步骤:A)将电池的注液孔与盛液器相连通并固接稳固,B)将电池连同盛液器置于真空室内进行抽真空,C)当真空室内达到一定真空度值后停止抽真空,转而向真空室内注入干燥空气或惰性气体,D)继续加压直至真空室内气压上升到适当高压值之后,恒压一段时间,E)解除真空室内高压,从真空室内取出得到加压注液的电池。本发明能最大限度地增大电解液对极片的润湿效果同时又避免长时间静置润湿。

Description

电池极片加压注液法及其加压注液装置
【技术领域】
本发明涉及一种离子电池,更具体地说,本发明涉及一种离子电池制备的工艺方法及其制备装置。
【背景技术】
离子电池以锂离子电池为代表,正在日益成为手机、移动DVD、掌上电脑等通讯产品上重要的必不可少的电源配件,
高容量比的离子电池尤其如锂离子电池成为手机等通讯产品提供能源的重要配件,而锂电池的核心则是电芯,电芯由电极、电解液等组成,外面由壳体、盖板对之加以定型和保护,壳体或盖板上开有注液孔。目前锂离子电池一般采用方形扁平状或圆柱形壳体结构,且壳体材质一般为不锈钢或铝,由于市场上3G、4G手机和其它通讯电器多功能化的趋势越来越明显,故要求锂离子电池所具有的容量必需更高,而铝壳电池具有比钢壳电池的比容量更大、加工变形性能更好,故铝壳锂电池的市场发展趋势更看好。但更高的容量往往是导致电芯内所装的东西越来越多即电芯的填充密度越来越大,这就在一定程度上增加了电芯内电解液对极片的润湿难度,而极片润湿的高低程度将导致电芯在化成时的极化好坏程度从而影响电芯的电能容量大小。而现时多数的电池技术均是采用真空注液工艺方法。
在此方面的技术文件如申请号为03137057.8的中国专利文件公开了一种袋式锂离子电池的制备方法及由该方法制得的电池。其袋式锂离子电池由带有凹槽的铝塑复合膜包装袋、正极片、负极片、隔膜、极耳和电解液组成,袋式锂离子电池的制备方法由电池芯容器的形成、正负极极片的制备、电池芯的制备成型、电池注液、封口、化成等工艺组成,其中,封口工艺中,在对电池进行真空干燥及注入有机电解液后,对电池进行第三边假封口,然后再对电池进行化成,最后进行真空热封口,形成完整的电池。据称:其所采用的假封口工艺有效地避免了外界水气和氧气对电池性能和电解液的影响,充分利用了电解液,提高了电池活性物质的利用率,避免了最初电池化成过程中产生的气体对电池性能的影响。而且操作简单、对环境要求不高、能降低电池的成本,同时采用该工艺方法能制备不同形状、不同厚度的锂离子电池。由该工艺方法生产的袋式锂离子电池具有能量密度高、重量轻、电池的体积小、能大电流放电、循环性能好的特点,同时电池的安全性能也得到提高。但是,上述的技术方案仅提及到对电池进行真空干燥及注入有机电解液的工艺过程概念,没有进一步公开其详细步骤和相应设备。
此外,类似的技术文件请号为02134461.2的中国专利文件公开了一种二次锂离子电池开口正压化成方法包括:将已注电解液并经陈化的电池,用胶纸将注液孔封住,放到充放电柜上,以0.01C~1C进行小电流恒流充电,再以0.05C~10C大电流恒流充电,在30℃~80℃陈化0.5-160小时;在其注液步骤中,该工艺根据不同型号的电池,将正、负极片裁成适当的尺寸,与隔膜一起卷绕成电芯,点焊极耳再放入电池壳内,将壳与盖板激光密封,然后注入电解液,放置在惰性气氛中陈化。据称:用其化成方法制成电池;改进了锂离子电池充放电工艺、参数及封口方法,提高了电池容量,降低了气胀危险,可延长电池寿命。同样地,上述的技术方案仅提及到注入电解液的工艺概念,也没有进一步公开其详细步骤及其相应设备。
在生产实际中,大多数锂离子电芯的生产厂家的注液方法基本上都是将电解液先注入到某种夹具附带的带盛液容器上,再将电池置于夹具内放在抽真空设备内抽真空将电芯内的气体排出,同时,夹具的盛液容器内的电解液在重力的作用下流进电芯内,然后再将注液后的电芯放在有干燥空气的环境下静置一段时间以便电芯内的极片能进一步润湿。此方法对极片压实密度较小和/或电芯填充密度较小的电芯,能使极片较好地润湿;但如果电芯填充密度较大和/或极片压实密度较大,则电芯内极片的润湿效果并不理想。因为填充密度较大时,极片与极片之间的距离会很小,因此电解液进入电芯内极片间的通道很小,只有经过更长的时间电芯内的电解液才有可能将极片润湿,但润湿过程太长却有可能使电芯受到外部环境(尤其是水分)的干扰和影响,而且由于极片与电解液的表面能差值的不同,单纯延长时间仍未必能保证极片的充分润湿效果。如果极片润湿不好,化成时电芯极化过大可能导致极片析锂从而产生电芯的不可逆容量,降低电池的有效电能容量。
【发明内容】
针对现有技术的上述缺点,本发明所要达到的技术目的是要提供一种能最大限度地增大电解液对极片的润湿效果同时又避免长时间静置润湿的电池极片加压注液法及其加压注液装置。
为此,本发明的技术方案是一种电池极片加压注液法,该电池包括带注液孔的壳体及其内装的极片,所述注液法包括如下步骤:A)将电池的注液孔与盛液器相连通并固接稳固,B)将电池连同盛液器置于真空室内进行抽真空,C)当真空室内达到一定真空度值后停止抽真空,转而向真空室内注入干燥空气或惰性气体,D)继续加压直至真空室内气压上升到适当高压值之后,恒压一段时间,E)解除真空室内高压,从真空室内取出得到加压注液的电池。本发明工艺方法的原理如下:电芯抽真空注液时由于电芯装填东西较多,电解液大部分是停留在电芯的上部即注液孔附近。在抽真空过程中将电池内部的气体抽出来后,电池内部的气压降到很低,由于仍然有较多的电解液体停留在注液孔层面,因此电池内部仍然保持在负压状态,此时,迅速增加真空室的气体压力,就能在电池的外部建立起高于电池内部负压的高压差不平衡状态;在这种高压差的不平衡状态下,外部的高气压能够较大地加速注液孔层面电解液体向电池芯体内部的流动速度。这时在真空室内充入大于1个大气压的干燥或惰性气体,一定体积的气体随着体积的压缩压强不断增大,在电芯注液孔处的电解液在压强的作用下被迫往下流动,有利于电解液更好地进入极片与极片之间。又由于气体质量较轻且体积较大(单位重量的液体与气体比较)因此电池内部深处的残留气体会由于电解液的不断流入而不得不往上走,最终从电芯的注液孔处排出,而这也有利于向电芯中注入更多的电解液,有利于极片更多地被电解液快速润湿。
为实现本发明方法,本发明采取如下较具体改进措施:在所述的步骤A)中,所述电池与所述盛液器均被活动装配在同一夹具上。所述的步骤C)中,所述一定真空度值为-0.06Mpa~-0.10Mpa,优选的真空度值为-0.096Mpa。在所述的步骤D)中,所述适当高压值为1.5~2.5Mpa,优选的高压值为2.0Mpa。所述恒压时间为1.5~2.5分钟,优选的恒压时间为2.0分钟。
与上述技术方案紧密联系的为本发明的另一技术方案即:一种上述电池极片加压注液法所采用的电池极片加压注液装置,所述电池包括带注液孔的壳体及其内装的极片,而所述的加压注液装置包括真空室,所述的真空室壁上开设有与增压装置连通的通口;所述的加压注液装置还包括夹持所述电池的夹具,所述夹具上设有盛装电解液的盛液器,所述盛液器下部开设有连通所述电池的注液孔的管道。
为进一步强化本发明方法的功能,本发明采取如下较具体改进措施:
为了方便同时加工多个各种尺寸类型的电池,所述的夹具与所述的盛液器之间为可拆卸连接。所述的夹具的夹持长度可调节,所述的夹具上设有多个盛液器连接位和连接结构。
本装置实现具有两种实施途径:第一种途径中,所述的增压装置包括高压气源,该高压气源与所述真空室间通过通气管道连通。
需使用到的设备可以包括:抽空机、真空室、通气管道、大于1个大气压的高压气源。其工作过程为:把注好电解液的电芯连同夹具放在真空室内关好真空室的门开动抽空机对真空室进行抽真空,抽真空后将连接真空室与高压气源的阀门打开往真空室内放入干燥气体直到真空室内的气压大于1个大电压以上。
第二种途径中,所述的增压装置包括气压机,所述的真空室为该气压机的气缸室,在该气缸室壁上还开设有抽真空气口和进气口。
需使用到的设备有:抽空机、带有活塞的真空室、推动活塞的电机或液压泵、干燥气或惰性气气源、通气管道。其工作过程为:把注好电解液的电芯连同夹具放在真空室内关好真空室的门开动抽空机对真空室进行抽真空,抽真空后往真空室内放入一定量的干燥气体,然后开启推动活塞的电机或液压泵对真空室内的干燥气体进行压缩直到真空室内的气压大于1个大气压以上即可。
总之,本发明的电池极片加压注液装置有利于在较短时间内增加电解液进入电池内极片与极片之间、增强电解液对极片的润湿效果,有利于减少电芯内的气体,有利于增加电芯的电解液量。生产实践证明:采用本发明加压注液的方法和装置比传统的方法和装置生产出的电池能够使电池的装液量增加10~20%,还能够影响到其后的真空封装工艺步骤中令电池中的电解液保留量增加5%~10%。改进效果显著、积极有效。
以下,结合具体实施例和附图对本发明的技术解决方案作进一步说明。
【附图说明】
图1为本发明电池极片加压注液装置实施例1的结构示意图。
图2为本发明电池极片加压注液装置实施例2的结构示意图。。
【具体实施方式】
实施例1:
如图1所示的一种电池极片加压注液装置实施例1,所述电池1包括带朝上的注液孔的壳体及其内装的极片(未详示),而所述的加压注液装置包括真空室2,抽空机(未详示),真空室2壁上开设有与增压装置连通的通口2-0;所述的加压注液装置还包括夹持电池1的夹具3,夹具3上设有盛装电解液的盛液器4,所述盛液器4下部开设有连通电池1的注液孔的管道5。
夹具3与盛液器4之间为可拆卸连接。夹具3的夹持长度可调节,夹具3上的盛液器4设有与多个电池1连接的连接位和连接管道5。
增压装置包括高压气源6,该高压气源6与所述真空室2间通过通气管道7及其阀门7-0相连通;
本发明装置实施例以电芯383450A的电池1的加压注液作为工艺过程实施例即:电芯383450A的设计注液量为2.2g,把连接好电解液盛液器4的电池1连同夹具3放在真空室2内,关好真空室2的门开动抽空机对真空室2进行抽真空,当真空室2中的真空度为-0.096mpa时,将连接真空室2与高压气源6的阀门7-0打开往真空室2内放入干燥气体直到真空室2内的气压为2Mpa,恒压2min后打开真空室2拿出电池1即可。
实施例2:
如图2所示的一种电池极片加压注液装置实施例2,所述电池1包括带朝上的注液孔的壳体及其内装的极片(未详示),而所述的加压注液装置包括真空室2、抽空机(未详示),真空室2壁上开设有与增压装置连通的通口2-0;所述的加压注液装置还包括夹持电池1的夹具3,所述夹具3上设有盛装电解液的盛液器4,所述盛液器4下部开设有连通电池1的注液孔的管道5。
夹具3与盛液器4之间为可拆卸连接。夹具3的夹持长度可调节,夹具3上的盛液器4设有与多个电池1连接的连接位和连接管道5。
增压装置包括气压机,气压机包括推动活塞2-4的电机或液压泵8,所述的真空室2为该气压机的气缸室,活塞2-4气密配合在该气缸室2壁上,气缸室2壁上还开设有真空抽气口2-0和进气口2-1,通过阀门2-2、2-3,抽气口2-0和进气口2-1分别与抽空机或干燥气或惰性气气源(不详示)相连通。
本发明装置实施例以电芯383450A的电池1的加压注液作为工艺过程实施例即:电芯383450A的设计注液量为2.2g,把连接好电解液盛液器4的电池1连同夹具3放在真空室2内,关好真空室2的门开动抽空机对真空室2进行抽真空,抽真空后关闭阀门2-3,打开干燥气与真空室连接处的阀门2-2往真空室2内放入一定量的干燥气体后关上阀门2-2,然后开启推动活塞2-4的电机或液压泵8对真空室2内的干燥气体进行压缩直到真空室2内的气压为2Mpa并保压2min后打开真空室2拿出电芯即可。

Claims (10)

1、一种电池极片加压注液法,所述电池包括带注液孔的壳体及其内装的极片,所述的注液法包括如下步骤:A)将所述电池的注液孔与盛液器相连通并固接稳固,B)将所述电池连同盛液器置于真空室内进行抽真空,C)当真空室内真空度值达到-0.06Mpa~-0.10Mpa后停止抽真空,转而向真空室内注入干燥空气或惰性气体,D)继续加压直至真空室内气压上升到1.5~2.5Mpa高压值之后,恒压1.5~2.5分钟时间,E)解除真空室内高压,从真空室内取出得到加压注液的电池。
2、如权利要求1所述的电池极片加压注液法,其特征在于:在所述的步骤A)中,所述电池与所述盛液器均被活动装配在同一夹具上。
3、如权利要求1或2所述的电池极片加压注液法,其特征在于:所述的步骤C)中,所述真空度值优选为-0.096Mpa。
4、如权利要求3所述的电池极片加压注液法,其特征在于:在所述的步骤D)中,所述高压值优选为2.0Mpa。
5、如权利要求3所述的电池极片加压注液法,其特征在于:在所述的步骤D)中,所述恒压时间为2.0分钟。
6、一种如权利要求1~5之一所述电池极片加压注液法所采用的电池极片加压注液装置,所述电池包括带注液孔的壳体及其内装的极片,其特征在于:所述的加压注液装置包括真空室,所述的真空室壁上开设有与增压装置连通的通口;所述的加压注液装置还包括夹持所述电池的夹具,所述夹具上设有盛装电解液的盛液器,所述盛液器下部开设有连通所述电池的注液孔的管道。
7、如权利要求6所述的电池极片加压注液装置,其特征在于:所述的增压装置包括高压气源,该高压气源与所述真空室间通过通气管道连通。
8、如权利要求6所述的电池极片加压注液装置,其特征在于:所述的增压装置包括气压机,所述的真空室为该气压机的气缸室,在该气缸室壁上还开设有抽真空气口和进气口。
9如权利要求6所述的电池极片加压注液装置,其特征在于:所述的夹具与所述的盛液器之间为可拆卸连接。
10、如权利要求6所述的电池极片加压注液装置,其特征在于:所述的夹具的夹持长度可调节,所述的夹具上设有多个盛液器连接位和连接结构。
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