CN1731598A - 自然环境中制造软包装锂离子电池的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种在自然环境中制造软包装锂离子电池的工艺，把制造软包装锂离子电池所必须的无水和无氧环境中的工艺全部局限在一个预封装的电池袋内进行。电池袋内预封装了电池坯和导流环，预封电池袋经过深度干燥和充入惰性气体后，迅速在导流环上连接上一常闭阀使电池袋内保持无水和无氧环境，并使电池袋成为一个便于进行各种制造操作的全封系统，以后所必须的抽真空、注入电解液，活化和必要的化学反应、化成、分检、真空封装均在电池袋上进行，电池袋内跟外界的物质交换通过电池袋上的常闭阀进行，这样制造软包装锂离子电池的全部工艺过程都在大气环境中进行。

Description

自然环境中制造软包装锂离子电池的方法

技术领域

本发明涉及用铝塑复合膜作为电池外封装的锂离子电池的制造工艺，公开了一种自然环境中制造软包装锂离子电池的方法，属于锂离子电池的制造工艺技术领域。

背景技术

软包装锂离子电池是用铝产塑复合膜作为电池壳包装材料的，由正极集流集跟正极膜状材料组成的正极片，负极集流体与负极膜状材料组成的负极片。正负极片之间加一隔膜构成基本电池结构一电池坯，在电池坯的空隙充满电解质就成为电池。尽管软包装锂离子电池的制造工艺不同，但依电池坯形成的过程，可把制造工艺分为两类，第一类是先形成电池坯再加入电解质溶液，大多数采用这类工艺；本发明适合这一类。电解质溶液非常怕水，除电池材料要深度干燥外，电解质溶液所暴露的环境也要求霜点在-40℃以下。当电解质溶液跟正负极片接触形成电池后，不但怕水也怕氧。所以涉及电解质溶液操作的工艺都必须在无水和无氧的环境中进行，这样的环境人无法介入。能够达到这种环境而人又能介入的最简单设备是手套箱。例如：中国专利CN1341282A和CN1310483A中都明确指出封装和注液是在手套箱中进行的；CN1341282A的21-24页中对手套箱中的操作进行了详细地描述，从中不难看出尽管手套箱是能够实现无水无氧环境人可介入的最简单的设备，仍然有很多不足。例如：

1、工业用的手套箱是一种价格很高的通用设备，而且占地大，使用效率低。

2、维持手套箱内的无水和无氧(例如霜点-40℃，含氧量小于100ppm)环境消耗能量大。

3、进出手套箱的所有物品均需经过中间仑特别是进物中间仑，要先进行抽真空充干燥的惰性气体多次使仑内气氛达到手套箱的气氛条件下才能从中间仑把物品移入手套箱，非常不便。

4、在手套箱内人手通过长臂手套操作非常不便，准确性低，劳动效率低，使产品重复性差。

5、影响操作人员健康，特别是人手臂伸入长臂不透气的手套内时，人体排出的水份在手套内凝结后，除使人感到不舒服外，还容易引起皮炎和疱疹等病。

发明内容

本发明提供一种在自然环境中制造软包装锂离子电池的工艺，其目的旨在使制造软包装锂离子电池时需要的无水和无氧环境的局部化，即只局限于一个预封装的电池袋内。

本发明还公开了一种适用于本发明生产工艺的的预封装电池袋，有利于本发明的实施。

本发明还公开了一种适用于本发明生产工艺的常闭阀。

本发明技术解决方案如下：所述的电池坯封袋为有一个开口的封闭袋体和设在袋体内的电池坯、正负极和导流环构成，在对应导流环中心孔处的袋体单层开有通孔；

所述导流环可以有多种形状，最简单的圆柱形环为最好。环的尺寸没有严格限制，最好是高2～5毫米的短环，环的内径最好是2～10毫米，外径最好是4～15毫米。环的柱面上开有若干个导流孔，或在一个端面上开若干个导流槽，导流环的作用是形成流体通道，便于封闭和定位。

所述通孔的大小和多少，只对达到干燥极限所用时间有影响。只要这个通孔适当地小(如：1～10毫米左右)，封闭于体系内的气体通过通孔借助扩散与外界完成气体交换需要很长的时间，封闭体系的容积越大，通孔越小，所需时间就越长。如果在一个很短的时间内把一小通孔封闭，体系内的气体组成受到的影响很小。

本发明是采用一个把借助这一通孔可以在真空烘箱内完成对电池坯封袋内的干燥和充满惰性气体的操作，完成对制造软包装锂离子电池所需无水和无氧环境的局部化，通过把一个专用常闭阀迅速连接到开口处完成电池坯封袋的全封闭。这一专用常闭阀可以方便地连接到注液设备的专用接口上，并同时使常闭阀开启可进行注液。去除该连接后的电池坯封袋，可以再进行必须的制造工艺，直到完成电池的化成。

本发明在自然环境中制造软包装锂离子电池的具体工艺，包括以下步骤：

1)电池坯封袋：把经过初步干燥过的电池坯和一个导流环封入上述的袋体内，导流环装置在袋体的一侧，袋体的中部为热封带位置；

2)电池坯封袋打通孔：把对应于导流环中心一个面上的电池坯封袋切口制成通孔，然后把切开的通孔压入导流环孔内；

3)深度干燥和充惰性气体：将电池坯封袋放入能抽真空和充气的烘箱内，干燥、抽真空后充入高纯度惰性气体(如：氮气或氩气)至常压，也可进一步再抽真空、充惰性气体至常压，并降至室温；使电池坯封袋的残留水蒸汽达到1ppm以下；

4)封闭电池坯封袋的开口：把电池坯封袋从真空烘箱中取出，迅速把常闭阀连接到电池坯封袋的通孔，使电池坯封袋全封闭；

5)加电解质溶液：把常闭阀连接到注液机的专用接口上，使电池坯封袋与注液机接保持紧密连接，并使常闭阀开启，注入定量的电解质溶液；

6)放置活化：从注液机接口上取下已注液的电池坯封袋，斜放在一个专用支架上，使电解液顺利流到电池坯封袋的下部，使电池坯把所有的电解液吸收到电池坯内，确保吸收完全；

7)化成分检：把电池坯封袋的正负极耳跟化成设备的相应正负电极接通，按要求的化成程序进行化成，并对化成后的电池进行分检。化成过程中若产生的气体鼓袋大，可通过常闭阀放气；

8)终封和分离导流环：化成好的电池坯封袋连到带有专用接口的热封机上，先通过专用接口抽真空后，沿电池边热封两条平行热封带，在两条热封带之间切开使电池与导流环分离，导流环连同所附的常闭阀返回。

9)电池整形和打标记。

本发明的工艺操作不涉及电池坯的结构变化，不论是卷绕结构、折叠结构和层叠结构都不影响使用本发明的工艺和工具。

本发明的积极效果在于：通过本发明的电池坯封袋，提供了一种霜点低于一40℃的深度干燥，含氧低于100ppm的无氧环境，利用专用夹具、阀使操作工艺局限于一个尽可能小的空间进行，使袋内的气体含水蒸汽低于1ppm，而氧含量几乎与所充的惰性气体相同，比在手套箱内达到-40℃的霜点时的水蒸气压含量更低，而且这时这种能达到所充气体含氧量是在-40℃霜点的手套箱内无法达到的。实现了在自然环境下制造软包装锂离子电池，所能达到的无水无氧环境比使用手套箱更加优秀。

附图说明

图1为电池坯封袋示意图。

图2为装有常闭阀的电池坯封袋结构图。

图3为带有压紧环的常闭阀示意图。

图4为与常闭阀配合用的接口示意图。

具体实施方式

下面的实施例只是用来进一步对本发明进行详述，而不限制本发明。

实施例1

电池坯封袋：

参照图1，该电池坯封袋1是由铝塑复合膜构成，其中的一部分用来形成软包装锂离电池的外壳，对于较厚的电池坯2，最好使用已预先压出电池坯形状的电池坯封袋。电池坯封袋也可以使用两块复合膜四周热封的，也可以使用一块复合膜折回后再热封的，对这种电池坯封袋可以只热封三个周边，电池坯封袋的尺寸由电池坯2和导流环4的尺寸确定，但在电池坯2和导流环4之间必须留有两条热封带6宽以上的距离。把对应导流环4电池坯封袋1的一个平面上切开辐射状通孔5，并把切开的铝塑复合膜压入导流环4的内孔，辅助导流环4定位。使用一种带切刀和压入凸缘的专用工具可以一次完成切孔和定位。

实施例2

导流环4可以有多种形状，最简单的圆柱形环为最好，尺寸没有严格限制，最好是高2～5毫米的短环，环的内径最好是2～10毫米，外径最好是4～15毫米。环的柱面上开有若干个导流孔，或在一个端面上开若干个导流槽，导流环的作用是形成流体通道，便于封闭定位口。

实施例3

在自然环境中制造软包装锂离子电池的工艺是：

1、电池坯封袋：见实施例1。

2、电池坯封袋打孔：见实施例1。

3、深度干燥和充惰性气体：将电池坯封袋放入能抽空和充气的真空烘箱内，80℃，真空度小于10pa真空干燥8小时以上，然后充入0.9999以上纯度的氮气或氩气至常压，再抽真空至10pa，然后充以上纯度的氩气或氮气至常压，并降至室温。完成一次抽真空至10pa，再充气至1.01325×10⁵pa(标准气压)，就使电池袋的残留气体达到10pa/(1.01325×10⁵pa)²＝9.869×10^-5以下；也可再进行二次真空一充气，可使袋内残留气体达到原来的(9.869×10^-5)＝7.866×10^-9以下，残留气体就是全部为水蒸气，这时袋内充满的气体就是含水蒸汽低于7.966×10^-9而氧含量几乎与所充的惰性气体相同。

4、封闭电池袋的开口：把电池坯封袋1从真空烘箱中取出，迅速把电池坯封袋1的开口封住，封口可用单面胶带膜片，最好用专用常闭阀9封口。封口后的电池坯封袋1内基本保持了在步骤三所达到的水分和氧含量条件。这是因为唯一的通孔5在接触大气时，大气成分只能靠扩散进入袋内，这种扩散速度是很慢的。

5、加电解质溶液：把常闭阀9连接到注液机的专用接口上，接口的作用是接口跟常闭阀9连接在一起的同时开启常闭阀，并使电池坯封袋1与注液机接保持紧密连接。注液机最好具有先抽真空，再注液的功能，注入定量的电解质溶液。

6、放置活化：从注液机接口上取下已注液的电池坯封袋1，斜放在一个专用支架上。这种支架的作用是保持电池坯封袋一定的倾斜，使电解液顺利流到电池坯封袋1的下部，使电池坯2把所有的电解液吸收到电池坯内，并放置最少4小时以上，确保吸收完全。

7、需要进行化学或物理化学加工的电池，例如电解质溶液中含有可聚合的单体或可交联的预聚体，经加热或辐射聚合的，可以进行加热、辐射聚合或其他物理化学加工。

8、化成分检：把电池坯封袋1上的正负极3耳跟化成设备的相应正负电极接通，按要求的化成程序进行化成，并对化成后的电池进行分检。化成过程中若产生的气体鼓袋大，可通过常闭阀放气。

9、终封和分离导流环：化成好的电池坯封袋1连到带有专用接口的热封机上，先通过专用接口抽真空后，如图2，沿电池边热封两条平行热封带，在两条热封带之间切开使电池与导流环分离，导流环连同所附的常闭阀返回步骤四，常闭阀9可以重新使用(不必重新清洗和干燥)。

10、电池整形和打标记：从8分离出的电池外形经整形机整形并打上标记后，即可入库。

实施例4

跟实施例3基本相同，所不同的是步骤三，给电池坯封袋1安装常闭阀9，把图3所示的常闭阀9如图2所示安装在电池坯封袋1上，用一限位器把该阀上的延长杆压入阀内使阀开启；实施例3中的步骤四是从真空烘箱中取出电池坯封袋1前去掉限位器，使常闭阀恢复常闭。其优点是限位器可同时控制许多电池坯封袋的开启，并可在真空烘箱内一次完成电池坯封袋1的封闭，使袋内的无水无氧环境不受或少受自然环境的影响。

Claims (3)

1、一种电池坯封袋，其特征在于：为有一个开口的封闭袋体和设在袋体内的电池坯、正负极和导流环构成，在对应导流环中心孔处的袋体单层开有通孔。

2、根据权利要求1所述的电池坯封袋，其特征在于：导流环的柱面上开有若干个导流孔，或在一个端面上开若干个导流槽。

3、在自然环境中制造软包装锂离子电池的工艺，包括以下步骤：

1)电池坯封袋：把经过初步干燥过的电池坯和一个导流环封入电池坯封袋的袋体内，导流环装置在袋体的一侧，袋体的中部为热封带位置；

2)电池坯封袋打通孔：把对应于导流环中心一个面上的电池坯封袋切口制成通孔，然后把切开的通孔压入导流环孔内；

3)深度干燥和充惰性气体：将电池坯封袋放入能抽真空和充气的烘箱内，干燥、抽真空后充入高纯度惰性气体(如：氮气或氩气)至常压，也可进一步再抽真空、充惰性气体至常压，并降至室温；使电池坯封袋的残留水蒸汽达到1ppm以下；

4)封闭电池坯封袋的开口：把电池坯封袋从真空烘箱中取出，迅速把常闭阀连接到电池坯封袋的通孔上；

5)加电解质溶液：把常闭阀连接到注液机的专用接口上，使电池坯封袋与注液机接保持紧密连接，注入定量的电解质溶液；

6)放置活化：从注液机接口上取下已注液的电池坯封袋，斜放在一个专用支架上，使电解液顺利流到电池坯封袋的下部，使电池坯把所有的电解液吸收到电池坯内，确保吸收完全；

7)化成分检：把电池坯封袋的正负极耳跟化成设备的相应正负电极接通，按要求的化成程序进行化成，并对化成后的电池进行分检。化成过程中若产生的气体鼓袋大，可通过常闭阀放气；

8)终封和分离导流环：化成好的电池坯封袋连到带有专用接口的热封机上，先通过专用接口抽真空后，沿电池边热封两条平行热封带，在两条热封带之间切开使电池与导流环分离，导流环连同所附的常闭阀返回；

9)电池整形和打标记。

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