鋰電池化成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋰電池化成方法，其包括以下步驟：1)將電芯極耳向上浸泡在裝有電解液的電解液槽中，電解液浸沒電芯主體的范圍不超過電芯高度的4/5；2)將電芯夾緊預熱，夾緊壓力為0.05MPa-0.6MPa；3)將夾緊預熱后的電芯繼續(xù)浸泡在電解液槽中，對電解液槽進行密封、抽真空并進行預充電；以及4)對完成預充電的電芯兩側(cè)施加0.2MPa-1MPa力夾緊，并封裝電芯。采用本發(fā)明鋰電池化成方法獲得的鋰電池沒有黑斑和析鋰，界面良好，且容量可以提高1%-2%，可顯著改善鋰電池的界面和電化學性能。
【專利說明】鋰電池化成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰電池制造領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種鋰電池化成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰電池具有電壓高、比能量大、充放電壽命長和安全環(huán)保等優(yōu)點，因此被廣泛應用于各類電子產(chǎn)品(如手機、數(shù)碼相機、筆記本電腦、電動工具)、便捷式小型電器、電動汽車和儲能系統(tǒng)中。
[0003]鋰電池的制備工藝繁雜，包括攪拌、涂布、干燥、裸電芯制備、封裝和化成等，其中，化成工藝是鋰電池制備工藝過程中不可或缺的工序，對鋰電池的性能起到至關(guān)重要的作用。
[0004]目前，鋰電池的化成工藝都是將裸電芯入殼封裝，再定量注入電解液，通過一段時間的靜置后再化成。但是，這種化成工藝過程繁雜，需要控制的因素很多，整個化成工藝需要的時間和操作人員很多，浪費了大量的成本和工藝時間。尤其是動力鋰電池，動力鋰電池化成后的界面不好，容易出現(xiàn)許多黑斑和析鋰。
[0005]例如，中國發(fā)明專利申請CN201110432901.4公開了 一種確定動力鋰電池注液量的方法，其通過電解液浸泡裸電芯的方法確定動力鋰電池的注液量。上述方法需要將裸電芯浸泡后取出，擦去表面游離態(tài)的電解液稱重，然后減去裸電芯的重量便得到鋰電池的注液量。但是，上述方法在實際生產(chǎn)中難以實現(xiàn)，因為裸電芯浸泡后會鼓漲，即使擦去表面游離態(tài)的電解液也很難在稱重過程中防止電解液的滴落造成的污染和數(shù)據(jù)不準確的情況；此夕卜，上述方法還需要后續(xù)的化成充電保證電池形成穩(wěn)定的SEI膜，因此并沒有在工序和設(shè)備上簡化鋰電池的制造工藝。
[0006]有鑒于此，確有必要提供一種快速、簡便且可以提高鋰電池性能的鋰電池化成方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于:提供一種快速、簡便且可以提高鋰電池性能的鋰電池化成方法。
[0008]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了 一種鋰電池化成方法，其包括以下步驟:
[0009]I)將電芯極耳向上浸泡在裝有電解液的電解液槽中，電解液浸沒電芯主體的范圍不超過電芯高度的4/5 ；
[0010]2)將電芯夾緊預熱，夾緊壓力為0.05MPa-0.6MPa ；
[0011]3)將夾緊預熱后的電芯繼續(xù)浸泡在電解液槽中，對電解液槽進行密封、抽真空并進行預充電；以及
[0012]4)對完成預充電的電芯兩側(cè)進行0.2MPa-lMPa力夾緊，并封裝電芯。
[0013]步驟I)中，電解液浸沒電芯主體的范圍不超過電芯高度的4/5，在保證充分浸潤的同時，電解液也不會污染極耳上的密封膠，可保證后續(xù)封裝的順利進行。[0014]步驟2)中，當夾緊壓力小于0.05MPa時，難以保證將電芯夾緊；當夾緊壓力大于
0.6MPa時，容易將已經(jīng)吸附在極片上的電解液壓出，導致局部浸潤不良。
[0015]作為本發(fā)明鋰電池化成方法的一種改進，所述步驟I)中，電芯浸泡至少20分鐘。20分鐘可以保證極片和隔離膜充分吸收電解液，保證電芯的浸潤效果。若電芯浸泡的時間太短，則易出現(xiàn)黑斑，鋰電池的容量會降低。
[0016]作為本發(fā)明鋰電池化成方法的一種改進，所述步驟2)中，預熱溫度為35°C_60°C，預熱時間為3秒-30秒。預熱的目的是為了加快電芯的浸潤，并且在充電過程中加速鋰離子的動力學性能。預熱溫度不能高于60°C，否則電解液中的成膜添加劑易分解，導致SEI膜形成不良，造成鋰電池電化學性能的降低。
[0017]作為本發(fā)明鋰電池化成方法的一種改進，所述步驟3)中，真空度為_60KPa到-97KPa，持續(xù)2秒-20秒。抽真空的目的是為了加速電芯的浸潤，_60KPa以上可以更加有效地促進電解液的浸潤，20秒以內(nèi)的時間足以保證電解液的充分吸收。
[0018]作為本發(fā)明鋰電池化成方法的一種改進，所述步驟3)中，電芯預充電的倍率為
0.0lC-1C0當充電的倍率超過1C，電流強度太大，難以形成致密的SEI膜，會導致鋰電池電化學性能的降低。
[0019]作為本發(fā)明鋰電池化成方法的一種改進，所述步驟4)中，夾緊時間為I秒-1分鐘。I秒-1分鐘可以充分將多余的電解液壓出，不僅可以保證后續(xù)封裝順利進行，也有利于將多余電解液回收。
[0020]作為本發(fā)明鋰電池化成方法的一種改進，所述步驟I)中，電芯在浸泡前的水含量不超過300ppm。當電芯在浸泡前的水含量超過300ppm時，充電過程中鋰(鋰離子)會和水分反應，造成不可逆容量損失，導致電池容量和首次效率降低。
[0021]作為本發(fā)明鋰電池化成方法的一種改進，鋰電池化成過程中的工作環(huán)境濕度不能高于2%。當工作環(huán)境的濕度高于2%時，容易導致鋰電池因吸收水分而容量降低。
[0022]相對于現(xiàn)有技術(shù)，采用本發(fā)明鋰電池化成方法獲得的鋰電池沒有黑斑和析鋰，界面良好，并且容量可以提高1%_2%，可顯著改善鋰電池的界面和電化學性能。此外，本發(fā)明鋰電池化成方法工藝簡單，易于實現(xiàn)，明顯縮短了化成工藝時間，節(jié)約了設(shè)備和人工成本，且后續(xù)的封裝不需要多余的氣袋。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明鋰電池化成方法和其有益技術(shù)效果進行詳細說明，附圖中:
[0024]圖1為本發(fā)明鋰電池化成方法的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)方案和技術(shù)效果更加清晰，以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解的是，本說明書中給出的各個實施例僅是為了解釋本發(fā)明，并非為了限定本發(fā)明，本發(fā)明并不局限于說明書中給出的各個實施例。
[0026]實施例1
[0027]實施例1鋰電池化成方法包括:1)將容量為1620mAh，水含量為200ppm的裸電芯浸泡到電解液中，電解液浸沒電芯主體的范圍為電芯高度的4/5，浸泡20分鐘；2)將裸電芯夾緊預熱，夾緊壓力為0.05MPa,預熱溫度為35 V，預熱3秒；3)抽真空，真空度控制為-60KPa，持續(xù)時間2秒，抽真空完成后，用0.0lC倍率對裸電芯進行預充電；4)將預充電完成的裸電芯從電解液中轉(zhuǎn)移到空壓力板上，控制壓力為0.2MP，持續(xù)時間2秒，并將裸電芯轉(zhuǎn)移到鋁塑模中進行封裝。
[0028]實施例2
[0029]實施例2鋰電池化成方法包括:1)將容量為2780mAh，水含量為300ppm的裸電芯浸泡到電解液中，電解液浸沒電芯主體的范圍為電芯高度的4/5，浸泡30分鐘；2)將裸電芯夾緊預熱，夾緊壓力為0.6MPa，預熱溫度為60°C，預熱30秒；3)抽真空，真空度控制為-97KPa，持續(xù)時間20秒，抽真空完成后，用IC倍率對裸電芯進行預充電；4)將預充電完成的裸電芯從電解液中轉(zhuǎn)移到空壓力板上，控制壓力為1MP，持續(xù)時間10秒，然后將裸電芯轉(zhuǎn)移到鋼殼中進行封裝。
[0030]實施例3
[0031]實施例3鋰電池化成方法包括:1)將容量為4550mAh，水含量為300ppm的裸電芯浸泡到電解液中，電解液浸沒電芯主體的范圍為電芯高度的2/3，浸泡40分鐘；2)將裸電芯夾緊預熱，夾緊壓力為0.3MPa，預熱溫度為45°C，預熱15秒；3)抽真空，真空度控制為-80KPa，持續(xù)時間10秒，抽真空完成后，用0.1C倍率對裸電芯進行預充電；4)將預充電完成的裸電芯從電解液中轉(zhuǎn)移到空壓力板上，控制壓力為0.6MP，持續(xù)時間5秒，然后將裸電芯轉(zhuǎn)移到鋁殼中進行封裝。
[0032]對比例I
[0033]對比例I鋰電池化成方法包括:1)將容量為1620mAh，水含量為400ppm的裸電芯浸泡到電解液中，電解液浸沒電芯主體的范圍為電芯高度的4/5，浸泡20分鐘；2)將裸電芯夾緊預熱，夾緊壓力為0.05MPa，預熱溫度為35°C，預熱3秒；3)抽真空，真空度控制為-60KPa，持續(xù)時間2秒，抽真空完成后，用0.0lC倍率對裸電芯進行預充電；4)將預充電完成的裸電芯從電解液中轉(zhuǎn)移到空壓力板上，控制壓力為0.2MP，持續(xù)時間2秒，并將裸電芯轉(zhuǎn)移到鋁塑模中進行封裝。
[0034]對比例2
[0035]對比例2鋰電池化成方法包括:1)將容量為1620mAh，水含量為300ppm的裸電芯浸泡到電解液中，電解液浸沒電芯主體的范圍為電芯高度的4/5,浸泡15分鐘；2)將裸電芯夾緊預熱，夾緊壓力為0.05MPa，預熱溫度為35°C，預熱3秒；3)抽真空，真空度控制為-60KPa，持續(xù)時間2秒，抽真空完成后，用0.0lC倍率對裸電芯進行預充電；4)將預充電完成的裸電芯從電解液中轉(zhuǎn)移到空壓力板上，控制壓力為0.2MP，持續(xù)時間2秒，并將裸電芯轉(zhuǎn)移到鋁塑模中進行封裝。
[0036]對比例3
[0037]對比例3鋰電池化成方法包括:1)將容量為1620mAh，水含量為300ppm的裸電芯浸泡到電解液中，電解液浸沒電芯主體的范圍為電芯高度的4/5，浸泡20分鐘；2)將裸電芯夾緊預熱，夾緊壓力為0.7MPa，預熱溫度為35 V，預熱3秒；3)抽真空，真空度控制為-60KPa，持續(xù)時間2秒，抽真空完成后，用0.0lC倍率對裸電芯進行預充電；4)將預充電完成的裸電芯從電解液中轉(zhuǎn)移到空壓力板上，控制壓力為0.2MP，持續(xù)時間2秒，并將裸電芯轉(zhuǎn)移到鋁塑模中進行封裝。
[0038]對比例4
[0039]對比例4鋰電池化成方法包括:1)將容量為1620mAh，水含量為300ppm的裸電芯浸泡到電解液中，電解液浸沒電芯主體的范圍為電芯高度的4/5，浸泡20分鐘；2)將裸電芯夾緊預熱，夾緊壓力為0.05MPa，預熱溫度為70°C，預熱40秒；3)抽真空，真空度控制為-60KPa，持續(xù)時間2秒，抽真空完成后，用0.0lC倍率對裸電芯進行預充電；4)將預充電完成的裸電芯從電解液中轉(zhuǎn)移到空壓力板上，控制壓力為0.2MP，持續(xù)時間2秒，并將裸電芯轉(zhuǎn)移到鋁塑模中進行封裝。
[0040]對比例5
[0041]對比例5鋰電池化成方法包括:1)將容量為1620mAh，水含量為300ppm的裸電芯浸泡到電解液中，電解液浸沒電芯主體的范圍為電芯高度的4/5，浸泡20分鐘；2)將裸電芯夾緊預熱，夾緊壓力為0.05MPa，預熱溫度為35°C，預熱3秒；3)抽真空，真空度控制為-50KPa，持續(xù)時間20秒，抽真空完成后，用0.0lC倍率對裸電芯進行預充電；4)將預充電完成的裸電芯從電解液中轉(zhuǎn)移到空壓力板上，控制壓力為0.2MP，持續(xù)時間2秒，并將裸電芯轉(zhuǎn)移到鋁塑模中進行封裝。
[0042]對比例6
[0043]對比例6鋰電池化成方法包括:1)將容量為1620mAh，水含量為300ppm的裸電芯浸泡到電解液中，電解液浸沒電芯主體的范圍為電芯高度的4/5，浸泡20分鐘；2)將裸電芯夾緊預熱，夾緊壓力為0.05MPa，預熱溫度為35°C，預熱3秒；3)抽真空，真空度控制為-60KPa，持續(xù)時間2秒，抽真空完成后，用1.2C倍率對裸電芯進行預充電；4)將預充電完成的裸電芯從電解液中轉(zhuǎn)移到空壓力板上，控制壓力為0.2MP，持續(xù)時間2秒，并將裸電芯轉(zhuǎn)移到鋁塑模中進行封裝。
[0044]對比例7
[0045]對比例7鋰電池化成方法包括:1)將容量為1620mAh，水含量為300ppm的裸電芯浸泡到電解液中，電解液浸沒電芯主體的范圍為電芯高度的4/5，浸泡20分鐘；2)將裸電芯夾緊預熱，夾緊壓力為0.05MPa，預熱溫度為35°C，預熱3秒；3)抽真空，真空度控制為-60KPa，持續(xù)時間2秒，抽真空完成后，用0.0lC倍率對裸電芯進行預充電；4)將預充電完成的裸電芯從電解液中轉(zhuǎn)移到空壓力板上，控制壓力為1.2MP，持續(xù)時間65秒，并將裸電芯轉(zhuǎn)移到鋁塑模中進行封裝。
[0046]對比例8
[0047]對比例8鋰電池化成方法包括:將容量為1620mAh，水含量為300ppm的裸電芯直接在鋁塑模中進行封裝，然后注入電解液，常溫靜置30h后，用0.0lC充電進行化成。
[0048]對比例9
[0049]對比例9鋰電池化成方法包括:將容量為2780mAh，水含量為300ppm的裸電芯直接在鋁塑模中進行封裝，然后注入電解液，常溫靜置30h后，用0.6MPa的力壓緊電池，用
0.1C充電進行化成。
[0050]對比例10
[0051]對比例10鋰電池化成方法包括:1)將容量為4550mAh，水含量為300ppm的裸電芯浸泡到電解液中，電解液浸沒電芯主體的范圍為電芯高度的4/5,浸泡60分鐘；2)將裸電芯從電解液中轉(zhuǎn)移到空壓力板上，控制壓力為0.2MP，持續(xù)時間2秒，并將裸電芯轉(zhuǎn)移到鋁塑模中進行封裝，將封裝后的電池常溫靜置30h后，用IMPa的力壓緊，用0.2C充電進行化成。
[0052]性能檢測
[0053]分別將根據(jù)實施例1至3化成方法獲得的電芯和對比例I至10化成方法獲得的電芯編號，其中，根據(jù)實施例1至3化成方法獲得的電芯依次編號為S1-S3，根據(jù)對比例I至10化成方法獲得的電芯依次編號為D1-D10。
[0054]在35°C環(huán)境中按如下流程對編號為S1-S3和Dl-DlO的電芯進行容量測試:首先靜置3分鐘；然后以0.5C的充電電流，恒流充電至4.3V，再恒壓充電至0.05C ;靜置3分鐘；再以0.5C的放電電流，恒流放電至3.0V得到首次放電容量DO ;靜置3分鐘之后完成容量測試；將完成容量測試的電池用0.5C進行滿充并拆解，查看界面是否有黑斑和析鋰的情況，所得容量和界面測試結(jié)果如表1所示。
[0055]表1S1-S3和Dl-DlO的鋰電池的容量和界面測試結(jié)果
[0056]
【權(quán)利要求】
1.一種鋰電池化成方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將電芯極耳向上浸泡在裝有電解液的電解液槽中，電解液浸沒電芯主體的范圍不超過電芯高度的4/5 ； 2)將電芯夾緊預熱，夾緊壓力為0.05MPa-0.6MPa ； 3)將夾緊預熱后的電芯繼續(xù)浸泡在電解液槽中，對電解液槽進行密封、抽真空并進行預充電；以及 4)對完成預充電的電芯兩側(cè)施加0.2MPa-lMPa力夾緊，并封裝電芯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池化成方法，其特征在于，所述步驟I)中，電芯浸泡至少20分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池化成方法，其特征在于，所述步驟2)中，預熱溫度為35 0C -60 0C，預熱時間為3秒-30秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池化成方法，其特征在于，所述步驟3)中，真空度為-60KPa到-97KPa,持續(xù)2秒-20秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池化成方法，其特征在于，所述步驟3)中，電芯預充電的倍率為0.0lC-1Co
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池化成方法，其特征在于，所述步驟4)中，夾緊時間為I秒_1分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池化成方法，其特征在于，所述步驟I)中，電芯在浸泡前的水含量不超過300ppm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池化成方法，其特征在于:鋰電池化成過程中的工作環(huán)境濕度不能高于2%。
【文檔編號】H01M10/058GK103762385SQ201410036835
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】周華利, 方宏新 申請人:寧德新能源科技有限公司, 東莞新能源科技有限公司