一种用电解液浸润软包装锂电池电芯的方法技术

本发明专利技术涉及一种用电解液浸润电芯的方法。本发明专利技术的方法通过施加反向朝外的力之后再向电芯施加朝电芯内部的力反复几次，之后抽真空预封静置以浸润电芯。根据实验结果，采用根据本申请的电解液浸润软包装锂电池电芯的方法，与常规方法相比，在相同的浸润时间时，本申请的浸润效果得到了显著的提高。

Method for infiltrating soft packing lithium battery electric core by electrolyte

The invention relates to a method for infiltrating an electric core with an electrolyte. The method of the invention applies a reverse outward force to the electric core and then applies the force toward the inner core several times, and then the vacuum is pre sealed to settle the electrical core. According to the experimental results, the method according to the application of electrolyte infiltration of soft package lithium batteries, compared with the conventional method, at the same time infiltration, infiltration effect of the application has been improved significantly.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用电解液浸润软包装锂电池电芯的方法，具体而言，本专利技术涉及通过反复加压和撑开电芯的方法以加速电解液浸润的方法。
技术介绍
锂离子二次电池具有能量密度高、体积小、放电平台特性佳、循环寿命长、无记忆效应且绿色无污染等特点，在电子产品、电动工具、新能源汽车和储能电站方面有着广阔的应用前景。锂离子电池的生产过程包括制浆、涂布、压延、分条、裁片、叠片、极耳焊接、热封、注液、电解液含浸、化成分容等。其中，电解液含浸在锂电池生产的诸多工序中耗费时间最长，充分的静置既可以保证电解液在电极表面进行彻底的微反应，形成牢固的SEI膜，避免大基团嵌入电极内部造成活性物质脱落、电池容量跳水，保证电池的循环寿命，又能全面润湿电极表面，减小电极无效面积，提高电池容量。目前，工厂通常通过将注液完成后的电池敞口放置于干燥房内静置24小时以上。由于锂电池单体电压高，采用无水电解液，因此生产环节，特别是从加液步骤开始要求特别严格的干燥环境，而加液、浸润工序使用的干燥房的运营维护成本极高，长时间的静置浪费大量资源，降低生产效率。为了提高生产效率、改善产品质量，开发一种新型的电解液浸润静置工艺势在必行。CN103872381A涉及一种动力电池的注液静置方法，其中对比了两种方法：1.电解液注液后在干燥空气的车间进行静置12-24小时，该种方法电极或隔膜对电解液的虹吸作用并不理想，造成电解液浸润速度慢、生产效率低且制作电池内阻高、循环寿命差；2.电池进行部分电解液注入后放入恒温静置箱中，对动力电池进行三次抽真空和三次加压强，各次抽真空或加压强后均静置一定时间，随后将动力电池泄压至常压进入后续工序。该方法针对的是具有坚硬外壳的方形电池，并强调注入部分电解液，通过上述方法，未被吸收的电解液液面以上部分的电芯在抽真空或加压强的循环过程中很难浸润。CN103811712A涉及一种动力软包锂电池注液预封口的自动化生产线，其中公布了动力电池电解液注液后直接抽真空、预封，然后进入静置阶段。在该工艺中，注液完成后一次抽真空、预封存在两个问题：1.一次抽真空造成未被吸收的电解液分布不均；2.电芯注液后电解液与电极接触的过程中会发生化学反应产生气体，从而解除了一次抽真空对电芯压紧的力或者破坏真空度，真空失效影响电极和隔膜的虹吸效果，降低电解液浸润效率。因此，仍需要一种简单有效的方法提高电解液浸润的效率和效果。
技术实现思路
技术问题：本专利技术针对电解液浸润过程中由于虹吸效果差和未被浸润吸收的电解液液面低而造成的浸润困难的问题，提出了一种解决途径，即通过对注液后的电芯施加外力或抽真空的手段以减小电芯各部件之间的距离，通过提高液面、改善电极片与隔膜之间的虹吸作用来加快电解液的浸润速度。技术方案电芯在注液时不能过量注入电解液，即，注液的量与电极吸附的电解液的量应当相等，电解液在电芯内部电极与隔膜层之间存在类毛细现象，假设隔膜与电极层间距为d，电解液与电极和隔膜之间的接触角为θ，电解液密度为ρ，表面张力系数为σ，重力加速度为g，则电解液在隔膜与电极之间可以上升的高度(k是公式系数)。由此可见，减小隔膜与电极层间距d可以提高h，从而改善电解液浸润效果。通常，电芯具有许多层，在浸润时，电解液从外向内浸润，外部浸润后，内部未浸润的干燥部分即相当于液面下的气泡。对于液面下的气泡存在以下受力平衡：若对电芯施加外力p，则气泡的受力平衡变为外力p变大时，气泡的直接R变小的同时pg变大；外力p变小时，气泡的直接R变大的同时pg变小；当外力p变化幅度较大或者反复变化的时候，气泡破裂的可能性大大增加，从而通过施加外力驱逐电芯内部的气泡，改善浸润效果。基于上述两种原理，为了改善电解液在电芯内部的浸润效果，本专利技术采取了以下技术方案：一种用电解液浸润软包装锂电池电芯的方法，该方法包括以下步骤：A.向软包装的锂电池电芯注液；B.通过施加反向朝外的力，拉开或撑起所述电芯的铝塑膜3-10mm，静置5-60分钟；C.向电芯施加朝电芯内部的力，将电芯压紧并静置5-60分钟，该力对电芯的压强为0.5-400KPa；D.重复B-C步骤n次，每次的步骤C中的挤压电芯的力产生的压强和静置时间可以各自独立地相同或不同；其中，n为2-10；E.将电芯抽真空预封，再静置1-10h；优选地，步骤B中拉开或撑起所述电芯的铝塑膜5-8mm，静置10-40分钟；步骤C中的加压方式没有具体限制，只要能够将电芯压紧即可，例如可以为机械加压，在电芯外部增加气体压力加压(以下简称气压)、抽真空加压、在电芯外部增加液体压力加压或者它们的组合的方式；其中，所述机械加压例如为使用面积大于电芯面积的平行的夹具对电芯施加预定压强的压力；其中，所述抽真空加压例如为通过对电芯内部抽真空，以外部大气压对电芯施加预定的压力；所述气压为通过对电芯外部增加气体压力，从而通过电芯内外的压力差对电芯施加预定的压力；组合的方式例如，可以在电芯内部抽真空的同时对电芯外部加压；采用气压、抽真空加压、或者液压的方式可以使压力更均匀；优选地，步骤C中向电芯施加朝电芯内部的力对电芯的压强为1-200KPa，静置10-40分钟；更优选步骤C中向电芯施加朝电芯内部的力对电芯的压强为5-50KPa，静置20-30分钟；优选地，重复次数n为3-5，例如3、4或5次，且在重复过程中，每次的步骤C中的挤压电芯的力均不同；优选地，重复时每次加压的压强逐渐增加，例如每次加压可以比前一次的压强增加50％至100％。根据本专利技术的另一个实施方式，其提供了一种软包装锂电池电芯的制备方法，其中，该方法包括上述的用电解液浸润软包装锂电池电芯的步骤。优选地，该方法包括：(1)制备正极片：将正极活性材料、导电剂、粘结剂按一定比例混合均匀，加入水或有机溶剂制成均一浆料，均匀涂布在铝箔或钛箔正极集流体上，然后烘干、辊压、分条、裁片、真空干燥；(2)制备负极片：将负极活性材料、导电剂、粘结剂按一定比例混合均匀，加入水或有机溶剂制成均一浆料，均匀涂布在铜箔或铝箔负极集流体上，然后烘干、辊压、分条、裁片、真空干燥即制备成负极片；(3)将上述正负极片经卷绕或叠片工艺制成电芯，放入铝塑膜中，焊接极耳；(4)向铝塑膜内注入电解液(注液)，静置；(5)密封，抽真空；(6)进行首次充放电(化成)；(7)再次抽真空、裁边、分容，得到最终产品，其中，所述步骤(4)采用上述的用电解液浸润软包装锂电池电芯的步骤进行。有益效果：通过设计了一系列的电解液注液浸润工艺研究，该专利技术对电解液浸润有明显的改善效果。综合各实验验证结果，该专利技术的软包电池电解液浸润表现出优异综合性能，本专利技术的有益效果总结如下：(一)、浸润结束后拆开电芯，内部存在未被浸润电芯的数量减少；(二)、电芯注液效率得到显著提高。附图说明图1为根据本专利技术的方法的工艺流程图。图2为通过机械加压给电芯增加压力的示意图。附图标记1软包装电池电芯的气囊2吸盘3驱动部件4软包装电池的电芯5动力源具体实施方式下面通过实施例对本专利技术的技术方案作详细说明，本实施例在本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术需保护的范围不限于下述的实施例。本实施例使用4Ah的钛酸锂软包电池，其电芯的平行于夹具表面的面积(即电极的面积)为6c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用电解液浸润软包装锂电池电芯的方法，该方法包括以下步骤：A.向软包装的锂电池电芯注液；B.通过施加反向朝外的力，拉开或撑起所述电芯的铝塑膜3‑10mm，静置5‑60分钟；C.向电芯施加朝电芯内部的力，将电芯压紧并静置5‑60分钟，该力对电极的压强为0.5‑400KPa；D.重复B‑C步骤n次，每次的步骤C中的挤压电芯的力产生的压强和静置时间各自独立；其中，n为2‑10；E.将电芯抽真空预封，再静置1‑10h。

【技术特征摘要】
1.一种用电解液浸润软包装锂电池电芯的方法，该方法包括以下步骤：A.向软包装的锂电池电芯注液；B.通过施加反向朝外的力，拉开或撑起所述电芯的铝塑膜3-10mm，静置5-60分钟；C.向电芯施加朝电芯内部的力，将电芯压紧并静置5-60分钟，该力对电极的压强为0.5-400KPa；D.重复B-C步骤n次，每次的步骤C中的挤压电芯的力产生的压强和静置时间各自独立；其中，n为2-10；E.将电芯抽真空预封，再静置1-10h。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤B中拉开或撑起所述电芯的铝塑膜5-8mm，静置10-40分钟。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤C中的加压方式为通过机械加压，在电芯外部增加气体压力加压，抽真空加压，在电芯外部增加液体压力加压或者它们的组合的方式。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤C中的加压方式为通过在电芯外部增加气体压力加压，抽真空加压，或者它们的组合的方式。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤C中向电芯施加朝电芯内部的力对电芯的压强为1-200KPa，静置10-40分钟。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤C中向电芯施加朝电芯内部的力对电芯的压强为5-50KPa，静...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴明，吕忱，张丕军，蒋浩民，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31