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CN118099678B - 一种高效率锂离子电池注液方法 - Google Patents

一种高效率锂离子电池注液方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效率锂离子电池注液方法，包括以下步骤：S1：通过加热去除电池内部超标的水分，然后对电解液进行预热，加热的电池进行降温；S2：将电池放入注液机的真空腔内，注液机合腔进行抽真空，在真空度达到预定值时，停止抽真空并对电池进行注液，达到注液量时停止注液，并维持真空度一段时间；本发明的优点是利用电池烘烤后的余温，无需降至常温再升温，节省工序时间且将电解液进行预热，再注入电池前始终保持一定温度，并通过呼吸式工艺完成电池注液，提高注液效率的同时保证了注液效果，缩短了电池制造周期，保证电池极片界面浸润良好，利于化成时化学体系的稳定。

Description

一种高效率锂离子电池注液方法
技术领域
本发明具体涉及一种高效率锂离子电池注液方法。
背景技术
锂离子电池组装完成后需要进行注，锂离子电池中的电解液是非常重要的组成部分，它负责电池中的离子传输，同时也可以帮助散热和保护电池。注液可以保证电池内部的化学反应正常进行，注液工艺可以有效的防止电池过热、短路和泄露等安全问题。
注液工艺经历了常压注液、负压注液、等压注液等几代的发展，都是为了提高极片浸润速度，从而提高了生产效率。负压注液是主流的注液方式，即使是现在流行的等压注液，也是利用差压先将电解液注入电芯，再利用高压等压原理做静置循环，来增加电解液的浸润速度。
电池的裙裕度越高，电池注液越难，注液后的浸润时间越长，造成电池的整生产周期变长，生产成本增加。目前的电池注液后的浸润时间普遍大于24h，浸润不良还会导致电池内阻偏大，黑斑析锂等异常，造成电池安全问题，为此我们提出一种高效率锂离子电池注液方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效率锂离子电池注液方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高效率锂离子电池注液方法，包括以下步骤：
S1：通过加热去除电池内部超标的水分，然后对电解液进行预热，加热的电池进行降温；
S2：将电池放入注液机的真空腔内，注液机合腔进行抽真空，在真空度达到预定值时，停止抽真空并对电池进行注液，达到注液量时停止注液，并维持真空度一段时间；
S3：向注液机真空腔内注入惰性气体，腔体内真空度达到-10Kpa时停止注入，并保持一段时间；
S4：再次对注液机真空腔体进行抽真空至-95Kpa以上，停止抽真空，保持一段时间；
S5：重复步骤S3、S4进行2到4次，然后对真空腔进行泄压，取出电池，完成注液；
S6：将注液后的电池放置在高温房内静置浸润一段时间，电池即可送至化成工序进行化成。
优选地，在所述S1中：
通过将电池放入烘箱烘烤去除电池内部超标的水分，烘烤为立式接触式烘烤，烘烤后电池水分≤150ppm。
优选地，在所述S1中：
降温后的电池温度为35℃±3℃。
优选地，在所述S1中：
电解液预热的温度为30-35℃，并保持电解液在进入电芯前的温度不变。
优选地，在所述S2中：
所述抽真空的真空度预定值至少为-95Kpa，注液量为413±3g，真空腔的真空泄露率不大于30S/Kpa，所述维持真空度的时间为30S-60S。
优选地，在所述S3中：
所述保持时间为30S-60S。
优选地，在所述S4中：
所述保持时间为30S-60S。
优选地，在所述S5中：
所述泄压方式通过阶梯式降压以减少电解液飞溅污染腔体。
优选地，在所述S6中：
所述高温房的温度为45℃-60℃，静置浸润时间为12h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的优点是利用电池烘烤后的余温，无需降至常温再升温，节省工序时间且将电解液进行预热，再注入电池前始终保持一定温度，并通过呼吸式工艺完成电池注液，提高注液效率的同时保证了注液效果，缩短了电池制造周期，保证电池极片界面浸润良好，利于化成时化学体系的稳定。
附图说明
图1为本发明的锂离子电池注液方法工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种高效率锂离子电池注液方法，包括以下步骤：
S1：通过加热去除电池内部超标的水分，避免电池中过多的水分会影响电池的性能和安全性，然后对电解液进行预热，加热的电池进行降温，以确保在注液过程中电解液和电池的温度适宜，这有助于提高电解液的渗透效率；
S2：将电池放入注液机的真空腔内，注液机合腔进行抽真空，有助于去除电池内部的空气和水分，为注液创造良好环境，在真空度达到预定值时，停止抽真空并对电池进行注液，有助于确保电解液均匀渗透至电池内部，达到注液量时停止注液，并维持真空度一段时间；
S3：向注液机真空腔内注入惰性气体，是为了替换掉注液过程中可能残留的有害气体，同时保护电池免受氧化，腔体内真空度达到-10Kpa时停止注入，并保持一段时间；
S4：再次对注液机真空腔体进行抽真空至-95Kpa以上，停止抽真空，保持一段时间；
S5：重复步骤S3、S4进行2到4次，多次抽真空和恢复正常压力有助于确保电解液完全渗透至电池的每个角落，然后对真空腔进行泄压，取出电池，完成注液；
S6：将注液后的电池放置在高温房内静置浸润一段时间，在高温环境中静置电池有助于进一步促进电解液的渗透和均匀分布，同时也是电池化成前的准备步骤，电池即可送至化成工序进行化成。
优选地，在S1中：
通过将电池放入烘箱烘烤去除电池内部超标的水分，烘烤为立式接触式烘烤，烘烤后电池水分≤150ppm；
降温后的电池温度为35℃±3℃；
电解液预热的温度为30-35℃，并保持电解液在进入电芯前的温度不变。
优选地，在S2中：
抽真空的真空度预定值至少为-95Kpa，注液量为413±3g，真空腔的真空泄露率不大于30S/Kpa，维持真空度的时间为30S-60S，单位为秒。
优选地，在S3中：保持时间为30S-60S。
优选地，在S4中：保持时间为30S-60S。
优选地，在S5中：泄压方式通过阶梯式降压以减少电解液飞溅污染腔体。
优选地，在S6中：高温房的温度为45℃-60℃，静置浸润时间为12h。
实施例2
如图1所示：本实施例所用锂离子电池规格为118Ah；
锂离子电池注液方法，包括以下步骤：
S1:组装周边焊后的电池放入烘箱采用立式接触式方式烘烤，去除电池内部超标的水分，使电池内部各组分的水分含量≤150ppm；
S2：将电解液进行预热至30℃，并保持电解液在进入电芯前的温度不变；
S3：对完成烘烤的电池进行降温至35℃，降温过程中需保证烘箱整体的温度均匀性；
S4：从烘箱内取出电池放入注液机的真空腔内，注液机合腔抽真空，电池从烘箱取出时为同时取出，并同时进入注液机真空腔，以确保同批次电芯的一致性；
S5：真空度达到-95Kpa或更高的真空度时，停止抽真空对电池进行注液，达到设定的413±3g注液量时停止注液，并维持在-95Kpa的真空度下保压45S；
S6：对注液机真空腔内注入氮气或其它惰性气体，腔体内真空度达到-10Kpa时停止氮气注入，保持45S；
S7：再次对注液机真空腔体进行抽真空至-95Kpa以上，停止抽真空，保持45S；
S8：重复步骤S6、S7进行3次，然后梯度式缓慢泄压，打开注液机真空腔体，取出电池，完成注液；
S9：将注液后的电池放置在45℃的高温房内静置浸润12h，将电池送至化成工序进行化成。
实施例3
本实施例所用锂离子电池规格为118Ah；与实施例1的区别在于参数不同；
锂离子电池注液方法，包括以下步骤：
S1:组装周边焊后的电池放入烘箱采用立式接触式方式烘烤，去除电池内部超标的水分，使电池内部各组分的水分含量≤150ppm；
S2：将电解液进行预热至35℃，并保持电解液在进入电芯前的温度不变；
S3：对完成烘烤的电池进行降温至35℃，降温过程中需保证烘箱整体的温度均匀性；
S4：从烘箱内取出电池放入注液机的真空腔内，注液机合腔抽真空，电池从烘箱取出时为同时取出，并同时进入注液机真空腔，以确保同批次电芯的一致性；
S5：真空度达到-95Kpa或更高的真空度时，停止抽真空对电池进行注液，达到设定的413±3g注液量时停止注液，并维持在-95Kpa的真空度下保压60S；
S6：对注液机真空腔内注入氮气或其它惰性气体，腔体内真空度达到-10Kpa时停止氮气注入，保持60S；
S7：再次对注液机真空腔体进行抽真空至-95Kpa以上，停止抽真空，保持60S；
S8：重复步骤S6、S7进行2次，梯度式缓慢泄压，打开注液机真空腔体，取出电池，完成注液；
S9：将注液后的电池放置在45℃的高温房内静置浸润12h，将电池送至化成工序进行化成。
实施例4
如图1所示：本实施例所用锂离子电池规格为118Ah；
锂离子电池注液方法，包括以下步骤：
S1:组装周边焊后的电池放入烘箱采用立式接触式方式烘烤，去除电池内部超标的水分，使电池内部各组分的水分含量≤150ppm；
S2：将电解液进行预热至35℃，并保持电解液在进入电芯前的温度不变；
S3：对完成烘烤的电池进行降温至40℃，降温过程中需保证烘箱整体的温度均匀性；
S4：从烘箱内取出电池放入注液机的真空腔内，注液机合腔抽真空，电池从烘箱取出时为同时取出，并同时进入注液机真空腔，以确保同批次电芯的一致性；
S5：真空度达到-95Kpa或更高的真空度时，停止抽真空对电池进行注液，达到设定的413±3g注液量时停止注液，并维持在-95Kpa的真空度下保压30S；
S6：对注液机真空腔内注入氮气或其它惰性气体，腔体内真空度达到-10Kpa时停止氮气注入，保持30S；
S7：再次对注液机真空腔体进行抽真空至-95Kpa以上，停止抽真空，保持30S；
S8：重复步骤S6、S7进行4次，然后梯度式缓慢泄压，打开注液机真空腔体，取出电池，完成注液；
S9：将注液后的电池放置在45℃的高温房内静置浸润24h，将电池送至化成工序进行化成。
对比例1
本对比例中所用锂离子电池规格为118Ah；与上述实施例2-实施例4的区别在于：步骤S2中电解液的温度为常温23℃；步骤S3中，电芯温度降至常温23℃；
锂离子电池注液方法，包括以下步骤：
S1:组装周边焊后的电池放入烘箱采用立式接触式方式烘烤，去除电池内部超标的水分，使电池内部各组分的水分含量≤150ppm；
S2：将电解液进行预热至23℃，并保持电解液在进入电芯前的温度不变；
S3：对完成烘烤的电池进行降温至23℃，降温过程中需保证烘箱整体的温度均匀性；
S4：从烘箱内取出电池放入注液机的真空腔内，注液机合腔抽真空，电池从烘箱取出时为同时取出，并同时进入注液机真空腔，以确保同批次电芯的一致性；
S5：真空度达到-95Kpa或更高的真空度时，停止抽真空对电池进行注液，达到设定的413±3g注液量时停止注液，并维持在-95Kpa的真空度下保压45S；
S6：对注液机真空腔内注入氮气或其它惰性气体，腔体内真空度达到-10Kpa时停止氮气注入，保持45S；
S7：再次对注液机真空腔体进行抽真空至-95Kpa以上，停止抽真空，保持45S；
S8：重复步骤S6、S7进行3次，梯度式缓慢泄压，打开注液机真空腔体，取出电池，完成注液；
S9：将注液后的电池放置在45℃的高温房内静置浸润12h，将电池送至化成工序进行化成。
对比例2
本对比例中所用锂离子电池规格为118Ah；与上述实施例2-实施例4的区别在于：步骤S5中电池保压时间为5min；无S6、S7、S8等呼吸步骤；
锂离子电池注液方法，包括以下步骤：
S1:组装周边焊后的电池放入烘箱采用立式接触式方式烘烤，去除电池内部超标的水分，使电池内部各组分的水分含量≤150ppm；
S2：将电解液进行预热至23℃，并保持电解液在进入电芯前的温度不变；
S3：对完成烘烤的电池进行降温至23℃，降温过程中需保证烘箱整体的温度均匀性；
S4：从烘箱内取出电池放入注液机的真空腔内，注液机合腔抽真空，电池从烘箱取出时为同时取出，并同时进入注液机真空腔，以确保同批次电芯的一致性；
S5：真空度达到-95Kpa或更高的真空度时，停止抽真空对电池进行注液，达到设定的413±3g注液量时停止注液，并维持在-95Kpa的真空度下保压5min；
S6：将注液后的电池放置在45℃的高温房内静置浸润12h，将电池送至化成工序进行化成。
实验：同一批生产的118Ah规格的锂离子电池随机分为5组相同样本量的电池，按照上述实施例2-实施例4和对比例1-对比例2所述方法进行注液和静置，各组挑选相同数量的电池按照同样的方法进行浸润后拆解、满电拆解及性能测试。
浸润拆解关注极片隔膜浸润效果及游离电解液量；满电拆解关注负极片外观、黑斑析锂情况；性能测试关注首效，首次放电容量、电池内阻。
测试结果见表1至表3：
表1浸润后拆解结果
表2满电拆解结果
负极外观 负极状态 残余电解液量
实施例2 均一金黄色 无析锂 少量
实施例3 均一金黄色 无析锂 少量
实施例4 均一金黄色 无析锂 少量
对比例1 轻微黑斑 无析锂 较少
对比例2 黑斑 轻微析锂 较多
表3性能测试结果
从表1至表3可以看出通过本发明采用的注液方法得到的电池浸润效果更好，工序时间更短，界面状态和性能相对于对比例均有明显的优势。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种高效率锂离子电池注液方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过加热去除电池内部超标的水分，然后对电解液进行预热，加热的电池进行降温；
S2：将电池放入注液机的真空腔内，注液机合腔进行抽真空，在真空度达到预定值时，停止抽真空并对电池进行注液，达到注液量时停止注液，并维持真空度一段时间；
S3：向注液机真空腔内注入惰性气体，腔体内真空度达到-10Kpa时停止注入，并保持一段时间T1；
S4：再次对注液机真空腔体进行抽真空至-95Kpa以上，停止抽真空，保持一段时间T2；
S5：重复步骤S3、S4进行2到4次，然后对真空腔进行泄压，取出电池，完成注液；
S6：将注液后的电池放置在高温房内静置浸润一段时间，电池即可送至化成工序进行化成；
在所述S1中：
降温后的电池温度为35℃±3℃；
在所述S1中：
电解液预热的温度为30-35℃，并保持电解液在进入电芯前的温度不变。
2.根据权利要求1所述的一种高效率锂离子电池注液方法，其特征在于：在所述S1中：
通过将电池放入烘箱烘烤去除电池内部超标的水分，烘烤为立式接触式烘烤，烘烤后电池水分≤150ppm。
3.根据权利要求1所述的一种高效率锂离子电池注液方法，其特征在于：在所述S2中：
所述抽真空的真空度预定值至少为-95Kpa，注液量为413±3g，真空腔的真空泄露率不大于30S/Kpa，所述维持真空度的时间为30S-60S。
4.根据权利要求1所述的一种高效率锂离子电池注液方法，其特征在于：在所述S3中：
所述T1为30S-60S。
5.根据权利要求1所述的一种高效率锂离子电池注液方法，其特征在于：在所述S4中：
所述T2为30S-60S。
6.根据权利要求1所述的一种高效率锂离子电池注液方法，其特征在于：在所述S5中：
所述泄压通过阶梯式降压以减少电解液飞溅污染腔体。
7.根据权利要求1所述的一种高效率锂离子电池注液方法，其特征在于：在所述S6中：
所述高温房的温度为45℃-60℃，静置浸润时间为12h。
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