一种锂电池高温夹具化成工艺的制作方法

本发明属于聚合物锂离子电池生产工艺，尤其涉及一种锂电池高温夹具化成工艺。

背景技术：

近年来，随着智能移动终端的普及以及资源、环境保护等原因的促进，锂离子电池在可携带电子产品、电动工具、储能以及电动汽车等领域获得了广泛的应用。

锂离子电池在制作过程中需要经过预充电化成工序，此工序的目的在于在极片表面形成一种sei钝化膜，防止电解液与极片进一步进行反应，从而导致电池不可逆、容量增加以及气胀等不良情况。

现有的技术中，电池电解液的配方中选用低沸点的组分，如碳酸甲乙酯emc、碳酸乙烯酯ec和碳酸二乙酯dec，化成温度一般设置为35℃-65℃，其缺点是导致电解液粘度较高，其导电率和电池材料的离子迁移速度较低；虽然市场上亦有部分采取的高温加压化成工艺，能够更有效形成sei膜，但是由于实现工艺的设备价格高，导致电池制作成本增加，其化成时间需进一步进行优化；有部分工艺即使能有效缩短化成时间，但其生产的电池性能下降；因此需要一种缩短化成时间，以提高设备的使用率，同时不影响电池性能的工艺。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种用于锂离子电池生产的高温夹具化成工艺，该工艺能缩短化成时间，以提高设备的使用率，同时不影响电池性能。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种锂电池高温夹具化成工艺，具体包括以下步骤：

(1)高温搁置：对电芯进行搁置，将电芯装夹在夹具柜内，加热化成夹具并对电芯进行加压；

(2)恒流充电：搁置完成后，进行恒流充电，并加压对电芯内部产生的气体进行挤出；

(3)二次恒流充电：增大步骤(2)的恒流充电电流、充电电压和夹具柜的压力，进一步将电芯内部产生的气体进行挤出；

(4)三次恒流充电：增大步骤(3)的恒流充电电流、充电电压和夹具柜的压力，对电芯进行塑形；

(5)下柜冷却：结束恒流充电并释放夹具柜的压力，将电芯下柜冷却，完成化成过程。

进一步地，所述步骤(1)中，搁置时间为1min，化成夹具温度设置为75-85℃，压力设置为1-3mpa，化成温度设置为75-85℃，目的在于进一步降低电解液粘度，提高电解液电导率以及提高电池材料的离子迁移速度，缩短化成时间。

进一步地，所述步骤(2)中，恒流充电电流设置为0.15-0.25cma，电压设置为3-4v，充电时间时间设置为4-6min，此时的压力为2-4mpa，压力时间设置为4-6min，此时电芯内部开始产气，用较小压力将气体挤出，避免胀气等不良情况发生。

进一步地，所述步骤(3)中，恒流充电电流增大至0.4-0.6cma,充电电压设置为3.5-3.9v，充电时间设置为25-35min，并将压力增大至3-5mpa,压力时间设置为25-35min，电芯内部继续产气，夹具压力逐步增加，进一步将气体挤出；同时使电芯内部极片、隔膜、电解液接触更为紧密，在高温和高电压下,循环和抗氧化性得到增强。

进一步地，所述步骤(4)中，恒流充电电流增大至0.8-1.2cma,时间设置为35-45min，夹具压力增加至6-8mpa，压力时间设置为35-45min，对电芯进行塑形，防止电芯在充放电过程因为内部张力不均的原因导致的电芯表面变形。

进一步地，用于该高温夹具化成工艺的电芯的电解液组分及其配比为：碳酸丙烯酯pc5％-8％、碳酸乙烯酯ec30％-35％、碳酸二乙酯dec50％-60％、1.05mol/l六氟磷酸锂lipf6、氟代碳酸乙烯酯fec2％-3％、碳酸亚乙烯酯vc1％-2％、丁二腈sn1％-2％、丙磺内酯ps2％-2.5％，去掉电解液内部低沸点组分，用高沸点组分进行替代。

有益效果：本发明与常规高温加压化成相比，化成过程中降低电解液粘度，提高电解液电导率以及提高电池材料的离子迁移速度，以缩短化成时间，提高设备的使用率，同时提高了放电倍率的性能，又不影响电池寿命。

附图说明

图1为本发明实施例工艺流程图；

图2为本发明实施例与现有技术60℃化成工艺测试对比的折线图；

图3本发明实施例与现有技术60℃化成工艺放电寿命循环图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

请参阅图1-图3，一种锂电池高温夹具化成工艺，具体包括以下步骤：

(1)高温搁置：对电芯进行搁置，将电芯装夹在夹具柜内，化成夹具温度升高至80℃，温度达到后将电芯进行加压,压力设置为2mpa,时间设置为1min，化成温度设置为80℃，目的在于进一步降低电解液粘度，提高电解液电导率以及提高电池材料的离子迁移速度，缩短化成时间。

(2)恒流充电：搁置完成后，进行恒流充电，并加压对电芯内部产生的气体进行挤出，恒流充电电流设置为0.2cma，电压设置为3.5v，充电时间时间设置为5min，此时的压力为3mpa,压力时间设置为5min，此时电芯内部开始产气，用较小压力将气体挤出，避免胀气等不良情况发生。

(3)二次恒流充电：恒流充电电流增大至0.5cma,充电电压设置3.7v，充电时间设置为30min，并将压力增大至4mpa,压力时间设置为30min，电芯内部继续产气，夹具压力逐步增加，进一步将气体挤出；同时使电芯内部极片、隔膜、电解液接触更为紧密，在高温和高电压下,循环和抗氧化性得到增强。

(4)三次恒流充电：恒流充电电流增大至1cma,时间设置为40min，夹具压力增加至7mpa，压力时间设置为40min，此时电芯内部sei膜接近完成，产气基本已经完成，此时主要是对电芯进行塑形，防止电芯在充放电过程因为内部张力不均的原因导致的电芯表面变形。

(5)下柜冷却：结束恒流充电并释放夹具柜的压力，将电芯下柜冷却，完成化成过程。

本实施例中，用于该高温夹具化成工艺的电芯的电解液组分及其配比为：碳酸丙烯酯pc6％、碳酸乙烯酯ec33％、碳酸二乙酯dec55％、1.05mol/l六氟磷酸锂lipf6、氟代碳酸乙烯酯fec2％、碳酸亚乙烯酯vc1％、丁二腈sn1％、丙磺内酯ps2％，去掉了电解液内部低沸点组分，用高沸点组分进行替代。

本实施例中，将对化成温度设置60℃和化成温度设置为80℃的所生产的电池进行测试对比，对比其放电倍率、循环寿命、以及化成的效率。

以400mah聚合物锂电池为例，分别取化成工艺温度60℃、化成温度为80℃的400mah聚合物锂电池，对其进行测试。

化成效率对比：

现有技术中，化成温度为60℃的化成工艺：化成温度设置为60℃；恒流充电为0.2cma、上限电压为3.5v；二次恒流充电为0.5cma，上限电压为3.95v；

本实施例化成工艺：化成温度设置为80℃；恒流充电为0.2cma、上限电压为3.5v；二次恒流充电为0.5cma、上限电压为3.7v；三次恒流充电为1.0cma、上限电压为3.95v；

化成过程时间见下表1和表2，表1为现有技术中60℃的化成时间，表2为本实施例的化成时间；

表1

表2

从上表可知，本实施例80℃高温化成时间为76分钟，现有的60℃高温化成时间为131分钟，本实施例化成效率提升42％。

放电倍率测试：

测试条件：对化成工艺温度分别为60℃和80℃所得到400mah聚合物锂电池，用1.0c充满电后，分别以0.5c/1.0c/2.0c倍率进行放电，同样的测试条件下，检测的数据对比见表3和表4：

表3

表4

结合上述表3和表4，以放电效率为纵坐标、以放电(ma)为横坐标制作折线图(如图2所示)，从图2可以看出，80℃化成的倍率性能明显好于60℃化成，说明80℃的sei成膜效果要优于60℃。

循环寿命测试：

测试条件：以400mah聚合物锂电池为例，测试400ma充800ma放电循环寿命，测试步骤如下：

1.以1c恒流恒压充电至4.20v，截止电流0.05c；

2.搁置5分钟；

3.恒流电流2.0c放电至3.0v；

4.搁置5分钟；

5.从第1步开始循环，第4步截止，循环次数为300周。

经过测试，得到如图3所示以容量保持率为纵坐标(％)、循环次数(n)为横坐标放电循环寿命图；请参阅图3的对比循环，可以看出60℃化成与80℃化成循环寿命无明显差异。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。