一种锂离子电池化成方法与流程

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池化成方法。

背景技术：

现有的锂离子电池化成工艺普遍采用抽真空负压化成。为了使得化成界面良好，保证后续成品电池的使用循环寿命，在化成阶段，采用抽真空的方式，将化成产生的气体从电芯里面抽出来，以保证化成极片之间无气泡。

目前常规的负压化成工艺流程是：①将电芯放入化成柜；②将电芯的壳体上的通气孔(一般是注液孔)插入吸嘴；③开启真空系统，这样电芯里面的气体从“通气孔-吸嘴”处抽出；同时启动化成柜对电芯进行充电，从而完成锂离子电池的化成。虽然负压化成可以及时地将化成时产生的气体从电芯内部抽出来，有利于使负极界面形成sei膜；但是，从负压化成步骤可以看出，负压化成步骤存在诸多问题，不适用于企业化大生产下的成本控制，企业生产成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种锂离子电池化成方法。本申请采用非同步(两步)负压化成的方法，解决了锂离子电池化成时气体堵塞真空管道的问题，同时降低了设备维护成本，可以适用任何大小尺寸的电芯。

本发明实施例提供一种锂离子电池化成方法，包括如下步骤：

步骤s01：将电芯置于真空度为-0.04mpa～-0.85mpa的真空箱体中，维持2min～30min，然后卸真空，得到真空处理后的电芯；

步骤s02：将步骤s01中真空处理后的电芯置于化成柜内，以0.1c～1.0c的电流给真空处理后的电芯充电3～6小时，得到化成的电芯。

步骤s01中，

可选地，所述电芯的正极为镍酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或三元中的一种，所述电芯的负极为石墨、钛酸锂、硅氧或硅碳中的一种。

可选地，所述电芯为磷酸铁锂/石墨体系电芯或三元/石墨等体系电芯。

可选地，所述卸真空通过如下方法实现：通入氮气，使得真空箱体内的压强与外界压强相同。

可选地，所述步骤s01还包括如下步骤：卸真空后，用胶布粘贴封住所述电芯的注液孔，得到真空处理后的电芯。

可选地，所述锂离子电池化成方法，包括如下步骤：

步骤s01：将电芯置于真空度为-0.04mpa～-0.85mpa的真空箱体中，维持2min～30min，然后卸真空，得到一次真空处理后的电芯；

步骤s02：将步骤s01中一次真空处理后的电芯置于化成柜内，以0.1c～1.0c的电流给真空处理后的电芯充电3～6小时，得到一次化成的电芯；

步骤s03:将步骤s02中一次化成的电芯置于真空度为-0.04mpa～-0.85mpa的真空箱体中，维持2min～30min，然后卸真空，得到二次真空处理后的电芯；

步骤s04：将步骤s03中二次真空处理后的电芯置于化成柜内，以0.1c～1.0c的电流给真空处理后的电芯充电3～6小时，得到化成的电芯(二次化成电芯)。

步骤s01中，

可选地，所述电芯的正极为镍酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或三元中的一种，所述电芯的负极为石墨、钛酸锂、硅氧或硅碳中的一种。

可选地，所述电芯为磷酸铁锂/石墨等体系电芯或三元/石墨等体系电芯。

可选地，所述卸真空通过如下方法实现：通入氮气，使得真空箱体内的压强与外界压强相同。

可选地，所述步骤s01还包括如下步骤：卸真空后，用胶布粘贴封住所述电芯的注液孔，得到真空处理后的电芯。

步骤s03中，

可选地，所述卸真空通过如下方法实现：通入氮气，使得真空箱体内的压强与外界压强相同。

可选地，所述步骤s03还包括如下步骤：卸真空后，用胶布粘贴封住所述电芯的注液孔，得到真空处理后的电芯。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本申请将抽真空和化成分成两个步骤进行，即抽真空和化成不是同时同步进行的，而是分时段、在不同的设备上(即异步异地)进行的。由于电芯放入真空箱中抽真空，不需要为每个电芯配备吸嘴和导管，简化了抽真空设备；同时也避免了传统化成操作(抽真空和化成同时同步同地点进行)中可能出现的个别吸嘴或者导管松动而导致整个设备真空不良的情况。同时，由于不必为每个电芯安放吸嘴和取下吸嘴，节约了劳动力和工时消耗。

由于真空设备和化成柜是分开的，化成柜仅仅需要提供充电功能，不需要考虑安放真空吸嘴和导管，降低了化成设备的复杂度。真空设备和化成柜的维护和修理互不影响，提高了生产效率。

本申请可以使得小尺寸电芯的化成工序易于进行：由于小尺寸电芯与外界相通的孔道比较小，不易于与真空吸嘴对接，也不易安装，操作困难；而本申请不需要考虑安放真空吸嘴和导管的问题，可以普遍用于不同大小尺寸的电芯的化成，特别适用于小尺寸电芯的化成，能够降低生产成本，有效减轻设备的维护成本。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，做进一步说明。

附图说明

图1是对比实施例1的普通化成方法生产的锂电池的电池容量的测试结果图；

图2是实施例1的化成方法生产的锂离子电池的电池容量的测试结果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例和附图，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的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

现有锂电池的负压化成操作，其抽真空和化成是同时同步同地点进行的，存在诸多问题：一是抽出来的气体中含有大量的电解液，使得抽真空设备的维护成本高；二是抽出来的气体会凝结凝华，可堵塞管道，影响生产；三是现有化成设备的真空系统无法监控每个电芯的真空度(增加监控每个电芯的压力表将会大大增加设备复杂度和运行维护难度)，个别电芯可能出现“通气孔-吸嘴”处松动，真空度降低，有时甚至与大气压持平，使得化成不是在负压下进行，进而使得电芯化成不良；四是这样的工艺使得化成充电柜与抽真空的设备捆绑在一起，加大了企业购买难度、使用难度和维护难度。而且，常规的真空化成设备连为一体，两者之一坏了，整个设备必须停下来，很大的影响了生产的进度。

基于此，本申请提供了一种锂离子电池化成方法，使得抽真空和化成分时段、在不同的设备上(即异步异地)进行，化成柜仅仅需要提供充电功能，不需要考虑安放真空吸嘴和导管，降低了化成设备的复杂度。真空设备和化成柜的维护和修理互不影响，提高了生产效率。

本发明的实施例提供一种锂离子电池化成方法，包括如下步骤：

步骤s01：将电芯置于真空度为-0.04mpa～-0.85mpa的真空箱体中，维持2min～30min，然后卸真空，得到真空处理后的电芯；

步骤s02：将步骤s01中真空处理后的电芯置于化成柜内，以0.1c～1.0c的电流给真空处理后的电芯充电3～6小时，得到化成的电芯。

步骤s01中，

可选地，所述电芯的正极为镍酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或三元中的一种，所述电芯的负极为石墨、钛酸锂、硅氧或硅碳中的一种。

可选地，所述电芯为磷酸铁锂/石墨体系电芯或三元/石墨等体系电芯。

可选地，所述卸真空通过如下方法实现：通入氮气，使得真空箱体内的压强与外界压强相同。

可选地，所述步骤s01还包括如下步骤：卸真空后，用胶布粘贴封住所述电芯的注液孔，得到真空处理后的电芯。

步骤s02中，

可选地，所述锂离子电池化成方法，包括如下步骤：

步骤s01：将电芯置于真空度为-0.04mpa～-0.85mpa的真空箱体中，维持2min～30min，然后卸真空，得到一次真空处理后的电芯；

步骤s02：将步骤s01中一次真空处理后的电芯置于化成柜内，以0.1c～1.0c的电流给真空处理后的电芯充电3～6小时，得到一次化成的电芯；

步骤s03:将步骤s02中一次化成的电芯置于真空度为-0.04mpa～-0.85mpa的真空箱体中，维持2min～30min，然后卸真空，得到二次真空处理后的电芯；

步骤s04：将步骤s03中二次真空处理后的电芯置于化成柜内，以0.1c～1.0c的电流给真空处理后的电芯充电3～6小时，得到化成的电芯(二次化成电芯)。

步骤s01中，

可选地，所述电芯的正极为镍酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或三元中的一种，所述电芯的负极为石墨、钛酸锂、硅氧或硅碳中的一种。

可选地，所述电芯为磷酸铁锂/石墨等体系电芯或三元/石墨体等系电芯。

可选地，所述卸真空通过如下方法实现：通入氮气，使得真空箱体内的压强与外界压强相同。

可选地，所述步骤s01还包括如下步骤：卸真空后，用胶布粘贴封住所述电芯的注液孔，得到真空处理后的电芯。

步骤s02中，

步骤s03中，

可选地，所述卸真空通过如下方法实现：通入氮气，使得真空箱体内的压强与外界压强相同。

可选地，所述步骤s03还包括如下步骤：卸真空后，用胶布粘贴封住所述电芯的注液孔，得到真空处理后的电芯。

步骤s04中，

上述所述的抽真空和化成只进行了一步或两步，在其他方案中，根据实际情况，例如当碰到一些不易抽出气体或者一些化成后期产气多的电芯，或当使用抽真空效果较差的设备时，也可以使用重复操作的方式，进行多步重复进行，例如：一次抽真空，一次化成；二次抽真空，二次化成；三次抽真空，三次化成……。

本申请将抽真空和化成分成两个步骤进行，即抽真空和化成不是同时同步进行的，而是分时段、在不同的设备上(即异步异地)进行的。由于电芯放入真空箱中抽真空，不需要为每个电芯配备吸嘴和导管，简化了抽真空设备；同时也避免了传统化成操作(抽真空和化成同时同步同地点进行)中可能出现的个别吸嘴或者导管松动而导致整个设备真空不良的情况。同时，由于不必为每个电芯安放吸嘴和取下吸嘴，节约了劳动力和工时消耗。

由于真空设备和化成柜是分开的，化成柜仅仅需要提供充电功能，不需要考虑安放真空吸嘴和导管，降低了化成设备的复杂度。真空设备和化成柜的维护和修理互不影响，提高了生产效率。

本申请可以使得小尺寸电芯的化成工序易于进行：由于小尺寸电芯与外界相通的孔道比较小，不易于与真空吸嘴对接，也不易安装，操作困难；而本申请不需要考虑安放真空吸嘴和导管的问题，可以普遍用于不同大小尺寸的电芯的化成，特别适用于小尺寸电芯的化成，能够降低生产成本，有效减轻设备的维护成本。

如无特别说明，本申请所采用的电芯为经由普通配料、涂布、辊压、制片、装配、注液和搁置等工序得到的半成品。

通过分析本发明实施例1所制备的锂离子电池(取1715只锂离子电池进行分析)，并与对比实施例1中常规方法生产的锂离子电池对比进行显著性检验(视为正态分布，显著性水平取0.05)，检验统计量为1.80，小于1.96。可见本发明方法所制备的锂离子电池的容量是可以接受的；具体测试结果见图1和图2所示。

实施例1

一种锂离子电池化成方法，包括如下步骤：

步骤s01：将半成品100ah磷酸铁锂/石墨体系电芯批量置于真空度约为-0.85mpa的真空箱体中，维持该真空度15min后静置10min，然后通入氮气(使真空箱体内的压强与外界的压强相同)卸真空，用胶布粘贴封住所述半成品100ah磷酸铁锂/石墨体系电芯的注液孔，得到真空处理后的电芯；

步骤s02：将步骤s01中真空处理后的电芯置于化成柜内，以10.0a的电流给真空处理后的电芯充电(充电电源上限为3.7v)6小时，得到化成的电芯。

半成品100ah磷酸铁锂/石墨体系电芯经由普通配料、涂布、辊压、制片、装配、注液和搁置等工序得到。

将上述化成完毕的电芯继续进行后续制造工艺，分容后所得容量为106.6ah(结果如图2所示，实际设计为105ah)。

实施例2

一种锂离子电池化成方法，包括如下步骤：

步骤s01：将半成品100ah磷酸铁锂/石墨体系电芯批量置于真空度约为-0.60mpa的真空箱体中，维持该真空度15min后静置10min，然后通入氮气(使真空箱体内的压强与外界的压强相同)卸真空，用胶布粘贴封住所述半成品100ah磷酸铁锂/石墨体系电芯的注液孔，得到一次真空处理后的电芯；

步骤s02：将步骤s01中一次真空处理后的电芯置于化成柜内，以10.0a的电流给真空处理后的电芯充电(充电电源上限为3.7v)3小时，得到一次化成的电芯；

步骤s03：将步骤s02中一次化成的电芯置于真空度为-0.60mpa的真空箱体中，维持该真空度15min后静置10min，然后通入氮气(使真空箱体内的压强与外界的压强相同)卸真空，用胶布粘贴封住所述电芯的注液孔，得到二次真空处理后的电芯；

步骤s04：将步骤s03中二次真空处理后的电芯置于化成柜内，以10.0a的电流给真空处理后的电芯充电(充电电源上限为3.7v)3小时，得到化成的电芯(二次化成电芯)。

实施例3

一种锂离子电池化成方法，包括如下步骤：

步骤s01：将半成品42ah三元/石墨体系电芯批量置于真空度约为-0.85mpa的真空箱体中，维持该真空度15min后静置10min，然后通入氮气(使真空箱体内的压强与外界的压强相同)卸真空，用胶布粘贴封住所述半成品42ah三元/石墨体系电芯的注液孔，得到真空处理后的电芯；

步骤s02：将步骤s01中真空处理后的电芯置于化成柜内，以4.2a的电流给真空处理后的电芯充电(充电电源上限为4.2v)6小时，得到化成的电芯。

半成品42ah三元/石墨体系电芯经由普通配料、涂布、辊压、制片、装配、注液和搁置等工序得到。

实施例4

一种锂离子电池化成方法，包括如下步骤：

步骤s01：将半成品42ah三元/石墨体系电芯批量置于真空度约为-0.60mpa的真空箱体中，维持该真空度15min后静置10min，然后通入氮气(使真空箱体内的压强与外界的压强相同)卸真空，用胶布粘贴封住所述半成品42ah三元/石墨体系电芯的注液孔，得到一次真空处理后的电芯；

步骤s02：将步骤s01中一次真空处理后的电芯置于化成柜内，以4.2a的电流给真空处理后的电芯充电(充电电源上限为4.2v)3小时，得到一次化成的电芯；

步骤s03：将步骤s02中一次化成的电芯置于真空度为-0.60mpa的真空箱体中，维持该真空度15min后静置10min，然后通入氮气(使真空箱体内的压强与外界的压强相同)卸真空，用胶布粘贴封住所述电芯的注液孔，得到二次真空处理后的电芯；

步骤s04：将步骤s03中二次真空处理后的电芯置于化成柜内，以4.2a的电流给真空处理后的电芯充电(充电电源上限为4.2v)3小时，得到化成的电芯(二次化成电芯)。

对比实施例1

将半成品100ah磷酸铁锂/石墨体系电芯批量安装于化成柜内，于每个电芯的注液孔处安放真空吸嘴，安放完毕后开启真空，使得内部压强约为-0.85mpa，一直维持该压强保持电芯内部处于真空状态；接着启动化成柜以10.0a的电流给电芯充电3小时，然后转为20a的电流给电芯充电2小时，充电电压上限为3.7v；充电完成后停止充电，静置10min；卸下真空嘴，电芯下柜，立即用胶布粘帖封注液孔，得到化成的电芯。

半成品100ah磷酸铁锂/石墨体系电芯经由普通配料、涂布、辊压、制片、装配、注液和搁置等工序得到。

将上述化成完毕的电芯继续进行后续制造工艺，分容后所得容量为106.5ah(结果如图1所示，实际设计为105ah)。

对比实施例2

将半成品100ah磷酸铁锂/石墨体系电芯批量安装于化成柜内，于每个电芯的注液孔处安放真空吸嘴，安放完毕后开启真空，使得内部压强约为-0.70mpa，一直维持该压强保持电芯内部处于真空状态；接着启动化成柜以10.0a的电流给电芯充电6小时，充电电压上限为3.7v；充电完成后停止充电，静置10min；卸下真空嘴，电芯下柜，立即用胶布粘帖封注液孔，得到化成的电芯。

半成品100ah磷酸铁锂/石墨体系电芯经由普通配料、涂布、辊压、制片、装配、注液和搁置等工序得到。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。