一种锂离子电芯烘烤工艺有效性的判断方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电芯烘烤工艺有效性的判断方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池因其工作电压高、比能量高、循环寿命好等优点广泛应用在新能源汽车、电动自行车、电动工具及便携式电子设备上，具有广阔的市场应用前景。水分同粉尘、毛刺并列成为锂离子电池制造过程中三大影响电池品质及安全性的重要因素之一而备受人们关注，电芯烘烤是锂离子电池制造过程中去除水分重要工序，电芯烘烤后水分残留多少直接影响电池性能，尤其是电池循环性能。电芯烘烤不充分，导致电池性能恶化甚至报废；烘烤时间过长，又会导致大量能源浪费和生产效率低下。传统判断电芯烘烤后水分残留多少的方法是在高露点环境中拆解电芯并取极片样品，然后采用卡费休水分测试法定量测得极片水分，由于受取样位置、取样过程及测试结果漂移影响，单次测试结果无法代表电池烘烤后极片整体水分残留情况，因此需多次重复测试并搜集大量水分测试数据，再加上电池性能测试后才能判断烘烤工艺是否有效，整个测试过程周期太长，影响效率。
【发明内容】
[0003]为了克服现有测试方法的上述缺点，本发明提供一种锂离子电芯烘烤工艺有效性的快速定性判断方法。
[0004]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:锂离子电芯烘烤工艺有效性的快速定性判断方法，按以下步骤进行:
步骤一、按照充分烘烤工艺设定烘烤温度、烘烤真空度和烘烤时间，锂离子电芯经过充分烘烤，冷却后经注电解液、盖帽焊接、封口、清洗等工序作业，再按照标准化成工艺进行化成充电，测得锂离子电池电压随充电时间的变化值，建立电池标准化成电压-时间曲线1，此标准化成电压-时间曲线是对应特定产品设计、制程因素及原材料控制保持不变的标准参照图；
步骤二、按预定的烘烤工艺对电芯进行烘烤，然后按步骤一中相同方法，测得该烘烤工艺参数下的锂离子电池电压随时间的变化值，建立实际化成电压-时间曲线2 ;
步骤三、将实际化成电压-时间曲线2与标准化成电压-时间曲线1进行比较。在所有其它因素保持不变的情况下，由于烘烤不充分的锂离子电池在化成过程中电压上升速率明显低于充分烘烤的锂离子电池的电压上升速率，并且在某个时间点电压差值可以达到最大。如果该烘烤工艺对电芯水分去除是有效的，其化成电压-时间曲线应与标准化成电压-时间曲线基本一致，进而可快速、准确、定性评价锂离子电芯烘烤工艺的有效性。
[0005]除锂离子电芯的实际烘烤工艺与充分烘烤工艺可能不同外，其他因素包括产品设计、生产工艺、关键设备、产品原材料、产品生产环境水分控制、化成工艺等均应保持一致。
[0006]所述锂离子电芯充分烘烤工艺参数为:烘烤温度80-100°C、烘烤时间多20小时，烘烤真空度< _90kPa。
[0007]所述锂离子电芯生产过程中电解液水分及注液环境水分控制要求符合工艺标准。
[0008]所述锂离子电芯标准化成工艺为:常温或高温陈化12-72小时，充电电流
0.01-0.15C，充电时间1.5-3小时。
[0009]所述标准化成电压-时间曲线(1)与实际化成电压-时间曲线(2)比较，在化成初始阶段10-60min内，每个时间点对应的标准化成电压-时间曲线与实际化成电压_时间曲线电压之差均在0~±15mV内，则判断此锂离子电芯烘烤工艺有效。
[0010]本发明提供的锂离子电池烘烤工艺有效性的判断方法，可避免常规通过水分测试间接判断烘烤工艺有效性的重复测试、周期较长、操作繁琐等缺点；同时避免了因受取样位置、取样过程及测试结果漂移的影响，单次测试结果无法代表电池烘烤后整条极片水分残留情况。同时，此判断方法还能反映烘烤后极片残留水分对电池性能影响。
【附图说明】
[0011]图1:不同烘烤工艺参数的锂离子电池化成电压-时间曲线对比图:
其中，1 一标准化成电压-时间曲线，2—实际化成电压-时间曲线(烘烤工艺参数:温度65°C，时间12小时，真空度-95kPa)0
[0012]图2:不同烘烤工艺参数的锂离子电池循环容量保持率对比图:
其中，3—充分烘烤工艺的锂离子电池循环容量保持率曲线，4一实际烘烤工艺的锂离子电池循环容量保持率曲线(烘烤工艺参数:温度65°C，时间12小时，真空度-95kPa)。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明的具体内容予以阐述。
[0014]实施例1
本实施实例所有的锂离子电池的主要原材料有:正极(三元、PVDF、铝箔)、负极(石墨、SBR、CMC、铜箔)、电解液(LiPF6、EC、EMC、PC)、隔膜(PP/PE/PP)、镍极耳(Ni)、钢壳(Fe)、胶纸(PP、聚酰亚胺)、隔圈(PP)。
[0015]本实施例中，待烘烤锂离子电芯的生产工艺流程为:电芯烘烤一注电解液一焊接盖帽一清洗一陈化一化成，不变的制程因素包括:注电解液量及环境湿度、陈化温度及时间、化成工艺。
[0016]建立标准化成电压-时间曲线:
将锂离子电芯按如下烘烤工艺进行充分烘烤:烘烤时间24小时、烘烤温度85°C、烘烤真空度_97kPa ;烘烤后按正常工艺进行生产，然后陈化48小时，按0.05C大小电流进行恒流充电3小时，测量电压随时间的变化值，得到标准化成电压-时间曲线1 (如图1所示)。
[0017]建立实际化成电压-时间曲线:
将锂离子电芯按如下烘烤工艺进行烘烤:烘烤温度85°C、烘烤时间6小时、烘烤真空度-95kPa;烘烤后按正常工艺进行生产，并按相同充电工艺进行化成充电，测量电压随时间的变化值，得到实际化成电压-时间曲线2 (如图1所示)。
[0018]从图1可以看到，在化成充电25min时，实际化成电压-时间曲线2与标准化成电压-时间曲线1对应电压差值最大，为189mV，说明与充分烘烤工艺相比，该烘烤工艺无法有效去除锂离子电芯中的水分。同时，从图2也可以看出，该烘烤工艺对锂离子电池循环性能有明显影响。
[0019]以上所述实施例仅表达了在固定烘烤设备前提下的本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，在控制其它因素不变的情况下，当考虑某一要素因引入水分多少作定性判断和比较时，本发明均有借鉴意义，如可保持烘烤工艺相同，定性评价电解液原材料水分多少的定性判断等。在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种锂离子电芯烘烤工艺有效性的判断方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤一、对锂离子电芯进行充分烘烤，建立锂离子电池标准化成电压-时间曲线(1); 步骤二、对锂离子电芯按预定的烘烤工艺进行烘烤，建立该烘烤工艺的锂离子电池实际化成电压-时间曲线(2)； 步骤三、将实际化成电压-时间曲线(2)与标准化成电压-时间曲线(1)进行比较，快速评价电芯烘烤工艺参数的有效性。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电芯烘烤工艺有效性的判断方法，其特征在于:锂离子电芯充分烘烤的工艺参数为:烘烤温度为80°C _100°C、烘烤时间多20小时，烘烤真空度 < _90kPa。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电芯烘烤工艺有效性的判断方法，其特征在于:步骤二除烘烤工艺可能与步骤一不同之外，产品设计、生产工艺、关键设备、产品原材料、产品生产环境水分控制、化成工艺均保持相同。4.根据权利要求1所述的一种锂离子电芯烘烤工艺有效性的判断方法，其特征在于:在将实际化成电压-时间曲线(2)与标准化成电压-时间曲线(1)进行比较时，尤其重点关注化成起始10-60min内电压随时间的上升速率；在化成初始阶段10_60min内某个时间点对应标准化成电压-时间曲线(1)与实际化成电压-时间曲线(2)的电压之差均在0~±15mV内判断为该电芯烘烤工艺有效。
【专利摘要】本发明提供了一种锂离子电芯烘烤工艺有效性的判断方法，通过建立锂离子电池标准化成电压-时间曲线（1）和实际化成电压-时间曲线（2），并将标准化成电压-时间曲线（1）与实际化成电压-时间曲线（2）进行比较，尤其重点关注化成起始10-60min内电压随时间的上升速率，以判断锂离子电芯烘烤工艺的有效性。与传统的卡费休水分测定方法相比，该方法相对简单，可快速判断锂离子电芯烘烤工艺的有效性，并能预估该电芯烘烤工艺是否会对锂离子电池循环性能造成影响。
【IPC分类】H01M10/04, H01M10/058, H01M10/0525
【公开号】CN105428723
【申请号】CN201510979371
【发明人】郑留群, 李树军, 张中俊, 张永宁, 毛华杰, 苗砚月
【申请人】东莞市振华新能源科技有限公司, 中国振华（集团）科技股份有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月23日