一种锂离子电池的注液方法
【专利摘要】本发明公开了一种锂离子电池的注液方法，包括下列步骤：1)对电池壳体内部抽真空；2)保压；3)注入电解液；4)泄压；5)以下列所述的加压、泄压、抽真空、泄压为一个循环，进行循环静置：充入压力为0.020～0.035MPa的氮气进行加压60～80s，泄压，抽真空至真空度为?65KPa～?90KPa，泄压；6)充入氮气并保持30～80s；7)泄压，即完成注液。该方法通过对注液过程参数的优化，选择有效的注液工艺和调整注液参数，正负压交替进行循环静置，降低了电池注液孔处洒液的频次，且极大程度地提高了电解液的注入和浸润效率；电解液对电芯的浸润效果好，保证了锂离子电池的电化学性能和安全性。
【专利说明】
一种锂离子电池的注液方法
技术领域
[0001 ]本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池的注液方法。【背景技术】
[0002]锂离子电池一般包括电池壳和容纳在电池壳体内的电芯和电解液，所述电芯包括正极、负极和位于正极和负极之间的隔膜；电解液在锂离子电池正极、负极之间起到传导电子的作用，在电池充放电过程中作为锂离子电流传送介质，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。因此，在锂离子电池生产过程中，注液静置是非常重要的工艺操作。电池装配完成后，镀电池注入电解液，并对注液后的电池进行静置，使电解液充分浸润正极、负极和隔膜;在电池首次充电激活过程中电解液在锂离子电池正极、负极表面形成致密、均勾、稳定的SEI膜(Sold Electrolyte Interface，固体电解质界面膜)。而SEI膜形成的好坏直接关系锂离子电池的性能，锂离子电池注液后正极、负极、隔膜与电解液的浸润效果直接影响SEI膜的形成情况，从而影响锂离子电池的电化学性能。
[0003]现有的锂离子电池注液的主要工序流程如下:抽真空—注液—加压—抽真空加压 —静置—二次注液—电池排出。其中静置是一个很重要的工序，静置的时间长短关系电解液的浸润情况，如静置时间短则电解液浸润不够，如静置时间过长虽电解液能良好浸润，但是电池长时间暴露在空气中，吸收了大量的水分和杂质，影响电池的安全性和电化学性能。
[0004]现有技术中，CN101944585B公开了一种锂电池的注液方法，包括下述步骤:将锂离子电池置入密封性良好的注液区内；对电池进行称重;对电池口进行安装注液装置;对电池进行抽真空，并维持一定时间;对电池抽真空后注入非水电解液;对电池进行充入氮气恢复大气压;在同一工位进行重复对电池抽真空充入氮气；电池排出；对电池进行第二次称重， 对电池进行补充电解液;对电池进行封口。其中充入氮气恢复大气压为3?5次，且所述的氮气必须是干燥的氮气；抽真空的气压为30mPa?60mPa，时间维持为40?60s，充氮气恢复大气压为1个标准大气压。
[0005]上述方法虽然一定程度上促进了电解液的吸收，但是其静置过程中电池内部多处于负压状态，影响电解液对电芯的渗入速度，导致浸润速度慢，如静置时间短会出现渗液不均的现象，从而影响了电池的电化学性能。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种锂离子电池的注液方法，注液效果好、不洒液且效率高。
[0007]为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是:
[0008]—种锂离子电池的注液方法，包括下列步骤:
[0009]1)对电池壳体内部抽真空至真空度为_90KPa?_95KPa;[〇〇1〇] 2)维持电池壳体内部真空度为-90KPa?-95KPa保压1?2s;
[0011]3)向电池壳体内注入电解液；
[0012]4)将电池壳体泄压；
[0013]5)以下列所述的加压、泄压、抽真空、泄压为一个循环，进行循环静置:[〇〇14] 向电池壳体内部充入压力为0.020?0.035MPa的氮气进行加压60?80s，泄压，再对电池壳体内部抽真空至真空度为_65KPa?-90KPa，泄压；[〇〇15]6)向电池壳体内部充入压力为0.020?0.035MPa的氮气并保持30?80s;[〇〇16]7)将电池壳体泄压，即完成注液。[0〇17]所述电池壳体为金属壳。[0〇18] 步骤1)中，抽真空的时间为35?75s。该步骤1)抽真空至高真空值，设定抽真空值和抽真空的时间，并在步骤2)中在该高真空值状态下进行保压。步骤2)中高真空值的保压时间不宜过长，防止造成电池壳体变形。
[0019]步骤3)中，注液过程时间不长于步骤1)中抽真空的时间。
[0020]步骤3)中，注液过程时间为30?70s。优选的，电解液的注液过程时间稍短于步骤 1)中抽真空的时间。
[0021]步骤4)中，所述泄压的时间为1?2s。所述泄压是向电池壳体通入干燥空气进行泄压。所述泄压为快速泄压;泄压至大气压。[〇〇22]步骤5)中，所述泄压的时间为1?2s。步骤5)为循环静置过程，充氮气形成的低正压与抽真空形成的低真空循环交替进行，使电解液充分浸润电芯。循环次数根据注液完成后注液口是否存在洒液情况判定。所述泄压为快速泄压;泄压至大气压。[〇〇23] 步骤5)中，所述抽真空的时间为60?80s。
[0024]步骤7)中，所述泄压的时间为1?2s。所述泄压是向电池壳体通入干燥空气进行泄压。
[0025]本发明的锂离子电池注液方法，通过对电池壳体抽真空、保压、注液、循环静置(低正压、低真空循环)、加压后完成注液;通过对注液过程参数的优化，选择有效的注液工艺和调整注液参数，正负压交替进行循环静置，降低了电池注液孔处洒液的频次，且极大程度地提高了电解液的注入和浸润效率；电解液对电芯的浸润效果好，保证了锂离子电池的电化学性能和安全性。
[0026]上述注液方法的步骤5)中，循环次数根据步骤7)完成注液后注液口是否存在洒液情况设定;如完成注液后注液口存在洒液情况，则增加循环次数;如完成注液后注液口无洒液情况，则减少循环次数。所述洒液情况是指抽真空将电解液带出引起的洒液。[〇〇27]采用该注液方法对锂离子电池进行注液实验，实验过程保证外界条件基本不变， 至改变相关注液参数，包括注液过程中的循环次数，得出最佳的循环静置时间(满足电池不洒液前提下的最短注液时间)，再将该注液方法应用于同种型号或不同型号的锂离子电池批量注液生产(不同型号可继续按照上述方法调整参数及循环次数)。该方法通过少量几块电池的实验过程，即可获得最佳的循环次数，从而兼顾最短注液时间与注液过程不洒液的情况，降低了靠经验摸索注液工艺时所造成的时间和资源的浪费，适合大规模工业化生产。 [〇〇28] 本发明的锂离子电池注液方法，在保证注液过程中不洒液的前提下，通过对循环静置过程中加压、泄压、抽真空、泄压的循环次数的调整，实现了最短时间内的电池注液和循环静置的过程;将整个注液过程的优化集中在循环静置过程中的参数、循环次数设定上， 从而避免了注液过程中复杂的过程参数设置;该注液方法适用于金属壳锂离子电池，尤其适用于大容量金属壳锂离子电池的批量生产，极大程度的提高了电池注液的生产效率，降低了因电池洒液造成的资源浪费，降低了后续工序由于电解液残留造成的外壳腐蚀和漏液的可能情况，成本低，适用性广，适合推广使用。【附图说明】
[0029]图1为本发明的锂离子电池的注液方法的工艺流程示意图；
[0030]图2为实施例1的锂离子电池的注液方法的消耗时间统计图。【具体实施方式】
[0031]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。
[0032]【具体实施方式】中，进行注液的锂离子电池为金属壳电池(叠片电芯)，注液量为 360g〇
[0033]同一个实施例中进行注液的锂离子电池为相同型号电池。[〇〇34] 实施例1
[0035]本实施例的锂离子电池的注液方法，如图1所示，包括下列步骤:[〇〇36]1)对电池壳体内部抽真空至真空度为_95KPa，抽真空的时间1^ = 408;[〇〇37]2)维持电池壳体内部高真空度为_95KPa，保压时间T2=1s;[〇〇38]3)向电池壳体内注入电解液，注液过程时间T3 = 55s，注液过程时间稍短于步骤1)中抽真空的时间；
[0039]4)向电池壳体通入干燥空气泄压至大气压，泄压时间T4= 2s;
[0040]5)以下列所述的加压、泄压、抽真空、泄压为一个循环，进行循环静置:[〇〇411向电池壳体内部充入压力为0.020MPa的氮气进行加压80s，通大气2s进行泄压，再对电池壳体内部抽真空80s至真空度为-65KPaKPa，通大气2s进行泄压；一个循环的时间T5 = 164s；[〇〇42]循环次数为n，循环静置的时间为n X T5;[〇〇43]6)向电池壳体内部充入压力为0.020MPa的氮气进行加压，加压时间T6 = 40s;[〇〇44]7)将电池壳体通干燥空气2s进行泄压(即泄压时间T7 = 2s)，即完成注液。
[0045]上述注液方法中，整个注液过程所消耗的时间T = h+TdTs+Ta+n X T5+T6+T7，其中n 为循环次数。
[0046]初始设定循环次数n = 10,电池A按照上述注液方法完成注液后，观察电池注液孔处无可流动电解液残留(即无洒液现象)，判定可减少循环次数(如图1所示)；
[0047]设定循环次数n = 7(相对于n=10,循环次数减少3次)，电池B按照上述注液方法完成注液后，观察电池注液孔处存在电解液溢出现象(即存在洒液现象)，判定应增加循环次数(如图1所示)；
[0048]设定循环次数n = 8(相对于n = 7,循环次数增加1次)，电池C按照上述注液方法完成注液后，观察电池注液孔处无可流动电解液残留(即无洒液现象)，确定该型号锂离子电池的循环次数为8次。
[0049]当循环次数n = 8时，对于该型号的锂离子电池，整个注液过程所消耗的时间T = 24.2min，且无电解液残留。
[0050]对于该型号的锂离子电池，采用本实施例的注液方法(n = 8)进行批量生产，注液完成后对注液时间进行统计，结果如图2所示(图2的横坐标为实验次数(每次分别对应一个电池)，即为实验电池个数)。其中，对比例为现有注液工艺。从图2可以看出，本实施例的注液方法所消耗的总注液时间相比于现有工艺明显缩短。
[0051] 如使现有注液工艺采用相同的注液时间(24min)，则现有注液工艺出现的洒液情况(电池注液孔处存在电解液溢出现象)的电池所占百分比为34%，而本实施例的注液方法出现的存在洒液情况的电池仅为1.2%，相比现有工艺(无规律的注液、抽真空循环方式)， 明显提升了注液效率和效果。[〇〇52] 实施例2[〇〇53]本实施例的锂离子电池的注液方法，如图1所示，包括下列步骤:[〇〇54]1)对电池壳体内部抽真空至真空度为_90KPa，抽真空的时间1^ = 408;[〇〇55]2)维持电池壳体内部高真空度为_90KPa，保压时间T2 = 2s;
[0056]3)向电池壳体内注入电解液，注液过程时间T3 = 35s，注液过程时间稍短于步骤1) 中抽真空的时间；
[0057]4)向电池壳体通入干燥空气泄压至大气压，泄压时间T4= Is;
[0058]5)以下列所述的加压、泄压、抽真空、泄压为一个循环，进行循环静置:[〇〇59]向电池壳体内部充入压力为0.035MPa的氮气进行加压60s，通大气Is进行泄压，再对电池壳体内部抽真空60s至真空度为-75KPaKPa，通大气Is进行泄压；一个循环的时间T5 = 122s；
[0060]循环次数为n，循环静置的时间为n X T5;[〇〇6116)向电池壳体内部充入压力为0.035MPa的氮气进行加压，加压时间T6 = 50s;
[0062]7)将电池壳体通干燥空气Is进行泄压(即泄压时间T7=ls)，即完成注液。[〇〇63] 上述注液方法中，整个注液过程所消耗的时间Tzh+TdTs+Ta+nXTs+Ts+T?，其中n 为循环次数。
[0064]初始设定循环次数n = 8,电池A按照上述注液方法完成注液后，观察电池注液孔处存在电解液溢出现象(即存在洒液现象)，判定应增加循环次数(如图1所示)；
[0065]设定循环次数n = 9(相对于n = 8,循环次数增加1次)，电池B按照上述注液方法完成注液后，观察电池注液孔处存在电解液溢出现象(即存在洒液现象)，判定应增加循环次数(如图1所示)；
[0066]设定循环次数n=10(相对于n = 9,循环次数增加1次)，电池C按照上述注液方法完成注液后，观察电池注液孔处无可流动电解液残留(即无洒液现象)，确定该型号锂离子电池的循环次数为10次。
[0067]当循环次数n= 10时，对于该型号的锂离子电池，整个注液过程所消耗的时间T = 22.5min，且无电解液残留。
【主权项】
1.一种锂离子电池的注液方法，其特征在于:包括下列步骤:1)对电池壳体内部抽真空至真空度为-90KPa?-95KPa;2)维持电池壳体内部真空度为_90KPa?-95KPa保压1?2s;3)向电池壳体内注入电解液；4)将电池壳体泄压；5)以下列所述的加压、泄压、抽真空、泄压为一个循环，进行循环静置:向电池壳体内部充入压力为0.020?0.035MPa的氮气进行加压60?80s，泄压，再对电 池壳体内部抽真空至真空度为_65KPa?-90KPa，泄压；6)向电池壳体内部充入压力为0.020?0.035MPa的氮气并保持30?80s;7)将电池壳体泄压，即完成注液。2.根据权利要求1所述的锂离子电池的注液方法，其特征在于:步骤1)中，抽真空的时 间为35?75s。3.根据权利要求2所述的锂离子电池的注液方法，其特征在于:步骤3)中，注液过程时 间不长于步骤1)中抽真空的时间。4.根据权利要求3所述的锂离子电池的注液方法，其特征在于:步骤3)中，注液过程时 间为30?70s。5.根据权利要求1所述的锂离子电池的注液方法，其特征在于:步骤4)中，所述泄压的 时间为1?2s。6.根据权利要求1所述的锂离子电池的注液方法，其特征在于:步骤5)中，所述泄压的 时间为1?2s。7.根据权利要求1所述的锂离子电池的注液方法，其特征在于:步骤5)中，所述抽真空 的时间为60?80s。8.根据权利要求1所述的锂离子电池的注液方法，其特征在于:步骤7)中，所述泄压的 时间为1?2s。9.根据权利要求1-8中任一项所述的锂离子电池的注液方法，其特征在于:步骤5)中， 循环次数根据步骤7)完成注液后注液口是否存在洒液情况设定;如完成注液后注液口存在 洒液情况，则增加循环次数;如完成注液后注液口无洒液情况，则减少循环次数。
【文档编号】H01M2/36GK105977443SQ201610382487
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】漆振涛, 张伟, 赵晶晶, 郑喜军, 曲斌, 赵博, 张运高
【申请人】中航锂电（洛阳）有限公司