锂电池化成方法
【专利摘要】本发明公开了一种锂电池化成方法，其包括以下步骤：1)将电芯极耳向上浸泡在装有电解液的电解液槽中，电解液浸没电芯主体的范围不超过电芯高度的4/5；2)将电芯夹紧预热，夹紧压力为0.05MPa-0.6MPa；3)将夹紧预热后的电芯继续浸泡在电解液槽中，对电解液槽进行密封、抽真空并进行预充电；以及4)对完成预充电的电芯两侧施加0.2MPa-1MPa力夹紧，并封装电芯。采用本发明锂电池化成方法获得的锂电池没有黑斑和析锂，界面良好，且容量可以提高1%-2%，可显著改善锂电池的界面和电化学性能。
【专利说明】锂电池化成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于锂电池制造领域，更具体地说，本发明涉及一种锂电池化成方法。
【背景技术】
[0002]锂电池具有电压高、比能量大、充放电寿命长和安全环保等优点，因此被广泛应用于各类电子产品(如手机、数码相机、笔记本电脑、电动工具)、便捷式小型电器、电动汽车和储能系统中。
[0003]锂电池的制备工艺繁杂，包括搅拌、涂布、干燥、裸电芯制备、封装和化成等，其中，化成工艺是锂电池制备工艺过程中不可或缺的工序，对锂电池的性能起到至关重要的作用。
[0004]目前，锂电池的化成工艺都是将裸电芯入壳封装，再定量注入电解液，通过一段时间的静置后再化成。但是，这种化成工艺过程繁杂，需要控制的因素很多，整个化成工艺需要的时间和操作人员很多，浪费了大量的成本和工艺时间。尤其是动力锂电池，动力锂电池化成后的界面不好，容易出现许多黑斑和析锂。
[0005]例如，中国发明专利申请CN201110432901.4公开了 一种确定动力锂电池注液量的方法，其通过电解液浸泡裸电芯的方法确定动力锂电池的注液量。上述方法需要将裸电芯浸泡后取出，擦去表面游离态的电解液称重，然后减去裸电芯的重量便得到锂电池的注液量。但是，上述方法在实际生产中难以实现，因为裸电芯浸泡后会鼓涨，即使擦去表面游离态的电解液也很难在称重过程中防止电解液的滴落造成的污染和数据不准确的情况；此夕卜，上述方法还需要后续的化成充电保证电池形成稳定的SEI膜，因此并没有在工序和设备上简化锂电池的制造工艺。
[0006]有鉴于此，确有必要提供一种快速、简便且可以提高锂电池性能的锂电池化成方法。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于:提供一种快速、简便且可以提高锂电池性能的锂电池化成方法。
[0008]为了实现上述发明目的，本发明提供了 一种锂电池化成方法，其包括以下步骤:
[0009]I)将电芯极耳向上浸泡在装有电解液的电解液槽中，电解液浸没电芯主体的范围不超过电芯高度的4/5 ；
[0010]2)将电芯夹紧预热，夹紧压力为0.05MPa-0.6MPa ；
[0011]3)将夹紧预热后的电芯继续浸泡在电解液槽中，对电解液槽进行密封、抽真空并进行预充电；以及
[0012]4)对完成预充电的电芯两侧进行0.2MPa-lMPa力夹紧，并封装电芯。
[0013]步骤I)中，电解液浸没电芯主体的范围不超过电芯高度的4/5，在保证充分浸润的同时，电解液也不会污染极耳上的密封胶，可保证后续封装的顺利进行。[0014]步骤2)中，当夹紧压力小于0.05MPa时，难以保证将电芯夹紧；当夹紧压力大于
0.6MPa时，容易将已经吸附在极片上的电解液压出，导致局部浸润不良。
[0015]作为本发明锂电池化成方法的一种改进，所述步骤I)中，电芯浸泡至少20分钟。20分钟可以保证极片和隔离膜充分吸收电解液，保证电芯的浸润效果。若电芯浸泡的时间太短，则易出现黑斑，锂电池的容量会降低。
[0016]作为本发明锂电池化成方法的一种改进，所述步骤2)中，预热温度为35°C_60°C，预热时间为3秒-30秒。预热的目的是为了加快电芯的浸润，并且在充电过程中加速锂离子的动力学性能。预热温度不能高于60°C，否则电解液中的成膜添加剂易分解，导致SEI膜形成不良，造成锂电池电化学性能的降低。
[0017]作为本发明锂电池化成方法的一种改进，所述步骤3)中，真空度为_60KPa到-97KPa，持续2秒-20秒。抽真空的目的是为了加速电芯的浸润，_60KPa以上可以更加有效地促进电解液的浸润，20秒以内的时间足以保证电解液的充分吸收。
[0018]作为本发明锂电池化成方法的一种改进，所述步骤3)中，电芯预充电的倍率为
0.0lC-1C0当充电的倍率超过1C，电流强度太大，难以形成致密的SEI膜，会导致锂电池电化学性能的降低。
[0019]作为本发明锂电池化成方法的一种改进，所述步骤4)中，夹紧时间为I秒-1分钟。I秒-1分钟可以充分将多余的电解液压出，不仅可以保证后续封装顺利进行，也有利于将多余电解液回收。
[0020]作为本发明锂电池化成方法的一种改进，所述步骤I)中，电芯在浸泡前的水含量不超过300ppm。当电芯在浸泡前的水含量超过300ppm时，充电过程中锂(锂离子)会和水分反应，造成不可逆容量损失，导致电池容量和首次效率降低。
[0021]作为本发明锂电池化成方法的一种改进，锂电池化成过程中的工作环境湿度不能高于2%。当工作环境的湿度高于2%时，容易导致锂电池因吸收水分而容量降低。
[0022]相对于现有技术，采用本发明锂电池化成方法获得的锂电池没有黑斑和析锂，界面良好，并且容量可以提高1%_2%，可显著改善锂电池的界面和电化学性能。此外，本发明锂电池化成方法工艺简单，易于实现，明显缩短了化成工艺时间，节约了设备和人工成本，且后续的封装不需要多余的气袋。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]下面结合附图和实施例，对本发明锂电池化成方法和其有益技术效果进行详细说明，附图中:
[0024]图1为本发明锂电池化成方法的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的发明目的、技术方案和技术效果更加清晰，以下结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中给出的各个实施例仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明，本发明并不局限于说明书中给出的各个实施例。
[0026]实施例1
[0027]实施例1锂电池化成方法包括:1)将容量为1620mAh，水含量为200ppm的裸电芯浸泡到电解液中，电解液浸没电芯主体的范围为电芯高度的4/5，浸泡20分钟；2)将裸电芯夹紧预热，夹紧压力为0.05MPa,预热温度为35 V，预热3秒；3)抽真空，真空度控制为-60KPa，持续时间2秒，抽真空完成后，用0.0lC倍率对裸电芯进行预充电；4)将预充电完成的裸电芯从电解液中转移到空压力板上，控制压力为0.2MP，持续时间2秒，并将裸电芯转移到铝塑模中进行封装。
[0028]实施例2
[0029]实施例2锂电池化成方法包括:1)将容量为2780mAh，水含量为300ppm的裸电芯浸泡到电解液中，电解液浸没电芯主体的范围为电芯高度的4/5，浸泡30分钟；2)将裸电芯夹紧预热，夹紧压力为0.6MPa，预热温度为60°C，预热30秒；3)抽真空，真空度控制为-97KPa，持续时间20秒，抽真空完成后，用IC倍率对裸电芯进行预充电；4)将预充电完成的裸电芯从电解液中转移到空压力板上，控制压力为1MP，持续时间10秒，然后将裸电芯转移到钢壳中进行封装。
[0030]实施例3
[0031]实施例3锂电池化成方法包括:1)将容量为4550mAh，水含量为300ppm的裸电芯浸泡到电解液中，电解液浸没电芯主体的范围为电芯高度的2/3，浸泡40分钟；2)将裸电芯夹紧预热，夹紧压力为0.3MPa，预热温度为45°C，预热15秒；3)抽真空，真空度控制为-80KPa，持续时间10秒，抽真空完成后，用0.1C倍率对裸电芯进行预充电；4)将预充电完成的裸电芯从电解液中转移到空压力板上，控制压力为0.6MP，持续时间5秒，然后将裸电芯转移到铝壳中进行封装。
[0032]对比例I
[0033]对比例I锂电池化成方法包括:1)将容量为1620mAh，水含量为400ppm的裸电芯浸泡到电解液中，电解液浸没电芯主体的范围为电芯高度的4/5，浸泡20分钟；2)将裸电芯夹紧预热，夹紧压力为0.05MPa，预热温度为35°C，预热3秒；3)抽真空，真空度控制为-60KPa，持续时间2秒，抽真空完成后，用0.0lC倍率对裸电芯进行预充电；4)将预充电完成的裸电芯从电解液中转移到空压力板上，控制压力为0.2MP，持续时间2秒，并将裸电芯转移到铝塑模中进行封装。
[0034]对比例2
[0035]对比例2锂电池化成方法包括:1)将容量为1620mAh，水含量为300ppm的裸电芯浸泡到电解液中，电解液浸没电芯主体的范围为电芯高度的4/5,浸泡15分钟；2)将裸电芯夹紧预热，夹紧压力为0.05MPa，预热温度为35°C，预热3秒；3)抽真空，真空度控制为-60KPa，持续时间2秒，抽真空完成后，用0.0lC倍率对裸电芯进行预充电；4)将预充电完成的裸电芯从电解液中转移到空压力板上，控制压力为0.2MP，持续时间2秒，并将裸电芯转移到铝塑模中进行封装。
[0036]对比例3
[0037]对比例3锂电池化成方法包括:1)将容量为1620mAh，水含量为300ppm的裸电芯浸泡到电解液中，电解液浸没电芯主体的范围为电芯高度的4/5，浸泡20分钟；2)将裸电芯夹紧预热，夹紧压力为0.7MPa，预热温度为35 V，预热3秒；3)抽真空，真空度控制为-60KPa，持续时间2秒，抽真空完成后，用0.0lC倍率对裸电芯进行预充电；4)将预充电完成的裸电芯从电解液中转移到空压力板上，控制压力为0.2MP，持续时间2秒，并将裸电芯转移到铝塑模中进行封装。
[0038]对比例4
[0039]对比例4锂电池化成方法包括:1)将容量为1620mAh，水含量为300ppm的裸电芯浸泡到电解液中，电解液浸没电芯主体的范围为电芯高度的4/5，浸泡20分钟；2)将裸电芯夹紧预热，夹紧压力为0.05MPa，预热温度为70°C，预热40秒；3)抽真空，真空度控制为-60KPa，持续时间2秒，抽真空完成后，用0.0lC倍率对裸电芯进行预充电；4)将预充电完成的裸电芯从电解液中转移到空压力板上，控制压力为0.2MP，持续时间2秒，并将裸电芯转移到铝塑模中进行封装。
[0040]对比例5
[0041]对比例5锂电池化成方法包括:1)将容量为1620mAh，水含量为300ppm的裸电芯浸泡到电解液中，电解液浸没电芯主体的范围为电芯高度的4/5，浸泡20分钟；2)将裸电芯夹紧预热，夹紧压力为0.05MPa，预热温度为35°C，预热3秒；3)抽真空，真空度控制为-50KPa，持续时间20秒，抽真空完成后，用0.0lC倍率对裸电芯进行预充电；4)将预充电完成的裸电芯从电解液中转移到空压力板上，控制压力为0.2MP，持续时间2秒，并将裸电芯转移到铝塑模中进行封装。
[0042]对比例6
[0043]对比例6锂电池化成方法包括:1)将容量为1620mAh，水含量为300ppm的裸电芯浸泡到电解液中，电解液浸没电芯主体的范围为电芯高度的4/5，浸泡20分钟；2)将裸电芯夹紧预热，夹紧压力为0.05MPa，预热温度为35°C，预热3秒；3)抽真空，真空度控制为-60KPa，持续时间2秒，抽真空完成后，用1.2C倍率对裸电芯进行预充电；4)将预充电完成的裸电芯从电解液中转移到空压力板上，控制压力为0.2MP，持续时间2秒，并将裸电芯转移到铝塑模中进行封装。
[0044]对比例7
[0045]对比例7锂电池化成方法包括:1)将容量为1620mAh，水含量为300ppm的裸电芯浸泡到电解液中，电解液浸没电芯主体的范围为电芯高度的4/5，浸泡20分钟；2)将裸电芯夹紧预热，夹紧压力为0.05MPa，预热温度为35°C，预热3秒；3)抽真空，真空度控制为-60KPa，持续时间2秒，抽真空完成后，用0.0lC倍率对裸电芯进行预充电；4)将预充电完成的裸电芯从电解液中转移到空压力板上，控制压力为1.2MP，持续时间65秒，并将裸电芯转移到铝塑模中进行封装。
[0046]对比例8
[0047]对比例8锂电池化成方法包括:将容量为1620mAh，水含量为300ppm的裸电芯直接在铝塑模中进行封装，然后注入电解液，常温静置30h后，用0.0lC充电进行化成。
[0048]对比例9
[0049]对比例9锂电池化成方法包括:将容量为2780mAh，水含量为300ppm的裸电芯直接在铝塑模中进行封装，然后注入电解液，常温静置30h后，用0.6MPa的力压紧电池，用
0.1C充电进行化成。
[0050]对比例10
[0051]对比例10锂电池化成方法包括:1)将容量为4550mAh，水含量为300ppm的裸电芯浸泡到电解液中，电解液浸没电芯主体的范围为电芯高度的4/5,浸泡60分钟；2)将裸电芯从电解液中转移到空压力板上，控制压力为0.2MP，持续时间2秒，并将裸电芯转移到铝塑模中进行封装，将封装后的电池常温静置30h后，用IMPa的力压紧，用0.2C充电进行化成。
[0052]性能检测
[0053]分别将根据实施例1至3化成方法获得的电芯和对比例I至10化成方法获得的电芯编号，其中，根据实施例1至3化成方法获得的电芯依次编号为S1-S3，根据对比例I至10化成方法获得的电芯依次编号为D1-D10。
[0054]在35°C环境中按如下流程对编号为S1-S3和Dl-DlO的电芯进行容量测试:首先静置3分钟；然后以0.5C的充电电流，恒流充电至4.3V，再恒压充电至0.05C ;静置3分钟；再以0.5C的放电电流，恒流放电至3.0V得到首次放电容量DO ;静置3分钟之后完成容量测试；将完成容量测试的电池用0.5C进行满充并拆解，查看界面是否有黑斑和析锂的情况，所得容量和界面测试结果如表1所示。
[0055]表1S1-S3和Dl-DlO的锂电池的容量和界面测试结果
[0056]
【权利要求】
1.一种锂电池化成方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)将电芯极耳向上浸泡在装有电解液的电解液槽中，电解液浸没电芯主体的范围不超过电芯高度的4/5 ； 2)将电芯夹紧预热，夹紧压力为0.05MPa-0.6MPa ； 3)将夹紧预热后的电芯继续浸泡在电解液槽中，对电解液槽进行密封、抽真空并进行预充电；以及 4)对完成预充电的电芯两侧施加0.2MPa-lMPa力夹紧，并封装电芯。
2.根据权利要求1所述的锂电池化成方法，其特征在于，所述步骤I)中，电芯浸泡至少20分钟。
3.根据权利要求1所述的锂电池化成方法，其特征在于，所述步骤2)中，预热温度为35 0C -60 0C，预热时间为3秒-30秒。
4.根据权利要求1所述的锂电池化成方法，其特征在于，所述步骤3)中，真空度为-60KPa到-97KPa,持续2秒-20秒。
5.根据权利要求1所述的锂电池化成方法，其特征在于，所述步骤3)中，电芯预充电的倍率为0.0lC-1Co
6.根据权利要求1所述的锂电池化成方法，其特征在于，所述步骤4)中，夹紧时间为I秒_1分钟。
7.根据权利要求1所述的锂电池化成方法，其特征在于，所述步骤I)中，电芯在浸泡前的水含量不超过300ppm。
8.根据权利要求1所述的锂电池化成方法，其特征在于:锂电池化成过程中的工作环境湿度不能高于2%。
【文档编号】H01M10/058GK103762385SQ201410036835
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】周华利, 方宏新 申请人:宁德新能源科技有限公司, 东莞新能源科技有限公司