一种高容量高压实负极锂离子电池的浸润方法与流程

本发明涉及锂离子电池制备领域，特别涉及一种高容量高压实负极锂离子电池的浸润方法。

背景技术

能源短缺和环境污染是现代社会面临的两大问题，为了缓解能源和环境压力，电动汽车产业应运而生，快速发展电动汽车逐步代替燃油车已成当代必然趋势。锂离子电池具有循环性能好、能量密度高、工作温度范围大、无记忆效应、绿色无污染等优点。

随着人们对锂离子电池能量密度的不断追求，对电池极片压实密度也不断提高。压实密度提高对极片的浸润增加了难度。为了生产更好的锂离子电池，必须优化其生产制作中的浸润过程。目前，锂离子电池的浸润方法主要包括如下方法：(1)室温浸润：电芯注液后，通过在室温下搁置40至48h，使电解液慢慢渗透至电芯内部，通过预化成，使电解液浸润极片内部；(2)高温浸润：电芯注液后，通过在高温下搁置30h至38h后，使电解液慢慢渗透至电芯内部，通过预化成，使电解液浸润极片内部。但是，在高容量高压实负极材料方面，常温浸润工艺无法实现电解液在负极片的充分浸润，造成负极活性物质活化不充分，锂离子无法自由嵌入，造成析锂现象。另外，高温浸润工艺能实现在室温浸润基础上，利用高温提高电解液的扩散速度，但是对提高极片内部浸润能力效果不明显，仍无法实现高容量高压实负极锂离子动力电池的充分浸润。

技术实现要素：

针对目前锂离子电池的室温浸润普遍困难、电芯失液量高、循环寿命不理想的问题，本发明提供一种高容量高压实负极锂离子电池的浸润方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高容量高压实负极锂离子电池的浸润方法，包括以下步骤：

s1、抽真空注液：将制备好的电池放在注液架上，注液架中放入105wt％所需电解液的量，因为在循环抽真空的过程中，电解液会挥发，所以待注液的量需要增加5％，保证注入充足的电解液。将注液架置于真空箱中抽真空，真空保压后泄压，泄压的管子尾部接一个尾气处理装置，泄压后搁置，让电解液在电芯内部慢慢渗透，然后循环三到六次；

s2、高温搁置：将抽真空注液后未封口的电芯在高温下进行搁置，注液口向上，搁置8～12h，同时在烘箱内充入惰性气体进行保护。充氮气保护有利于防止电解液在搁置过程中吸水，高温搁置有利于加速电解液的扩散，让电解液渗透到电芯内部；

s3、预化成：在充电设备上，用0.01c～0.2c的电流对步骤s2完成后的电芯进行预充电，充电上限电压为3.2v～3.6v，充电时间为30min～300min；预化成有利于电解液浸润到极片内部；

s4、高温搁置：将预化成后未封口电芯在高温下进行搁置，注液口向上，搁置8～14h，同时在烘箱内充入惰性气体进行保护。高温搁置有利于除去化成过程中产生的气体，避免封口后，产生气泡，极片界面不良。高压实极片孔隙较小，同时高温搁置也利于电解液在极片内部的扩散和浸润；

s5、二次注液、封口：将完成步骤s4的电池放在注液架上，注液架中放入105wt％所需电解液的量，因为在循环抽真空的过程中，电解液会挥发，同上述步骤s1，待补液的量需要增加5％。将注液架置于真空箱中抽真空，真空保压后泄压，泄压的管子尾部接一个尾气处理装置，泄压后搁置，让电解液在电芯内部慢慢渗透，然后循环二到四次完成补液，补液后将电池封口；此处循环次数过多，会把原本注入电芯内的电解液抽出来。二次注液的目的主要是为了弥补第一次注液量的不足和预化成过程中喷液的损失，保证电池在后续循环过程中电解液充足，保持良好的循环寿命；

s6、续化成：在充电设备上，用0.01c～0.2c的电流对步骤s5完成后的电芯进行再充电，充电上限电压为3.4v～3.65v，充电时间为30min～300min；续化成结束后即完成高容量高压实锂离子电池的浸润过程。

优选地，所述电池为圆柱电池或方形电池。

优选地，步骤s1所述抽真空注液过程的真空度为-0.09～-0.095mpa。

优选地，步骤s1所述真空保压时间为1～2min。

优选地，步骤s1所述泄压后搁置时间为5～15min。

优选地，步骤s2所述高温搁置的温度为35～40℃，时间为10～12h。

优选地，步骤s4所述高温搁置的温度为35～40℃，时间为10～12h。

优选地，步骤s3所述的预化成是用0.05c的电流充电120min或用0.1c的电流充电60min。

优选地，步骤s6所述的续化成是用0.05c的电流充电120min或用0.1c的电流充电60min。

本发明的有益效果在于：

本发明在高温浸润的基础上，采用抽真空注液、高温搁置、预化成、高温搁置、二次注液封口、续化成一共六个阶段，针对高容量高压实负极进行充分浸润，一是在保留高温浸润高效率的优点，前后使用两次高温搁置，减少了浸润时间和等待时间，节约了时间成本；二是增加预化成和续化成工序，提升了高容量高压实负极吸附电解液的能力，有效解决了低孔隙负极片普遍浸润困难的问题，避免充放电过程中析锂现象，有效改善高压实负极锂离子电池高内阻和短寿命的问题，同时又保留了目前高温浸润效率高的优点；另外高容量高压实锂离子电池的循环寿命增强，安全性能也得到了提升。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的高容量高压实负极片的扫描电镜图；

图2为本发明实施例1～3中一次注液和二次注液的循环对比图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1

本发明浸润方法得到的低孔隙高压实负极材料见图1，一种高容量高压实负极锂离子电池的浸润方法，具体步骤如下：

1)抽真空注液：将制备好的圆柱电池放在带有刻度计量的注液架上，放入105％所需电解液的量。将注液架置于真空箱中抽真空，真空箱真空度控制在-0.09mpa，真空保压时间2min，然后泄压，泄压的管子尾部接一个尾气处理装置，泄压后搁置时间10min，让电解液在电芯内部慢慢渗透，然后循环三次；

2)高温搁置：将抽真空注液后未封口电芯在35℃的温度下进行搁置，注液口向上，搁置时间10h，同时烘箱内充氮气保护；

3)预化成：在充电设备上，用0.05c的电流对步骤2)完成后的电芯进行预充电，充电上限电压为3.4v，充电时间为120min；

4)高温搁置：将预化成后未封口电芯在40℃的温度下进行搁置，注液口向上，搁置时间8h，同时烘箱内充氮气保护；

5)二次注液、封口：将完成步骤4)的圆柱电池放在带有刻度计量的注液架上，放入105％所需补充电解液的量。将注液架置于真空箱中抽真空，真空箱真空度控制在-0.09mpa，真空保压时间1min，然后泄压，泄压的管子尾部接一个尾气处理装置，泄压后搁置时间5min，让电解液在电芯内部慢慢渗透，然后循环两次，补液后电池封口；

6)续化成：在充电设备上，用0.1c的电流对步骤5)完成后的电芯进行再充电，充电上限电压为3.4v，充电时间为60min；续化成结束后即完成高容量高压实锂离子电池的浸润过程。后续加工工艺与现有工艺一致。

最终成品电池的常温循环寿命如图2所示。经测定，本实施例制备的电池当常温循环进行到640周时，电池的容量保持率85.84％，说明使用该高压实负极动力电池浸润方法后，电池循环寿命较好。

实施例2

一种高容量高压实负极锂离子电池的浸润方法，具体步骤如下：

1)抽真空注液：将制备好的圆柱电池放在带有刻度计量的注液架上，放入105％所需电解液的量。将注液架置于真空箱中抽真空，真空箱真空度控制在-0.09mpa，真空保压时间2min，然后泄压，泄压的管子尾部接一个尾气处理装置，泄压后搁置时间10min，让电解液在电芯内部慢慢渗透，然后循环三次；

2)高温搁置：将抽真空注液后未封口电芯在40℃的温度下进行搁置，注液口向上，搁置时间10h，同时烘箱内充氮气保护；

3)预化成：在充电设备上，用0.05c的电流对步骤2)完成后的电芯进行预充电，充电上限电压为3.4v，充电时间为120min；

4)高温搁置：将预化成后未封口电芯在40℃的温度下进行搁置，注液口向上，搁置时间10h，同时烘箱内充氮气保护；

5)二次注液、封口：将完成步骤4)的圆柱电池放在带有刻度计量的注液架上，放入105％所需补充电解液的量。将注液架置于真空箱中抽真空，真空箱真空度控制在-0.09mpa，真空保压时间1min，然后泄压，泄压的管子尾部接一个尾气处理装置，泄压后搁置时间10min，让电解液在电芯内部慢慢渗透，然后循环两次，补液后电池封口；

6)续化成：在充电设备上，用0.05c的电流对步骤5)完成后的电芯进行再充电，充电上限电压为3.4v，充电时间为120min；续化成结束后即完成高容量高压实锂离子电池的浸润过程。后续加工工艺与现有工艺一致。

最终成品电池的常温循环寿命如图2所示。经测定，本实施例制备的电池当常温循环进行到640周时，电池的容量保持率91.25％，使用该高压实负极动力电池浸润方法后，电池循环寿命得到提升。

实施例3

本发明浸润方法的使用的低孔隙高压实负极材料见图1，具体步骤如下：

1)抽真空注液：将制备好的圆柱电池放在带有刻度计量的注液架上，放入105％所需电解液的量。将注液架置于真空箱中抽真空，真空箱真空度控制在-0.095mpa，真空保压时间2min，然后泄压，泄压的管子尾部接一个尾气处理装置，泄压后搁置时间10min，让电解液在电芯内部慢慢渗透，然后循环三次；

2)高温搁置：将抽真空注液后未封口电芯在35℃的温度下进行搁置，注液口向上，搁置时间8h，同时烘箱内充氮气保护；

3)预化成：在充电设备上，用0.1c的电流对步骤2)完成后的电芯进行预充电，充电上限电压为3.4v，充电时间为60min；

4)高温搁置：将预化成后未封口电芯在40℃的温度下进行搁置，注液口向上，搁置时间8h，同时烘箱内充氮气保护；

5)二次注液、封口：将完成步骤4)的圆柱电池放在带有刻度计量的注液架上，放入105％所需补充电解液的量。将注液架置于真空箱中抽真空，真空箱真空度控制在-0.09mpa，真空保压时间1min，然后泄压，泄压的管子尾部接一个尾气处理装置，泄压后搁置时间10min，让电解液在电芯内部慢慢渗透，然后循环两次，补液后电池封口；

6)续化成：在充电设备上，用0.2c的电流对步骤5)完成后的电芯进行再充电，充电上限电压为3.6v，充电时间为30min；续化成结束后即完成高容量高压实锂离子电池的浸润过程。后续加工工艺与现有工艺一致。

最终成品电池的常温循环寿命如图2所示。由表1可知，当常温循环进行到580周时，电池的容量保持率65.64％，使用该高压实负极动力电池浸润方法后，电池循环寿命在500周以后衰减迅速，主要是因为高温搁置时间较短，续化成的电流较大，导致极片内部浸润不充分，极片可能发生析锂，消耗电解液较多，导致循环后期电解液不足，影响循环寿命。但其效果仍比现有技术中其他方法得到的电池更好，具体使用时仍可接受。

实施例4

一种高容量高压实负极锂离子电池的浸润方法，具体步骤如下：

1)抽真空注液：将制备好的圆柱电池放在带有刻度计量的注液架上，放入105％所需电解液的量。将注液架置于真空箱中抽真空，真空箱真空度控制在-0.098mpa，真空保压时间5min，然后泄压，泄压的管子尾部接一个尾气处理装置，泄压后搁置时间15min，让电解液在电芯内部慢慢渗透，然后循环六次；

2)高温搁置：将抽真空注液后未封口电芯在45℃的温度下进行搁置，注液口向上，搁置时间12h，同时烘箱内充氮气保护；

3)预化成：在充电设备上，用0.01c的电流对步骤2)完成后的电芯进行预充电，充电上限电压为3.2v，充电时间为300min；

4)高温搁置：将预化成后未封口电芯在45℃的温度下进行搁置，注液口向上，搁置时间14h，同时烘箱内充氮气保护；

5)二次注液、封口：将完成步骤4)的圆柱电池放在带有刻度计量的注液架上，放入105％所需补充电解液的量。将注液架置于真空箱中抽真空，真空箱真空度控制在-0.098mpa，真空保压时间5min，然后泄压，泄压的管子尾部接一个尾气处理装置，泄压后搁置时间15min，让电解液在电芯内部慢慢渗透，然后循环四次，补液后电池封口；

6)续化成：在充电设备上，用0.05c的电流对步骤5)完成后的电芯进行再充电，充电上限电压为3.4v，充电时间为120min；续化成结束后即完成高容量高压实锂离子电池的浸润过程。后续加工工艺与现有工艺一致。

经测定，本实施例制备的电池当常温循环进行到640周时，电池的容量保持率90.76％，高温搁置时间延长，极片浸润更加充分，并且使用小倍率电流化成，所以极片内部浸润充分，使用该高压实负极动力电池浸润方法后，电池循环寿命得到提升。

实施例5

一种高容量高压实负极锂离子电池的浸润方法，具体步骤如下：

1)抽真空注液：将制备好的圆柱电池放在带有刻度计量的注液架上，放入105％所需电解液的量。将注液架置于真空箱中抽真空，真空箱真空度控制在-0.09mpa，真空保压时间1min，然后泄压，泄压的管子尾部接一个尾气处理装置，泄压后搁置时间5min，让电解液在电芯内部慢慢渗透，然后循环四次；

2)高温搁置：将抽真空注液后未封口电芯在40℃的温度下进行搁置，注液口向上，搁置时间10h，同时烘箱内充氮气保护；

3)预化成：在充电设备上，用0.2c的电流对步骤2)完成后的电芯进行预充电，充电上限电压为3.6v，充电时间为30min；

4)高温搁置：将预化成后未封口电芯在35℃的温度下进行搁置，注液口向上，搁置时间10h，同时烘箱内充氮气保护；

5)二次注液、封口：将完成步骤4)的圆柱电池放在带有刻度计量的注液架上，放入105％所需补充电解液的量。将注液架置于真空箱中抽真空，真空箱真空度控制在-0.095mpa，真空保压时间3min，然后泄压，泄压的管子尾部接一个尾气处理装置，泄压后搁置时间10min，让电解液在电芯内部慢慢渗透，然后循环三次，补液后电池封口；

6)续化成：在充电设备上，用0.01c的电流对步骤5)完成后的电芯进行再充电，充电上限电压为3.4v，充电时间为300min；续化成结束后即完成高容量高压实锂离子电池的浸润过程。后续加工工艺与现有工艺一致。

经测定，本实施例制备的电池当常温循环进行到640周时，电池的容量保持率71.25％，因为使用大倍率电流化成，对极片界面有影响，影响了电池的循环寿命。

以上所述的实施例只是本发明的五种方案举例，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。