一种电池制造方法、电池及电化学装置与流程

1.本技术涉及电池技术领域，具体而言，本技术涉及一种电池制造方法、电池及电化学装置。


背景技术：

2.电池的生产工序繁多，特别是锂离子电池生产工序，其中包括对注液后锂离子电芯的化成和分容等工序。一般情况下，典型的化成过程包括一个室温1～3天的浸润工序，以及一个1～2天的室温或者高温的老化工序。如果需要分步化成，则所述化成过程所需要花费的时间又会相应增加，并且化成和分容过程需要大量专门设备，因此整个化成过程需要耗费大量的时间成本和设备成本。


技术实现要素：

3.为了改善这些问题，本发明提出一种电池制造方法，即在电池制造过程中，去除化成和分容工序，将电芯经过注液和组装后，直接进行pack组装得到pack电池；然后基于所述pack电池中的bms和热管理系统对经过注液和组装后的电芯化成，从而提高电池的生产效率、节约生产成本。
4.具体的，本技术的第一方面提供了一种电池化成方法，包括：
5.s1，将经过注液和组装后的电芯直接进行pack组装得到pack电池；
6.s2，基于所述pack电池中的bms和热管理系统对经过注液和组装后的电芯化成。
7.在本技术的一些优选实施方式中，所述基于所述pack电池中的bms和热管理系统对经过注液和组装后的电芯化成包括：
8.利用所述bms对经过注液和组装后的电芯进行恒流充电。
9.在本技术的一些进一步的优选实施方式中，所述恒流充电的电流密度在0.01c～1c之间，截止电压在3.1～4.2v之间。
10.在本技术的一些优选实施方式中，所述基于所述pack电池中的bms和热管理系统对经过注液和组装后的电芯化成包括：
11.利用所述热管理系统对经过注液和组装后的电芯加热。
12.在本技术的一些进一步的优选实施方式中，所述加热的温度在20～60℃之间。
13.在一些优选的实施方式中，所述方法还包括：
14.在进行步骤s2之前，对所述pack电池静置第一静置时间和/或静置在预设的静置温度中。
15.在本技术的一些进一步的优选实施方式中，所述第一静置时间在0～12h之间，和/或所述预设的静置温度在20～60℃之间。
16.其中所述静置温度可以利用所述热管理系统对所述pack电池中的电芯进行加热来实现。
17.在一些优选的实施方式中，所述化成包括：
18.1)利用bms对所述pack电池中的电芯进行第一恒流充电，电流密度在0.01c～0.1c之间，截止电压在3.1～3.5v之间；
19.2)将经过第一恒流充电的所述pack电池静置第二静置时间，静置时间在1-15分钟之间；
20.3)将经过第二静置的所述pack电池中的电芯进行第二恒流充电，电流密度在0.05c-1c之间，截止电压在3.5-3.8v之间；
21.其中，化成温度在20～60℃之间。
22.另外，本领域技术人员也可以根据不同型号电芯的浸润情况，适当调整所述化成条件。例如根据需要设置2-5次静置和相对应的2-5次恒流充电。
23.本技术的第二方面提供了一种电池，所述电池通过所述的方法制备得到。
24.本技术的第三方面提供了一种电化学装置，包括所述的电池。
25.本技术的有益效果：
26.本技术在电池制造过程中，将经过注液和组装后的电芯直接进行pack组装得到pack电池；然后基于所述pack电池中的bms和热管理系统对经过注液和组装后的电芯化成。本技术的方法取消了现有技术中在pack组装前进行的传统的化成和分容工序取消，不仅省去了传统化成和分容设备，降低了投资成本，还节约了之前因传统的化成和分容工序消耗的大量的时间，从而提高电池，尤其是锂离子电池的生产效率。
附图说明
27.图1为现有技术中传统的电芯制造方法的实施步骤流程图；
28.图2为本技术的实施例中的锂离子电池制造方法的实施步骤流程图；
29.图3为圆柱电池pack示意图；
30.图4为方形、软包或刀片电池pack示意图。
具体实施方式
31.以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。除非另有说明，本技术中使用的术语具有本领域技术人员通常所理解的公知含义。除非另有说明，本技术中提到的各参数的数值可以用本领域常用的各种测量方法进行测量。
32.为了简明扼要，本文仅具体地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，每个单独公开的点或单个数值自身可以作为下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
33.术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目a及b，那么短语“a及b中的至少一者”意味着仅a；仅b；或a及b。在另一实例中，如果列出项目a、b及c，那么短语“a、b及c中的至少一者”意味着仅a；或仅b；仅c；a及b(排除c)；a及c(排除b)；b及c(排除a)；或a、b及c的全部。项目a可包含单个组分或多个组分。项目b可包含单个组分或多个组分。项目c可
包含单个组分或多个组分。
34.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不是用于限制本发明。例如，本技术的实施例1-7以锂离子电池为例来具体说明本技术的方案，但本技术并不限于锂离子电池，本技术的方案试用于任何需要pcak和化成的电池制造中。
35.现有技术中的电池制造方法
36.如图1所示，现有技术的电池的制造方法中，经过一系列工艺得到电芯后，将所述电芯进行组装、注液以及封口等工艺，然后将所述电芯在专门的化成设备和分容设备中分别进行化成和分容，最后将化成和分容后的电芯进行pack组装。传统的化成和分容需要消耗数天的时间。因此，现有技术的制造方法，从成本和时间上都有待优化。
37.本技术电池制造方法
38.本技术的发明人经过研究，优化了现有技术的方案。如图2所示，本技术提供一种电池制造方法，其特征在于，包括：s1，将经过注液和组装后的电芯直接进行pack组装得到pack电池；s2，基于所述pack电池中的bms和热管理系统对经过注液和组装后的电芯化成。
39.在进行步骤s2之前，对所述pack电池静置第一静置时间和/或静置在预设的静置温度中。所述第一静置时间在0～12h之间，和/或所述预设的静置温度在20～60℃之间。
40.所述基于所述pack电池中的bms和热管理系统对经过注液和组装后的电芯化成包括：
41.利用所述bms对经过注液和组装后的电芯进行恒流充电，所述恒流充电的电流密度在0.01c～1c之间，截止电压在3.1～4.2v之间；和
42.利用所述热管理系统对经过注液和组装后的电芯加热，所述加热的温度在20～60℃之间。
43.具体的，所述化成的具体步骤包括：
44.1)利用bms对所述pack电池中的电芯进行第一恒流充电，电流密度在0.01c～0.1c之间，截止电压在3.1～3.5v之间；
45.2)将经过第一恒流充电的所述pack电池静置第二静置时间，所述第二静置时间在1-15分钟；
46.3)将经过第二静置的所述pack电池中的电芯进行第二恒流充电，电流密度在0.05c～1c之间，截止电压在3.5-3.8v之间；
47.其中，所述化成温度在20～60℃之间。
48.不同的电池的pack的组装不同，例如图3和图4分别显示了圆柱电池、方形、软包或刀片电池pack示意图。
49.在本技术的方法中，单体电芯组装完成后，取消原有的静置化成、分容工序，直接将电芯进行模组以及pack的组装，由于取消原有工艺中的静置化成、分容工序，可以大大提升电池生产效率，并节省大量设备投入。
50.锂离子电池
51.本技术的锂离子电池，包括正极极片、负极极片、隔膜以及电解液。
52.本技术所述负极极片包括负极集流体、涂覆在所述负极集流体表面上的负极活性物质层。
53.在一些实施方式中，所述负极集流体为铜箔。
54.在一些实施方式中，所述负极活性材料包括但不限于：石墨，碳素材料，硅基材料，硅金属氧化物复合材料和石墨材料混合物，金属氧化物类，锡基材料。比如硅基复合材料包括但不限于硅碳复合材料，硅金属氧化物复合材料，硅合金复合材料，比如金属氧化物包括但不限于氧化铁，钛酸锂，氧化铜等，视为一切能够进行脱嵌锂，储锂的金属氧化物。
55.在一些实施例中，所述负极还包括位于所述负极活性材料层和所述集流体之间的导电涂层，所述导电涂层包括碳纤维、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管和石墨烯等导电剂中的一者或多者。
56.根据本技术的一些实施方式，本技术所述正极包括正极集流体、正极活性材料、导电剂、粘结剂。
57.在一些实施方式中，所述正极活性材料包括但不限于锂过渡金属氧化物，橄榄石结构的含锂磷酸盐及其各自的改性化合物中的一种或几种。锂过渡金属氧化物可以包括但不限于锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂镍氧化物、锂镍钴氧化物、锂镍锰氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物及其改性化合物中的一种或几种。橄榄石结构的含锂磷酸盐可以包括但不限于磷酸锰锂、磷酸锰锂与碳的复合材料、磷酸铁锂、磷酸铁锂与碳的复合材料、磷酸锰铁锂、磷酸锰铁锂与碳的复合材料及其改性化合物中的一种或几种。
58.根据本技术的一些实施方式，所述隔膜包括基材层和表面处理层。基材层为具有多孔结构的无纺布、膜或复合膜，基材层的材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺中的至少一种。具体地，可选用聚丙烯多孔膜、聚乙烯多孔膜、聚丙烯无纺布、聚乙烯无纺布或聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯多孔复合膜。
59.基材层的至少一个表面上设置有表面处理层，表面处理层可以是聚合物层或无机物层，也可以是混合聚合物与无机物所形成的层。
60.无机物层包括无机颗粒和粘结剂，无机颗粒包括氧化铝、氧化镁、氧化硅、氧化钛、氧化锌、氧化钙、氧化锡、氧化镍、氧化锆、氧化钇、二氧化铪、二氧化铈、碳化硅、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙或硫酸钡中的至少一种。粘结剂包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯的共聚物、聚酰胺、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或聚六氟丙烯中的至少一种。
61.聚合物层中包含聚合物，聚合物的材料包括聚酰胺、聚丙烯腈、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯呲咯烷酮、聚乙烯醚、聚偏氟乙烯或聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种。
62.根据本技术的一些实施方式，所述电解液包括锂盐和溶剂。
63.在一些实施方式中，所述锂盐包括但不限于：六氟磷酸锂(lipf6)、四氟硼酸锂(libf4)、二氟磷酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂(lifsi)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂或二氟草酸硼酸锂。
64.在一些实施方式中，所述溶剂可选自碳酸亚乙酯(ec)、碳酸亚丙酯(pc)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸二丙酯、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、1,4-丁内酯、环丁砜、二甲砜、甲乙砜及二乙砜中的一种或几种。
65.根据本技术的一些实施方式，锂离子电池外壳可以是硬壳，例如硬塑料壳、铝壳、
钢壳等。电池外壳也可以是软壳，例如袋式软包。软包的材质可以是塑料，如聚丙烯(pp)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚丁二酸丁二醇酯(pbs)等中的一种或几种。
66.在一些实施方式中，锂离子电池的形状没有特别的限制，其可以是圆柱形、方形或其他任意的形状。
67.在一些实施方式中，锂离子电池的组装方式包括但不局限于：卷绕和叠片。
68.实施例1
69.在本实施例以锂离子电池为例(但本技术不限于锂离子电池)，所述锂离子电池的正极使用ncm111，负极使用天然石墨。
70.所述锂离子电池制造方法，包括：
71.将经过注液和组装后的电芯直接进行pack组装得到pack电池；
72.将所述pack电池静置第一静置时间，所述第一静置时间为2小时，预设的静置温度为45℃；
73.然后基于所述pack电池中的bms和热管理系统对经过注液和组装后的电芯化成；
74.所述化成的具体步骤包括：
75.1)利用bms对所述pack电池中的电芯进行第一恒流充电，电流密度为0.02c，截止电压为3.4v；
76.2)将经过第一恒流充电的所述pack电池静置第二静置时间，所述第二静置时间为10分钟；
77.3)将经过第二静置的所述pack电池中的电芯进行第二恒流充电，电流密度为0.1c，截止电压为3.6v；
78.4)将经过第二恒流充电的所述pack电池静置第三静置时间，所述第三静置时间为10分钟；
79.5)将经过第三静置的所述pack电池中的电芯进行第三恒流充电，电流密度为0.1c，截止电压4.1v；
80.其中，所述化成温度为45℃。
81.实施例2-7
82.实施例2-7的制造方法的具体步骤与实施例1相同，不同在于：
83.1)锂离子电池的正负极材料不同；
84.2)所述化成温度、第一静置时间及预设的静置温度、第一恒流充电的电流密度和截止电压、第二静置时间、第二恒流充电的电流密度和截止电压、第三静置时间以及第三恒流充电的电流密度和截止电压存在不同；其中，实施例2、4、6、7和9的方法中，经过第二恒流充电后，即完成所述化成，即实施例2、4、6、7和9的所述化成方法中没有步骤4)和步骤5)的工序。
85.具体如表1和表2所示。
86.表1实施例1-7的电池体系
[0087] 正极负极实施例1ncm111天然石墨实施例2ncm523人造石墨实施例3ncm622人造石墨
实施例4ncm811人造石墨实施例5ncm811人造石墨+si实施例6ni90人造石墨+si实施例7lfp人造石墨
[0088]
表2实施例1-7的化成条件
[0089][0090]
从表2的数据可以看出，在本技术实施例1-7的方法中，将电芯经过注液和组装后，直接进行pack组装得到pack电池；可选地将所述pack电池在预设的静置温度下静置第一静置时间，然后基于所述pack电池中的bms和热管理系统对经过注液和组装后的电芯化成。化成的时间合计不超过6小时，相比于传统的化成和分容工序，大大缩短了化成的时间，同时
还不需要专门的化成和分容的设备，大大降低了投资成本，提高了锂离子电池的生产效率。
[0091]
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。