CN112510265A - 一种改善软包锂离子电池循环性能的一步化成热压方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善软包锂离子电池循环性能的一步化成热压方法，包括步骤：第一步，将注液后的电芯静置预设时长；第二步，继续将静置后的电芯，放入夹具化成设备上的夹具中，然后在预设化成压力、预设化成温度以及预设充放电制式下，进行电芯的化成操作；第三步，在化成操作的恒流放电操作阶段，直接在夹具化成设备的夹具上，在不改变电芯位置的情况下，将化成的温度从预设化成温度提高至预设热压温度，并在预设热压压力下，对电芯进行热压。本发明在电芯化成之后，对电芯不间断直接进行热压工序，避免了电芯内部空泡的产生，改善了电芯内部界面接触及负极成膜，延长电芯的循环寿命。

Description

一种改善软包锂离子电池循环性能的一步化成热压方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种改善软包锂离子电池循环性能的一步化成热压方法。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、环境友好、循环寿命长和自放电小等优点，具有很广阔的应用前景。随着锂离子电池的进一步发展，能量密度高的电池越来越受到人们的关注。铝塑膜作为锂离子电池的外壳，其尺寸和厚度可随着设计要求的改变而改变，且相对于铝壳，铝塑膜有更低的面密度，在能量密度上能够得到更大的提升。
化成是锂离子电池生产过程中的重要工序，在化成时，在负极表面形成一层固体聚合物电解质膜，其均匀性和厚度对电池的容量及循环性能有较大影响。但是，在传统的化成工艺中，负极表面生成固体电解质膜时会发生副反应，副反应所产生的大量气体全部滞留于电芯内部，使得正极片、负极片及隔膜之间存在隔空气体区，这样下一步再转入热压工序后，不利于正极片、负极片及隔膜三者的紧密贴合，易导致析锂问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种改善软包锂离子电池循环性能的一步化成热压方法。
为此，本发明提供了一种改善软包锂离子电池循环性能的一步化成热压方法，包括以下步骤：
第一步，将注液后的电芯静置预设时长；
第二步，继续将静置后的电芯，放入夹具化成设备上的夹具中，然后在预设化成压力、预设化成温度以及预设充放电制式下，进行电芯的化成操作；
在第二步中，预设充放电制式为：先阶梯充电，然后恒流放电；
第三步，在化成操作的恒流放电操作阶段，直接在夹具化成设备的夹具上，在不改变电芯位置的情况下，将化成的温度从预设化成温度提高至预设热压温度，并在预设热压压力下，保持压力恒定，对电芯进行热压；
其中，预设热压温度，高于预设化成温度。
优选地，在第一步中，预设时长为3～4个小时。
优选地，在第二步中，夹具化成设备上的夹具，向电芯施加的预设化成温度为50℃～80℃；
在第二步中，夹具化成设备上的夹具，向电芯本体施加的预设化成压力为1～2MPa/pcs。
优选地，在第二步中，预设充放电制式具体包括：首先进行三次充电操作，然后进行一次恒流放电操作；
其中，在第一次充电操作中，电流的大小为0.1～0.3C，充至电芯容量保持在0.5％～2％SOC；
在第二次充电操作中，电流的大小为0.3～0.7C，充至电芯容量保持在5％～10％SOC；
在第三次充电操作中，电流的大小为0.8～1.5C，充至电芯满电后转为恒压充电，截止电流为0.5C；
其中，在恒流放电操作中，电流的大小为0.8～1.5C，放至电芯容量保持在50％～70％SOC。
优选地，在第二步中，在恒流放电操作过程中，夹具化成设备上的夹具对电芯直接进行热压，预设热压温度为70℃～100℃，预设热压压力为1～2MPa/pcs，热压的时间为5～10分钟。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种改善软包锂离子电池循环性能的一步化成热压方法，其在电芯化成之后，对电芯不间断直接进行热压工序，避免了电芯内部空泡的产生，改善了电芯内部界面接触及负极成膜，能够更好的适应锂离子的嵌入和脱出所引起的体积膨胀，延长电芯的循环寿命，具有重大的实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种改善软包锂离子电池循环性能的一步化成热压方法的流程图；
图2为运用本发明提供的一种改善软包锂离子电池循环性能的一步化成热压方法，在实施例5所化成制备的电芯与按照现有的标准化成工艺化成获得的电芯，具有的高温循环性能对比示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1，本发明提供了一种改善软包锂离子电池循环性能的一步化成热压方法，包括以下步骤：
第一步，将注液后的电芯(即注入电解液的电芯)静置预设时长；
第二步，继续将静置后的电芯，放入夹具化成设备上的夹具中，然后在预设化成压力、预设化成温度以及预设充放电制式下，进行电芯的化成操作；
在第二步中，预设充放电制式为：先阶梯充电，然后恒流放电；
第三步，在化成操作的恒流放电操作阶段(即放电工步)，直接在夹具化成设备的夹具上，在不改变电芯位置的情况下，将化成的温度从预设化成温度提高至预设热压温度，并在预设热压压力下，保持压力恒定，对电芯进行热压；
其中，预设热压温度，高于预设化成温度。
在第一步中，具体实现上，预设时长可以为3～4个小时。
在第二步中，具体实现上，夹具化成设备上的夹具，向电芯施加的预设化成温度(即施加、形成的化成环境温度)为50℃～80℃。
在第二步中，具体实现上，夹具化成设备上的夹具，向电芯本体施加的预设化成压力(在化成时施加的压力)为1～2MPa/pcs。
在第二步中，具体实现上，预设充放电制式具体包括：首先进行三次充电操作，然后进行一次恒流放电操作；
其中，在第一次充电操作中，电流的大小为0.1～0.3C，充至电芯容量保持在0.5％～2％SOC；
在第二次充电操作中，电流的大小为0.3～0.7C，充至电芯容量保持在5％～10％SOC；
在第三次充电操作中，电流的大小为0.8～1.5C，充至电芯满电后转为恒压充电，截止电流为0.5C。
其中，在恒流放电操作中，电流的大小为0.8～1.5C，放至电芯容量保持在50％～70％SOC。
在第二步中，具体实现上，在恒流放电操作过程中，夹具化成设备上的夹具对电芯直接进行热压，预设热压温度为70℃～100℃，预设热压压力为1～2MPa/pcs，热压的时间为5～10分钟。
需要说明的是，对于本发明提供的方法，能够有效提高负极表面固体聚合物电解质膜的均匀性、致密性和稳定性，对电芯内部界面起到改善作用，提高锂电池循环性能。
需要说明的是，对于本发明，本发明在夹具化成过程中进行同步热压，在一步夹紧后不改变电芯位置，电芯内部产生的气体挤压排除，保证受热均匀，使热压后的电芯内各层界面接触更为紧密。同时，本发明采用“恒流充电～恒压充电～恒流放电”三段式化成工艺，可以有效提高负极表面固体聚合物电解质膜的均匀性、致密性和稳定性，改善锂电化学性能，从而提高锂离子电池的循环性能。
对于本发明，在夹具化成过程中同步热压，电芯内各层界面紧密接触，保证电芯受热均匀，减少电芯搬运过程中的扰动，缩短工艺流程。同时，本发明采用“充放电结合”式化成工艺，可以有效提高负极表面固体聚合物电解质膜的均匀性、致密性和稳定性，改善锂电池电化学性能。
需要说明的是，在传统软包电池制造工艺中，夹具化成及热压为两个独立步骤，夹具化成在一定温度压力下通过充放电激活正负极活性物质并在负极形成SEI膜以增强电芯电性能，热压工序则是利用热压机的热压板对电芯进行高温定型，保证电芯自身的强度，使其在后续循环过程不产生形变。在传统工艺中，夹具化成温度较低而热压温度较高，一般的夹具化成设备不能达到热压所需温度，致使两步需分开进行，增加了工序时间。本发明则通过对工艺的优化，在保证电性能及电芯强度的前提下，提高化成温度，降低热压温度，将两步工艺合二为一，通过夹具化成设备即可同步实现化成以及热压工艺。
需要说明的是，本发明的上述夹具化成设备，为现有的化成设备，为常规的电池化成设备，在此不再赘述。
为了更加清楚地理解本发明的技术方案，下面通过具体实施例来说明本发明的技术方案。
实施例1。
本发明提供的一种改善软包锂离子电池循环性能的一步化成热压方法，包括步骤：将注液后电芯进行静置，静置一段时间后放入夹具化成设备，在特定压力、温度、充放电制式等条件下进行化成。在夹具化成放电工步时，提高夹具化成温度至特定温度，保持压力恒定，在特定时间内完成电芯热压。
其中，在锂电池化成的操作中，夹具温度为50℃，夹具化成设备上的夹具对电芯本体施加的压力为1MPa/pcs。其充电制式为阶梯充电、恒流放电。在一次充电的操作中，电流的大小为0.1C，充至电芯容量保持在0.5％SOC。在二次充电的操作中，电流的大小为0.3C，充至电芯容量保持在5％SOC。在三次充电的操作中，电流的大小为0.8C，充至满电后转为恒压充电，截止电流为0.5C。在恒流放电工步中，电流的大小为0.8C，放至电芯容量保持在50％SOC。同时，夹具化成设备上的夹具对电芯进行热压，其热压温度为70℃，热压压力1MPa/pcs，热压时间为5分钟。
实施例2。
本发明提供的一种改善软包锂离子电池循环性能的一步化成热压方法，包括步骤：将注液后电芯进行静置，静置一段时间后放入夹具化成设备，在特定压力、温度、充放电制式等条件下进行化成。在夹具化成放电工步时提高夹具化成温度至特定温度，保持压力恒定，在特定时间内完成电芯热压。
其中，在锂电池化成的操作中，夹具温度为70℃，夹具化成设备上的夹具对电芯本体施加的压力为1.5MPa/pcs。其充电制式为阶梯充电、恒流放电。在第一次充电的操作中，电流的大小为0.2C，充至电芯容量保持在1％SOC。在第二次充电的操作中，电流的大小为0.5C，充至电芯容量保持在7％SOC。在第三次充电的操作中，电流的大小为1C，充至满电后转为恒压充电，截止电流为0.5C。在恒流放电工步中，电流的大小为1C，放至电芯容量保持在60％SOC。同时，夹具化成设备上的夹具对电芯进行热压，其热压温度为90℃，热压压力1.5MPa/pcs，热压时间为8分钟。
实施例3。
本发明提供的一种改善软包锂离子电池循环性能的一步化成热压方法，包括步骤：将注液后电芯进行静置，静置一段时间后放入夹具化成设备，在特定压力、温度、充放电制式等条件下进行化成。在夹具化成放电工步时提高夹具化成温度至特定温度，保持压力恒定，在特定时间内完成电芯热压。
其中，在锂电池化成的操作中，夹具化成设备上的夹具温度为80℃，夹具对电芯本体施加的压力为2MPa/pcs。其充电制式为阶梯充电、恒流放电。在第一次充电的操作中，电流的大小为0.3C，充至电芯容量保持在2％SOC。在第二次充电的操作中，电流的大小为0.7C，充至电芯容量保持在10％SOC。在第三次充电的操作中，电流的大小为1.5C，充至满电后转为恒压充电，截止电流为0.5C。在恒流放电工步中，电流的大小为1.5C，放至电芯容量保持在70％SOC。同时，夹具对电芯进行热压，其热压温度为100℃，热压压力2MPa/pcs，热压时间为10分钟。
实施例4。
本发明提供的一种改善软包锂离子电池循环性能的一步化成热压方法，包括步骤：将注液后电芯进行静置，静置一段时间后放入夹具化成设备，在特定压力、温度、充放电制式等条件下进行化成。在夹具化成放电工步时提高夹具化成温度至特定温度，保持压力恒定，在特定时间内完成电芯热压。
其中，在锂电池化成的操作中，夹具化成设备上的夹具温度为70℃，夹具对电芯本体施加的压力为1.5MPa/pcs。其充电制式为阶梯充电、恒流放电。在第一次充电的操作中，电流的大小为0.1C，充至电芯容量保持在1％SOC。在第二次充电的操作中，电流的大小为0.5C，充至电芯容量保持在10％SOC。在第三次充电的操作中，电流的大小为1.5C，充至满电后转为恒压充电，截止电流为0.5C。在恒流放电工步中，电流的大小为1C，放至电芯容量保持在60％SOC。同时，夹具化成设备上的夹具对电芯进行热压，其热压温度为100℃，热压压力1.5MPa/pcs，热压时间为8分钟。
实施例5。
本发明提供的一种改善软包锂离子电池循环性能的一步化成热压方法，包括步骤：将注液后电芯进行静置，静置一段时间后放入夹具化成设备，在特定压力、温度、充放电制式等条件下进行化成。在夹具化成放电工步时提高夹具化成温度至特定温度，保持压力恒定，在特定时间内完成电芯热压。
其中，在锂电池化成的操作中，夹具化成设备上的夹具温度为50℃，夹具对电芯本体施加的压力为1.5MPa/pcs。其充电制式为阶梯充电、恒流放电。在一次充电的操作中，电流的大小为0.2C，充至电芯容量保持在2％SOC。在二次充电的操作中，电流的大小为0.7C，充至电芯容量保持在10％SOC。在三次充电的操作中，电流的大小为1C，充至满电后转为恒压充电，截止电流为0.5C。在恒流放电工步中，电流的大小为1C，放至电芯容量保持在60％SOC。同时，夹具化成设备上的夹具对电芯进行热压，其热压温度为90℃，热压压力1.5MPa/pcs，热压时间为10分钟。
试验例1。
将按照实施例5化成工艺化成后的电池和按照标准化成工艺化成后的电池分别进行高温循环测试，测试结构如图2所示。
由图2可以看出，本发明提供的方法(即化成工艺)，可以有效提高电池的循环性能。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种改善软包锂离子电池循环性能的一步化成热压方法，其在电芯化成之后，对电芯不间断直接进行热压工序，避免了电芯内部空泡的产生，改善了电芯内部界面接触及负极成膜，能够更好的适应锂离子的嵌入和脱出所引起的体积膨胀，延长电芯的循环寿命，具有重大的实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种改善软包锂离子电池循环性能的一步化成热压方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将注液后的电芯静置预设时长；
第二步，继续将静置后的电芯，放入夹具化成设备上的夹具中，然后在预设化成压力、预设化成温度以及预设充放电制式下，进行电芯的化成操作；
在第二步中，预设充放电制式为：先阶梯充电，然后恒流放电；
第三步，在化成操作的恒流放电操作阶段，直接在夹具化成设备的夹具上，在不改变电芯位置的情况下，将化成的温度从预设化成温度提高至预设热压温度，并在预设热压压力下，保持压力恒定，对电芯进行热压；
其中，预设热压温度，高于预设化成温度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一步中，预设时长为3～4个小时。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第二步中，夹具化成设备上的夹具，向电芯施加的预设化成温度为50℃～80℃；
在第二步中，夹具化成设备上的夹具，向电芯本体施加的预设化成压力为1～2MPa/pcs。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第二步中，预设充放电制式具体包括：首先进行三次充电操作，然后进行一次恒流放电操作；
其中，在第一次充电操作中，电流的大小为0.1～0.3C，充至电芯容量保持在0.5％～2％SOC；
在第二次充电操作中，电流的大小为0.3～0.7C，充至电芯容量保持在5％～10％SOC；
在第三次充电操作中，电流的大小为0.8～1.5C，充至电芯满电后转为恒压充电，截止电流为0.5C；
其中，在恒流放电操作中，电流的大小为0.8～1.5C，放至电芯容量保持在50％～70％SOC。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在第二步中，在恒流放电操作过程中，夹具化成设备上的夹具对电芯直接进行热压，预设热压温度为70℃～100℃，预设热压压力为1～2MPa/pcs，热压的时间为5～10分钟。
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