CN113471544A - 软包锂离子电池的化成前处理方法及化成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种软包锂离子电池的化成前处理方法及化成方法，化成前处理方法中，电池注液后，进行如下步骤：s1、化成前辊压：对浸润后的电池进行本体辊压；s2、化成前高温加压处理：对辊压后的电池进行高温加压处理。化成方法中，包括上述的化成前处理方法，还包括：s3、高温夹具化成，s4、高温老化，s5、辊压封口等步骤。本发明的优点在于：本发明采用化成前辊压和化成前高温加压处理，利于正负极片与隔膜形成有效的复合界面，有利于化成形成致密稳定的SEI膜，提高SEI膜的质量，改善电池性能。也能够解决热复合叠片技术所带来的隔膜应力无法释放所造成电池弯曲的问题，改善电池外观。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种软包锂离子电池的化成前处理方法及化成方法。
背景技术
锂离子电池主要是依靠锂离子在正极与负极之间的嵌入和脱嵌来工作的。隔膜与极片之间的间隙会影响锂离子嵌入和拖嵌的进程，通过使用涂胶隔膜能够改善极片与隔膜的接触问题，在一定温度压力条件下涂胶隔膜中的PVDF能与极片中的粘结剂发生热熔合，增强电池的机械强度，防止电池在循环过程中发生变形，从而可以显著的提高电池的循环性能和安全性能。
现有技术中，电池化成主要采用充电方式进行，化成后在极片表面形成一层钝化膜，即固体电解质界面膜，一般将固体电解质界面膜简称为SEI膜，SEI膜对电池电性能有极大影响，SEI膜的好坏将直接影响到电池的循环寿命、稳定性以及自放电性等。现有技术中，如公开号为CN109638370A的中国发明专利申请，公开了一种软包锂离子电池的化成方法，电池注液后，包括以下步骤，(1)一次压力化成：在一定压力和温度下，以0.01～0.03C的电流限时限压对电池进行恒流充电，搁置，再以0.05～0.1C的电流限时限压对电池进行恒流充电，对电池进行冷压塑形；(2)辊压封口：将冷压塑形后的电池置于辊压机内进行本体辊压，将经辊压的电池置于degas真空环境中，将气袋刺破，排气并封口；(3)二次压力化成：在一定压力和温度下，以0.1～0.2C的电流限时限压对的电池进行恒流充电，搁置后进行冷压塑形；(4)封装：在高温下静置18～24h，进行本体辊压和排气封口，完成软包电池的化成。该方案采用两步化成，及时排出气体和水气，利于正负极片表面形成相同致密度的SEI膜，提高SEI膜的质量。
随着人们对续航里程的要求越来越高，需要不断提升电池的能量密度。为了满足高能量密度的需求，一般通过提升正负极的涂布面密度和辊压的压实密度，随着面密度和压实密度提高，将导致极片孔隙率变小极片难浸润充分导致浸润时间变长。叠片或卷绕后电池热压会导致电池浸润时间长、浸润不充分等问题。在电池完全浸润后也存在电解液在电池内部分布不均的问题。化成时正负极极片与隔膜间的间隙不均会导致电池内部的一致性变差。热复合叠片后导致电池弯曲的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：
现有技术电池生产过程中，极片浸润不充分、浸润时间长、电解液在电池内部分布不均、电池内部一致性差以及热复合叠片后导致电池弯曲的技术问题。
本发明是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种软包锂离子电池的化成前处理方法，电池注液后，进行如下步骤：
s1、化成前辊压：
对浸润后的电池进行本体辊压；
s2、化成前高温加压处理：
对辊压后的电池进行高温加压处理。
本发明采用化成前对电池本体进行辊压，能够有效改善注液静置后电解液在电池内部分布不均的问题；本发明中完成电池本体辊压后，通过化成前高温加压处理，能够对涂胶隔膜和正负极极片进行有效的复合，从而改善电池的界面问题，也能够减少涂胶隔膜叠片或卷绕热压后的浸润时间。有利于化成形成致密稳定的SEI膜，提高SEI膜的质量，改善电池性能。同时针对新型热复合叠片技术此方法也能够释放隔膜与正负极极片应力，从而解决电池弯曲的问题，改善电池外观。
优化的，步骤s1具体是，将浸润后的电池置于辊压机内进行本体辊压。
优化的，步骤s1中，本体辊压的压力为0.1-0.4Mpa，本体辊压时间2-5s。
优化的，步骤s2中，压力为1300-2500kgf，温度为65-85℃，时间3-10min。
优化的，步骤s2具体是，将辊压后的电池置于高温夹具中对电池进行高温加压处理。
本发明还公开一种软包锂离子电池的化成方法，包括上述的任一种软包锂离子电池的化成前处理方法，进行化成前处理后，再进行如下步骤：
s3、高温夹具化成：
将步骤s2的电池置于高温夹具化成机上进行化成，在一定温度和压力下，以0.01～0.05C的电流限时限压对电池进行恒流充电，搁置，再以0.10～0.25C的电流限时限压对电池进行恒流充电；
s4、高温老化:
在高温条件下，静置21-27h；
s5、辊压封口：
将高温老化后的电池置于辊压机内进行本体辊压，将经辊压的电池置于degas真空环境中，将气袋刺破，排气并封口。
优化的，其中步骤s5中，本体辊压的压力为0.1-0.4Mpa，时间3-5s。
优化的，步骤s3中，以0.01～0.05C的电流进行充电的限压为3.65-4.30V，限时为100～140min；
以0.10～0.25C的电流进行充电的限压为3.65-4.30V，限时为100～
140min。
优化的，步骤s3中，压力为1050～1500kgf，温度35～55℃。
优化的，步骤s5中的抽气排气过程为，电池置于真空腔体内后，将电池软包上带有的气袋刺破进行真空抽气，其中真空抽气时间为20～30S，真空度为-98Kpa，电池此时的保液量≥3.2Ah/g；
所述封口具体指的是，在抽气后对电池本体气袋侧侧边采用热封机进行粗封封口，其中热封机的上下封头温度为175～195℃，封头压力为0.2～0.6Mpa，真空度≤-98Kpa。
本发明的优点在于：
本发明采用化成前对电池本体进行辊压，能够有效改善注液静置后电解液在电池内部分布不均的问题；本发明中完成电池本体辊压后，通过化成前高温加压处理，能够对涂胶隔膜和正负极极片进行有效的复合，从而改善电池的界面问题，也能够减少涂胶隔膜叠片或卷绕热压后的浸润时间。有利于化成形成致密稳定的SEI膜，提高SEI膜的质量，改善电池性能。同时针对新型热复合叠片技术此方法也能够释放隔膜与正负极极片应力，从而解决电池弯曲的问题，改善电池外观。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
本实施案例中软包锂离子电池规格为65Ah，组装后未热压电池。
一种软包锂离子电池的化成前处理方法，电池注液后，进行如下步骤：
s1、化成前辊压：
对浸润后的电池进行本体辊压；具体的，将浸润后的电池置于辊压机内进行本体辊压。
本体辊压的压力为0.1Mpa，本体辊压时间2s。
s2、化成前高温加压处理：
对辊压后的电池进行高温加压处理，具体的，将辊压后的电池置于高温夹具中对电池进行高温加压处理。步骤s2中，压力为1300kgf，温度为65℃，时间3min。
本实施例还公开一种软包锂离子电池的化成方法，包括上述的软包锂离子电池的化成前处理方法，进行化成前处理后，再进行如下步骤：
s3、高温夹具化成：
将步骤s2的电池置于高温夹具化成机上进行化成，在一定温度和压力下，以0.01C的电流限时限压对电池进行恒流充电，搁置，再以0.10C的电流限时限压对电池进行恒流充电；
具体的，压力为1050kgf，温度35℃。以0.01C的电流进行充电的限压为3.65V，限时为100min；以0.10C的电流进行充电的限压为3.65V，限时为100min。
s4、高温老化:
在高温35-55℃条件下，静置21h，本实施例中为35℃；
s5、辊压封口：
将高温老化后的电池置于辊压机内进行本体辊压，本体辊压的压力为0.1Mpa，时间3s。将经辊压的电池置于degas真空环境中，将气袋刺破，排气并封口。
本步骤中的抽气排气过程为，电池置于真空腔体内后，将电池软包上带有的气袋刺破进行真空抽气，其中真空抽气时间为20S，真空度为-98Kpa，电池此时的保液量≥3.2Ah/g。
所述封口具体指的是，在抽气后对电池本体气袋侧侧边采用热封机进行粗封封口，其中热封机的上下封头温度为175℃，封头压力为0.2Mpa，真空度≤-98Kpa。
实施例二：
本实施案例中软包锂离子电池规格为65Ah，组装后未热压电池。
一种软包锂离子电池的化成前处理方法，电池注液后，进行如下步骤：
s1、化成前辊压：
对浸润后的电池进行本体辊压；具体的，将浸润后的电池置于辊压机内进行本体辊压。
本体辊压的压力为0.3Mpa，本体辊压时间3s。
s2、化成前高温加压处理：
对辊压后的电池进行高温加压处理，具体的，将辊压后的电池置于高温夹具中对电池进行高温加压处理。步骤s2中，压力为2000kgf，温度为75℃，时间6min。
本实施例还公开一种软包锂离子电池的化成方法，包括上述的软包锂离子电池的化成前处理方法，进行化成前处理后，再进行如下步骤：
s3、高温夹具化成：
将步骤s2的电池置于高温夹具化成机上进行化成，在一定温度和压力下，以0.03C的电流限时限压对电池进行恒流充电，搁置，再以0.2C的电流限时限压对电池进行恒流充电；
具体的，压力为1300kgf，温度45℃。以0.03C的电流进行充电的限压为4V，限时为120min；以0.2C的电流进行充电的限压为4V，限时为120min。
s4、高温老化:
在高温45℃条件下，静置24h；
s5、辊压封口：
将高温老化后的电池置于辊压机内进行本体辊压，本体辊压的压力为0.25Mpa，时间4s。将经辊压的电池置于degas真空环境中，将气袋刺破，排气并封口。
本步骤中的抽气排气过程为，电池置于真空腔体内后，将电池软包上带有的气袋刺破进行真空抽气，其中真空抽气时间为25S，真空度为-98Kpa，电池此时的保液量≥3.2Ah/g。
所述封口具体指的是，在抽气后对电池本体气袋侧侧边采用热封机进行粗封封口，其中热封机的上下封头温度为185℃，封头压力为0.4Mpa，真空度≤-98Kpa。
实施例三：
本实施案例中软包锂离子电池规格为65Ah，组装后未热压电池。
一种软包锂离子电池的化成前处理方法，电池注液后，进行如下步骤：
s1、化成前辊压：
对浸润后的电池进行本体辊压；具体的，将浸润后的电池置于辊压机内进行本体辊压。
本体辊压的压力为0.4Mpa，本体辊压时间5s。
s2、化成前高温加压处理：
对辊压后的电池进行高温加压处理，具体的，将辊压后的电池置于高温夹具中对电池进行高温加压处理。步骤s2中，压力为2500kgf，温度为85℃，时间10min。
本实施例还公开一种软包锂离子电池的化成方法，包括上述的软包锂离子电池的化成前处理方法，进行化成前处理后，再进行如下步骤：
s3、高温夹具化成：
将步骤s2的电池置于高温夹具化成机上进行化成，在一定温度和压力下，以0.05C的电流限时限压对电池进行恒流充电，搁置，再以0.25C的电流限时限压对电池进行恒流充电；
具体的，压力为1500kgf，温度55℃。以0.05C的电流进行充电的限压为4.30V，限时为140min；以0.25C的电流进行充电的限压为4.30V，限时为140min。
s4、高温老化:
在高温55℃条件下，静置27h；
s5、辊压封口：
将高温老化后的电池置于辊压机内进行本体辊压，本体辊压的压力为0.4Mpa，时间5s。将经辊压的电池置于degas真空环境中，将气袋刺破，排气并封口。
本步骤中的抽气排气过程为，电池置于真空腔体内后，将电池软包上带有的气袋刺破进行真空抽气，其中真空抽气时间为30S，真空度为-98Kpa，电池此时的保液量≥3.2Ah/g。
所述封口具体指的是，在抽气后对电池本体气袋侧侧边采用热封机进行粗封封口，其中热封机的上下封头温度为195℃，封头压力为0.6Mpa，真空度≤-98Kpa。
工作原理：
本发明采用化成前对电池本体进行辊压，能够有效改善注液静置后电解液在电池内部分布不均的问题；本发明中完成电池本体辊压后，通过化成前高温加压处理，能够对涂胶隔膜和正负极极片进行有效的复合，从而改善电池的界面问题，也能够减少涂胶隔膜叠片或卷绕热压后的浸润时间。有利于化成形成致密稳定的SEI膜，提高SEI膜的质量，改善电池性能。同时针对新型热复合叠片技术此方法也能够释放隔膜与正负极极片应力，从而解决电池弯曲的问题，改善电池外观。
对比例：
本实施案例中软包锂离子电池规格为65Ah，组装后未热压电池。
(1)高温夹具化成：
将注液后浸润完的电池置于高温夹具化成机上进行化成，在45℃温度和1500kgf压力下，以0.05C的电流、限时120min、限压3.65V对电池进行恒流充电，搁置，再以0.20C的电流、限时120min、限压3.65V对电池进行恒流充电；
(2)高温老化：
在高温45℃条件下，静置24h；
(3)辊压封口：
将高温老化后的电池置于辊压机内进行本体辊压，本体辊压的压力为0.2Mpa，时间4s，将经辊压的电池置于degas真空环境中，将气袋刺破，排气并封口。
实验：
将同一批次生产的规格相同热复合叠片后浸润充分的软包锂离子电池，分成4组，分别采用实施例1～3的软包锂离子电池的化成前处理，处理后进行化成，化成结束后对软包锂离子电池进行满电拆解、平整度、硬度和循环，测试方法为：观察满电电池外观弯曲程度，满电拆解观察负极片的界面状态、表面是否存在异常；将软包锂离子电池的弯曲度，界面复合度和标准样对比是否合格；测试结果见表1。
表1实施例1-3与对比例之间测试结果对比表
| 组别、项目 | 电池弯曲度 | 复合状态 | 拆解结果 | 硬度 |
| 实施例1 | 不弯曲 | 复合良好 | 界面良好，符合要求 | 合格 |
| 实施例2 | 不弯曲 | 复合良好 | 界面良好，符合要求 | 合格 |
| 实施例3 | 不弯曲 | 复合良好 | 界面良好，符合要求 | 合格 |
| 对比例 | 弯曲5mm | 没有复合 | 界面不均匀 | 松软较差 |
综上所述，本体辊压的压力为0.1-0.4Mpa，本体辊压时间2-5s。压力为1300～2500kgf，65～85℃，时间3-10min。能够对涂胶隔膜和正负极极片进行有效的复合，从而改善电池的界面问题，也能够减少涂胶隔膜叠片或卷绕热压后的浸润时间。同时针对新型热复合叠片技术此方法也能够释放隔膜与正负极极片应力，从而解决电池弯曲的问题。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种软包锂离子电池的化成前处理方法，其特征在于：
电池注液后，进行如下步骤：
s1、化成前辊压：
对浸润后的电池进行本体辊压；
s2、化成前高温加压处理：
对辊压后的电池进行高温加压处理。
2.根据权利要求1所述的软包锂离子电池的化成前处理方法，其特征在于：
步骤s1具体是，将浸润后的电池置于辊压机内进行本体辊压。
3.根据权利要求1所述的软包锂离子电池的化成前处理方法，其特征在于：
步骤s1中，本体辊压的压力为0.1-0.4Mpa，本体辊压时间2-5s。
4.根据权利要求1所述的软包锂离子电池的化成前处理方法，其特征在于：
步骤s2中，压力为1300-2500kgf，温度为65-85℃，时间3-10min。
5.根据权利要求1所述的软包锂离子电池的化成前处理方法，其特征在于：
步骤s2具体是，将辊压后的电池置于高温夹具中对电池进行高温加压处理。
6.一种软包锂离子电池的化成方法，其特征在于：
包括如权利要求1-5任一项所述的软包锂离子电池的化成前处理方法，进行化成前处理后，再进行如下步骤：
s3、高温夹具化成：
将步骤s2的电池置于高温夹具化成机上进行化成，在一定温度和压力下，以0.01～0.05C的电流限时限压对电池进行恒流充电，搁置，再以0.10～0.25C的电流限时限压对电池进行恒流充电；
s4、高温老化:
在高温条件下，静置21-27h；
s5、辊压封口：
将高温老化后的电池置于辊压机内进行本体辊压，将经辊压的电池置于degas真空环境中，将气袋刺破，排气并封口。
7.根据权利要求6所述的软包锂离子电池的化成前处理方法，其特征在于：
其中步骤s5中，本体辊压的压力为0.1-0.4Mpa，时间3-5s。
8.根据权利要求6所述的软包锂离子电池的化成前处理方法，其特征在于：
步骤s3中，以0.01～0.05C的电流进行充电的限压为3.65-4.30V，限时为100～140min；
以0.10～0.25C的电流进行充电的限压为3.65-4.30V，限时为100～140min。
9.根据权利要求6所述的软包锂离子电池的化成前处理方法，其特征在于：
步骤s3中，压力为1050～1500kgf，温度35～55℃。
10.根据权利要求6所述的软包锂离子电池的化成前处理方法，其特征在于：
步骤s5中的抽气排气过程为，电池置于真空腔体内后，将电池软包上带有的气袋刺破进行真空抽气，其中真空抽气时间为20～30S，真空度为-98Kpa，电池此时的保液量≥3.2Ah/g；
所述封口具体指的是，在抽气后对电池本体气袋侧侧边采用热封机进行粗封封口，其中热封机的上下封头温度为175～195℃，封头压力为0.2～0.6Mpa，真空度≤-98Kpa。
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