柱形锂离子电池电芯含浸方法及在锂离子电池生产中的应用

摘要

本发明公开了一种锂离子电池电芯的含浸可实现规模化作业的柱形锂离子电池电芯含浸方法，其特征是它包括装料、注入电解液、含浸、封装步骤；装料时，锂离子电池电芯有序或无序放置在含浸缸中，含浸时，采用对含浸缸交替循环施加抽真空与正压或者对含浸缸内的电解液交替循环注入和抽出；本发明应用于锂离子电池的生产，实现了锂离子电池电芯含浸的规模化作业，特别是解决了大尺寸锂离子电池电芯（电池的容量达到10Ah，直径达到35㎜以上）的含浸问题；含浸装置结构简单，使用、操作方便；电解液可完全渗透入隔膜及正、负极主材涂覆层，从而获得极佳的主材SEI膜，达到电池内阻、容值、循环寿命、倍率性能超高稳定性作用；同时，大大缩短了锂离子电池电芯吸收电解液的时间。

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池生产，具体地说是一种柱形锂离子电池电芯含浸方法及在锂离子电池生产中的应用，特别是涉及一种锂离子电池电芯的含浸可实现规模化作业的柱形锂离子电池电芯含浸方法及在锂离子电池生产中的应用。

背景技术

现有锂离子电池的生产包括钉卷、烘烤、含浸电解液、组立、化成、老化、检测等工艺步骤。在含浸电解液中，一般采用真空滴注式吸收电解液，即锂离子电池电芯装入容器后半封闭，并通过未封闭部份进行单颗产品抽真空，定量滴注电解液后再完全封闭容器的方式，存在一是通过自然渗透原理，电芯吸收时间超长(1～30天)，特别是当电池的容量达到10Ah，直径达到35㎜以上时，更无法采用现有方法；二是单颗注入，不利于实现机械化、规模化生产作业，生产效率低；三是电解液注入过程繁琐，时间长，易进入杂质、水份等物质，影响锂离子电池的质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池电芯的含浸可实现规模化作业的柱形锂离子电池电芯含浸方法及在锂离子电池生产中的应用。

本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种柱形锂离子电池电芯含浸方法，它包括以下步骤：

⑴装料：在手套箱内将制备好的锂离子电池电芯放入含浸装置的含浸缸中；

为使电解液更好地渗透到锂离子电池电芯，本发明在步骤⑴中，锂离子电池电芯有序放置在含浸缸中，即锂离子电池电芯按轴向方向竖直或横向放置于含浸缸中。

⑵注入电解液：将含浸缸抽真空至真空度为-0.05MPa～-0.15MPa，保压10分钟～15分钟；打开进液阀门，将电解液从储液罐抽至含浸缸；

⑶含浸：含浸缸保持真空度-0.05MPa～-0.15MPa对锂离子电池电芯进行浸渍1小时～80小时；

⑷封装：含浸后，放出电解液，将含浸后的锂离子电池电芯取出，在手套箱内进行封装。

为使电解液更快地渗透到锂离子电池电芯，本发明本发明在步骤⑶中，对含浸缸交替循环施加抽真空与正压2次～12次。

本发明所述对含浸缸交替循环施加抽真空与正压为对含浸缸抽真空至-0.05MPa～-0.15MPa，保持20分钟～40分钟后放气，开始对含浸缸加正压至正压力为0.2MPa～0.7Mpa，并保持5分钟～20分钟后放气，此为对含浸缸施加抽真空与正压1次，如此循环往复。

为使电解液更快地渗透到锂离子电池电芯，本发明在步骤⑶中，对含浸缸内的电解液交替循环注入和抽出2次～12次。

本发明所述对含浸缸内的电解液交替循环注入和抽出为对含浸缸抽真空至-0.05MPa～-0.15MPa，注入电解液，保持20分钟～40分钟后放气，抽出电解液，并保持5分钟～20分钟后，此为对含浸缸内的电解液交替循环注入和抽出1次，如此循环往复。

本发明所述含浸装置包括具有一个开口的含浸缸缸体，缸体的开口处设有盖板，盖板上设有密封胶圈、真空管、真空阀门及真空表，缸体的下部设有进液管及进液阀门；缸体的上方设有气缸安装架，气缸的缸体安装在气缸安装架上，气缸的活塞杆与盖板连接，由活塞杆上下运动实现盖板对缸体的打开或密封。

一种如上所述柱形锂离子电池电芯含浸方法在锂离子电池生产中的应用。

本发明所述含浸装置包括具有一个开口的含浸缸缸体，缸体的开口处设有盖板，盖板上设有密封胶圈、真空管、真空阀门、真空表、吊钩及吊架，缸体的下部设有进液管及进液阀门；缸体的上方设有电机及由电机带动与吊钩连接的钢丝绳，放置有待含浸产品的吊架伸入缸体内，盖板通过锁紧螺杆锁紧在缸体上。

一种如上所述柱形锂离子电池电芯含浸方法在锂离子电池生产中的应用。

由于采用上述技术方案，本发明较好的实现了发明目的，实现锂离子电池电芯含浸的规模化作业，特别是解决了大尺寸锂离子电池电芯（电池的容量达到10Ah，直径达到35㎜以上）的含浸问题；含浸装置结构简单，使用、操作方便，且电解液可完全渗透入隔膜及正、负极主材涂覆层，从而获得极佳的主材SEI膜，达到电池内阻、容值、循环寿命、倍率性能超高稳定性作用；同时，大大缩短了锂离子电池电芯吸收电解液的时间。

附图说明

图1是本发明实施例1含浸装置的结构示意图；

图2是本发明实施例1、实施例4密封胶圈的断面示意图；

图3是本发明实施例4含浸装置的结构示意图；

图4是本发明实施例4含浸篮的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

一种柱形锂离子电池电芯含浸方法，它包括以下步骤：

⑴装料：在手套箱内将制备好的锂离子电池电芯放入含浸装置的含浸缸中；

由图1、图2可知，本发明所述含浸装置包括具有一个开口的含浸缸缸体1，缸体1的开口处设有盖板5，盖板5上设有密封胶圈10、真空管7、真空阀门6及真空表，缸体1的下部设有进液管2及进液阀门3；缸体1的上方设有气缸安装架8，气缸12的缸体安装在气缸安装架8上，气缸12的活塞杆与盖板5连接，由活塞杆上下运动实现盖板5对缸体1的打开或密封。

为使盖板5移动平稳，本发明气缸安装架8设有支撑板9，盖板5上设有导向杆4，导向杆4可在支撑板9上的导向孔内滑动。

本发明所述缸体1的形状为方形。

本发明所述盖板5、缸体1采用厚度大于等于5㎜的不锈钢制备。

本发明所述密封胶圈10上设有凸沿11，其断面为T型，缸体1上设有与凸沿11对应的凹槽。

本发明的盖板5、缸体1均采用厚度为5㎜的不锈钢制备，均为方形，真空管7采用氩弧爆技术无缝焊接在盖板5上，并设有真空阀门6及真空表，真空表监控缸体1内压力值的变化；进液管2采用氩弧爆技术无缝焊接在缸体1的下部，并设有进液阀门3。

⑵注入电解液：将含浸缸抽真空至真空度为-0.05MPa～-0.15MPa，保压10分钟～15分钟；打开进液阀门，将电解液从储液罐抽至含浸缸；

⑶含浸：含浸缸保持真空度-0.05MPa～-0.15MPa对锂离子电池电芯进行浸渍1小时～80小时；

⑷封装：含浸后，放出电解液，将含浸后的锂离子电池电芯取出，在手套箱内进行封装。

本发明工作时，第一步：装料。将缸体1连接好抽真空机构及进液机构。在手套箱内将制备好的锂离子电池电芯放入缸体1。启动气缸12，活塞杆伸出，带动盖板5向下运动，同时，密封胶圈10上的凸沿11对准缸体1上的凹槽，由盖板5将缸体1密封。

第二步：注入电解液。首先打开真空阀门6，对缸体1内抽真空，使真空表显示的真空度达到－0.085MPa，去除缸体1内部空气的同时，去除水份影响；打开进液阀门3，使电解液注入缸体1内，浸没锂离子电池电芯，再关闭进液阀门3，至真空表显示的真空度恢复到－0.085MPa后关闭真空阀门6，保持缸体1内处于恒定真空状态。

第三步：含浸。根据锂离子电池电芯尺寸大小，在恒定真空状态下浸泡电解液1小时～80小时。然后，断开抽真空机构，打开真空阀门6，去除真空后关闭真空阀门6；再打开进液阀门3，使缸体1内电解液回流至进液机构后，关闭进液阀门3。

第四步：封装。启动气缸12，活塞杆缩回，带动盖板5向上运动，打开盖板5，在手套箱内从缸体1取出含浸后的锂离子电池电芯进行封装。

本发明的含浸装置结构简单，使用、操作方便，锂离子电池电芯的含浸可实现规模化作业，且电解液可完全渗透入隔膜及正、负极主材涂覆层，从而获得极佳的主材SEI膜，达到电池内阻、容值、循环寿命、倍率性能超高稳定性作用；同时，大大缩短了锂离子电池电芯吸收电解液的时间。

一种如上所述柱形锂离子电池电芯含浸方法在锂离子电池生产中的应用。

现有锂离子电池的生产一般包括钉卷、烘烤、含浸电解液、组立、化成、老化、检测等工艺步骤。本发明所述含浸方法应用于含浸电解液步骤。

本实施例采用常规方法及本方法制备HCC7230－80mAh（三元材料，3.7V，尺寸，直径7.2㎜×高30㎜）锂离子电池、HFC1865－1300mAh（磷酸铁锂3.2V，尺寸，直径18㎜×高65㎜）锂离子电池，在含浸电解液步骤中，常规方法采用真空滴注式吸收电解液，时间分别为24小时、30天；本实施例的含浸时间分别为60分钟、180分钟。而对大尺寸锂离子电池电芯（电池的容量达到10Ah，直径达到35㎜以上）的含浸，常规方法不能生产，本实施例生产的HTC89200－60Ah（钛锂材料2.4V，尺寸，直径89㎜×高200㎜）锂离子电池，含浸时间为48小时。所生产锂离子电池的内阻、容值、循环寿命、倍率性能等指标对比详见下表。

实施例2：

为使电解液更快地渗透到锂离子电池电芯，本发明本发明在步骤⑶中，对含浸缸交替循环施加抽真空与正压2次～12次。

本发明所述对含浸缸交替循环施加抽真空与正压为对含浸缸抽真空至-0.05MPa～-0.15MPa，保持20分钟～40分钟后放气，开始对含浸缸加正压至正压力为0.2MPa～0.7Mpa，并保持5分钟～20分钟后放气，此为对含浸缸施加抽真空与正压1次，如此循环往复。

本实施例制备HCC7230－80mAh（三元材料，3.7V，尺寸，直径7.2㎜×高30㎜）锂离子电池中，在含浸电解液步骤中，对含浸缸抽真空至－0.085MPa，保持25分钟后放气，开始对含浸缸加正压至正压力为0.4MPa，并保持5分钟后放气，如此循环往复，含浸总时间为60分钟。制备HFC1865－1300mAh（磷酸铁锂3.2V，尺寸，直径18㎜×高65㎜）锂离子电池时，对含浸缸抽真空至－0.085MPa，保持20分钟后放气，开始对含浸缸加正压至正压力为0.4MPa，并保持10分钟后放气，如此循环往复，含浸总时间为180分钟。制备HTC89200－60Ah（钛锂材料2.4V，尺寸，直径89㎜×高200㎜）锂离子电池时，对含浸缸抽真空至－0.085MPa，保持40分钟后放气，开始对含浸缸加正压至正压力为0.4MPa，并保持20分钟后放气，如此循环往复，含浸总时间为48小时。所生产锂离子电池的内阻、容值、循环寿命、倍率性能等指标对比详见下表。

余同实施例1。

实施例3：

为使电解液更快地渗透到锂离子电池电芯，本发明在步骤⑶中，对含浸缸内的电解液交替循环注入和抽出2次～12次。

本发明所述对含浸缸内的电解液交替循环注入和抽出为对含浸缸抽真空至-0.05MPa～-0.15MPa，注入电解液，保持20分钟～40分钟后放气，抽出电解液，并保持5分钟～20分钟后，此为对含浸缸内的电解液交替循环注入和抽出1次，如此循环往复。

本实施例制备HCC7230－80mAh（三元材料，3.7V，尺寸，直径7.2㎜×高30㎜）锂离子电池中，在含浸电解液步骤中，对含浸缸抽真空至－0.085MPa，注入电解液，保持25分钟后放气，抽出电解液，并保持5分钟后放气，如此循环往复，含浸总时间为60分钟。制备HFC1865－1300mAh（磷酸铁锂3.2V，尺寸，直径18㎜×高65㎜）锂离子电池时，对含浸缸抽真空至－0.085MPa，注入电解液，保持20分钟后放气，抽出电解液，并保持10分钟后放气，如此循环往复，含浸总时间为180分钟。制备HTC89200－60Ah（钛锂材料2.4V，尺寸，直径89㎜×高200㎜）锂离子电池时，对含浸缸抽真空至－0.085MPa，注入电解液，保持40分钟后放气，抽出电解液，并保持20分钟后放气，如此循环往复，含浸总时间为48小时。所生产锂离子电池的内阻、容值、循环寿命、倍率性能等指标对比详见下表。

余同实施例1。

实施例4：

为使电解液更好地渗透到锂离子电池电芯，本发明在步骤⑴中，锂离子电池电芯有序放置在含浸缸中，即锂离子电池电芯按轴向方向竖直或横向放置于含浸缸中。

由图3、图4可知，本发明所述含浸装置包括具有一个开口的含浸缸缸体1，缸体1的开口处设有盖板5，盖板5上设有密封胶圈10、真空管7、真空阀门6、真空表、吊钩16及吊架18，缸体1的下部设有进液管2及进液阀门3；缸体1的上方设有电机15及由电机15带动与吊钩16连接的钢丝绳13，放置有待含浸产品的吊架18伸入缸体1内，盖板5通过锁紧螺杆17锁紧在缸体1上。

本发明所述缸体1的形状为圆形。

本发明所述盖板5、缸体1采用厚度大于等于5㎜的不锈钢制备。

本发明所述密封胶圈10上设有凸沿11，其断面为T型，缸体1上设有与凸沿11对应的凹槽。

本发明的盖板5、缸体1均安装在手套箱内，盖板5、缸体1均采用厚度为5㎜的不锈钢制备，均为圆形，真空管7采用氩弧爆技术无缝焊接在盖板5上，并设有真空阀门6及真空表，真空表监控缸体1内压力值的变化；进液管2采用氩弧爆技术无缝焊接在缸体1的下部，并设有进液阀门3。

本发明工作时，第一步：装料。将缸体1连接好抽真空机构及进液机构。启动电机15，钢丝绳13通过吊钩16带动盖板5上移，使吊架18伸出缸体1外，将制备好的锂离子电池电芯有序放入含浸篮14，再将含浸篮14放在吊架18上；然后，电机15通过钢丝绳13带动盖板5下移，吊架18也伸入缸体1内，同时，密封胶圈10上的凸沿11对准缸体1上的凹槽，盖板5通过锁紧螺杆17安装在缸体1上，将缸体1密封。

第二步：注入电解液。首先打开真空阀门6，对缸体1内抽真空，使真空表显示的真空度达到－0.085MPa，去除缸体1内部空气的同时，去除水份影响；打开进液阀门3，使电解液注入缸体1内，浸没锂离子电池电芯，再关闭进液阀门3，至真空表显示的真空度恢复到－0.085MPa后关闭真空阀门6，保持缸体1内处于恒定真空状态。

第三步：含浸。根据锂离子电池电芯尺寸大小，在恒定真空状态下浸泡电解液1小时～80小时小时。然后，断开抽真空机构，打开真空阀门6，去除真空后关闭真空阀门6；再打开进液阀门3，使缸体1内电解液回流至进液机构后，关闭进液阀门3。

第四步：封装。启动电机8，钢丝绳13通过吊钩12带动盖板5上移，使吊架9伸出缸体1外，取出含浸篮14，将含浸后的锂离子电池电芯在手套箱内进行封装。

本发明的含浸机结构简单，使用、操作方便，锂离子电池电芯的含浸可实现规模化作业，且电解液可完全渗透入隔膜及正、负极主材涂覆层，从而获得极佳的主材SEI膜，达到电池内阻、容值、循环寿命、倍率性能超高稳定性作用；同时，大大缩短了锂离子电池电芯吸收电解液的时间。

一种如上所述柱形锂离子电池电芯含浸方法在锂离子电池生产中的应用。

现有锂离子电池的生产一般包括钉卷、烘烤、含浸电解液、组立、化成、老化、检测等工艺步骤。本发明所述含浸方法应用于含浸电解液步骤。

本发明采用常规方法及本方法制备HCC7230－80mAh（三元材料，3.7V，尺寸，直径7.2㎜×高30㎜）锂离子电池、HFC1865－1300mAh（磷酸铁锂3.2V，尺寸，直径18㎜×高65㎜）锂离子电池，在含浸电解液步骤中，常规方法采用真空滴注式吸收电解液，时间分别为24小时、30天；本发明的含浸时间分别为60分钟、180分钟。而对大尺寸锂离子电池电芯（电池的容量达到10Ah，直径达到35㎜以上）的含浸，常规方法不能生产，本实施例生产的HTC89200－60Ah（钛锂材料2.4V，尺寸，直径89㎜×高200㎜）锂离子电池，含浸时间为48小时。所生产锂离子电池的内阻、容值、循环寿命、倍率性能等指标对比详见下表。

实施例5：

为使电解液更快地渗透到锂离子电池电芯，本发明本发明在步骤⑶中，对含浸缸交替循环施加抽真空与正压2次～12次。

本发明所述对含浸缸交替循环施加抽真空与正压为对含浸缸抽真空至-0.05MPa～-0.15MPa，保持20分钟～40分钟后放气，开始对含浸缸加正压至正压力为0.2MPa～0.7Mpa，并保持5分钟～20分钟后放气，此为对含浸缸施加抽真空与正压1次，如此循环往复。

本实施例制备HCC7230－80mAh（三元材料，3.7V，尺寸，直径7.2㎜×高30㎜）锂离子电池中，在含浸电解液步骤中，对含浸缸抽真空至－0.085MPa，保持25分钟后放气，开始对含浸缸加正压至正压力为0.4MPa，并保持5分钟后放气，如此循环往复，含浸总时间为60分钟。制备HFC1865－1300mAh（磷酸铁锂3.2V，尺寸，直径18㎜×高65㎜）锂离子电池时，对含浸缸抽真空至－0.085MPa，保持20分钟后放气，开始对含浸缸加正压至正压力为0.4MPa，并保持10分钟后放气，如此循环往复，含浸总时间为180分钟。制备HTC89200－60Ah（钛锂材料2.4V，尺寸，直径89㎜×高200㎜）锂离子电池时，对含浸缸抽真空至－0.085MPa，保持40分钟后放气，开始对含浸缸加正压至正压力为0.4MPa，并保持20分钟后放气，如此循环往复，含浸总时间为48小时。所生产锂离子电池的内阻、容值、循环寿命、倍率性能等指标对比详见下表。

余同实施例4。

实施例6：

为使电解液更快地渗透到锂离子电池电芯，本发明在步骤⑶中，对含浸缸内的电解液交替循环注入和抽出2次～12次。

本发明所述对含浸缸内的电解液交替循环注入和抽出为对含浸缸抽真空至-0.05MPa～-0.15MPa，注入电解液，保持20分钟～40分钟后放气，抽出电解液，并保持5分钟～20分钟后，此为对含浸缸内的电解液交替循环注入和抽出1次，如此循环往复。

本实施例制备HCC7230－80mAh（三元材料，3.7V，尺寸，直径7.2㎜×高30㎜）锂离子电池中，在含浸电解液步骤中，对含浸缸抽真空至－0.085MPa，注入电解液，保持25分钟后放气，抽出电解液，并保持5分钟后放气，如此循环往复，含浸总时间为60分钟。制备HFC1865－1300mAh（磷酸铁锂3.2V，尺寸，直径18㎜×高65㎜）锂离子电池时，对含浸缸抽真空至－0.085MPa，注入电解液，保持20分钟后放气，抽出电解液，并保持10分钟后放气，如此循环往复，含浸总时间为180分钟。制备HTC89200－60Ah（钛锂材料2.4V，尺寸，直径89㎜×高200㎜）锂离子电池时，对含浸缸抽真空至－0.085MPa，注入电解液，保持40分钟后放气，抽出电解液，并保持20分钟后放气，如此循环往复，含浸总时间为48小时。所生产锂离子电池的内阻、容值、循环寿命、倍率性能等指标对比详见下表。

余同实施例4。

本发明采用常规方法及所述实施例方法1至实施例方法6生产的HCC7230－80mAh、HFC1865－1300mAh和HTC89200－60Ah锂离子电池在内阻、容值、循环寿命、倍率性能等指标详见下表：

说明：所述各指标均为对数量500个锂离子电池检测后的平均值。

从表中结果可以得知，相对常规方法生产的HCC7230－80mAh锂离子电池、HFC1865－1300mAh锂离子电池，采用本发明所述实施例方法1至实施例方法6制备的锂离子电池在内阻、容值、循环寿命、倍率性能等指标均有明显提高。如HCC7230－80mAh锂离子电池，采用常规方法的内阻、容值、循环寿命、倍率性能分别为98mΩ、81mAh、500次、10C：92﹪，采用本发明所述实施例方法1的内阻、容值、循环寿命、倍率性能分别为87mΩ、85mAh、600次、10C：93﹪，采用本发明所述实施例方法4的内阻、容值、循环寿命、倍率性能分别为86mΩ、84mAh、650次、10C：94﹪。同时，本发明解决了大尺寸锂离子电池电芯（电池的容量达到10Ah，直径达到35㎜以上）的含浸问题，电解液可完全渗透入隔膜及正、负极主材涂覆层，大大缩短了锂离子电池电芯吸收电解液的时间。