专利名称：提高电池一致性的锂离子动力电池的生产方法
技术领域：
本发明涉及锂离子动力电池的生产方法技术领域。
背景技术：
作为新型储能电池的锂离子动力电池，因其具有高的比能量和高的比功率，成熟的充放电技术，自放电低，制造环境友好无污染，长寿命，免维护，成为电动汽车储能动力源的首选。锂离子动力电池的生产工艺流程多，影响电池因素多，电池经过多流程生产出来的单体性能差异较大，这就影响了锂离子动力电池在电动汽车上的应用。电动汽车需要的储能量较高，这就需要使用很多个单体电池，采用串并联的方式组合起来，满足电动汽车电池组需要的大容量、高电压的要求。而这样组合对单体动力锂电池的一致性提出了较高的要求。我们都知道，锂电池不能过充(充电上限电压限制)，也不能过放(放电下限电压限制)，把多个单体电池组合起来的总能量，是根据木桶原理来确定的，总容量是电池组中单体电池最小的容量；如果串联单体之间的差异过大，很容易造成容量小的电池发生过充和过放现象，造成该单体的过早损坏，影响整组电池的寿命，严重的还对电池组的安全产生影响，不利于电池组的正常长寿命使用。如果并联的多个单体动力锂电池的差异较大，也会因为并联多个单体中的弱者寿命缩减快，进而使其它单体负荷加大，其它电池单体也会寿命减短，这样个个击破，使整个并联电池组的寿命大打折扣。目前，通常的电池生产对电池一致性控制方法采用的是挑选法，即在动力电池生产过程完成后按照规定的测试方法去检测，以检测出的电池数据为依据，对电池进行挑选， 然后根据数据按照一定的方案进行配组。因此，按照现有工艺方法生产出的电池其一致性存在较大的差异，必须靠最后的分容检测去分选，这样分选出来的一致性不是真正的一致性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高电池一致性的锂离子动力电池的生产方法，通过对生产工艺的改进，极大的提高了锂离子动力电池的一致性，延长了电池使用寿命，保证了电池的安全使用。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是提高电池一致性的锂离子动力电池的生产方法，包括以下步骤(1).涂布将混合均勻的含有正极活性材料的正极浆料涂布在正极集流体上，将混合均勻的含有负极活性材料的负极浆料涂布在负极集流体上；(2).正极片和负极片的分切将涂布有正极浆料的正极集流体和涂布有负极浆料的负极集流体进行分切，分别获得尺寸一致的正极片和尺寸一致的负极片；(3).正极片和负极片的分档将分切好的每个正极片进行称重，按照重量由小到大依次将正极片分成若干档，包括重量最小档、重量中间档和重量最大档，所述重量中间档包括至少一个档次；将分切好的每个负极片进行称重，按照重量由小到大依次将负极片分成若干档，并与正极片分出的档次对应一致；(4).单节电池内正极片的总重量控制规定单节电池需要的正极片的总数量值和总重量范围值；从分档后的正极片中选取规定的总数量值的一组正极片进行称重，根据测得的重量，选择以下三个步骤中的一个执行a.若测得的重量在规定的总重量范围值内，则称重结束；b.若测得的重量大于规定的总重量范围值的最大值，则将重量偏大的档次中的正极片用重量偏小的档次中的正极片替换，直到测得的重量在规定的总重量范围值内，则称重结束；c.若测得的重量小于规定的总重量范围值的最小值，则将重量偏小的档次中的正极片用重量偏大的档次中的正极片替换，直到测得的重量在规定的总重量范围值内，则称重结束；称重结束后，将每个单节电池的正极片按照档次分开；(5).正极片和负极片的配组先将完成总重量控制的一组正极片，搭配上与其数量一致的一组负极片，且负极片的档次与正极片的档次对应一致，每个档次对应的正极片和负极片的数量也一致，最后在该组负极片总数量的基础上再增加一片本组负极片中重量最大的档次的负极片；(6).电池芯的组装将配组完成的正极片和负极片，按照一层负极片一层正极片的顺序间隔叠放，正极片上的正极耳和负极片上的负极耳分别对齐，且正极片与负极片之间使用电池隔膜进行隔离，最外层是负极片，每个正极片的两侧对应的是同档次的负极片或者重量偏大档次的负极片；(7)经封装、注液、化成及分容检测步骤，完成锂离子动力电池的加工。作为一种优选的技术方案，步骤中，从分档后的正极片中选取的规定的总数量值的一组正极片均为重量中间档的正极片，或者是任意的至少两个档次的正极片的结
I=I O作为一种优选的技术方案，所述重量中间档包括一个档次、两个档次或者三个档次。采用了上述技术方案，本发明的有益效果是因为锂离子动力电池的性能和容量等参数与涂覆在正极片和负极片上的活性材料有着紧密的联系，又因为负极活性材料在一只电池里的量要大于正极活性材料的有效发挥量，这是为了防止正极活性材料中的锂离子在充电过程中脱离正极，通过电解液和电池隔膜镶嵌到负极时，如果没有足够的负极活性材料，那锂离子会在负极表面形成锂枝晶，造成正负极之间的短路，形成电池的安全隐患，负极活性材料的量相对与正极活性材料只要过量即可，一般过量的范围为4% -10%之间，只要在此范围内它的多少对电池性能影响不大。因此，正极活性材料在一个电池中的含量多少决定着一只电池的容量等相关性能参数， 它的等量控制是提高单体电池一致性至关重要的措施，只要将单体电池中正极活性材料的总量进行严格控制，就会生产出一致性较好的动力锂离子电池。本发明锂离子动力电池的生产方法中，首先经过涂布、分切工艺获得正极片和负极片，虽然由于涂布过程中设备精度、过程控制的困难等因素容易造成涂布不一致，但是由于含有正极活性材料的正极浆料是经过混合均勻后涂布到正极集流体上的，因此，正极片上正极活性材料的量和涂布的正极浆料量是等比关系，只要控制涂布后的单体电池内正极浆料涂布总量相同，就能控制单体电池的正极活性材料量相同。本发明中将经过涂布、分切工艺后获得的正极片和负极片，按照每片的重量进行分档，包括重量最小档、重量中间档和重量最大档，且重量中间档包括至少一个档次；然后对单节电池内正极片进行总重量控制选取单节电池总数量值的一组正极片进行称量，可以全部是重量中间档的正极片，也可以是任意的至少两个档次的正极片的结合，根据测得的重量，选择将其中重量偏大的档次中的正极片用其它重量偏小的档次中的正极片替换， 或选择将其中重量偏小的档次中的正极片用其它重量偏大的档次中的正极片替换，最终使该组正极片的总重量控制在规定的总重量范围值内；然后经过正极片和负极片的配组、电池芯的组装，再经过封装、注液、化成及分容检测步骤，完成锂离子动力电池的加工。通过以上工艺保证了生产出的每节单体电池中的正极片的总重量控制在一个范围值内，由于分切后获得的正极片的尺寸是一致的，所有正极片的正极集流体的重量是相等的，因此，每节单体电池中的正极片上涂布的正极浆料的总重量也是控制在一个范围值内的，与正极浆料重量成等比关系的正极活性材料的总重量也控制在一个范围值内。综上所示，本发明将单节电池内的正极活性材料的总重量控制在一个范围值内， 可以达到每一只电池内正极活性材料的总重量近似相等。因此，本发明极大的提高了锂离子动力电池的一致性，延长了电池使用寿命，保证了电池的安全使用。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是根据表1中现有技术生产的电池容量数据和本发明实施例一生产的电池容量数据绘制的散点图。图2是根据表2中现有技术生产的电池容量数据和本发明实施例二生产的电池容量数据绘制的散点图。
具体实施例方式一种提高电池一致性的锂离子动力电池的生产方法，包括以下步骤(1).涂布分别将正极活性材料、导电剂、功能添加剂、粘结剂和溶剂按照工艺要求的比例进行称量，然后在真空搅拌机内搅拌均勻，获得正极浆料；分别将负极活性材料、 导电剂、功能添加剂、粘结剂和溶剂按照工艺要求的比例进行称量，然后在真空搅拌机内搅拌均勻，获得负极浆料。将混合均勻的含有正极活性材料的正极浆料使用涂布机按照设计好的正极片尺寸涂布在正极集流体上；将混合均勻的含有负极活性材料的负极浆料按照设计好的负极片尺寸涂布在负极集流体上，其中，正极集流体采用铝箔或相应材质，负极集流体采用铜箔或者相应材质。(2).正极片和负极片的分切将涂布有正极浆料的正极集流体和涂布有负极浆料的负极集流体按照工艺设定尺寸、形状进行分切，分别获得尺寸一致的正极片和尺寸一致的负极片。一般负极片尺寸要略大于正极片尺寸，以保证后面电池组装中正极片上所有的正极活性材料都有相对应的负极片的负极活性材料相对。(3).正极片和负极片的分档由于极片涂布时，涂布机机械精度和控制精度等多方面原因，极片的重量存在差异，极片重量是在一个范围内正态分布的。因此，将分切好的每个正极片进行称重，按照重量由小到大依次将正极片分成若干档，包括重量最小档、重量中间档和重量最大档，所述重量中间档包括至少一个档次；将分切好的每个负极片进行称重，按照重量由小到大依次将负极片分成若干档，并与正极片分出的档次对应一致。所述重量中间档可以包括一个档次、两个档次或者三个档次，当然，也可以是更多档次。(4).单节电池内正极片的总重量控制首先根据生产工艺的总体设计规定单节电池需要的正极片的总数量值和总重量范围值，可以是根据设计要求和前工序正极片分档的情况，确定一个正极片重量的中值，用它去乘以单节电池内正极片的总数量值，得出正极片的总重量范围值，该总重量范围值也可以在生产工艺的总体设计里确定。从分档后的正极片中选取规定的总数量值的一组正极片进行称重，选取的该组正极片可以是均为重量中间档的正极片，也可以是任意的至少两个档次的正极片的结合。根据测得的重量，选择以下三个步骤中的一个执行a.若测得的重量在规定的总重量范围值内，则称重结束；b.若测得的重量大于规定的总重量范围值的最大值，则将重量偏大的档次中的正极片用重量偏小的档次中的正极片替换，直到测得的重量在规定的总重量范围值内，则称重结束；c.若测得的重量小于规定的总重量范围值的最小值，则将重量偏小的档次中的正极片用重量偏大的档次中的正极片替换，直到测得的重量在规定的总重量范围值内，则称重结束。称重结束后，将每个单节电池的正极片按照档次分开。(5).正极片和负极片的配组先将完成重量控制的一组正极片，搭配上与其数量一致的一组负极片，且负极片的档次与正极片的档次对应一致，每个档次对应的正极片和负极片的数量也一致，最后在该组负极片总数量的基础上再增加一片负极片。根据负极片过量原则，增加的一片负极片属于该组负极片中重量最大的档次。(6).电池芯的组装将配组完成的正极片和负极片，按照一层负极片一层正极片的顺序间隔叠放，正极片上的正极耳和负极片上的负极耳分别对齐，且正极片与负极片之间使用电池隔膜进行隔离，最外层是负极片。为了防止电池在充放电过程中有金属锂析出形成锂枝晶，每个正极片的两侧对应的是同档次的负极片或者重量偏大档次的负极片，(7)进行封装、注液、化成及分容检测步骤。封装将组装好的电池芯装到电池壳内(各种包装壳)，并将正、负极耳分别跟电池的正、负极相连接，留出注液通道并密封其它缝隙；注液将封装好的电池通过干燥去除内部水分后，将一定量的锂离子电池电解液通过注液通道注入到电池内部；化成注完电解液的电池待电解液完全浸润电池芯后，在电池充电设备上进行电池的首次充电，经过活化循环处理后进入电池搁置；分容检测将搁置好的电池进行充放电，并测量其放电容量等性能参数，对电池的一致性性能进行验证。至此，完成锂离子动力电池的加工。按照本发明工艺方法生产出的锂离子动力电池其一致性较好，是真正的生产出来的一致性，而不是靠检测方法检测出的一致性。实施例一提高电池一致性的锂离子动力电池的生产方法中，以生产100节IOAh电池为例。其中，步骤(3)中，将正极片和负极片分别分为三个档次，均包括重量最小档、一个重量中间档和重量最大档。正极片每个档次对应的重量范围值重量最小档大于等于 9. Olg且小于等于9. 19g ；重量中间挡大于等于9. 2g且小于等于9. 37g ；重量最大档大于等于9. 38g且小于等于9. 55g。步骤(4)中，分别对100节电池的正极片进行总重量控制。规定的单节电池内正极片的总数量为14片，总重量范围值是130士0.5g。相比较的，现有技术生产的单体电池的正极片总数量与本发明生产的单体电池的正极片总数量相同，但正极片总重量没有进行控制。如表1所示，为采用本发明实施例一的方法生产出的100节IOAh电池的数据及采用现有技术生产出的100节IOAh电池的数据。采用本发明实施例一的方法生产的电池的数据，包括单体电池内每个档次的正极片的数量、单体电池内所有正极片的总重量，以及单体电池的容量。表 权利要求
1.提高电池一致性的锂离子动力电池的生产方法，其特征在于包括以下步骤(1).涂布将混合均勻的含有正极活性材料的正极浆料涂布在正极集流体上，将混合均勻的含有负极活性材料的负极浆料涂布在负极集流体上；(2).正极片和负极片的分切将涂布有正极浆料的正极集流体和涂布有负极浆料的负极集流体进行分切，分别获得尺寸一致的正极片和尺寸一致的负极片；(3).正极片和负极片的分档将分切好的每个正极片进行称重，按照重量由小到大依次将正极片分成若干档，包括重量最小档、重量中间档和重量最大档，所述重量中间档包括至少一个档次；将分切好的每个负极片进行称重，按照重量由小到大依次将负极片分成若干档，并与正极片分出的档次对应一致；(4).单节电池内正极片的总重量控制规定单节电池需要的正极片的总数量值和总重量范围值；从分档后的正极片中选取规定的总数量值的一组正极片进行称重，根据测得的重量， 选择以下三个步骤中的一个执行a.若测得的重量在规定的总重量范围值内，则称重结束；b.若测得的重量大于规定的总重量范围值的最大值，则将重量偏大的档次中的正极片用重量偏小的档次中的正极片替换，直到测得的重量在规定的总重量范围值内，则称重结束；c.若测得的重量小于规定的总重量范围值的最小值，则将重量偏小的档次中的正极片用重量偏大的档次中的正极片替换，直到测得的重量在规定的总重量范围值内，则称重结束；称重结束后，将每个单节电池的正极片按照档次分开；(5).正极片和负极片的配组先将完成总重量控制的一组正极片，搭配上与其数量一致的一组负极片，且负极片的档次与正极片的档次对应一致，每个档次对应的正极片和负极片的数量也一致，最后在该组负极片总数量的基础上再增加一片本组负极片中重量最大的档次的负极片；(6).电池芯的组装将配组完成的正极片和负极片，按照一层负极片一层正极片的顺序间隔叠放，正极片上的正极耳和负极片上的负极耳分别对齐，且正极片与负极片之间使用电池隔膜进行隔离，最外层是负极片，每个正极片的两侧对应的是同档次的负极片或者重量偏大档次的负极片；(7)经封装、注液、化成及分容检测步骤，完成锂离子动力电池的加工。
2.如权利要求1所述的提高电池一致性的锂离子动力电池的生产方法，其特征在于 步骤(4)中，从分档后的正极片中选取的规定的总数量值的一组正极片均为重量中间档的正极片，或者是任意的至少两个档次的正极片的结合。
3.如权利要求1所述的提高电池一致性的锂离子动力电池的生产方法，其特征在于 所述重量中间档包括一个档次、两个档次或者三个档次。
全文摘要
本发明公开了一种提高电池一致性的锂离子动力电池的生产方法，将经过涂布、分切工艺后获得的正极片和负极片，按照每片的重量进行分档，然后对单节电池内正极片进行总重量控制选取单节电池总数量值的一组正极片进行称量，可以全部是重量中间档的正极片，也可以是任意的至少两个档次的正极片的结合，根据测得的重量，选择将其中重量偏大的档次中的正极片用其它重量偏小的档次中的正极片替换，或选择将其中重量偏小的档次中的正极片用其它重量偏大的档次中的正极片替换，最终使该组正极片的总重量控制在规定的总重量范围值内。本发明通过对生产工艺的改进，极大的提高了锂离子动力电池的一致性，延长了电池使用寿命，保证了电池的安全使用。
文档编号H01M10/058GK102280665SQ20111018327
公开日2011年12月14日 申请日期2011年7月1日 优先权日2011年7月1日
发明者刘春彬, 张国华, 徐建华, 杨爱民, 纪士洲 申请人:山东上存能源股份有限公司