锂离子电池的电解液浸润方法及其制备得到的锂离子电池和电子装置与流程

文档序号：18700353发布日期：2019-09-17 22:47阅读：449来源：国知局

本发明涉及新能源电池技术领域，尤其是涉及一种锂离子电池的电解液浸润方法及其制备得到的锂离子电池和电子装置。

背景技术：

动力电池系统是新能源汽车的核心部件，能量密度高、循环性能好的锂离子电池是助力新能源汽车行业积极发展的必需品，对新能源汽车产业至关重要。随着锂离子电池能量密度的提高，电池极片的压实密度也需同步升高，但是对于高压实密度的电池极片，其电解液的浸润效果大打折扣。由于电解液是电池内部锂离子传输的介质，若电解液与活性物质接触不良，活性物质中的锂离子脱嵌困难，会导致电池能量密度降低，甚至析锂而形成安全隐患。

现有技术中为了解决高压实密度电池极片浸润效果差的问题，一般是通过增长浸润时间和提高浸润温度的方法对高压实电池极片进行浸润(通常现有的浸润方法时间往往需要50个小时左右)，但是高温长时间的浸润一方面制约了高能量密度电池的产能，另一方面，长时间的高温搁置会导致电解液副反应的增多，恶化电池性能。

因此，研究开发出一种生产效率高，浸润效果好的锂离子电池电解液浸润方法，变得十分必要和迫切。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种锂离子电池的电解液浸润方法，所述电解液浸润方法通过在压力下静置的方法对锂离子电池进行浸润，极大的缩短了现有锂离子电池的电解液浸润时间。

本发明的第二目的在于提供一种锂离子电池，该锂离子电池采用上述锂离子电池的电解液浸润方法制得，相对于现有电解液浸润方法制得的锂离子电池具有浸润效果好，生产效率高的优势，可以极大的增加锂离子电池的产能。

本发明的第三目的在于提供一种包括上述锂离子电池的电子装置、电动工具、电动车辆或电力储存系统。

本发明提供的一种锂离子电池的电解液浸润方法，所述电解液浸润方法包括以下步骤：将电解液注入电芯内部，保持电芯内部压力为-80～-20kpa静置6～10h。

进一步的，所述电解液浸润方法包括以下步骤：将电解液注入电芯内部，保持电芯内部压力为-70～-30kpa静置6～9h；

优选的，所述电解液浸润方法包括以下步骤：将电解液注入电芯内部，保持电芯内部压力为-60～-55kpa静置7～8h。

进一步的，所述静置的温度为35～55℃；

优选的，所述静置的温度为40～45℃。

进一步的，所述注液为先将电芯内部抽真空，再向电芯内部注入电解液；

优选的，将电芯内部抽真空，使得电芯内部压力保持在-95～-80kpa，再向电芯内部注入电解液；

更优选的，将电芯内部抽真空，使得电芯内部压力保持在-90～-85kpa，再向电芯内部注入电解液；

优选的，所述电解液的注液系数为3.1～3.3g/ah(0.6c)；

更优选的，所述电解液的注液系数为3.15g/ah(0.6c)。

进一步的，所述静置过程中，电解液的液面不低于电芯；

优选的，所述静置过程中，所述电解液的液面高于电芯0～1mm。

进一步的，所述方法还包括对静置后的电芯进行化成的步骤。

更进一步的，所述化成时，电芯内部的压力为-85～-30kpa；

优选的，所述化成时，电芯内部的压力为-70～-40kpa。

更进一步的，所述化成的温度为35～55℃；

优选的，所述化成的温度为40～45℃。

进一步的，所述化成过程中，电解液的液面不低于电芯；优选的，所述电解液的液面高于电芯0～1mm。

本发明提供的一种锂离子电池，所述锂离子电池采用上述锂离子电池的电解液浸润方法制得。

进一步的，所述锂离子电池为软包锂离子电池；

优选的，所述软包锂离子电池通过气袋调整电芯内部的压力；

更优选的，所述气袋的宽度为电芯宽度的12.5～25％。

本发明提供的一种包括上述锂离子电池的电子装置、电动工具、电动车辆或电力储存系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的锂离子电池的电解液浸润方法，该方法通过在-80～-20kpa的压力下静置的方法对电芯进行浸润，极大的缩短了现有锂离子电池的电解液浸润时间，仅需6～10h即可完成浸润的过程，同时由于压力的存在，也有效缓解了现有的常压静置过程中往往会由于电解液的重力作用下沉而导致的电芯底部浸润效果好，顶部浸润效果差，浸润不均匀的问题。因此，本申请电解液浸润方法相对于现有技术具有浸润效果好，生产效率高的优势。

本发明提供的锂离子电池，该锂离子电池采用上述锂离子电池的电解液浸润方法制得，该方法制得的锂离子电池相对于现有电解液浸润方法制得的锂离子电池具有浸润效果好，生产效率高的优势，可以极大的增加锂离子电池的产能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的电解液浸润过程中的软包锂离子电池结构示意图；

图2为本发明实验例2提供的实施例6～8和对比例1、2得到的锂离子电池的常温循环曲线图。

图标：1-正极极耳；2-负极极耳；3-电芯；4-气袋；5-叠卷芯；w1-电芯宽度；w2-气袋宽度；l1-电芯长度；100-实施例6电芯循环曲线；200-实施例7电芯循环曲线；300-实施例8电芯循环曲线；400-对比例1电芯循环曲线；500-对比例2电芯循环曲线。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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做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。

根据本发明的一个方面，一种锂离子电池的电解液浸润方法，所述电解液浸润方法包括以下步骤：将电解液注入电芯3内部，保持电芯3内部压力为-80～-20kpa静置6～10h。

本发明提供的锂离子电池的电解液浸润方法，所述电解液浸润方法通过在-80～-20kpa的压力下静置的方法对电芯3进行浸润，极大的缩短了现有锂离子电池的电解液浸润时间，仅需6～10h即可完成浸润的过程，同时由于压力的存在，也有效缓解了现有的常压静置过程中往往会由于电解液的重力作用下沉而导致的电芯3底部浸润效果好，顶部浸润效果差，浸润不均匀的问题。因此，本申请电解液浸润方法相对于现有技术具有浸润效果好，生产效率高的优势。

上述电解液浸润的静置时间典型但非限制性的优选实施方案为：6h、7h、8h、9h和10h；上述电解液浸润的压力典型但非限制性的优选实施方案为：-80kpa、-70kpa、-60kpa、-55kpa、-50kpa、-40kpa、-30kpa和-20kpa。

优选的，所述电解液浸润在压力的条件下完成。所述电解液浸润为保压静置，即将电解液注入电芯3内部，保持电芯3内部压力为-80～-20kpa静置6～10h。

在本发明的一种优选实施方式中，所述电解液浸润方法包括以下步骤：将电解液注入电芯3内部，保持电芯3内部压力为-70～-30kpa静置6～9h；

优选的，所述电解液浸润方法包括以下步骤：将电解液注入电芯3内部，保持电芯3内部压力为-60～-55kpa静置7～8h。

本发明中，通过对静置时间和静置压力的进一步调整和优化，从而进一步优化了本发明锂离子电池的电解液浸润效果。

在本发明的一种优选实施方式中，所述静置的温度为35～55℃；

作为一种优选的实施方式，在35～55℃的静置温度下，电解液的粘度比常温条件下略低，提高了电解液的流动性，有利于浸润，另一方面，在该温度区间，电解液内的锂盐和溶剂等对温度敏感的成分，不会因温度过高而分解。

上述电解液浸润的静置温度典型但非限制性的优选实施方案为：35℃、40℃、45℃、50℃和55℃。

优选的，所述静置的温度为40～45℃。

在本发明的一种优选实施方式中，所述注液为先将电芯3内部抽真空，再向电芯3内部注入电解液；

作为一种优选的实施方式，在压力条件下进行注液一方面可使电芯3内部处于负压状态，有利于电解液的注入，另一方面，可以去除电芯3内部的空气，使电解液能充分浸入极片每个部位，相比于现有常压注液技术，可提高浸润均匀性。

优选的，将电芯3内部抽真空，使得电芯3内部压力保持在-95～-80kpa，再向电芯3内部注入电解液；

在上述优选实施方式中，在-95～-80kpa的压力区间内进行注液，可将电芯3极片孔隙内的气体抽离，使电解液更加容易浸透极片，真空度过低气体抽不彻底，过高则对设备要求更高。

上述电解液浸润的静置温度典型但非限制性的优选实施方案为：-95kpa、-90kpa、-85kpa、-82kpa和-80kpa。

更优选的，将电芯3内部抽真空，使得电芯3内部压力保持在-90～-85kpa，再向电芯3内部注入电解液；

在本发明的一种优选实施方式中，所述电解液的注液系数为3.1～3.3g/ah(0.6c)；所述电解液的注液系数是锂离子电池行业电芯3设计的一个基本参数，其含义为电芯3保液量(g)与分容容量(ah)的比值。

作为一种优选的实施方式，上述注液系数3.1～3.3g/ah(0.6c)的含义为在0.6c分容电流的条件下，电芯3保液量(g)与分容容量(ah)的比值为3.1～3.3。

上述注液系数是基于理想状态下，电解液充分浸润电池极片并使电池内电解液液面高于电芯3的高度为0～1mm时，所设计的数值。

上述注液系数典型但非限制性的优选实施方案为：3.1g/ah(0.6c)、3.15g/ah(0.6c)、3.2g/ah(0.6c)、3.25g/ah(0.6c)和3.3g/ah(0.6c)。

更优选的，所述电解液的注液系数为3.15g/ah(0.6c)。

在本发明的一种优选实施方式中，所述方法还包括对保压静置后的电芯3进行化成的步骤。

作为一种优选的实施方式，上述方法还包括对静置后的锂离子电池进行化成的步骤。通过化成工艺可以使锂离子电池电极上形成一个厚度均一的sei膜，有利于电芯3循环性能的提升。

作为一种优选的实施方式，压力可以使化成过程中产生的气体及时被抽出，大大减少气体在电芯3内的残留，因此化成后的除气成型工序，电芯3的除气压力可大大降低，故该工序抽离电芯3的电解液将减少，从而提高电芯3的保液量，显著延长电芯3的循环寿命。

在本发明的一种优选实施方式中，所述化成时，电芯3内部的压力为-85～-30kpa；

作为一种优选的实施方式，化成时电芯3内部的压力为-85～-30kpa，由于化成阶段电解液部分分解形成sei膜，所以电芯3内电解液的量少量减少，此时使电解液液面平齐叠芯所需要的压力减小。

上述化成的压力压力典型但非限制性的优选实施方案为：-85kpa、-80kpa、-75kpa、-70kpa、-60kpa、-50kpa、-40kpa、-35kpa和-30kpa。

优选的，所述保压化成时，电芯3内部的压力为-70～-40kpa。

优选的，所述化成的具体方法为：将静置后的电芯3在35-55℃环境中进行高温夹具化成，化成总共分为4步，即分别用0.025c、0.05c、0.15c和0.2c的电流先后对电芯3进行充电，充电限制电压为4.0v，充电时间分别为20min、70min、30min和120min。化成期间保持电芯3内的压力为-85～-30kpa，使电芯3内电解液的液面刚好没过叠/卷芯。

注：所述充电限制电压和充电时间为相互限制条件，即在化成过程中先达到充电限制电压或者充电时间时都将停止该步骤，而进行下一步骤。

在本发明的一种优选实施方式中，所述化成的温度为35～55℃；

作为一种优选的实施方式，在35～55℃的温度下化成，电解液的粘度比常温条件下略低，提高了电解液的流动性，有利于化成，另一方面，在该温度区间，电解液内的锂盐和溶剂等对温度敏感的成分，不会因温度过高而分解。

上述电解液浸润的化成温度典型但非限制性的优选实施方案为：35℃、40℃、45℃、50℃和55℃。

优选的，所述化成的温度为40～45℃。

在本发明的一种优选实施方式中，所述静置和化成过程中，电解液的液面不低于叠卷芯5；

作为一种优选的实施方式，上述静置和化成过程中，电解液的液面高度高于叠卷芯5，进而实现了在浸润过程中，所述电解液对叠卷芯5的完全覆盖，避免现有技术因电解液的重力作用下沉而导致电解液不能均匀覆盖叠卷芯5，叠卷芯5不同部位浸润效果差的问题。

优选的，所述电解液的液面高于叠卷芯5的高度为0～1mm。

上述电解液的液面高于叠卷芯5的高度典型但非限制性的优选实施方案为：0.2mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm和1mm。

优选的，所述电解液的液面高度不低于叠卷芯5，是通过在静置和化成过程中设置压力来实现的。

在本发明的一种优选实施方式中，所述静置和化成过程中，电芯3呈竖直放置。

作为一种优选的实施方式，上述静置和化成过程中，电芯3呈竖直放置。竖直放置的电芯3可以节省加工过程中的空间，同时也更利于静置和化成过程中所产生气体的排出。

优选的，所述锂离子电池的电解液浸润方法，具体包括以下步骤：

(a)注液：将烘烤后的电芯3抽真空，使电芯3内部压力保持在-80～-95kpa，随后向电芯3内部注入指定量的电解液；

(b)静置：将步骤(a)的电芯3转入35-55℃的环境中高温静置，并调整电芯3内部压力为-20～-80kpa，使电芯3内电解液的液面刚好没过叠/卷芯，保压静置6～10h；

(c)化成：将步骤(b)的电芯3在35-55℃环境中进行高温夹具化成，化成总共分为4步，即分别用0.025c、0.05c、0.15c和0.2c的电流先后对电芯3进行充电，充电限制电压为4.0v，充电时间分别为20min、70min、30min和120min。化成期间保持电芯3内的压力为-30～-85kpa；

(d)封口：化成结束后，保持电芯3内的压力并对电芯3进行封口。

优选的，所述锂离子电池的电解液浸润方法中，注液、静置、化成和封口的全过程均在压力的条件下进行。

根据本发明的一个方面，一种锂离子电池，所述锂离子电池采用上述锂离子电池的电解液浸润方法制得。

在本发明的一种优选实施方式中，所述锂离子电池为软包锂离子电池；

在本发明的一种优选实施方式中，所述软包锂离子电池通过气袋4调整电芯3内部的压力；

更优选的，所述气袋宽度w2为电芯宽度w1的12.5～25％。

优选的，所述气袋宽度w2为电芯宽度w1的12.5％。

在本发明的一种优选实施方式中，所述软包锂离子电池的电解液浸润方法具体包括以下步骤：

(a)注液：将烘烤后的电芯3抽真空，使电芯3内部压力保持在-80～-95kpa。通过上部的气袋4，以注液系数3.15g/ah(0.6c)向电芯3内部注入电解液，并保持气袋4一直为未封口状态；

(b)静置：将步骤(a)的电芯3转入45±2℃的环境中高温静置，并通过气袋4未封口侧调整电芯3内部压力为-55～-60kpa，使电芯3内电解液的液面刚好没过叠芯，保压静置8h～10h；

(c)化成：将步骤(b)的电芯3在45℃环境中进行高温夹具化成，化成总共分为4步，即分别用0.025c、0.05c、0.15c和0.2c的电流先后对电芯3进行充电，充电限制电压为4.0v，充电时间分别为20min、70min、30min和120min。化成期间保持电芯3内的压力为-60～-65kpa，使电芯3内电解液的液面刚好没过叠芯；

(d)封口：化成结束后，保持电芯3内的压力并对电芯3进行封口。

根据本发明的一个方面，一种包括上述锂离子电池的电子装置、电动工具、电动车辆或电力储存系统。

本发明提供的锂离子电池可以广泛的应用于电子装置、电动工具、电动车辆或电力储存系统中。

下面发明人以软包锂离子电池为例，结合实施例和对比例对本发明的技术方案进行进一步地说明。同时，需要说明的是，本申请上述锂离子电池的电解液浸润方法不仅适用于软包锂电池，也同样适用于硬壳锂电池中的圆柱电池和方壳电池。

实施例1

图1提供了一种电解液浸润过程中的软包锂离子电池结构示意图。

如图1所示，一种软包锂离子电池，所述软包锂离子电池包括电芯3，所述电芯3上部设置有气袋4，所述电芯3和气袋4相连通，且气袋4的顶部开口，用于向电芯3内部注入电解液及调节电芯3内部的压力，电芯3的内部设置有叠卷芯5，叠卷芯5固定连接有正极极耳1和负极极耳2，正极极耳1和负极极耳2设置于电芯3的外部。

所述软包锂离子电池的电芯3厚度为15±2mm，电芯宽度w1为118±5mm，电芯长度l1为243±5mm。

所述气袋宽度w2为电芯宽度w1的25％。

实施例2