本发明属于锂离子电池技术领域,具体涉及一种提高三元电池电解液浸润的方法及得到的电池。
背景技术:
因具有较高的工作电压、能量密度、长寿命和对环境友好等特点,锂离子电池已经成为新一代电动汽车、电动工具及电子产品的动力电源,目前已经广泛应用于能源、交通、通讯等不同的领域之中。
目前商业化的动力型锂离子电池主要为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰三元电池。动力电池要求电池具有较高的能量密度和高安全性,而钴酸锂因为其自身热安稳性最差,不适用于动力电池范畴,而锰酸锂能量密度较低使用受限,磷酸铁锂作为较早研制的技能,优点是安全性极好、环保、循环寿数高,但缺陷在于能量密度较低且已经挨近到达天花板,而三元自身有着高能量密度上限的优势,未来跟着技能持续前进,安全性问题逐渐改善,在其他电池技能未实现重大突破之前,三元现在仍然是动力电池范畴最优之选。三元材料(镍钴锰酸锂)提高镍的含量能大大提升材料的比容量,因此高镍三元材料必然是将来大型电池的一种理想材料。
当前商业化的高镍三元软包动力锂离子电池,一般采用一次注液,长时间常温常压静置的方法。注液后,将电池进行1min左右的真空静置,然后通过热封对电池进行封边,最后48h常温常压静置。电解液在电池充放电过程中是锂离子输运的载体,注液过程对电解液在电池多孔介质中的流动要求极高,要求电解液充分浸润电池正负极和电池隔膜。高镍三元软包动力锂离子电池完全注液后,需要进行长时间常温常压静置,保证电解液完全浸润。然后进行化成工艺,在这个阶段,锂离子负极和隔膜之间形成一层致密的sei膜。常规的注液方法,注液后,真空环境静置时间短,电解液还未完全浸润。热封封边后,电池需要进行长时间常温常压静置,以确保电解液浸润。这种方法会产生电解液分布不均匀的现象,在流动末端由于流苏和压差都比较小,导致电解液扩散较慢。同时正负极和隔膜的孔隙率存在差异,导致电解液在三者中扩散速度不一样,进而影响sei膜的形成。而且静置时间过长,严重影响生产效率。
cn108666640a公开了一种高镍三元锂电池的低温化成方法,所述方法包括以下步骤:a、将碳酸丙烯酯冷冻凝固,将凝固的碳酸丙烯酯加入由电解质锂盐和溶剂乙酸甲酯组成的电解液a中,得到电解液b;b、对待注液高镍三元锂电池抽真空,保持电解液b中碳酸丙烯酯凝固,将电解液b注入电池中,静置后得到注液的电池;c、将电池用电池容量值0.2倍大小的电流恒流充电到3.5v,再用电池容量值0.5倍大小的电流恒流充电到4v;最后将电池温度升至常温,静置后封口,得到低温化成的高镍三元锂电池。但是所述方法注液后直接化成,导致电解液分布不均匀,影响sei膜的形成。
cn109950636a公开了一种高镍三元锂离子电池化成工艺。所述工艺依次包括如下步骤:(1)对烘烤后的电芯进行真空注液;(2)预封;(3)高温静置;(4)一次常温化成;(5)真空抽气;(6)二次常温化成;(7)高温老化;(8)冷却降温;(9)终封。但是所述方法注液后直接化成,导致电解液分布不均匀,影响sei膜的形成。
因此,本领域需要开发出一种提高电解液浸润效果的方法。所述方法得到的锂离子电池电解液浸润效果好,而且生产效率高。
技术实现要素:
针对现有技术中三元软包动力锂离子电池(特别是高镍三元软包动力锂离子电池),采用一次注液,长时间常温常压静置的方法,进而导致电解液分布不均匀,影响sei膜的形成的问题。本发明提供一种提高三元电池电解液浸润的方法及得到的电池。所述方法能够改善电解液浸润效果;缩短电池生产制造时间,提高电池生产效率。
为达上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明的目的之一在于提供一种提高三元电池电解液浸润的方法,所述方法包括:将注液后的三元电池依次进行震动和真空静置的过程。
本发明采用将震动和真空静置相结合的方法取代常温常压静置,在电池注液后进行振动,可有效缩短电解液浸润的时间,提高电解液浸润的效率;然后用真空静置取代常规的常温常压静置,进一步降低电解液对电极片介孔和微孔的浸润时间,提高浸润效果和循环寿命,同时缩短了软包锂离子电池的生产制造过程,提高生产效率。本发明中震动和真空静置相结合才可以达到最优的技术效果,单纯震动或真空静置皆无法达到本发明的技术效果。
优选地,所述震动在震动架上进行。
优选地,所述震动的频率为10hz~50hz,例如15hz、20hz、25hz、30hz、35hz、40hz或45hz等。
本发明所述震动的频率为10hz~50hz,震动频率过低,电解液浸润效果不明显;震动频率过高,软包锂离子电池内部结构,尤其是正负极片容易受损。
优选地,所述震动的时间为5~10min,例如5.5min、6min、6.5min、7min、7.5min、8min、8.5min、9min或9.5min等。
本发明所述震动的时间为5~10min,震动时间过短,电解液浸润效果不佳;震动时间过长,软包力离子电池的浸润效果有限,影响生产效率。
优选地,所述震动之后,还包括筛选的过程。
优选地,所述震动之后,筛选之前,还包括将电池进行封装的过程。
本发明对于封装的过程不做具体限定,本领域技术人员可根据现有技术中封装的过程进行选择。
优选地,所述筛选为:测试绝缘电阻筛选出不良品。
本发明所述不良品为:电压50v测试条件下,电阻>100mω。
优选地,所述静置为在真空环境下静置。
优选地,所述静置的真空度为-80~-90kpa,例如-81kpa、-82kpa、-83kpa、-84kpa、-85kpa、-86kpa、-87kpa、-88kpa或-89kpa等。
本发明所述真空静置的真空度为-80~-90kpa,真空度过低,达到理想浸润效果,耗时较长;真空度过高,电池内部极片受损。
优选地,所述三元电池为软包电池。
优选地,所述三元电池为高镍三元电池。
本发明所述高镍三元电池为三元正极材料中镍含量的摩尔含量≥60%的三元材料。
优选地,所述真空静置的时间为30~90min,例如32min、35min、40min、45min、48min、50min、55min、56min、60min、65min、70min、80min或85min等。
作为优选技术方案,本发明所述一种提高三元电池电解液浸润的方法,包括如下步骤:
将注液后的三元电池依次进行频率为10hz~50hz的震动5~10min,将电池封装后,测试绝缘电阻筛选出不良品,在真空度为-80~-90kpa的环境静置30~90min。
本发明的目的之二在于提供一种锂离子电池,所述锂离子电池通过目的之一所述的方法得到。
优选地,所述锂离子电池中的正极活性材料为高镍三元正极材料。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
本发明采用震动和真空静置相结合的方法取代常温常压静置,有效缩短电解液浸润的时间,不仅降低电解液对电极片介孔和微孔的浸润时间,提高电解液浸润的效率,而且提高了浸润效果和循环寿命,同时缩短了软包锂离子电池的生产制造过程,提高生产效率。相比于现有技术中的常温常压静置,本发明的方法可有效地缩短电解液的浸润时间,适用于工业化生产。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
本发明实施例所用高镍三元软包电池中,正极为:正极活性材料(ncm523)、导电炭黑super-p和聚偏二氟乙烯的质量比为93:4:3;负极为:石墨、导电炭黑super-p和羧甲基纤维素(cmc)的质量比为95:2.5:2.5,电解液为1mol/l的lipf6(ec:emc体积比=1:1)。
实施例1
将注液后的高镍三元软包电池依次进行频率为25hz的震动8min,将电池封装后,测试绝缘电阻筛选出不良品,在真空度为-80kpa的环境静置60min。
实施例2
将注液后的高镍三元软包电池依次进行频率为10hz的震动8min,将电池封装后,测试绝缘电阻筛选出不良品,在真空度为-80kpa的环境静置60min。
实施例3
将注液后的高镍三元软包电池依次进行频率为50hz的震动8min,将电池封装后,测试绝缘电阻筛选出不良品,在真空度为-80kpa的环境静置60min。
实施例4
将注液后的高镍三元软包电池依次进行频率为5hz的震动8min,将电池封装后,测试绝缘电阻筛选出不良品,在真空度为-80kpa的环境静置60min。
实施例5
将注液后的高镍三元软包电池依次进行频率为60hz的震动8min,将电池封装后,测试绝缘电阻筛选出不良品,在真空度为-80kpa的环境静置60min。
实施例6
将注液后的高镍三元软包电池依次进行频率为25hz的震动8min,将电池封装后,测试绝缘电阻筛选出不良品,在真空度为-100kpa的环境静置60min。
实施例7
将注液后的高镍三元软包电池依次进行频率为25hz的震动8min,将电池封装后,测试绝缘电阻筛选出不良品,在真空度为-70kpa的环境静置60min。
实施例8
将注液后的高镍三元软包电池依次进行频率为50hz的震动5min,将电池封装后,测试绝缘电阻筛选出不良品,在真空度为-90kpa的环境静置30min。
实施例9
将注液后的高镍三元软包电池依次进行频率为10hz的震动10min,将电池封装后,测试绝缘电阻筛选出不良品,在真空度为-85kpa的环境静置50min。
对比例1
将注液后的高镍三元软包电池在真空度为-80kpa的环境静置60min,即不进行震动。
对比例2
将注液后的高镍三元软包电池依次进行频率为25hz的震动8min,将电池封装后,测试绝缘电阻筛选出不良品,在常温常压的环境静置60min。
性能测试:
将各实施例和对比例得到的电池进行绝缘电阻测试、常温倍率放电测试和常温倍率充电测试,测试结果如表1所示:
表1
通过表1可以看出,影响电解液浸润效果的因素,频率>真空度>静置时间,静置时间除影响电解液浸润效果外,同时影响生产效率。
通过表1可以看出,本发明实施例4-5相对于实施例1电化学性能较差,绝缘电阻较低,因为实施例4中震动的频率较低,电解液浸润效果不佳;实施例5中震动的频率较高,软包锂离子电池内部结构,尤其是正负极片容易受损。
通过表1可以看出,本发明实施例6-7相对于实施例1电化学性能较差,绝缘电阻较低,因为实施例6-7中真空度过高或过低,真空度过低,达到理想浸润效果,耗时较长;真空度过高,电池内部极片受损。
对比例1-2相对实施例1,绝缘电阻和克容量均偏小,单纯真空静置或震动,皆无法达到电解液充分浸润,因此选出最佳的测试范围,频率(10~50hz),震动时间(5~10min)真空度(-80~-90kpa),静置时间(30~90min)。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法,但本发明并不局限于上述详细方法,即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。