一种电池的注液方法与流程

本发明涉及电池，特别涉及一种电池的注液方法。

背景技术：

1、锂离子电池主要由正极、负极和电解液等部分构成，其中电解液虽然不提供容量，但是却承担着在正负极之间传导li+的重要作用，因此锂离子电池的循环寿命和倍率性能等特性都与电解液之间有着密切的关系。由于电解液在锂离子电池工作的过程中会持续地在正负极发生氧化和还原反应，因此注液量过少对于锂离子电池的循环寿命不利，同时如果电解液数量过少，也会导致部分活性物质无法浸润，因此不利于电池容量的发挥，但是注液量过多也会造成锂离子电池能量密度下降，成本升高等问题。

2、而注液工序是锂离子电池制作的一道关键工序。通常电池难以一次将全部电解液注入到电池内，注液分为两次注液，需要重点确认一次注液量的多少，一次注液量过多，会增加注液时间，严重的甚至会造成喷液，影响注液效率和产能；一次注液量过少，会造成极片浸润不良，会造成化成过程产气过多和增大电池内阻，影响电池性能，因此，合适的注液量对锂电池，显得尤为重要。

3、相关技术中，普通锂离子电池是根据注液系数确定一次注液量，具体为确定电池型号容量，而后确定电池的注液系数(2.5-4)，再根据公式注液系数＝电解液密度·理论注液量/设计容量＝(电解液密度·(正极极片孔径+负极极片孔径+隔膜孔径))/设计容量，进而确定电池总注液量，而普通电池的一次注液量往往占比总注液量的80％-90％即可；

4、对于特殊长宽比和/或特殊长高比下的电池，由于其尺寸结构的特殊性，导致注液后电解液的传输路径过长或者传输面过宽，一旦出现一次注液不足时，则往往会直接导致电解液的浸润性不足，进而使得电池在化成后出现黑斑。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种解决电池在一次注液后化成出现黑斑的方法，对此，本发明提供一种电池的注液方法。

2、现有技术，对于特殊长宽比和/或特殊长高比下的电池，由于其尺寸结构的特殊性，导致注液后电解液的传输路径过长或者传输面过宽，一旦出现一次注液不足时，则往往会直接导致电解液的浸润性不足，进而使得电池在化成后出现黑斑；例如，刀片电池为了换取车内纵向空间上的体积释放，把电池的极耳设计在了电池的长度/宽度方向上，而非电池的高度方向上，从而提升了空间利用率；

3、基于上述，当上述特殊长宽比和/或特殊长高比下的电池继续沿用背景技术中记载的普通锂离子电池的注液量及其方法从注液口注液后，由于电池传输路径过长或者传输面过宽，使得电解液的传输路径被迫拉长或者变宽，一旦出现一次注液不足时，往往直接导致的是电解液的浸润性不足，进而导致电池在化成后出现黑斑。黑斑产生原因主要是当电解液浸润性不足时，容易产生浓差极化(浸润不足区域与正常区域离子浓度不同而引起电极电位偏离平衡电位的现象)，进而引起浸润不足区域温度升高出现黑斑现象。

4、如继续在该类型电池上参照普通锂离子电池的注液系数进而推出的一次注液量占比的方式，则无法得出适合电池的一次注液量，因此，该些相关参数如电解液密度、正极极片孔径、负极极片孔径、隔膜孔径等则不再适用；

5、对此，发明人创造性的提出通过针对该类型电池的长高比和长宽比从而获取电解液的一次注液的电解液注入量，可以有效提高该类型电池的浸润性，并且，当长高比和长宽比的比值过大也会影响电池的浸润性。

6、本发明提供一种电池的注液方法，所述电池包括正极片、负极片、隔膜和电解液，包括：

7、所述注液方法包括一次注液和一次化成；

8、所述一次注液的电解液注入量占总电解液质量的质量百分比在82％以上且96％以下且所述一次注液的电解液注入量与所述外壳的长高比和长宽比满足以下公式：

9、

10、其中，x表示所述外壳的长高比，y表示所述外壳的长宽比，z表示一次注液的电解液注入量占总电解液质量的质量百分比；所述长高比在3.0以上且6.0以下，所述长宽比在10.0以上且20.0以下。

11、值得注意的是，本实施例中外壳从所述多个电极的层叠方向观察时形成具有长边和短边的矩形的形状，所述长边指代所述外壳的长度，短边指代所述外壳的宽度，而垂直该矩形面的方向的厚度指代所述外壳的高度。

12、发明人实验发现，尤其在该类型电池中，正极片过高的压实密度会导致极片的孔隙率过低，阻碍锂离子在电解液通道中的传输扩散，压实过大，反弹增大，界面的副反应增多，导致化学电阻增大，活性材料接触间的距离减小、物理电阻减小，使得实际上电化学阻抗出现变化，由此：

13、在一更佳的实施例中，所述正极片的压实密度在2.25g/cm3以上且2.65g/cm3以下，通过进一步限定正极片的压实密度，可以提高电池的浸润性。

14、需要说明的是，电解液的浸润过程一般可以分为以下几步：1.首先电解液从外壳一侧的注液口开始进入；2.电解液在毛细压力的作用下沿着电极和隔膜进行扩散；3.由于电解液沿着隔膜扩散较快，因此电解液会从隔膜向电极内部进行更为快速的扩散。因此，接触角控制电解液，电极片，隔膜之间的浸润性是电解液的重要参数，接触角如不合适会导致浸润性差或者浸润不均匀，从而导致化成出现黑斑；

15、对此，在一更佳的实施例中，所述电解液与所述隔膜的接触角大于所述电解液与所述正极极片的接触角。在一更佳的实施例中，所述电解液与所述隔膜的接触角在10°以上且85°以下，进一步限定所述电解液与所述隔膜的接触角的范围，可以进一步的提高电池的浸润性，较佳的，所述电解液与所述隔膜的接触角在12°以上且36°以下，更佳的，所述电解液与所述隔膜的接触角为21.1°。在一更佳的实施例中，所述电解液与所述正极极片的接触角在10°以上且80°以下，较佳的，所述电解液与所述正极极片的接触角在10°以上且30°以下，进一步限定所述电解液与所述正极极片的接触角的范围，可以进一步的提高电池的浸润性，更佳的，所述电解液与所述正极片的接触角为18.4°。

16、在一更佳的实施例中，所述注液方向为垂直注液且注液时的电解液流速在2.3l/min以上且10.1l/min以下，较佳的，所述注液时的电解液流速为在3.6l/min以上且7.2l/min以下，更佳的所述注液时的电解液流速为5.63l/min。注液时电芯以长度方向垂直于地面摆放，注液孔朝上，垂直注液可使注液时电解液从上向下逐渐浸润，避免电芯长度方向一侧浸润性差。

17、需要注意的是，注液时电芯以长度方向垂直于地面摆放，注液孔朝上。此处的垂直方向，则为长度的方向。

18、在一更佳的实施例中，所述电解液腔室内的压强在0.1mpa以上且5mpa以下，较佳的，所述电解液腔室内的压强在0.15mpa以上且1mpa以下，更佳的，所述电解液腔室内的压强为0.25mpa。

19、在一更佳的实施例中，所述电解液的水含量＜100ppm，较佳的，所述电解液的含水量为10ppm；所述电解液的氢氟酸含量＜100ppm，较佳的，所述电解液的氢氟酸含量为20ppm；所述电解液的密度在0.8g/cm3以上且1.6g/cm3以下，较佳的，所述电解液的密度为1.2g/cm3；在25℃下，所述电解液的电导率在6ms/cm以上且15ms/cm以下。

20、在一更佳的实施例中，以质量百分比计，所述电解液包含：70％-87％的溶剂、10％-20％的锂源以及3％-10％的功能添加剂。

21、所述溶剂选自碳酸丙烯酯(pc)、碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸甲乙酯(emc)中的至少一种；较佳的，使用时采用高低黏度溶剂混用，例如：其组合为碳酸乙烯酯(ec)+碳酸二乙酯(dec)、碳酸乙烯酯(ec)+碳酸二甲酯(dmc)、碳酸乙烯酯(ec)+碳酸二甲酯(dmc)+碳酸甲乙酯(emc)、碳酸乙烯酯(ec)+碳酸二甲酯(dmc)+碳酸二乙酯(dec)等，优选采用碳酸乙烯酯(ec)+碳酸二甲酯(dmc)+碳酸二乙酯(dec)的组合。

22、所述锂源选自四氟硼酸锂(libf4)、六氟磷酸锂(lipf6)、新型锂盐双氟磺酰亚胺锂(lifsi)中的至少一种；较佳的，所述锂源为六氟磷酸锂(lipf6)。

23、所述功能添加剂选自成膜添加剂、高温添加剂、低温添加剂、过充保护添加剂、阻燃添加剂、倍率型添加剂中的至少一种；例如，选用碳酸亚乙烯酯(vc)和氟代碳酸乙烯酯(fec)等，优选添加碳酸亚乙烯酯(vc)。

24、当然，所述电解液也可以是现有技术中其他物质的组合。

25、在一更佳的实施例中，所述一次化成的温度在25℃以上且55℃以下、真空度在-150kpa以上且-20kpa以下。更佳的，所述一次化成温度在40℃以上且50℃以下，尤其是45℃；更佳的，所述真空度在-75kpa以上且-60kpa以下，尤其是-70kpa。

26、过低或过高的化成温度，在注入的电解液浸润性不足的时候，容易导致界面化成出现黑斑。需要说明的是，本发明在化成时，特别采用负压是用于将化成产生的气体及时排出，以避免极片之间由于气体的产生导致极片-隔膜-极片之间的接触不良，进而导致黑斑的产生。

27、在一更佳的实施例中，所述一次化成包括以下步骤：

28、一次静置；一次恒流充电；二次静置；二次恒流充电；三次静置；

29、所述二次恒流充电的电流大于一次恒流充电，所述二次恒流充电的时间少于一次恒流充电的时间。

30、发明人实验发现小电流的预充方式在化成过程中有助于稳定的sei膜形成，但是长时间的小电流充电会导致形成的sei膜阻抗增大，从而影响锂离子电池的倍率放电性能，过程时间长影响生产效率；由此：

31、在一更佳的实施例中，所述一次恒流充电的充电电流在0.01c以上且0.1c以下，较佳的，所述一次恒流充电的充电电流为0.025c。

32、在一更佳的实施例中，所述二次恒流充电的充电电流在0.05c以上0.5c以下，较佳的，所述二次恒流充电的充电电流为0.3c。

33、在一更佳的实施例中，所述一次恒流充电的充电电流在0.01c以上且0.1c以下和/或所述二次恒流充电的充电电流在0.05c以上0.5c以下。

34、在一更佳的实施例中，所述一次恒流充电的时间为50-360min，较佳的，所述一次恒流充电的时间为150min；所述二次恒流充电的时间为30-360min，较佳的，所述二次恒流充电的时间为89min。

35、在一更佳的实施例中，所述一次静置的时间为5-60min，较佳的，所述一次静置的时间为10min；所述二次静置的时间为10-120min，较佳的，所述二次静置的时间为45min；所述三次静置的时间为10-120min，较佳的，所述三次静置的时间为10min。

36、值得注意的是，本发明特别采用两段间隔恒流充电的方式且二次恒流充电的电流为一次恒流充电电流的8-16倍，基于上述恒流充电方式，相比于常规的一段恒流充电，其在更小电流的充电过程中首先逐步形成sei膜，并在二次静置的时间内可逐步稳定所形成的sei膜层，进而在二次恒流充电过程中，因为其二次恒流充电所使用的充电电流更高，不仅可以使得副反应得以反应完全，更重要的是，由于二次恒流充电电流更高，使得二次静置后的sei膜进一步形成更为致密的sei膜。

37、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

38、电池一注占比不确定导致极片浸润性不足，本发明提供的方法可以有效提高电池内极片的浸润性；

39、本发明提供的方法可以使电池在一注后化成极片无黑斑出现。

40、本发明的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他有益效果可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。