專利名稱：鋰離子電池的負(fù)壓化成方法及其電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池的化成方法及應(yīng)用，尤其是一種新型適用于鋰離子電池的負(fù) 壓化成方法及其電池。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代電子產(chǎn)品在日常生活中的廣泛應(yīng)用使得市場(chǎng)對(duì)鋰離子電池的需求量大增，催 生了眾多鋰離子電池生產(chǎn)廠。但目前鋰離子電池的工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中易出現(xiàn)鼓殼、電池容 量離散性偏大、電池外觀差等質(zhì)量問(wèn)題。產(chǎn)生上述問(wèn)題的一個(gè)重要原因在于，首次化成生成 固體電解質(zhì)中間相膜(SEI)的充電過(guò)程產(chǎn)生負(fù)極極化現(xiàn)象，進(jìn)而引起溶劑發(fā)生電化學(xué)還原 而產(chǎn)生氣體。氣體的存在必然會(huì)導(dǎo)致電池的鼓脹、電解液的外溢、電池外觀被腐蝕、容量偏 低。為了避免電極迅速極化產(chǎn)生氣體，現(xiàn)行生產(chǎn)工藝均采用下列過(guò)程電池注液后需靜止 擱置12 16小時(shí)后開(kāi)口化成、化成后需靜止擱置24小時(shí)后封口、封口后需靜止擱置6 7天后分容。一般情況下，僅該化成工序就需36 40小時(shí)。很顯然，這些工序的存在大大 延長(zhǎng)了電池的制成時(shí)間，制成周期一般在12天左右，同時(shí)增加了設(shè)備的開(kāi)機(jī)耗能時(shí)間，引 發(fā)了電池中轉(zhuǎn)過(guò)程中的存放場(chǎng)地需求。如果硬性縮短化成時(shí)間，易造成鋰離子電池容量偏 低、鼓殼等問(wèn)題。可見(jiàn)目前為解決氣體產(chǎn)生而采取的擱置時(shí)間是造成電池制程時(shí)間長(zhǎng)的最 根本原因，形成行業(yè)內(nèi)一直未能很好解決的的問(wèn)題。同時(shí)，開(kāi)口化成工序中存在電解液的外 溢及揮發(fā)，造成電池外觀腐蝕及車間環(huán)境的惡化。為了減少水分對(duì)于鋰離子電池性能的影 響，開(kāi)口化成工序一般需在無(wú)水環(huán)境中進(jìn)行，大型企業(yè)一般通過(guò)建立干燥房解決該問(wèn)題，往 往造成固定投資的增大。因此如何能在保證電池性能的基礎(chǔ)上有效地減少固定資產(chǎn)投資， 縮短化成工序所需時(shí)間，減少電解液的損耗，對(duì)于提高設(shè)備的利用率、降低生產(chǎn)能耗、降低 電池的制造成本是極為重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有開(kāi)口化成工藝的不足，提供一種新的鋰離子電池化成 方法及其電池。該方法具有投資小，化成工序時(shí)間短、化成效率高的優(yōu)點(diǎn)。使用該化成方法 還有助于提高鋰離子電池的電化學(xué)性能、改善電池外觀，并能改善注液車間工作環(huán)境。本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下在電池的注液孔上貼上疏水型滲透膜，所述滲透膜可以是任意的耐鋰離子電池有 機(jī)電解液的聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯類、聚丙烯膜等。采用負(fù)壓化成技術(shù)對(duì)電池進(jìn)行化成，控制電池內(nèi)壓在-0. OlMPa -0. IMPa的真空 度范圍內(nèi)，在0. OlC 1. 5C的電流范圍內(nèi)充電，并通過(guò)時(shí)間控制鋰離子電池的充電量進(jìn)行 化成。電池在負(fù)壓狀態(tài)下的化成時(shí)間為1小時(shí) 4小時(shí)，在化成結(jié)束時(shí)可以直接放入空氣
或干燥氣體恢復(fù)至常壓。所述電池可在注液后12小時(shí)內(nèi)的任意時(shí)間直接化成，可在化成后24小時(shí)內(nèi)的任 意時(shí)間直接封口，封口后7天內(nèi)的任意時(shí)間直接分容。
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本發(fā)明所述的鋰離子二次電池的負(fù)壓化成方法包括以下步驟1.在普通真空箱體內(nèi)安裝電池化成端子，并將控制線引出箱體外與控制面板部分 相連，改造成負(fù)壓真空化成箱(柜)。2.將常規(guī)方法制造的電池芯裝入電池殼，烘烤后注液、貼疏水型滲透膜，隨后立即 上負(fù)壓真空化成柜化成；先常壓充電化成一定時(shí)間(0. 05C 0. IC化成45 60分鐘)， 然后進(jìn)行負(fù)壓充電化成，負(fù)壓化成過(guò)程中控制真空度在-0. OlMPa -0. IMPa，充電電流在 0.01C 1.5C的范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)注液完畢至化成結(jié)束所需時(shí)間在2 5小時(shí)范圍內(nèi)；3.化成結(jié)束后直接通入空氣或干燥氣體使柜內(nèi)壓力恢復(fù)至常壓。4.化成后電池立即進(jìn)行封口并按照現(xiàn)行工藝進(jìn)行分容。本發(fā)明依據(jù)上述負(fù)壓化成方法得到鋰離子二次電池。本發(fā)明使用的貼膜與負(fù)壓化成技術(shù)與現(xiàn)有化成工藝相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效 果1.疏水型滲透膜和負(fù)壓化成可以有效地減弱環(huán)境中水分的影響，可消除化成環(huán)境 對(duì)電池性能、外觀的影響程度，使得該化成工序可在高濕環(huán)境中進(jìn)行；2.采用負(fù)壓化成還可使電解液充分潤(rùn)濕電極，從而有效地減弱極化現(xiàn)象，進(jìn)而減 少電池內(nèi)副反應(yīng)氣體的存在，最終可改善電池氣脹、副反應(yīng)氣體的排除速率及程度，有利于 提高化成效率、改善電池性能；3.負(fù)壓化成前先采用常壓0. 05C 0. IC化成45 60分鐘，再進(jìn)行負(fù)壓化成的組 合化成方式可有效減少電解液的損耗。4.化成結(jié)束后不需刻意通入干燥氣體恢復(fù)柜內(nèi)壓力至常壓。因此本發(fā)明的使用可使電池不需在化成、封口、分容等工序前長(zhǎng)時(shí)間靜置，同時(shí)可 以減少電解液的外溢及揮發(fā)，消弱水分的影響，因此可以有效地緩解傳統(tǒng)電池化成過(guò)程中 的制成時(shí)間長(zhǎng)、開(kāi)機(jī)能耗大、所需靜置場(chǎng)地多等相關(guān)問(wèn)題，具有提高設(shè)備利用率、降低開(kāi)機(jī) 能耗、改善化成車間工作環(huán)境、減少電解液損耗的優(yōu)勢(shì)，符合國(guó)家節(jié)能減排的目標(biāo)，有利于 環(huán)保。電池制程時(shí)間的縮短、干燥房的淘汰最終可有效減少資金在制程中的占用，加快資金 的周轉(zhuǎn)率，有助于企業(yè)獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所述的鋰離子二次電池的負(fù)壓化成工藝包括以下步驟將常規(guī)方法制造的電池芯裝入電池殼，烘烤后注液、貼疏水型滲透膜，隨后立即上 負(fù)壓真空化成柜化成；先常壓充電化成一定時(shí)間，然后進(jìn)行負(fù)壓充電化成，負(fù)壓化成過(guò)程中 控制真空度在-0. IMPa以下，充電電流在1. 5C以下。注液完畢至化成結(jié)束所需時(shí)間在5小 時(shí)內(nèi)。化成結(jié)束后直接通入空氣或干燥氣體使柜內(nèi)壓力恢復(fù)至常壓?；珊箅姵亓⒓催M(jìn)行 封口并按照現(xiàn)行工藝進(jìn)行分容。該負(fù)壓化成過(guò)程操作如下①將注液后電芯的注液孔用單向截止膜密封；②打開(kāi)負(fù)壓化成柜，將電芯安放到夾具上，然后將負(fù)壓化成柜關(guān)閉；③設(shè)置化成柜控制面板上電流、時(shí)間參數(shù)，先進(jìn)行常壓化成，按照設(shè)計(jì)容量的10% 除以相應(yīng)的充電電流確定常壓化成時(shí)間、；
④啟動(dòng)真空系統(tǒng)，在相應(yīng)的真空度下繼續(xù)化成，按照設(shè)計(jì)容量的60%除以相應(yīng)的 充電電流確定負(fù)壓化成時(shí)間t2。此時(shí)總充電電量不超過(guò)電池設(shè)計(jì)容量的70% ；⑤將化成柜內(nèi)壓力直接恢復(fù)至常壓，取出電池直接進(jìn)行封口分容。下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明中步驟④⑤的時(shí)間與真空度作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1在常壓下以0. 05C電流充電120分鐘，然后在_0. 05MPa的負(fù)壓下以0. 2C充電180 分鐘后停止充電，此時(shí)充電電量占電池設(shè)計(jì)容量的70 %。實(shí)施例2在常壓下以0. 05C電流充電120分鐘，然后在_0. 05MPa的負(fù)壓下以0. 3C充電120 分鐘后停止充電，此時(shí)充電電量占電池設(shè)計(jì)容量的70 %。實(shí)施例3在常壓下以0. IC電流充電60分鐘，然后在-0. 05MPa的壓力下以0. 3C充電120 分鐘后停止充電，此時(shí)充電電量占電池設(shè)計(jì)容量的70%。實(shí)施例4在常壓下以0. IC電流充電60分鐘，然后在-0. 05MPa的負(fù)壓下以0. 6C充電60分 鐘后停止充電，此時(shí)充電電量占電池設(shè)計(jì)容量的70%。實(shí)施例5在-0. 07MPa的負(fù)壓下以0. 05C電流充電120分鐘后停止充電，此時(shí)充電電量占電 池設(shè)計(jì)容量的10%。實(shí)施例6 在-0. 07MPa的負(fù)壓下以0. 05C電流充電30分鐘，然后在_0. 06MPa的負(fù)壓下以 0. 3C充電30分鐘后停止充電，此時(shí)充電電量占電池設(shè)計(jì)容量的25%。實(shí)施例7:在-0. 06MPa的負(fù)壓下以0. IC電流充電60分鐘，然后在_0. 06MPa的負(fù)壓下以0. 3C 充電60分鐘后停止充電，此時(shí)充電電量占電池設(shè)計(jì)容量的40%。上述實(shí)施例的檢測(cè)結(jié)果如表1 表1 注1.電壓保持率指循環(huán)過(guò)程中電池電壓的保持情況；2.厚度反彈量指循環(huán)過(guò)程中電池厚度的增加百分比；3.電荷保持指電池在儲(chǔ)存期間電池電壓隨時(shí)間的變化；4.設(shè)備利用率指按照該實(shí)施方案，一個(gè)化成柜一天最多可以完成的電池?cái)?shù)。5.電池外觀指電池表面的清潔程度，要求無(wú)電解液斑跡為好。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在一定的負(fù)壓范圍內(nèi)，采用選擇透過(guò)性膜及負(fù)壓化成技術(shù)可 以實(shí)現(xiàn)較大電流化成，因而可以有效地縮短化成時(shí)間。同時(shí)該方法化成的電池，活性物質(zhì)容 量發(fā)揮高、內(nèi)阻小，可以提高電池的容量發(fā)揮、延長(zhǎng)循環(huán)壽命，減弱電池在循環(huán)過(guò)程中的鼓 殼現(xiàn)象，提高電池的擱置壽命。該化成方法還減少電解液的外溢損失，有助于電池外觀及注 液車間工作環(huán)境的相應(yīng)改善。該生產(chǎn)工藝不受環(huán)境濕度的影響，并且可減少電池制成后的 后處理工序，有力地提高了電池的品級(jí)。該工藝的實(shí)現(xiàn)有助于實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)電池的要求。
權(quán)利要求
一種鋰離子電池的負(fù)壓化成方法，其特征在于它是在電池的注液孔上貼上疏水型滲透膜，采用負(fù)壓化成技術(shù)對(duì)電池進(jìn)行化成，控制電池內(nèi)壓在 0.01MPa～ 0.1MPa的真空度范圍內(nèi)，在0.01C～1.5C的電流范圍內(nèi)充電，并通過(guò)時(shí)間控制鋰離子電池的充電量進(jìn)行化成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化成方法，其特征在于所述的滲透膜是聚四氟乙烯、聚偏氟 乙烯類、聚丙烯膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化成方法，其特征在于所述的負(fù)壓化成時(shí)間為1小時(shí) 4小 時(shí)，充電電流為0. OlC 1. 5C，在化成結(jié)束時(shí)可以直接放入空氣或干燥氣體恢復(fù)至常壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化成方法，其特征在于所述電池可在注液后12小時(shí)內(nèi)的任意 時(shí)間直接化成，在化成后24小時(shí)內(nèi)的任意時(shí)間直接封口，封口后7天內(nèi)的任意時(shí)間直接分容。
5.一種鋰離子二次電池的負(fù)壓化成方法，其特征在于包括以下步驟1)在普通真空箱體內(nèi)安裝電池化成端子，并將控制線引出箱體外與控制面板部分相 連，改造成負(fù)壓真空化成箱；2)將常規(guī)方法制造的電池芯裝入電池殼，烘烤后注液、貼疏水型滲透膜，隨后立即上柜 化成；在0. OlC 1. 5C電流范圍內(nèi)先常壓充電化成45 60分鐘，然后進(jìn)行負(fù)壓充電化成， 負(fù)壓化成過(guò)程中控制真空度在-0. OlMPa -0. IMPa ；設(shè)計(jì)注液完畢至化成結(jié)束間隔時(shí)間在 2 5小時(shí)范圍內(nèi)；3)化成結(jié)束后直接通入空氣或干燥氣體使柜內(nèi)壓力恢復(fù)至常壓；4)化成后電池立即進(jìn)行封口并按照現(xiàn)行工藝進(jìn)行分容。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的化成方法，其特征在于所述電池在注液后12小時(shí)內(nèi)的任意時(shí) 間直接化成，在化成后24小時(shí)內(nèi)的任意時(shí)間直接封口，封口后7天內(nèi)的任意時(shí)間直接分容。
7.權(quán)利要求1-6任意所述的負(fù)壓化成方法得到的鋰離子二次電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋰離子電池的負(fù)壓化成方法及其電池。它是在電池的注液孔上貼上疏水型滲透膜，采用負(fù)壓化成技術(shù)對(duì)電池進(jìn)行化成，控制電池內(nèi)壓在-0.01MPa～-0.1MPa的真空度范圍內(nèi)，在0.01C～1.5C的電流范圍內(nèi)充電，并通過(guò)時(shí)間控制鋰離子電池的充電量進(jìn)行化成。這種方法化成的電池，具有活性物質(zhì)容量發(fā)揮高、內(nèi)阻小、鼓殼的幾率小、循環(huán)壽命和擱置壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，并且不受環(huán)境濕度的影響。同時(shí)該方法具有化成時(shí)間短、設(shè)備利用率高、能耗小、電解液損耗小的優(yōu)點(diǎn)，是一種有助于環(huán)保的適合于大量生產(chǎn)鋰離子電池的高效化成方法。
文檔編號(hào)H01M10/0525GK101908647SQ20101022655
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者楊康, 蘇銀利, 陳麗 申請(qǐng)人:廣東省惠州市泰格威電池有限公司;天津大學(xué)