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CN113745664A - 一种全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法 - Google Patents

一种全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法，所述开口化成方法包括：在全极耳钢壳圆柱电池注液量达到总注液量的80％‑85％后，依次进行开口化成和老化，所述老化结束后进行剩余注液量注液，封口。本发明通过在注液量为总注液量的80％‑85％时，以特定条件进行开口化成，然后进行老化、剩余注液量注液、封口，可以有效排除化成过程中产生的气体，且化成过程不复杂，也不会存在密封不到位、电解液易溅出等安全隐患，所得电池循环效果优于常规的封口化成方法。

Description

一种全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法。
背景技术
全极耳钢壳圆柱电池由于具有倍率性能好，成本低，安全性能好等优势在市场上很流行。
目前，全极耳钢壳圆柱电池的普遍制作工艺为注液-封口-陈化-化成-老化-分容，但是，该工艺存在一定缺陷，即在化成过程中电池内部会产生气体无法排除，届时化成时产生的气体留在全极耳钢壳圆柱电池内部，随着循环的进行，电池内部的气体越来越多，正极极片、负极极片和隔膜三者的距离会越来越远，出现循环跳水的现象。
CN104009256A公开了一种锂离子动力电池的开口化成方法，通过在电池盖帽上加装一个具有弹性的防腐蚀的橡胶密封体，在化成时，在橡胶密封体上插一导通管，化成时产生的气体就会从导通管中排出，化成结束后，用钢珠将橡胶密封体的上部给密封住。该方法虽然能将电池化成过程中产生的气体从针管中排出，但是需要事先在盖帽上设置贯穿盖板和防爆片的贯穿孔用于安放橡胶密封体，并且最后还需用钢珠将橡胶密封体的上部给密封住，工序较为繁琐，而且一旦密封不到位还会产生新的安全隐患。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法，简单有效地解决全极耳钢壳圆柱电池在闭口化成过程中的产气问题。
本发明提供一种全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法，包括：在全极耳钢壳圆柱电池注液量达到总注液量的80％-85％后，依次进行开口化成和老化，所述老化结束后进行剩余注液量注液，封口。
目前普遍采用的封口化成方法会造成化成时产生的气体无法排除，影响电池循环性能，而现有技术提出的开口化成方法也存在工序繁琐、安全隐患等缺陷。本发明研究发现，在注液量为总注液量的80％-85％时，以特定条件进行开口化成，然后进行老化、剩余注液量注液、封口，可以有效排除化成过程中产生的气体，且化成过程不复杂，也不会存在密封不到位、电解液易溅出等安全隐患，所得电池循环效果优于常规的封口化成方法。
进一步地，所述开口化成过程为：在温度25±2℃，真空度为-0.1至-0.085Mpa的条件下，以0.015-0.02C恒流充电2小时，再以0.15-0.2C恒流充电1小时，共充30±5％的电量。
发明人在开口化成的前提下，尝试了不同的化成条件，最终发现在上述化成条件下，能取得较好的化成结果，将电池内的活性物质激活，改善电池的充放电循环性能。
进一步地，进行所述开口化成前，采用一保护套盖住电池敞口并使极耳伸出，后将伸出的极耳弯折，所述保护套为PE材质且顶面设有一尺寸大于所述极耳的缝隙。
本发明利用一保护套在开口化成前进行上述操作，既可以使化成过程中产生的气体从保护套缝隙中排出，又便于化成过程中连接极耳进行充放电，而且化成结束后直接移走保护套，焊接上盖帽即可，省略“事先在盖帽上设置贯穿盖板和防爆片的贯穿孔用于安放橡胶密封体，并且最后还需用钢珠将橡胶密封体的上部给密封住”等繁琐且有安全隐患的操作。
在本发明的优选实施方式中，所述全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法，具体包括以下步骤：
步骤1、化成前预处理：对全极耳钢壳圆柱电池进行注液，注液量为总注液量的80％-85％，注液后进行常温陈化，浸润极片并稳定；
步骤2、常温开口化成：在温度25±2℃，真空度为-0.1至-0.085Mpa的条件下，以0.015-0.02C恒流充电2小时，再以0.15-0.2C恒流充电1小时，共充30±5％的电量；
步骤3、高温老化：在温度45±5℃，真空度-0.1至-0.085Mpa，相对湿度RH≤10％的环境条件下进行老化2-3天；
步骤4、分容前处理：进行剩余注液量注液；
步骤5、封口：浸润极片稳定后，焊接盖帽，进行封口。
优选地，步骤1中，注液前，控制全极耳钢壳圆柱电池卷芯极片的水分含量＜300ppm。控制全极耳钢壳圆柱电池卷芯极片的水分含量在上述范围内有利于限制产生氢氟酸和其他气体。
步骤1中，常温陈化条件为：温度25±5℃，相对湿度RH≤10％。
步骤1和步骤4中，采用抽真空-加压-静置流程进行注液，其中抽真空时真空度控制在-0.1至-0.085Mpa，加压时压力≥0.8Mpa，具体地，抽真空、加压、静置各阶段的时间可根据注液效果进行调整。
步骤5中，焊接盖帽过程中，用经过绝缘处理的超声焊接机进行焊接。因为钢壳带负电，这样可防止盖帽焊接过程中出现短路现象。
上述具体实施方式中，所述全极耳钢壳圆柱电池的正极材料为铁锂材料，负极材料为石墨。
本发明还提供一种由上述方法制备得到的全极耳钢壳圆柱电池。
本发明提供了一种全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法，通过在注液量为总注液量的80％-85％时，以特定条件进行开口化成，然后进行老化、剩余注液量注液、封口，可以有效排除化成过程中产生的气体，且化成过程不复杂，也不会存在密封不到位、电解液易溅出等安全隐患，所得电池循环效果优于常规的封口化成方法。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的全极耳钢壳圆柱电池开口化成方法的工艺流程图；
图2为本发明开口化成过程中使用的保护套结构示意图；
图3为本发明开口化成过程中圆柱电池顶部的示意图；
图4为本发明开口化成过程中铝极耳弯折90°的示意图；
图5为实施例1及对比例1-3所得电池的循环性能测试结果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中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作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。
实施例1
本实施例提供一种全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法，其工艺流程图如图1所示，具体步骤如下：
步骤1、化成前预处理：测全极耳钢壳圆柱电池卷芯极片(正极材料为铁锂材料，负极材料为石墨)的水分含量，确定卷芯极片水分含量＜300ppm后，进行注液，注液量为总注液量的80％，注液后再常温陈化，陈化温度为25℃，真空度为-0.1至-0.085Mpa，充分浸润极片并稳定(时间约为12h)；
其中，注液方法为抽真空(真空大小范围-0.1至-0.085Mpa)，加压(压力≥0.8Mpa)，静置的循环方法；
步骤2、常温开口化成：将PE材质的保护套(如图2所示)套到圆柱电池的顶部(如图3所示)，保护套顶面设有接近于椭圆形的缝隙，缝隙的尺寸大于铝极耳的厚度，保护套套到圆柱电池的顶部盖住敞口并使铝极耳可伸出，然后按照如图4所示将铝极耳弯折90°，即可开始进行开口化成，这样既可以使化成过程中产生的气体从保护套缝隙中排出，又便于化成过程中连接铝极耳进行充放电；
具体地，化成过程为：在温度25±2℃，真空度为-0.1至-0.085Mpa的条件下，以0.015C恒流充电2小时，再以0.15C恒流充电1小时，共充30％左右的电量；
步骤3、高温老化：在温度45℃，真空度-0.1至-0.085Mpa，相对湿度RH≤10％的环境条件下进行老化72h；
步骤4、分容前处理：老化结束后进行剩下20％注液量注液，注液方法同步骤1；
步骤5、封口：充分浸润极片稳定后(时间约为12h)，取走保护套，焊接盖帽，进行封口。在焊接盖帽过程中，要用经过绝缘处理的超声焊接机进行焊接，因为钢壳带负电，防止盖帽焊接过程中出现短路现象。
将封口后的电池进行分容，分容结束后，进行循环测试，测试条件为1C/1C常温循环。结果如图5所示。
对比例1
本对比例提供一种全极耳钢壳圆柱电池的传统封口化成方法，具体步骤如下：
步骤1、化成前预处理：测全极耳钢壳圆柱电池卷芯极片(正极材料为铁锂材料，负极材料为石墨)的水分含量，测定卷芯极片水分含量＜300ppm后，进行注液(注液方法同实施例1)，注液量为总注液量的100％，注液后再常温陈化，陈化温度为25℃，相对湿度RH≤10％，充分浸润极片并稳定后(时间约为12h)，进行盖帽焊接封口；
步骤2、封口化成：在25±2℃条件下，以0.015C恒流充电2小时，再以0.15C恒流充电1小时，共充30％左右的电量；
步骤3、高温老化：在温度45℃下老化72h。
老化结束后对电池进行分容，分容结束后，采用与实施例1中相同的方法测试其循环性能，结果如图5所示。
对比例2
本对比例提供一种全极耳钢壳圆柱电池的化成方法，具体步骤如下：
步骤1、化成前预处理：测全极耳钢壳圆柱电池卷芯极片(正极材料为铁锂材料，负极材料为石墨)的水分含量，测定卷芯极片水分含量＜300ppm后，进行注液(注液方法同实施例1)，注液量为总注液量的80％，注液后再常温陈化，陈化温度为25℃，真空度为-0.1至-0.085Mpa，充分浸润极片并稳定(时间约为12h)；
步骤2、常温开口化成：在常温条件下，将PE材质的保护套(如图2所示)套到圆柱电池的顶部(如图3所示)，保护套顶面设有接近于椭圆形的缝隙，缝隙的尺寸大于铝极耳的厚度，保护套套到圆柱电池的顶部盖住敞口并使铝极耳可伸出，然后按照如图4所示将铝极耳弯折90°，即可开始进行开口化成，这样既可以使化成过程中产生的气体从保护套缝隙中排出，又便于化成过程中连接铝极耳进行充放电；
具体地，化成过程为：在温度25±2℃，真空度为-0.1至-0.085Mpa的条件下，以0.015C恒流充电2小时，再以0.15C恒流充电1小时，然后以恒流恒压充电(3.6V，0.05C)；
步骤3、高温老化：在温度45℃，真空度-0.1至-0.085Mpa，相对湿度RH≤10％的环境条件下进行老化72h；
步骤4、分容前处理：老化结束后进行剩下20％注液量注液，注液方法同步骤1；
步骤5、封口：充分浸润极片稳定后(时间约为12h)，焊接盖帽，进行封口。在焊接盖帽过程中，要用经过绝缘处理的超声焊接机进行焊接，因为钢壳带负电，防止盖帽焊接过程中出现短路现象。
将封口后的电池进行分容，分容结束后，采用与实施例1中相同的方法测试其循环性能，结果如图5所示。
对比例3
本对比例提供一种全极耳钢壳圆柱电池的化成方法，具体步骤如下：
步骤1、化成前预处理：测全极耳钢壳圆柱电池卷芯极片(正极材料为铁锂材料，负极材料为石墨)的水分含量，测定卷芯极片水分含量＜300ppm后，进行注液(注液方法同实施例1)，注液量为总注液量的80％，注液后再常温陈化，陈化温度为25℃，真空度为-0.1至-0.085Mpa，充分浸润极片并稳定(时间约为12h)；
步骤2、常温开口化成：在常温条件下，将PE材质的保护套(如图2所示)套到圆柱电池的顶部(如图3所示)，保护套顶面设有接近于椭圆形的缝隙，缝隙的尺寸大于铝极耳的厚度，保护套套到圆柱电池的顶部盖住敞口并使铝极耳可伸出，然后按照如图4所示将铝极耳弯折90°，即可开始进行开口化成，这样既可以使化成过程中产生的气体从保护套缝隙中排出，又便于化成过程中连接铝极耳进行充放电；
具体地，化成过程为：在温度25±2℃，真空度为-0.1至-0.085Mpa的条件下，以0.015C恒流充电2小时，再以0.15C恒流充电1小时，然后以恒流恒压充电(3.6V，0.05C)，最后以0.5C恒流放电(2.0V)；
步骤3、高温老化：在温度45℃，真空度-0.1至-0.085Mpa，相对湿度RH≤10％的环境条件下进行老化72h；
步骤4、分容前处理：老化结束后进行剩下20％注液量注液，注液方法同步骤1；
步骤5、封口：充分浸润极片稳定后(时间约为12h)，焊接盖帽，进行封口。在焊接盖帽过程中，要用经过绝缘处理的超声焊接机进行焊接，因为钢壳带负电，防止盖帽焊接过程中出现短路现象。
将封口后的电池进行分容，分容结束后，采用与实施例1中相同的方法测试其循环性能，结果如图5所示。
由图5可以看出，采用本发明实施例提供的开口化成方法，其循环效果比对比例1-3较优，解决了全极耳钢壳圆柱电池封口化成过程及循环过程的产气问题，而且本发明实施例的开口化成方法相较于现有的开口化成方法也不复杂，适宜工业规模化生产。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法，其特征在于，包括：在全极耳钢壳圆柱电池注液量达到总注液量的80％-85％后，依次进行开口化成和老化，所述老化结束后进行剩余注液量注液，封口。
2.根据权利要求1所述的全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法，其特征在于，所述开口化成过程为：在温度25±2℃，真空度为-0.1至-0.085Mpa的条件下，以0.015-0.02C恒流充电2小时，再以0.15-0.2C恒流充电1小时，共充30±5％的电量。
3.根据权利要求1或2所述的全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法，其特征在于，进行所述开口化成前，采用一保护套盖住电池敞口并使极耳伸出，后将伸出的极耳弯折，所述保护套为PE材质且顶面设有一尺寸大于所述极耳的缝隙。
4.根据权利要求1-3任一项所述的全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法，其特征在于，所述开口化成方法具体包括以下步骤：
步骤1、化成前预处理：对全极耳钢壳圆柱电池进行注液，注液量为总注液量的80％-85％，注液后进行常温陈化，浸润极片并稳定；
步骤2、常温开口化成：在温度25±2℃，真空度为-0.1至-0.085Mpa的条件下，以0.015-0.02C恒流充电2小时，再以0.15-0.2C恒流充电1小时，共充30±5％的电量；
步骤3、高温老化：在温度45±5℃，真空度-0.1至-0.085Mpa，条件下进行老化2-3天；
步骤4、分容前处理：进行剩余注液量注液；
步骤5、封口：浸润极片稳定后，焊接盖帽，进行封口。
5.根据权利要求4所述的全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法，其特征在于，步骤1中，注液前，控制全极耳钢壳圆柱电池卷芯极片的水分含量＜300ppm。
6.根据权利要求4所述的全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法，其特征在于，步骤1中，常温陈化条件为：温度25±5℃，相对湿度RH≤10％。
7.根据权利要求4所述的全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法，其特征在于，步骤1和步骤4中，采用抽真空-加压-静置流程进行所述注液，其中抽真空时真空度控制在-0.1至-0.085Mpa，加压时压力≥0.8Mpa。
8.根据权利要求4所述的全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法，其特征在于，步骤5中，焊接盖帽过程中，用经过绝缘处理的超声焊接机进行焊接。
9.根据权利要求4-8任一项所述的全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法，其特征在于，所述全极耳钢壳圆柱电池的正极材料为铁锂材料，负极材料为石墨。
10.一种全极耳钢壳圆柱电池，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法制备得到。
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