本發(fā)明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種高比能鋰離子電池的注液工藝。
背景技術：
隨著鋰離子電池的廣泛應用和快速發(fā)展，市場對鋰離子電池的能量密度和容量等性能要求不斷提高。由于鋰離子電池高能量密度高容量的需求，電芯卷繞的越來越緊，電芯內(nèi)化學物質(zhì)增多、空間縮小，采用普通的注液工藝如：注液-抽真空-加壓-靜止；抽真空-注液-加壓-靜止，電解液無法順暢滲透，注液變的非常困難且耗時長，現(xiàn)在注液工序已經(jīng)成為整條生產(chǎn)線的瓶頸。為了突破瓶頸，各研究機構和電池生產(chǎn)商都在積極探索研究電池注液工藝和注液設備，但目前還是無法很好的解決高比能電池注液困難、耗時長的問題。
中國專利CN201210005054.8公開了一種鋰離子電池注液裝置。該裝置包括注液系統(tǒng)、電芯預加熱系統(tǒng)和電解液加熱系統(tǒng)。在注液過程中，電芯和電解液加熱到一定溫度，從而降低電解液在整個浸潤過程中的粘度，實現(xiàn)快速注液的目的，但是電解液加熱到一定溫度容易分解揮發(fā)，這就限制了電解液的加熱溫度，致使該裝置不能大幅度縮短注液時間。
中國專利CN101882674B公開了鋰電池注液裝置及其工藝。該工藝步驟：將放入電解液的鋰電池放置在真空罩內(nèi)，抽真空，然后恢復到大氣壓，向真空罩內(nèi)注入0.03～0.05兆帕的氮氣，恢復到大氣壓，再次抽真空，恢復常壓，將鋰電池取出。該發(fā)明通過加入高壓、高純度氮氣，縮短了注液時間，但是注液時間和注液量依然不理想。
中國專利CN102299272B公開了一種電池及注液方法。該發(fā)明，在電池的端蓋上設置了安全閥孔、電池殼體下部設置了注液孔。采用從電池底部注液，從上部安全閥孔抽真空的注液方式，減少了電池內(nèi)部的氣泡，有效的縮短了注液時間，可是殼體內(nèi)部為負壓，外部是干燥氣體，殼體內(nèi)外壓差會使殼體向內(nèi)擠壓變形，導致實際電池的有效容積縮小，進而減小有效注液體積。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明為解決高比能鋰離子電池注液困難、注液耗時長的問題，提出了一種高比能鋰離子電池的注液工藝。
本發(fā)明為實現(xiàn)上述目標采取的技術方案是：
一種高比能鋰離子電池的注液工藝，所述高比能鋰離子電池包括帶有注液孔的外殼和內(nèi)裝的卷芯，該注液工藝包括以下步驟：
(1)利用高壓氣體對注液孔進行脈沖式?jīng)_擊；
(2)抽真空至真空度達到-0.07～-0.09MPa，保持30～150S；
(3)將電解液注入鋰離子電池中；
(4)對鋰離子電池進行靜置處理，靜置時間為100～600S。
所述步驟(1)中的高壓氣體為0.5～0.8MPa氮氣。
作為優(yōu)選，所述高壓氣體為0.6～0.7MPa氮氣。
所述步驟(1)中的脈沖式?jīng)_擊，脈沖次數(shù)為3～10次，脈沖時間為0.3～1S。
作為優(yōu)選，所述脈沖式?jīng)_擊，脈沖次數(shù)為5～8次，脈沖時間為0.5～0.8S。
所述步驟(1)中的高壓氣體通過壓力裝置對注液孔進行脈沖式?jīng)_擊，所述壓力裝置包括高壓氣罐、氮氣口和注液杯，氮氣口一端與高壓氣罐連接，另一端與注液杯連接，注液杯底部設有注液嘴，注液嘴與鋰離子電池的注液孔對齊，通過連續(xù)多次快速開關氮氣口對注液孔進行脈沖式?jīng)_擊。
所述壓力裝置可以是單獨的設備或集成在注液機上面。
本發(fā)明的有益效果是：利用高壓氮氣對鋰離子電池的注液孔進行脈沖式?jīng)_擊從而將正極片、隔離膜和負極片之間的靜電吸附打開，然后再抽真空注液靜置，電解液就可以順利滲透到達卷芯中部，增加電池的注液量，縮短注液下液時間，提高電池性能。該工藝徹底解決了高比能鋰離子電池注液時電解液滲透困難的問題，應用范圍廣，實用性強。
附圖說明
圖1為壓力裝置的簡單示意圖。
圖中：1、高壓氣罐 2、氮氣口 3、注液杯 4、注液嘴
具體實施方式
一種高比能鋰離子電池的注液工藝，所述高比能鋰離子電池包括帶有注液孔的外殼和內(nèi)裝的卷芯，該注液工藝包括以下步驟：
(1)利用高壓氣體對注液孔進行脈沖式?jīng)_擊；
(2)抽真空至真空度達到-0.07～-0.09MPa，保持30～150S；
(3)將電解液注入鋰離子電池中；
(4)對鋰離子電池進行靜置處理，靜置時間為100～600S。
所述步驟(1)中的高壓氣體為0.5～0.8MPa氮氣。
作為優(yōu)選，所述高壓氣體為0.6～0.7MPa氮氣。
所述步驟(1)中的脈沖式?jīng)_擊，脈沖次數(shù)為3～10次，脈沖時間為0.3～1S。
作為優(yōu)選，所述脈沖式?jīng)_擊，脈沖次數(shù)為5～8次，脈沖時間為0.5～0.8S。
所述步驟(1)中的高壓氣體通過壓力裝置對注液孔進行脈沖式?jīng)_擊
如圖1所示，壓力裝置包括高壓氣罐(1)、氮氣口(2)和注液杯(3)，氮氣口(2)一端與高壓氣罐(1)連接，另一端與注液杯(3)連接，注液杯(3)底部設有注液嘴(4)，注液嘴(4)與鋰離子電池的注液孔對齊，通過連續(xù)多次快速開關氮氣口對注液孔進行脈沖式?jīng)_擊。
為了使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術方案及其有益技術效果更加清晰，以下結合比較例和具體實施例對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解的是，本說明書中描述的具體實施例僅是為了解釋本發(fā)明，并非為了限定本發(fā)明。
下述比較例和實施例中所有物質(zhì)均為市售。
下述比較例和實施例中注液量和注液時間的測量方式：
注液量＝注液后電池的重量-注液前電池的重量；
注液時間用計時器直接從注液開始記錄至注液結束所用的整個時間。
下述比較例和實施例中制得的電池按照GB/T18287進行性能測試，具體測試方法為：
(1)放電容量測試
放電容量通過電池測試柜進行放電測試得到。在20℃±5℃的條件下，以1C充電，當電池端電壓達到4.2V時，改為恒壓充電，直到充電電流等于0.01C停止充電，擱置0.5～1h，在20℃±5℃的條件下，以1C電流放電到3.0V。
(2)循環(huán)性能測試
循環(huán)性能通過充放電測試柜經(jīng)過充放電循環(huán)測試得到。在20℃±5℃的條件下，以1C充電，當電池端電壓達4.2V時，改為恒壓充電，直到充電電流等于20mA停止充電，擱置0.5～1h，然后以1C電流放電至3.0V，放電結束后，擱置0.5～1h，再進行下一個充放電循環(huán)，直至連續(xù)兩次放電時間小于36min。
比較例1
對“INR18650-2600mAh”電池注液，電解液由LiPF6(1摩爾/升的濃度)和添加劑碳酸亞乙烯酯(1％)溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲基乙基酯＝1∶1∶1(體積比)混合溶劑中制成。設計注液量為5.6g，電池經(jīng)卷繞、裝配、干燥、測短路和稱重后開始注液，具體注液步驟：(1)將鋰離子電池放在真空室內(nèi)，抽真空至真空度達到-0.085MPa，保持60S；(2)打開注液電磁閥，注入電解液；(3)進行氮氣加壓，壓力為0.04MPa，保持60S；(4)靜置960S，取出電池封口稱重。
比較例2
對“INR18650-2600mAh”電池注液，電解液由LiPF6(1摩爾/升的濃度)和添加劑碳酸亞乙烯酯(1％)溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲基乙基酯＝1∶1∶1(體積比)混合溶劑中制成。設計注液量為5.6g，電池經(jīng)卷繞、裝配、干燥、測短路和稱重后開始注液，具體注液步驟：(1)將鋰離子電池放在真空室內(nèi)，抽真空至真空度達到-0.085MPa，保持60S；(2)打開注液電磁閥，注入電解液；(3)進行氮氣加壓，壓力為0.04MPa，保持60S；(4)靜置240S，取出電池封口稱重。
實施例1
對“INR18650-2600mAh”電池注液，電解液由LiPF6(1摩爾/升的濃度)和添加劑碳酸亞乙烯酯(1％)溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲基乙基酯＝1∶1∶1(體積比)混合溶劑中制成。設計注液量5.6g，電池經(jīng)卷繞、裝配、干燥、測短路和稱重后開始注液，具體注液步驟：(1)連續(xù)7次快速開關氮氣口，每次氮氣口打開時間為0.7S，氮氣(0.65MPa)進入注液杯，高壓氮氣通過注液嘴對注液孔進行脈沖式?jīng)_擊，脈沖次數(shù)為7次，脈沖時間為0.7S；(2)抽真空至真空度達到-0.085MPa，保持60S；(3)打開注液電磁閥，注入電解液；(4)靜置240S，取出電池封口稱重。
實施例2
對“INR18650-2600mAh”電池注液，電解液由LiPF6(1摩爾/升的濃度)和添加劑碳酸亞乙烯酯(1％)溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲基乙基酯＝1∶1∶1(體積比)混合溶劑中制成。設計注液量5.6g，電池經(jīng)卷繞、裝配、干燥、測短路和稱重后開始注液，具體注液步驟：(1)連續(xù)7次快速開關氮氣口，每次氮氣口打開時間為0.7S，氮氣(0.5MPa)進入注液杯，高壓氮氣通過注液嘴對注液孔進行脈沖式?jīng)_擊，脈沖次數(shù)為7次，脈沖時間為0.7S；(2)抽真空至真空度達到-0.085MPa，保持60S；(3)打開注液電磁閥，注入電解液；(4)靜置240S，取出電池封口稱重。
實施例3
對“INR18650-2600mAh”電池注液，電解液由LiPF6(1摩爾/升的濃度)和添加劑碳酸亞乙烯酯(1％)溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲基乙基酯＝1∶1∶1(體積比)混合溶劑中制成。設計注液量5.6g，電池經(jīng)卷繞、裝配、干燥、測短路和稱重后開始注液，具體注液步驟：(1)連續(xù)7次快速開關氮氣口，每次氮氣口打開時間為0.7S，氮氣(0.6MPa)進入注液杯，高壓氮氣通過注液嘴對注液孔進行脈沖式?jīng)_擊，脈沖次數(shù)為7次，脈沖時間為0.7S；(2)抽真空至真空度達到-0.085MPa，保持60S；(3)打開注液電磁閥，注入電解液；(4)靜置240S，取出電池封口稱重。
實施例4
對“INR18650-2600mAh”電池注液，電解液由LiPF6(1摩爾/升的濃度)和添加劑碳酸亞乙烯酯(1％)溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲基乙基酯＝1∶1∶1(體積比)混合溶劑中制成。設計注液量5.6g，電池經(jīng)卷繞、裝配、干燥、測短路和稱重后開始注液，具體注液步驟：(1)連續(xù)7次快速開關氮氣口，每次氮氣口打開時間為0.7S，氮氣(0.7MPa)進入注液杯，高壓氮氣通過注液嘴對注液孔進行脈沖式?jīng)_擊，脈沖次數(shù)為7次，脈沖時間為0.7S；(2)抽真空至真空度達到-0.085MPa，保持60S；(3)打開注液電磁閥，注入電解液；(4)靜置240S，取出電池封口稱重。
實施例5
對“INR18650-2600mAh”電池注液，電解液由LiPF6(1摩爾/升的濃度)和添加劑碳酸亞乙烯酯(1％)溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲基乙基酯＝1∶1∶1(體積比)混合溶劑中制成。設計注液量5.6g，電池經(jīng)卷繞、裝配、干燥、測短路和稱重后開始注液，具體注液步驟：(1)連續(xù)7次快速開關氮氣口，每次氮氣口打開時間為0.7S，氮氣(0.8MPa)進入注液杯，高壓氮氣通過注液嘴對注液孔進行脈沖式?jīng)_擊，脈沖次數(shù)為7次，脈沖時間為0.7S；(2)抽真空至真空度達到-0.085MPa，保持60S；(3)打開注液電磁閥，注入電解液；(4)靜置240S，取出電池封口稱重。
實施例6
對“INR18650-2600mAh”電池注液，電解液由LiPF6(1摩爾/升的濃度)和添加劑碳酸亞乙烯酯(1％)溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲基乙基酯＝1∶1∶1(體積比)混合溶劑中制成。設計注液量5.6g，電池經(jīng)卷繞、裝配、干燥、測短路和稱重后開始注液，具體注液步驟：(1)連續(xù)4次快速開關氮氣口，每次氮氣口打開時間為0.7S，氮氣(0.65MPa)進入注液杯，高壓氮氣通過注液嘴對注液孔進行脈沖式?jīng)_擊，脈沖次數(shù)為4次，脈沖時間為0.7S；(2)抽真空至真空度達到-0.085MPa，保持60S；(3)打開注液電磁閥，注入電解液；(4)靜置240S，取出電池封口稱重。
實施例7
對“INR18650-2600mAh”電池注液，電解液由LiPF6(1摩爾/升的濃度)和添加劑碳酸亞乙烯酯(1％)溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲基乙基酯＝1∶1∶1(體積比)混合溶劑中制成。設計注液量5.6g，電池經(jīng)卷繞、裝配、干燥、測短路和稱重后開始注液，具體注液步驟：(1)連續(xù)6次快速開關氮氣口，每次氮氣口打開時間為0.7S，氮氣(0.65MPa)進入注液杯，高壓氮氣通過注液嘴對注液孔進行脈沖式?jīng)_擊，脈沖次數(shù)為6次，脈沖時間為0.7S；(2)抽真空至真空度達到-0.085MPa，保持60S；(3)打開注液電磁閥，注入電解液；(4)靜置240S，取出電池封口稱重。
實施例8
對“INR18650-2600mAh”電池注液，電解液由LiPF6(1摩爾/升的濃度)和添加劑碳酸亞乙烯酯(1％)溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲基乙基酯＝1∶1∶1(體積比)混合溶劑中制成。設計注液量5.6g，電池經(jīng)卷繞、裝配、干燥、測短路和稱重后開始注液，具體注液步驟：(1)連續(xù)10次快速開關氮氣口，每次氮氣口打開時間為0.7S，氮氣(0.65MPa)進入注液杯，高壓氮氣通過注液嘴對注液孔進行脈沖式?jīng)_擊，脈沖次數(shù)為10次，脈沖時間為0.7S；(2)抽真空至真空度達到-0.085MPa，保持60S；(3)打開注液電磁閥，注入電解液；(4)靜置240S，取出電池封口稱重。
實施例9
對“INR18650-2600mAh”電池注液，電解液由LiPF6(1摩爾/升的濃度)和添加劑碳酸亞乙烯酯(1％)溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲基乙基酯＝1∶1∶1(體積比)混合溶劑中制成。設計注液量5.6g，電池經(jīng)卷繞、裝配、干燥、測短路和稱重后開始注液，具體注液步驟：(1)連續(xù)7次快速開關氮氣口，每次氮氣口打開時間為0.4S，氮氣(0.65MPa)進入注液杯，高壓氮氣通過注液嘴對注液孔進行脈沖式?jīng)_擊，脈沖次數(shù)為7次，脈沖時間為0.4S；(2)抽真空至真空度達到-0.085MPa，保持60S；(3)打開注液電磁閥，注入電解液；(4)靜置240S，取出電池封口稱重。
實施例10
對“INR18650-2600mAh”電池注液，電解液由LiPF6(1摩爾/升的濃度)和添加劑碳酸亞乙烯酯(1％)溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲基乙基酯＝1∶1∶1(體積比)混合溶劑中制成。設計注液量5.6g，電池經(jīng)卷繞、裝配、干燥、測短路和稱重后開始注液，具體注液步驟：(1)連續(xù)7次快速開關氮氣口，每次氮氣口打開時間為0.6S，氮氣(0.65MPa)進入注液杯，高壓氮氣通過注液嘴對注液孔進行脈沖式?jīng)_擊，脈沖次數(shù)為7次，脈沖時間為0.6S；(2)抽真空至真空度達到-0.085MPa，保持60S；(3)打開注液電磁閥，注入電解液；(4)靜置240S，取出電池封口稱重。
實施例11
對“INR18650-2600mAh”電池注液，電解液由LiPF6(1摩爾/升的濃度)和添加劑碳酸亞乙烯酯(1％)溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲基乙基酯＝1∶1∶1(體積比)混合溶劑中制成。設計注液量5.6g，電池經(jīng)卷繞、裝配、干燥、測短路和稱重后開始注液，具體注液步驟：(1)連續(xù)7次快速開關氮氣口，每次氮氣口打開時間為1S，氮氣(0.65MPa)進入注液杯，高壓氮氣通過注液嘴對注液孔進行脈沖式?jīng)_擊，脈沖次數(shù)為7次，脈沖時間為1S；(2)抽真空至真空度達到-0.085MPa，保持60S；(3)打開注液電磁閥，注入電解液；(4)靜置240S，取出電池封口稱重。
記錄比較例1、2和實施例1至11中的注液時間和注液量，測試比較例1、2和實施例1至11制得的電池放電性能和循環(huán)壽命，結果如表1。
表1.本發(fā)明注液工藝與常規(guī)注液方式比較
從表1可以看，采用本發(fā)明注液工藝注液時注液量增多，注液時間縮短，電池的放電容量和循環(huán)性能得到了改善。從上述比較例1和實施例1至11可以看出，采用本發(fā)明注液時電解液注入量明顯增多，而且注液時間也顯著縮短，放電容量可增加10mAh以上，循環(huán)性能也有改善，這是由于本發(fā)明在抽真空注液前，對電池進行了脈沖式?jīng)_擊，使得極片之間的靜電吸附打開，有利于電解液順利滲透到達卷芯中部，增加電池的注液量，縮短注液時間，提高電池的放電容量和循環(huán)性能；從比較例2和實施例1至11可以看出，靜置時間均為240S注液后加壓的注液量還不到脈沖式?jīng)_擊時注液量的一半，由于注液量太少，電池的放電容量和循環(huán)性能非常差；從實施例1至5可以看出，氮氣壓力為0.6～0.7MPa時注液量、注液時間、放電容量和循環(huán)壽命優(yōu)于氮氣壓力為0.5～0.8MPa；從實施例1、6、7和8可以看出，脈沖次數(shù)為5～8次時注液量、注液時間、放電容量和循環(huán)壽命優(yōu)于脈沖次數(shù)為3～10次；從實施例1、9、10和11可以看出，脈沖時間為0.5～0.8S時注液量、注液時間、放電容量和循環(huán)壽命優(yōu)于脈沖時間為0.3～1S。
比較例3
對“INR18650-2600mAh”電池注液，電解液由LiPF6(1摩爾/升的濃度)和添加劑碳酸亞乙烯酯(1％)溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲基乙基酯＝1∶1∶1(體積比)混合溶劑中制成。設計注液量5.6g，電池經(jīng)卷繞、裝配、干燥、測短路和稱重后開始注液，具體注液步驟：(1)打開氮氣口，氮氣(0.65MPa)進入注液杯，高壓氮氣通過注液嘴對注液孔進行連續(xù)加壓，加壓時間為4.9S；(2)抽真空至真空度達到-0.085MPa，保持70S；(3)打開注液電磁閥，注入電解液；(4)靜置900S，取出電池封口稱重。
比較例4
對“INR18650-2600mAh”電池注液，電解液由LiPF6(1摩爾/升的濃度)和添加劑碳酸亞乙烯酯(1％)溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲基乙基酯＝1∶1∶1(體積比)混合溶劑中制成。設計注液量5.6g，電池經(jīng)卷繞、裝配、干燥、測短路和稱重后開始注液，具體注液步驟：(1)打開氮氣口，氮氣(0.65MPa)進入注液杯，高壓氮氣通過注液嘴對注液孔進行連續(xù)加壓，加壓時間為4.9S；(2)抽真空至真空度達到-0.085MPa，保持70S；(3)打開注液電磁閥，注入電解液；(4)靜置260S，取出電池封口稱重。
實施例12
對“INR18650-2600mAh”電池注液，電解液由LiPF6(1摩爾/升的濃度)和添加劑碳酸亞乙烯酯(1％)溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲基乙基酯＝1∶1∶1(體積比)混合溶劑中制成。設計注液量5.6g，電池經(jīng)卷繞、裝配、干燥、測短路和稱重后開始注液，具體注液步驟：(1)連續(xù)7次快速開關氮氣口，每次氮氣口打開時間為0.7S，氮氣(0.65MPa)進入注液杯，高壓氮氣通過注液嘴對注液孔進行脈沖式?jīng)_擊，脈沖次數(shù)為7次，脈沖時間為0.7S；(2)抽真空至真空度達到-0.085MPa，保持70S；(3)打開注液電磁閥，注入電解液；(4)靜置260S，取出電池封口稱重。
記錄上述比較例3、4和實施例12中的注液時間和注液量，測試上述比較例3、4和實施例12制得的電池放電性能和循環(huán)壽命，結果如表2。
表2.脈沖式?jīng)_擊與連續(xù)加壓比較
從上述比較例3和實施例12可看出，采用本發(fā)明注液時注液量遠遠多于連續(xù)加壓后注液時的注液量，而且也極大的縮短了注液時間，放電容量和循環(huán)性能都有所改善，這是由于比較例3雖然在抽真空注液前對電池進行了高壓沖擊，但是采用的是連接加壓，并不能有效的將極片之間的靜電吸附打開；從比較例4和實施例12可看出，靜置時間均為260S連續(xù)加壓時注液量還不到脈沖式?jīng)_擊時注液量的一半，由于注液量太少，電池的放電容量和循環(huán)性能非常差。
根據(jù)上述說明書的揭示和教導，本發(fā)明所屬領域的技術人員還能夠?qū)ι鲜鰧嵤┓绞竭M行變更和修改，因此，本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，凡是本領域技術人員在本發(fā)明的基礎上所作出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬本發(fā)明的保護范圍。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本發(fā)明構成任何的限制。