改善电芯浸润效果的方法、二次电池技术

本申请公开了一种改善电芯浸润效果的方法、二次电池，所述方法包括以下步骤：将包括正极极片和负极极片的电芯注入电解液并封口，对注液完成的所述电芯进行充电，以实现对所述电芯浸润的激化，将充电完成的所述电芯以至少一个极耳朝上的方式放置后进行静置，然后进行化成。本申请通过对注液后的电芯进行充电处理，在电流带动下，小极性分子基团迁移快，优先通过孔腔间喉道部分，减缓了传统自由浸润过程中大分子堵塞孔道导致的液封现象，进而提升极片的浸润效果，增加电芯保液量，且协同充电后的静置存放，可以实现均质传递，利于化成均匀成膜以及界面阻抗的减小。膜以及界面阻抗的减小。膜以及界面阻抗的减小。

【技术实现步骤摘要】
改善电芯浸润效果的方法、二次电池


[0001]本申请涉及二次电池
，尤其涉及一种改善电芯浸润效果的方法、二次电池。

技术介绍

[0002]电芯浸润不良会导致化成后电芯的循环容量急剧下降，严重时还会发生锂枝晶刺穿隔膜等的安全问题。目前二次电池生产工艺中注液后主要依靠电解液的流动特性自由扩散完成浸润，随着电芯中电极材料压实密度和/或活性材料涂布重量的提高，导致电解液在活性颗粒间的扩散困难，电芯浸润性降低，界面阻抗变大。仅依靠传统自由浸润，即使提升温度或延长静置时间，也难以保证电芯内部正/负极材料及隔膜的完全浸润，且静置时间长，生产效率低下。
[0003]现有技术公开了一种提升二次电池电解液浸润的工艺，通过在电池注液后施加正压
‑
负压
‑
正压交替循环，以加快电解液在正/负极材料及隔膜中的浸润速度，但是对二次电池浸润的改善效果并不明显。
[0004]现有技术还公开了一种改善电芯浸润效果的方法，包括初步浸润、微充、辊压、预充、高温浸润等步骤，虽制成电芯K值、DCR和容量都有所改善，但工艺复杂，且处理周期>7天。此外，通过改变注液方式如采用真空注液、提高浸润温度等来改善电解液的浸润性，尽管能够一定程度上提高电极的浸润性，但是效果不显著且生产率低下。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请提供了一种改善电芯浸润效果的方法、二次电池，尤其适用于厚电极体系，能够明显提升极片及其活性颗粒在注液后的浸润性，以使电芯达到预期浸润要求，实现电化学性能的提升，且本申请能够在一定程度上缩短注液后静置工序的时间，有效提升了生产效率。
[0006]第一方面，本申请提供了一种改善电芯浸润效果的方法，包括以下步骤：将包括正极极片和负极极片的电芯注入电解液并封口；对注液完成的所述电芯进行充电，以实现对所述电芯浸润的激化，在所述激化过程中，激化的环境温度为20～60℃；将充电完成的所述电芯以至少一个极耳朝上的方式放置后进行静置，然后进行化成。浸润过程与孔隙率、孔径等密切相关，浸润速率还受到孔结构特征影响，比如孔腔之间的喉道尺寸，小孔和大孔的比例与分布等。自由浸润过程辅以充电电流，则注液量足够的情况下，一方面由极性溶剂分子包裹的锂离子将在充电过程加速移动，其中更小的分子基团优先进入孔隙结构，尤其是通过孔腔间喉道部分，使中小孔中电解液保有量得以增加，从而改善二次电池电化学性能；另一方面电流终止时刻，电极表面由充电引起的扩散层反应粒子浓度瞬间降低，局部存在的反应粒子浓度差将促使进一步完成局部区域的电解质流通，实现均质传递，有利于化成均匀成膜和界面阻抗减小。
[0007]本申请通过对注液后的电芯进行充电处理，以使电解液中离子被极性溶剂分子裹
挟，加速其进入内部孔隙，所述的孔隙包括例如层间隙、活性颗粒间的孔隙、极片隔膜孔隙等，同时，多个活性颗粒之间还会存在较大的孔腔，而孔腔与孔腔之间还通过两个平行颗粒之间的狭长通道联通，浸润过程电解液先在孔腔汇聚，然后扩散到附近的喉道。因此，电解质的润湿速率主要受联通孔腔之间的喉道和孔腔体积控制。电流带动下，极性分子基团越小，迁移越快，将优先通过孔腔间喉道部分，减缓了传统自由浸润过程中大分子堵塞孔道导致的液封现象，进而提升极片的浸润效果，增加电芯保液量；充电后的静置存放，则利用电流终止时刻，电极表面由充电引起的扩散层反应粒子浓度瞬间降低，局部存在的反应粒子浓差有助于局部区域的电解质流通，实现均质传递，最终有利于化成均匀成膜和界面阻抗的减小。充电激化与充电后的静置存放相互协同配合，一方面通过小电流的激化，可以避免化成提前发生，活性材料与电解液之间的界面保持未生成保护膜的状态时，有利于本方案的实现，从而显著提升电芯的浸润效果，增加电芯的保液量，改善电芯的循环性能，另一方面充电后的静置存放利于均质传递，界面阻抗明显减小，进而缩短静置时长，有效提升生产效率。
[0008]在一些实施方式中，所述方法还包括：获取电芯标称容量，将所述电芯标称容量记为C0，在所述充电中，充电电流为0.001C0～0.1C0，在所述充电中，充电截止容量为0.25％C0～1.0％C0。充电截止容量指充电截止时刻的容量。优选地，充电电流为0.005C0～0.02C0，充电截止容量为0.5％C0～1.0％C0。本申请采用小电流进行充电，合适的小电流可以显著降低极化的影响，减小孔隙阻力，且本申请以充电容量作为截止条件，充电截止容量过小，电流作用时间短，无法在极性分子迁移中起到显性作用，本申请通过采用小电流充电并采用合适的充电截止容量作为截止条件，利于电芯浸润效果的提升。
[0009]在一些实施方式中，在所述激化过程中，激化的环境温度为30～50℃。电芯激化过程中对环境温度宽度的选择性大，适用性强，即常温或者高温均可以实现所述的激化。
[0010]在一些实施方式中，所述电解液在25℃下粘度为4～7mpa.s。优选地，所述电解液在25℃下粘度为4～5.5mpa.s。合适的电解液粘度，更有利于本方案的实现，可以进一步提升电芯保液量且降低DCR，利于电芯循环性能的提升。
[0011]在一些实施方式中，在所述静置中，静置温度为25～60℃，静置时间为12～24H。可见，本申请在兼顾提升电芯浸润效果的同时，还可以显著降低静置工序的时长，有效提升了生产效率。提高静置温度，更有利本方案的实现，因此可适当提高静置环境温度。
[0012]在一些实施方式中，所述电解液包括环状酯，基于所述电解液的总重量，环状酯的质量百分含量记为C
f
，满足：10wt％≤C
f
≤40wt％。所述电解液包括氟代环状碳酸酯、具有醚键的多腈化合物以及羧酸酯，所述羧酸酯包括环状羧酸酯和链状羧酸酯中的至少一种。合适质量占比的环状酯利于改善电解液的粘度，且C
f
在合适范围内的值越高，则充电电流应在合适范围内适当降低，此时，更有利于电芯浸润性的提升。
[0013]在一些实施方式中，所述电解液包括成膜添加剂，基于所述电解液的总重量，所述成膜添加剂的质量百分含量记为C
n
，满足：C
n
＜20wt％。所述成膜添加剂包括碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、氯代碳酸乙烯酯、氯代甲酸甲酯或碳酸亚乙烯酯中的至少一种。同时为避免激化过程因成膜消耗电解液导致保液降低或低容，通过对比成膜成膜添加剂发生反应的峰位，C
n
为<20wt％的电芯，成膜峰位前可充电容量应小于1.0％C0。
[0014]第二方面，本申请实施例提供了一种二次电池，所述二次电池包括电芯，所述电芯
为经过如上述任一项的方法制备得到，所述电芯的正极极片包括正极集流体和正极活性材料层；所述正极活性材料层位于所述正极集流体的一面或两面上；所述正极活性材料层的单面涂布重量为0.11～0.19mg/m2；所述正极极片的压实密度为4.0～4.25g/cm3。需要说明的是，本申请不仅限于含有上述涂布重量以及压实密度的电芯，也可适用于其他涂布重量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善电芯浸润效果的方法，其特征在于，包括以下步骤：将包括正极极片和负极极片的电芯注入电解液并封口；对注液完成的所述电芯进行充电，以实现对所述电芯浸润的激化，在所述激化过程中，激化的环境温度为20～60℃；将充电完成的所述电芯以至少一个极耳朝上的方式放置后进行静置，然后进行化成。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：获取电芯标称容量，将所述电芯标称容量记为C0；在所述充电中，充电电流为0.001C0～0.1C0；在所述充电中，充电截止容量为0.25％C0～1.0％C0。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，满足以下条件中的至少一者：条件I：在所述充电中，充电电流为0.005C0～0.02C0；条件II：在所述充电中，充电截止容量为0.5％C0～1.0％C0。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激化的环境温度为30～50℃。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述静置中，静置温度为25～60℃，静置时间为12～24H。6.根据权利要求1所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨娉，戴璐，冯林林，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：