【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种根据权利要求1、权利要求2和权利要求5的前序部分的用于制造锂离子电池电芯的方法。
技术介绍
1、用于制造锂离子电池袋电芯的通常方法具有化成过程。在化成过程中电池电芯经过初始充电过程，其中，锂离子沉积在电池电芯的至少一个阳极的石墨结构中。由此在与电解质的界面上形成sei边界层(固体-电解质界面)。sei边界层的形成在气体形成的情况下进行。在初始充电过程中，电池电芯接入充电电路并且用直流电充电。
2、下述问题领域发生在现有技术的化成过程中：
3、第一问题领域涉及sei边界层的粗粒的结构，由此降低了其锂离子传导性。在充电过程期间锂离子必须首先穿过sei边界层，然后沉积在活性的阳极材料中。锂离子在sei边界层中结构的晶界之间移动，而不穿过晶粒。如果sei边界层的晶粒较大，则锂离子必须在沿晶界的更长的路径上移动以接近相邻的晶界。锂离子的每个较长的路径都降低锂离子的传导性并且从而增加电芯的内阻。通常锂离子的半径为90pm(皮米)，相当于约1a(埃)。另一方面sei边界层的厚度约为200a-500a。由于锂离子不能直接穿过sei团而只能穿过晶界移动，所以锂离子必须移动比sei厚度更大的路段。如果晶界较大，则锂离子必须移动sei厚度的5倍以上。这意味着锂离子必须移动1000a到2500a的路段，这约相当于其半径的1000倍。sei晶粒尺寸较小时有更多晶界，因此对于锂离子在sei边界层内的转移有更多可能性。
4、sei边界层是围绕活性石墨材料构建的三维结构。石墨中的每个裂缝都打开新的表面，se
5、第二问题领域涉及sei边界层中以及阳极的石墨结构内的气泡(或称为气孔)。在阳极充电期间，电解质溶剂碳酸丙烯酯在0.8v的电压时在锂/锂+基电压方面降低。因为sei边界层在石墨周围形成，所以妨碍丙烷气体逸出。这会导致气体在石墨层中形成内压并且然后石墨的层结构会断裂。这意味着结晶石墨转变为无定形或低结晶石墨。电池的使用寿命由此很快缩短。
6、重要的是在气体被附着性强的sei层包封前去除。气泡不仅破坏石墨结构，还阻碍锂离子在石墨中的扩散。当气体颗粒受迫从sei层移出时，sei层内就产生空间并在该空间中形成新的sei层，这意味着锂离子由于形成新的sei层而损失。当气体颗粒包封在sei结构中时，对sei内离子运动的阻力就增加。这意味着充电减慢并导致发热。
7、第三问题领域涉及阳极上的电荷分布不均匀。阳极通常具有集流箔(即铜基底)，其在两侧，用第一活性材料层涂层和在集流箔的相对侧上用第二活性材料层涂层。两个相对于集流箔对置的第一和第二活性材料层由于制造的不同而具有不同的锂离子沉积的能力。
8、活性的阳极材料中有传导性碳或碳纳米管，其赋予活性材料电子传导性。这种电子传导性对于电子在活性阳极材料中的移动是必需的。在制造过程中，集流箔先在一侧上涂层，然后在另一层上涂层。在第一侧涂层后进行干燥过程。然后集流箔的另一侧被涂层和干燥。因此，在集流箔的第一侧上的涂层经过两次干燥过程，而另一侧上的活性材料仅干燥一次。由于干燥时间较长，集流箔一侧上活性材料中的粘合剂比集流箔另一侧上更快地移到表面。这意味着第一侧上的阳极表面含有更多的粘合剂和更少的传导性的碳。相反，锂离子在集流箔另一侧上沉积更多，因为这些锂离子更快地获得其反电子。这意味着阳极表面的两侧上的电荷是不均匀的。这在目前不能避免，因为导碳在集流箔一侧和另一侧上不均匀分布。这意味着，如果阳极电极位于两个阴极电极之间，则一个阳极表面比另一个阳极表面充电更快。
9、第四问题领域涉及sei边界层破裂，由于sei边界层非均成分之间的粘附力降低。sei层由无机成分构成，该无机成分牢固附着在活性的石墨材料上。在无机成分中，锂负责产生化合物，例如lif、li2o和li2co3。有机层主要通过还原电解质产生，不与锂产生化合物。其主要由聚烯烃构成。该有机层在无机层和活性材料石墨上的附着较弱。因此，在振动和温度较低时，有机层就会脱落。在此背景下有利的是，提供比有机成分更多的无机成分。至少(附着较少的)有机成分应再被(附着较强的)无机成分包围。
10、第五问题领域是阴极侧的cei边界层随时间变厚，电池电芯的内阻由此增加。一方面，阳极侧上的sei边界层由电解质还原产生。另一方面，阴极侧上的cei边界层由阴极表面上的电解质氧化产生。cei边界层主要由无机成分构成，如li2o和lif。cei边界层随每个充放电周期厚度增加，这导致电芯内部阻抗(电阻)的增加。在此也重要的是，cei表面具有细粒的结构。
11、文献us2021/0226193a1已知一种利用脉冲电流进行化学电沉积的方法，用于改善固-固界面上化学电沉积材料的均匀性。已表明，由电解沉积的金属构成的膜可以稳定地沉积在固态界面上，而不损坏固态电解质。文献us2021/0336239a1已知一种电池系统，其中通过脉冲电流将锂材料镀到锂二次电池电芯的阳极区域上。脉冲电流可以具有正极性也可以具有负极性。文献jp2011-222438a已知一种聚合物电解质膜/催化剂金属复合电极，其中，通过铂离子还原沉积铂催化剂。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种用于制造锂离子电池电芯的方法，在其化成过程中可以产生sei边界层或cei边界层，与现有技术相比提高锂离子移动性。
2、上述技术问题通过权利要求1、权利要求2或权利要求5的特征解决。本专利技术优选的改进设计方案在从属权利要求中公开。
3、本专利技术基于一种用于制造锂离子电池电芯，尤其袋状电池芯的方法，电池电芯在化成过程中经过初始充电过程。在初始充电过程中，锂离子沉积在电池电芯的至少一个阳极的石墨结构中。这在与电解质的界面上形成sei边界层并形成气体的情况下进行。在初始充电过程中，电池电芯接入充电电路并且用直流电给电池电芯充电。根据权利要求1的特征部分，初始充电过程划分为单个的充电阶段。在所述充电阶段中分别形成具有细粒结构的sei子层。单个充电阶段被非充电阶段打断，在非充电阶段中不进行sei的形成。以此，在初始充电过程之后、产生通过(由细粒结构构成的)相叠分层的sei子层形成的sei边界层，由此促进sei边界层中的锂离子移动。
4、在引言中所述第一问题领域通过施加脉冲式充电电流抑制。与本专利技术不同的是，在现有技术中，阳极上的sei边界层通过直流电在规定的温度和压力下产生。通常不同电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于制造锂离子电池电芯，尤其袋状电池电芯的方法，所述方法具有化成过程，在所述化成过程中，电池电芯经过初始充电过程，在所述初始充电过程中，锂离子沉积在电池电芯的至少一个阳极(A)的活性材料(3、5)中，确切而言在与电解质(E)的界面处形成SEI边界层(9)以及形成气体(12)的情况下，其中，在初始充电过程中，电池电芯连接到充电电路(LK)中并用直流电充电，其特征在于，所述初始充电过程分为单个充电阶段(L)，在充电阶段中分别形成具有细粒结构的SEI子层(10)，并且单个充电阶段(L)被非充电阶段(N)中断，在所述非充电阶段中不形成SEI，使得在初始充电过程后形成的SEI边界层(9)通过由细粒的结构构成的相叠分层的SEI子层(10)构成，所述细粒的结构支持SEI边界层(9)中的锂离子迁移。
2.一种用于制造锂离子电池电芯，尤其袋状电池电芯的方法，尤其按照权利要求1所述的方法，所述方法具有化成过程，在所述化成过程中，电池电芯经过初始充电过程，在所述初始充电过程中，锂离子沉积在电池电芯的至少一个阳极(A)的活性材料(3、5)中，确切而言在与电解质(E)的界面处形成SEI
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，为了将气体(12)从SEI边界层(9)释出，提供一对辊子(14)，其间布置有夹紧间隙，电池电芯导引通过夹紧间隙。
4.按照权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在压力释放(ΔtE)期间停止初始充电过程，和/或尤其在多个充/放电阶段(L、N)后进行压力释放。
5.一种用于制造锂离子电池电芯，尤其袋状电池电芯的方法，所述方法具有化成过程，在所述化成过程中，电池电芯在初始充电过程中连接到充电电路(K)中，其中，在所述初始充电过程中，锂离子沉积在电池电芯的阳极(A)的活性材料(3、5)中，确切而言在与电解质(E)的阳极界面处形成SEI边界层(9)，其中，阳极(A)具有集流箔(1)，集流箔在两侧通过第一活性材料层(3)和对置的第二活性材料层(5)涂层，其中，两个相对于集流箔(1)对置的第一和第二活性材料层在用于沉积锂离子的能力方面不同，其特征在于，为了补偿不同的用于沉积锂离子的能力，充电电路(LK)分为第一子充电电路(K1)和第二子充电电路(LK2)，借助这两个子充电电路，第一和第二活性材料层(3、5)能相互独立地以及尤其以不同的充电电流充电。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，阳极(A)在电极/隔膜堆垛中沿堆叠方向布置在两个阴极(K)之间，和/或第一充电设备(13)、第一活性材料层(3)以及面向第一活性材料层(3)的阴极(K)连接到第一子充电电路(LK1)中，和/或尤其第二充电设备(15)、第二活性材料层(5)和面向第二活性材料层(5)的阴极(K)连接到第二子充电电路(LK2)中。
7.按照权利要求5或6之一所述的方法，其特征在于，在第一子电路(LK1)的充电阶段(L)期间第二子电路(LK2)处于其非充电阶段(N)中，相反在第二子电路(LK2)的充电阶段(L)期间第一子电路(LK1)处于其非充电阶段(N)中。
8.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在初始充电过程中，在执行至少一个充电阶段(L)后接有放电阶段(EN)，在放电阶段中在充电阶段(L)期间沉积在阳极活性材料(3、5)中的锂离子移回阴极(K)，确切而言尤其在阳极活性材料(3、5)的SEI边界层(9)中形成排出孔隙的情况下进行。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，在放电阶段(EN)中，在阳极侧的SEI边界层(9)上形成无机成分形式的CEI附加层，使得在阳极(A)上形成具有更高附着能力的组合的SEI/CEI边界层。
10.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在初始充电过程中，在阴极活性材料上在与电解质(E)的界面上形成CEI边界层(11)，并且尤其在放电阶段(EN)中在阴极侧CEI边界层(11)上形成SEI附加层，并且尤其SEI附加层由带有较低附着能力的有机成分构成，使得尤其产生组合的CEI/SEI层，该CEI/SEI层由于附着力低而能溶解在电解质(E)中，而不增加CEI边界层(11)的总厚度。
...【技术特征摘要】
1.一种用于制造锂离子电池电芯，尤其袋状电池电芯的方法，所述方法具有化成过程，在所述化成过程中，电池电芯经过初始充电过程，在所述初始充电过程中，锂离子沉积在电池电芯的至少一个阳极(a)的活性材料(3、5)中，确切而言在与电解质(e)的界面处形成sei边界层(9)以及形成气体(12)的情况下，其中，在初始充电过程中，电池电芯连接到充电电路(lk)中并用直流电充电，其特征在于，所述初始充电过程分为单个充电阶段(l)，在充电阶段中分别形成具有细粒结构的sei子层(10)，并且单个充电阶段(l)被非充电阶段(n)中断，在所述非充电阶段中不形成sei，使得在初始充电过程后形成的sei边界层(9)通过由细粒的结构构成的相叠分层的sei子层(10)构成，所述细粒的结构支持sei边界层(9)中的锂离子迁移。
2.一种用于制造锂离子电池电芯，尤其袋状电池电芯的方法，尤其按照权利要求1所述的方法，所述方法具有化成过程，在所述化成过程中，电池电芯经过初始充电过程，在所述初始充电过程中，锂离子沉积在电池电芯的至少一个阳极(a)的活性材料(3、5)中，确切而言在与电解质(e)的界面处形成sei边界层(9)以及形成气体(12)的情况下，其中，在初始充电过程中，电池电芯连接到充电电路(lk)中并用直流电充电，其中，在化成过程中，电池电芯在化成站中通过压力元件加载压力(f)，由此确保电池电芯的压缩，其特征在于，为了避免在sei边界层(9)中的气泡(12)，通过至少一个压力释放(δte)中断压力加载，以便释放在sei边界层(9)中形成的气体(12)，并且尤其收集到电池电芯的气袋中。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，为了将气体(12)从sei边界层(9)释出，提供一对辊子(14)，其间布置有夹紧间隙，电池电芯导引通过夹紧间隙。
4.按照权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在压力释放(δte)期间停止初始充电过程，和/或尤其在多个充/放电阶段(l、n)后进行压力释放。
5.一种用于制造锂离子电池电芯，尤其袋状电池电芯的方法，所述方法具有化成过程，在所述化成过程中，电池电芯在初始充电过程中连接到充电电路(k)中，其中，在所述初始充电过程中，锂离子沉积在电池电芯的阳极(a)的活性材料(3、5)中，确切而言在与电解质(e...
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