制造非水电解质二次电池的方法_4

文档序号:9916772阅读:来源:国知局
过以大气压力下的惰性气体(诸如氮气或氩气)冲洗空隙而被设定至大气压力(正常压力)。示例性实例包括通过非水电解质注入孔56注入大气压力的惰性气体,或者将非水电解质注入孔56开放于惰性气氛的大气压下等等。
[0063]然后说明电池外壳密封步骤(S5),在以上减小的压力解除步骤(S4)中电池外壳50内的空隙已被设定至大气压力(正常压力)以后,电池外壳50中的开口(典型地,非水电解质注入孔56)被密封(不漏气地封闭)。具体地,形成于盖54中的非水电解质注入孔56被以密封塞58封闭,从而使外壳50的内部成为密封的空间。密封塞58的形状和材料没有特别限定且可与已为普通的锂离子二次电池所使用的相同,只要设置的密封塞58能够不漏气地封闭电池外壳50。而且,封闭注入孔56的方法没有特别限定,且可与至今已知的已被利用的方法相同,只要其为能够不漏气地封闭电池外壳50的方法。适宜的方法的实例包括:在将盖54上的注入孔56堵塞的某个位置设置密封塞58,且通过将此注入塞58焊接到盖54而密封注入孔56的方法;以及通过将密封塞58模锻(swage)到注入孔56而将注入孔56密封的方法。
[0064]至于电池外壳50被密封的时机,在电解质注入步骤(S3)中被注入的预定量的非水电解质(预定量,典型地为完全地浸渍电极组件80内部的非水电解质的量:X mL)完全地浸渍电极组件80内部之前(就是说,在电极组件80被完全地浸渍之前)进行这样的密封。这可以使以下效果能够获得:在电池外壳的密封50以后允许剩余的非水电解质浸渍电极组件80内部,从而使电池外壳50内的空隙压力能够低于大气压力(此处的效果还被称为“浸渍减压效果”)。就是说,电池外壳50内的初始内部压力可以被设定为减压状态。
[0065]尽管没有特别限定,其通常适宜于在密封后电池外壳50内的压力达到不超过大气压力的90% (如,电池外壳50内的气体压力变成90kPa以下)的水平的时机,进行密封。例如,可在密封后电池外壳50内的压力达到低于大气压力约1kPa至约70kPa的水平的时机,进行密封。需要在密封后电池外壳50内的气体压力变成优选不超过80kPa,且更优选不超过70kPa的时机,进行密封。然而,随着密封后电池外壳50内的空隙压力变低,非水电解质进入电极组件80的浸渍变得更困难。因此,为避免注入电极组件80的非水电解质的不充分浸渍,及还从注入电极组件80的非水电解质的浸渍效率的角度来看,优选在保证密封后外壳50内气体压力至少为大气压力的20% (如,20kPa以上,诸如从20到30kPa)的时机,进行电池外壳密封步骤(S5)。
[0066]只要密封后减压的程度不受到影响,尽管没有特别限定,适宜在电池外壳密封以后,电解质注入步骤(S3)中注入电池外壳50中的非水电解质的总体积的至少1voI %,且优选至少20vol% (如,从10到50vol%,诸如从20到40vol%),能够浸渍电极组件80的内部的时机,进行密封。电池外壳密封之后,浸渍电极组件80内部的非水电解质的体积越大,可以达到的浸渍减压效果就越高。例如,在具有内部容积为约100至400mL的电池外壳的二次电池中(典型地,机载使用的锂离子二次电池),优选在密封后已浸渍电极组件内部的非水电解质的体积(浸渍的体积)(即,V2-V1的差)变成约25至75mL的时机,进行密封,体积V2(mL)为在非水电解质已完全地浸渍电极组件内部以后的外壳内剩余的空隙的体积,体积Vl(mL)为当外壳被密封时外壳内剩余的空隙的体积。
[0067]从减压解除步骤(S4)中电池外壳50内的空隙回到大气压力(正常压力)的时候直到进行电池外壳密封步骤(S5)的时间(此处的时间也被称为“大气压力保持时间”)没有特别限定,只要时机为诸如能使以上说明的浸渍减压效果能够达到即可。大气压力保持时间可根据如电极组件80的构造、电池外壳50的体积和形状、电解质注入步骤(S3)中注入的非水电解质的量和组成、及电极组件80的浸渍状态这样的因素而被设定。在其中电池外壳50内的空隙开放至大气压力的时间长度越短,浸渍减压效果就可以越容易达到。尽管没有特别限定,以示例的方式,优选在其中电池外壳50的空隙开放至大气压力的时间长度将不超过90秒(且更优选不超过60秒,诸如约30至60秒)。
[0068]电解质注入步骤(S3)中注入的电解质的预定量(如,完全地浸渍电极组件80的内部的非水电解质量:X mL)完全地浸渍电极组件80内部之前,电极组件80可以处于还未被非水电解质浸渍的区域(诸如还没被非水电解质浸渍的多孔电极组件内的孔和堆叠电极片之间的缝隙)存在于电极组件80内的状态,且这样的仍未浸渍的区域可处于低于大气压力的压力状态(下文中该电极组件80的状态也被称为“低浸渍状态”)。在这样的处于低浸渍状态的电极组件80中,非水电解质高效地浸渍电极组件80内那些还未被非水电解质浸渍的区域(非水电解质未浸渍区域)。因而,当进行电池外壳密封步骤(S5)时,电极组件80的浸渍状态越低,可以达到的浸渍减压效果就越高。例如,在非水电解质进入电极组件的浸渍速率相对慢的非水电解质二次电池(尤其是锂离子二次电池)中,诸如有高密度电极混合物层的非水电解质二次电池、高容量非水电解质二次电池和高流体体积非水电解质二次电池,因为易于在卷绕电极组件80的内部处于低浸渍状态的时机进行以上说明的电池外壳密封步骤,可以获取适宜于实践本发明的目标电池。
[0069]对于电解质注入步骤(S3)、减压解除步骤(S4)和电池外壳密封步骤(S5),例如,从防止非水电解质组成的变化和获取好的制造效率等角度来看,优选在常温范围下(典型地,在至少5 °C且不超过35 °C的温度范围下)进行每个步骤。
[0070]然后说明老化步骤(S6)。在本发明的实践中,通过允许在以上电池外壳密封步骤
(S5)中将被密封的非水电解质二次电池100放置(stand)给定的一段时间,使得非水电解质将电极组件80还未浸渍的区域浸渍。
[0071]此处,密封的电池100被放置的的时间长度没有特别限定,只要其至少为足以引发以上浸渍减压效果的一段时间即可。例如,电池100可被放置的时间比电池外壳50内的气体压力达到进一步减小不再发生的状态(稳定状态)所需的时间长。优选让电池100放置至少为电极组件80达到完全浸渍的状态所需的时间长度。尽管没有特别限定,老化可被进行至少6小时,且优选被进行,至少12小时且多达几天(如,从12到72小时,且尤其是从24到48小时)的期间。密封的非水电解质二次电池100被放置的时间长度可根据以下考虑因素而适宜地设定:如,电极组件80的构造、电池外壳50的体积和形状、在电解质注入步骤(S3)中注入的非水电解质的量和组成、进行电池外壳密封步骤(S5)的时机及在这样的时机时电极组件80的浸渍状态。
[0072]为防止由剩余的在电池外壳50中气体体积的膨胀和/或电解质的蒸汽压的升高引起的电池内部压力不必要的增加,及还防止非水电解质二次电池的劣化,适宜于在常温范围中(典型地,5°C至35°C的温度范围)的温度下进行老化步骤(S6),优选的温度范围为约15°(:至25°(:。
[0073]然后说明充电处理步骤(S7)。如上所述,在密封电池外壳50以后,于电池外壳50内气体压力低于大气压力的压力减小的状态,至少进行一次充电处理。充电方法没有特别限定,且可与常规的非水电解质二次电池制造中采用的方法相同。例如,这可通过恒定电流-恒定电压充电(CC-CV充电)有利地进行,在其中以约0.1C至1C的恒定电流充电直到在正和负电极端子之间的电压达到预定值(CC充电),接着是恒定电压充电直到荷电状态(SOC)达到约60%至100% (CV充电)。充电处理可被单次进行,或者可穿插放电处理反复被进行两次或更多。
[0074]下文说明涉及本发明的实例,尽管并不表示本发明局限于这些实例中示出的那止匕
~、O
[0075]〈实例I〉
[0076]利用以下材料和过程制作根据实例I的锂离子二次电池(非水电解质二次电池)。
[0077]正电极混合物层形成浆料的制备是通过将作为正电极活性材料粉末的LiN1.38Co().32Mn().3()02(LNCM)、作为导电材料的乙炔黑(AB)及作为结合剂聚偏二氟乙烯(PVDF),其重量比为LNCM:AB:PVDF = 90:5:5,填入混揉机,并在以N-甲基吡硌烷酮(NMP)调整粘度而混揉。此浆料被施加到具有15微米厚度的延长的铝箔(正电极集电体)的两侧,然后被干燥且随后被压制,从而制得包含正电极集电体上的正电极混合物层的正电极片(总厚度130微米;混合物层密度2.6g/
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