一种磷酸铁锂电池梯次浓度差注液工艺

技术领域

本发明涉及一种锂电池注液工艺，特别是一种磷酸铁锂电池梯次浓度差注液工艺，属于锂电池技术领域。

背景技术

锂电池在生产的时候，阳极和阴极卷绕成卷并完成并套壳之后，需要向锂电池壳体内注入电解液，现有技术中，锂电池注入的电解液的浓度是唯一的，通过理论计算整个锂电池的锂离子的消耗量进行电解液的配置，当配置好浓度电解液直接通过锂电池的注液装置向壳体内进行注液。但是研究中发现，在锂电池进行化成时，锂电池内各区域的锂离子的消耗量并不是相等的，唯一浓度的电解液造成部分区域锂离子富余，而部分区域的锂离子不够，从而造成化成后的锂电池的循环寿命降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种磷酸铁锂电池梯次浓度差注液工艺，提高锂电池的循环寿命。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种磷酸铁锂电池梯次浓度差注液工艺，其特征在于包含以下步骤：

S1、对产品抽样，并对产品化成时锂电池内部各部分的锂离子的消耗进行仿真分析，确定化成时各部分锂离子的消耗量；

S2、将锂电池由下至上分隔成L1-Ln区域，并根据仿真结果中各部分锂离子的消耗量计算出L1-Ln区域中每个区域所对应的锂离子的消耗量Q1-Qn；

S3、根据L1-Ln区域的锂离子的消耗量Q1-Qn计算出L1-Ln区域中每个区域对应的电解液的浓度S1-Sn；

S4、分别配置L1-Ln区域对应的S1-Sn浓度的电解液，每一个区域配置第一电解液和第二电解液，第二电解液相比于第一电解液增加增稠剂；

S5、向L1区域内首先注入L1区域对应的第一电解液，然后注入L1区域对应的第二电解液直至注满L1区域，然后向L2区域先注入L2区域对应的第一电解液，再注入L2区域对应的第三电解液直至注满L2区域，并采用同样的方式在L3-Ln区域先后注入每个区域对应的第一电解液和第二电解液，完成锂电池的梯次浓度注液。

进一步地，所述步骤S3中，L1-Ln区域中每个区域对应的电解液的浓度S1-Sn的计算过程为：Sm=Qm/（Hm*A），其中A是锂离子电池的底面积，Hm是第m个区域Lm的高度，1≤m≤n，Qm是区域Lm对应的锂离子的消耗量。

进一步地，所述步骤S3中，第一电解液包含有机溶剂、锂盐、碳酸亚乙烯脂、丁二酸酐和三烯丙基异氰脲酸酯，第二电解液包含有机溶剂、锂盐、碳酸亚乙烯脂、丁二酸酐、三烯丙基异氰脲酸酯和增稠剂。

进一步地，所述有机溶剂采用碳酸二甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、碳酸丙烯脂中的一种或几种的组合。

进一步地，所述锂盐采用六氟磷酸锂和/或双氟磺酰亚胺锂。

进一步地，所述增稠剂采用聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和聚乙二醇中的一种或几种的组合。

进一步地，所述步骤S5中，第一电解液和第二电解液采用针管注液插入锂电池壳体内注液，针管出液口位于注液液面上方1-3mm，锂电池安装在旋转夹具上在针管注液时同步旋转。

进一步地，所述针管旁边设置有二氧化硅粉末喷管，第一电解液与第二电解液之间喷洒一层二氧化硅粉末。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明通过对锂电池各部分的锂离子消耗量进行仿真得到各部分锂离子消耗量，然后划分好区域，并分区域调配不同浓度的电解液，从而使各区域的锂离子的消耗均能够与锂电池化成时匹配，提高锂电池的循环寿命20%以上；本发明每个区域配置两种电解液，第二电解液的稠度高于第一电解液，从而形成物理分层，可以大大延迟上下区域的电解液融合的速度；本发明增加二氧化硅粉末层对上下层电解液之间形成物理阻隔，由于电解液本身有机溶剂的稠度较高，外表张力较大，在增加二氧化硅粉末后，粉末粘附在两层电解液之间的表面，通过两层电解液的张力形成物理分隔的效果。

具体实施方式

为了详细阐述本发明为达到预定技术目的而所采取的技术方案，下面对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本发明的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将结合实施例来详细说明本发明。

本发明的一种磷酸铁锂电池梯次浓度差注液工艺，包含以下步骤：

S1、对产品抽样，并对产品化成时锂电池内部各部分的锂离子的消耗进行仿真分析，确定化成时各部分锂离子的消耗量。通过具体的试验数据并结合软件仿真，得到锂电池内各部分的锂离子的理论消耗量。

S2、将锂电池由下至上分隔成L1-Ln区域，并根据仿真结果中各部分锂离子的消耗量计算出L1-Ln区域中每个区域所对应的锂离子的消耗量Q1-Qn。由于软件仿真结果为一个较小的区域值，我们将锂电池认为分隔成L1-Ln区域，每个区域中的反正的区域值叠加即可得到每个区域的锂离子的消耗量。

S3、根据L1-Ln区域的锂离子的消耗量Q1-Qn计算出L1-Ln区域中每个区域对应的电解液的浓度S1-Sn。

L1-Ln区域中每个区域对应的电解液的浓度S1-Sn的计算过程为：Sm=Qm/（Hm*A），其中A是锂离子电池的底面积，Hm是第m个区域Lm的高度，1≤m≤n，Qm是区域Lm对应的锂离子的消耗量。

第一电解液包含有机溶剂、锂盐、碳酸亚乙烯脂、丁二酸酐和三烯丙基异氰脲酸酯，第二电解液包含有机溶剂、锂盐、碳酸亚乙烯脂、丁二酸酐、三烯丙基异氰脲酸酯和增稠剂。第一电解液中锂盐的总浓度为1.05-1.35mol/L，碳酸亚乙烯脂的添加量占电解液总质量的1-3%，丁二酸酐的添加量占电解液总质量的0.8-1.6%，三烯丙基异氰脲酸酯的添加量占电解液总质量的1-1.5%，增稠剂的添加量占电解液总质量的1.5-4%。

其中，有机溶剂采用碳酸二甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、碳酸丙烯脂中的一种或几种的组合。锂盐采用六氟磷酸锂和/或双氟磺酰亚胺锂。增稠剂采用聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和聚乙二醇中的一种或几种的组合。

S4、分别配置L1-Ln区域对应的S1-Sn浓度的电解液，每一个区域配置第一电解液和第二电解液，第二电解液相比于第一电解液增加增稠剂。

S5、向L1区域内首先注入L1区域对应的第一电解液，然后注入L1区域对应的第二电解液直至注满L1区域，然后向L2区域先注入L2区域对应的第一电解液，再注入L2区域对应的第三电解液直至注满L2区域，并采用同样的方式在L3-Ln区域先后注入每个区域对应的第一电解液和第二电解液，完成锂电池的梯次浓度注液。

第一电解液和第二电解液采用针管注液插入锂电池壳体内注液，针管出液口位于注液液面上方1-3mm，锂电池安装在旋转夹具上在针管注液时同步旋转。针管旁边设置有二氧化硅粉末喷管，第一电解液与第二电解液之间喷洒一层二氧化硅粉末。

本发明通过对锂电池各部分的锂离子消耗量进行仿真得到各部分锂离子消耗量，然后划分好区域，并分区域调配不同浓度的电解液，从而使各区域的锂离子的消耗均能够与锂电池化成时匹配，提高锂电池的循环寿命20%以上；本发明每个区域配置两种电解液，第二电解液的稠度高于第一电解液，从而形成物理分层，可以大大延迟上下区域的电解液融合的速度；本发明增加二氧化硅粉末层对上下层电解液之间形成物理阻隔，由于电解液本身有机溶剂的稠度较高，外表张力较大，在增加二氧化硅粉末后，粉末粘附在两层电解液之间的表面，通过两层电解液的张力形成物理分隔的效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。