一种电池及其制作方法与流程

本发明涉及电池生产，涉及一种电池及其制作方法，尤其涉及一种大尺寸电池及其制作方法，进一步涉及一种大尺寸方形电池及其制作方法。

背景技术：

1、随着新能源行业的快速发展，电池作为新能源设备的重要组成部分，其需求量日益增大。其中，电池的能量密度、循环寿命和一致性是电池厂商和用户共同关注的重点。为了满足这些需求，电池厂商通常通过提高电池尺寸来增加单体电池的容量，从而减少成组电池数量来满足客户。然而，单纯的提高电池尺寸却不改变现有设计及流程，会带来一系列的制造难点。

2、传统的电池制造工艺，以方型铝壳卷绕电池为例，其制造过程涉及到多个步骤，包括：匀浆-涂布-辊压-模切-卷绕-热压-极耳超声波焊接-连接片焊接-包mylar-入壳-顶盖周边焊-一次氦检-真空烘烤-一次注液-高温静置-高温负压化成-高温老化-二次注液-密封钉焊接-二次氦检-分容-k值测试-imp测试-包膜-出货。也有公开号为cn115051043a的专利文件公开了一种适用于大尺寸电池制造的方案，包括以下步骤：将正极片的露箔区切割形成若干正极极耳，将负极片的露箔区切割形成若干负极极耳；将所述正极片、隔膜和所述负极片卷绕形成卷芯；将所述正极极耳和所述负极极耳揉平，揉平后的所述正极极耳与正极集流结构连接，揉平后的所述负极极耳与负极集流结构连接；将所述正极集流结构、所述卷芯和所述负极集流结构装配至电池外壳中；将电解液注入至所述卷芯中，之后封住用于注入电解液的注液路径。

3、可见，现有的电池制作工艺中，都是先将电芯装配至电池壳内后，再进行烘烤、注液等操作。在面临大尺寸电池制作时，存在以下问题：首先，随着电池尺寸的增加，内部芯包变大，层数不断增多，烘烤时芯包内部的水分置换非常困难，注液时电解液也极难进入。其次，大尺寸电池芯包所需极片长度增加、张力不均，会致极片贴合度降低，从而界面缺陷增加。最后，大尺寸电池需要多个芯包串并联配合，由于制造过程中芯包未经过电性能配组的串、并联入壳，因此在终端使用过程中芯包之间的差异会出现芯包电压不均衡、环流、过充、过放、容量受限等风险，从而降低电池的一致性和循环寿命性能。

4、还有公开号为cn107994261a的专利文件公开了这样一种软包锂离子电池制作方法，包括卷芯卷绕、卷芯烘烤、浸液、入包装壳封装密封、化成。其在入壳前通过浸润的方式对卷芯注液，并沥干后再入壳后；在沥干过程中、在入壳过程中，都很容易出现电解液损失量过多的问题，从而造成电池电解液含量不足，影响电池性能。此外，其也不能解决大尺寸电池的界面缺陷问题。

技术实现思路

1、本发明要解决上述问题，提供一种电池及其制作方法，适用于大尺寸电池（底部直径≥30mm，高度≥65mm）的制作、尤其适用于大尺寸方形电池的制作，可解决电池制作过程中烘烤、注液困难的问题，并能提高电池的界面一致性，提高电池的性能和安全性，还能降低制作能耗、增加良品率、降低制造成本。

2、本发明解决问题的技术方案是，首先，提供一种电池的制作方法，包括以下步骤：

3、s1.极片制作；

4、s2.电芯制作：将极片卷绕或叠片后，热压得到芯包；对所述芯包依次进行真空烘烤、极耳焊接、薄膜封装、注液封口、高温静置、化成、抽气封口、连接片焊接，得到电芯；

5、s3.电池制作：将所述电芯封装至电池壳内，得到电池。

6、第一，本技术是将芯包真空烘烤后再入壳，与现有技术中将芯包入壳后再烘烤的技术方案相比，本技术可以解决大尺寸芯包难烘烤的问题，使得芯包内部的水分置换更加充分，提高芯包的干燥程度，从而提高电池的性能和安全性。

7、其中，真空烘烤的条件不受限制，由于是在壳外烘烤，烘烤效率更高，真空烘烤的条件相比于壳内烘烤的现有技术可适当降低，从而能够有效减少所需能耗。作为本发明的优选，所述真空烘烤为：在70~90℃下烘烤10~14h。温度可以是70℃、75℃、80℃、85℃、90℃；时间可以是10h、11 h、12h、13h、14h；保证芯包中水分的去除即可。作为本发明的优选，所述真空烘烤为：在80℃下烘烤12h。

8、第二，本技术增设了薄膜封装步骤、并基于此可以将注液步骤调整到入壳步骤之前，与现有技术中将芯包入壳后再注液的技术方案相比，本技术可以解决大尺寸芯包难注液的问题，可以保证电解液能够更快速、更充分地进入芯包内部，提高电池的电解液浸润效果，从而提高电池的性能和安全性。与现有技术中将芯包浸液后再入壳的技术相比，本技术可以保证电解液的含量、保证电池性能；并基于此可以将化成步骤调整到入壳前，能够及时发现、剔除不良芯包，减少结构件材料损耗。

9、同时，薄膜封装还能进一步提高电池界面一致性：对单芯包密封，使得在大气压强的作用下，可以向内挤压极片，从而减少界面不贴合造成的缺陷，可以有效提高电池的界面一致性，提高电池的性能和安全性。

10、进一步地，在薄膜封装的基础上，一方面，后续步骤对露点环境的要求可以降低，作为本发明的优选，所述高温静置、化成、抽气封口、连接片焊接均在非露点环境中进行。相比于现有技术，减少了电池制造全流程需要露点环境的范围，节省能源消耗，降低成本，提高产品竞争力，保护环境。

11、另一方面， 后续进行连接片焊接步骤时，可以避免焊接过程中形成的金属焊渣掉落至芯包的极片层间内的风险，从而降低电池内部短路风险。作为本发明的优选，所述连接片焊接可以采用激光焊接。作为本发明的优选，激光焊接的功率为900~1100w，焊接速度为4~6mm/s。功率可以是900w、950w、1000w、1050w、1100w；速度可以是4mm/s、4.5mm/s、5mm/s、5.5mm/s、6mm/s；作为本发明的优选，激光焊接的功率为1000w，焊接速度为5mm/s。

12、其中，用于封装的薄膜不应影响芯包的电性能、也不应与电池电解液发生反应、同时还应具有良好的力学性能。作为本发明的优选，所述薄膜封装中，所用的薄膜选自聚烯烃类材料、聚酰亚胺类材料中的一种或几种。其中聚烯烃类材料优选为pe（聚乙烯）或/和pp（聚丙烯），聚酰亚胺材料优选为pi（聚酰亚胺）。因而作为本发明的优选，所述薄膜选自pp薄膜、pe薄膜、pi薄膜中的一种或几种。这些薄膜可以单独使用、也可以复合使用。

13、作为本发明的优选，所述薄膜封装的封装厚度为0.05~0.2mm。厚度可以是0.05mm、0.1mm、0.15mm、0.2mm；作为本发明的优选，封装厚度为0.1mm。

14、第三，作为本发明的优选，所述抽气封口与所述连接片焊接之间，还依次包括以下步骤：分容、测试、电芯配对。本技术还将分容、测试、电芯配对步骤调整到入壳前，与现有技术中在电芯入壳后、甚至是在完成封装后再进行分容、测试步骤的技术方案相比，可以及时调整，避免了因分容工序出现的低容、内阻大等不良报废引起的结构件的浪费，降低成本。

15、其中，作为本发明的优选，所述测试包括imp测试和k值测试。

16、作为本发明的优选，所述电芯配对是将测试性能一致的芯包串并联，经精确的芯包配对后可以提高串、并联芯包的一致性，在终端使用时可以均衡电流，避免环流，降低并联危害，提高电池循环寿命。

17、此外，本技术中，步骤s1为电池制作工艺中的前段工序，主要是完成正负极极片的生产，其步骤不受限制，可与现有技术一致。作为发明的优选，步骤s1依次包括以下步骤：制浆匀浆、涂布、辊压、分切模切。

18、制浆匀浆是将活性物质粉体、粘结剂、导电剂等和溶剂按照一定顺序和条件，借助搅拌机公转搅动和分散碾碎作用混合均匀制成稳定悬浮液的过程。

19、涂布是将正极（负极）悬浮液浆料均匀涂布于铝箔（铜箔）幅面上，然后进行干燥成膜的过程。

20、辊压是通过辊压使活性物质与集流体接触紧密，减小电子的移动距离，降低极片的厚度，提高装填量，同时降低电池内阻提高电导率，提高电池体积利用率从而提高电池容量。

21、分切模切是根据工艺和来料尺寸，使用分切机将膜卷切成多个尺寸相同的卷料，将极片分切成设计的宽度，从而达到电芯尺寸要求；然后将膜片通过成型刀模或激光的剪切形成特定形状和规格的极耳和极耳间距。

22、步骤s2为电池制作工艺中的中段工序，主要是完成电芯的制作。步骤s2中，基于所需电池结构的不同，芯包的制作工艺不同：方形、圆柱电池为卷状，主要通过卷绕形成，即是将是将正极极片、负极极片、隔膜按一定顺序通过绕制制成；相比圆柱卷绕，方形卷绕工艺对张力控制的要求更高。软包电池为层状，主要通过叠片形成。作为本发明的优选，将极片卷绕以制作方形电池。

23、卷绕或叠片后，热压的目的主要是对电芯进行整形，降低芯包转运过程极片隔膜跑偏导致短路或极片间距发生变化，消除隔膜褶皱，赶出电芯内部空气，使隔膜和正负极极片紧密贴合在一起，缩短锂离子扩散距离，降低电池内阻，改善锂离子电池的平整度，使电芯厚度满足要求并具有高的一致性，同时控制芯包厚度在相对一致的规格范围内，为电芯入壳以及电池一致性打下基础。热压条件不受限制，使得电芯内部几乎不存在空气，隔膜和极片紧贴合在一起，松散电芯能够变成硬块状态即可。

24、作为本发明的优选，在热压和真空烘烤之间，还包括x射线检测步骤，以防止不合格电芯流入后续工序。

25、作为本发明的优选，所述极耳焊接采用超声焊接。

26、作为本发明的优选，所述高温静置为：在50~70℃下静置10~14h。温度可以是50℃、55℃、60℃、65℃、71℃；时间可以是10h、11h、12h、13h、14 h；作为本发明的优选，在60℃下静置12h。

27、步骤s3为电池制作工艺中的后段工序，主要是完成电池的封装。作为本发明的优选，步骤s3具体依次包括以下步骤：入壳、顶盖周边焊、密封检测、包膜、出货。

28、电芯入壳即是将电芯装入铝壳，起到保护电芯结构的作用；入壳采用的设备多为将铝壳通过机械手转运到固定夹具，通过高精度轨道推动电芯平缓进入铝壳。电芯入壳后要对其进行短路检测，以防止不良电芯流入后工序。

29、密封检测多采用氦气检测，通过向顶盖焊接后的电池注入氦气并检测其是否泄漏氦气判定电芯铝壳及顶盖是否存在针孔或间隙。

30、其次，本发明还有一个目的是提供一种由上述制作方法制备得到的电池。

31、作为本发明的优选，所述电池是方形、圆柱、软包电池中的一种。优选为方形电池，优选为大尺寸（底部直径≥30mm，高度≥65mm）方形电池。

32、本发明的有益效果：

33、1.本技术中，通过将芯包烘烤提到入壳工序之前，可以解决大尺寸芯包难烘烤的问题，使得芯包内部的水分置换更加充分，提高芯包的干燥程度，从而提高电池的性能和安全性。

34、2. 本技术中，将芯包薄膜封装，基于此，第一，可以将注液、化成、分容提到入壳工序之前，解决了大尺寸芯包难注液的问题，使得电解液能够更充分快速地进入芯包内部，提高电池的电解液浸润效果，从而提高电池的性能和安全性。第二，可以在激光焊接过程中避免形成的金属焊渣掉落至芯包的极片层间内的风险，从而降低电池内部短路风险。第三，可以在大气压强的作用下，向内挤压极片，从而减少界面不贴合造成的缺陷，可以有效提高方型铝壳电池的界面一致性，提高电池的性能和安全性。第四，可以减少电池制造全流程需要露点环境的范围，节省能源消耗，降低成本，提高产品竞争力，保护环境。因而，本技术的制作工艺能够有效增加良品率、降低制造成本。

35、3.在一些实施方式中，本技术增加在入壳前的芯包电性能配对工序，可以提高串、并联芯包的一致性，在终端使用时可以均衡电流，避免环流，降低并联危害，提高电池循环寿命。

36、4.本技术提供了一种电池，在大尺寸下也具有良好的电性能。

技术特征：

1.一种电池的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种电池的制作方法，其特征在于：所述薄膜封装中，所用的薄膜选自聚烯烃类材料、聚酰亚胺类材料中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的一种电池的制作方法，其特征在于：所述薄膜选自pp薄膜、pe薄膜、pi薄膜中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种电池的制作方法，其特征在于：所述薄膜封装的封装厚度为0.05~0.2mm。

5.根据权利要求1所述的一种电池的制作方法，其特征在于：所述高温静置、化成、抽气封口、连接片焊接均在非露点环境中进行。

6.根据权利要求1所述的一种电池的制作方法，其特征在于：所述抽气封口与所述连接片焊接之间，还依次包括以下步骤：分容、测试、电芯配对。

7.根据权利要求1所述的一种电池的制作方法，其特征在于：所述连接片焊接采用激光焊接，激光焊接的功率为900~1100w，焊接速度为4~6mm/s。

8.根据权利要求1所述的一种电池的制作方法，其特征在于：所述极耳焊接采用超声焊接。

9.根据权利要求1所述的一种电池的制作方法，其特征在于：所述高温静置为：在50~70℃下静置10~14h。

10.一种根据权利要求1~9任意一项所述的制作方法制得的电池。

技术总结
本发明涉及电池生产技术领域，涉及一种电池及其制作方法。制作方法包括以下步骤：极片制作；电芯制作：将极片卷绕或叠片后，热压得到芯包；对所述芯包依次进行真空烘烤、极耳焊接、薄膜封装、注液封口、高温静置、化成、抽气封口、连接片焊接，得到电芯；电池制作：将所述电芯封装至电池壳内，得到电池。在一些实施方式中，所述抽气封口与所述连接片焊接之间，还依次包括分容、测试、电芯配对。本申请通过增加薄膜封装步骤，并将真空烘烤、注液、化成、分容等步骤调整到入壳工序前，能够有效提高电池的性能，并减少电池制作过程中所需能耗、增加良品率、降低制造成本，尤其适用于大尺寸电池的制作。

技术研发人员：栗波,黄天翔,苗英杰,刘豪,胡莹莹,段少强
受保护的技术使用者：孝感楚能新能源创新科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23