CN206893736U - 一种解决3v级钛酸锂电池胀气的化成装置 - Google Patents

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李锡力
张平伟
叶尚云
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Abstract

本实用新型提供一种解决3V级钛酸锂电池胀气的化成装置，包括控温化成箱和化成单元，控温化成箱内设置有8×n个化成单元，n＝1～5，各化成单元的加热器件为PTC热敏电阻，各化成单元的热敏电阻通过导线连接至集中控制柜导入别组电池放电时的馈电为化成单元电池加热。本实用新型设计了以PTC热敏电阻方式加热的控温化成箱，PTC直接加热托住钛酸锂电池的铝合金导热板，使化成电池的温度控制精确，加热速度快、电池温度均匀。操作简单、方便。采用电池放电的馈电加热，易于控制、节能。

Description

一种解决3V级钛酸锂电池胀气的化成装置
技术领域
本实用新型属于化学能转变为电能的装置的领域，具体涉及一种解决3V级钛酸锂电池胀气的化成装置。
背景技术
尖晶石钛酸锂(Li4Ti5O12)是一种新型锂离子电池负极材料，锂离子嵌入晶格后，晶型不发生转变，晶胞体积变化小于1％，被称为“零应变材料”，这使得电池具有非常好的充放电循环性能。尖晶石钛酸锂材料是三维锂离子导体，离子扩散阻力小，充放电速度快。该材料嵌锂电极电位较高(1.55V vs.Li/Li+)，电池在充电过程中可以避免锂枝晶的生长，表现出良好的过充电安全特性。此外，当电池出现内部短路时，钛酸锂负极能迅速转化为绝缘体，切断电流，表现出优异的短路保护特性。
尖晶石型镍锰酸锂(Li1-xNi0.5Mn1.5O4)正极材料是三维导电的电子离子混合导体，其放电平台为4.75V(相对于锂电极)，理论比容量为146.7mAh/g。以镍锰酸锂为正极，钛酸锂为负极的锂离子电池具有3.2V的额定工作电压，能量密度高，可以在低温条件下快速充放电，而且循环性能良好，安全性优于磷酸铁锂电池，这些特征使其作为动力锂离子电池应用有着巨大的商业潜力。
然而，镍锰酸锂-钛酸锂电池体系胀气问题突出，钛酸锂电池的气体产生量与电解液中的H2O和HF的含量成正比。镍锰酸锂电极电位较高，在LiPF6电解液中使用时，阴离子(PF6 -)极易被氧化，产生的氢氟酸会腐蚀电极材料和铝箔集流体，产生氢气和水分。水分又会与阴离子(PF6 -)反应产生氢氟酸，如此循环往复，使电极材料不断遭到侵蚀，电解液在钛酸锂负极表面产生气体会使电池内压增大，电池膨胀，容量快速下降。
实用新型内容
针对本领域存在的不足之处，本实用新型的目的是提出一种解决3V级钛酸锂电池胀气的化成装置。
一种解决3V级钛酸锂电池胀气的化成装置，包括控温化成箱和化成单元，控温化成箱内设置有8×n个化成单元，n＝1～5，各化成单元的加热器件为热敏电阻。各化成单元的热敏电阻通过导线连接有集中控制柜，所述集中控制柜还设置有与电池化成放电回路连接的导线。
其中，所述化成单元包括夹具背板、夹具、排气腔，夹具背板上设置放置电池的夹具，每个夹具由上向下设置有上固定板、铝合金导热板、活动板和下固定板，活动板和下固定板平行，活动板和下固定板之间有弹簧连接；所述铝合金导热板上贴有热敏电阻；所述排气腔位于上固定板的上方。
优选地，所述热敏电阻为12V电压规格的PTC热敏电阻。
进一步地，每4个化成单元为一个提供馈电的电池组。
每4个化成单元为一组，当一组电池化成放电时，集中控制柜收集其馈电输出给另一组4个化成单元的PTC供电。
其中，所述控温化成箱为密闭的箱体，各排气腔均连接于一个排气管道，所述排气管道的气体出口位于控温化成箱的外部。
采用本实用新型的装置，控温化成工艺为：将临时封口的电池放入控温化成箱中，注液口与排气腔连接，控温化成箱中通入氩气保护，静置15～40min，加热至温度为55～85℃，采用0.1C恒流充电至3.5～3.8V，然后静置20～40min，通过排气腔排气；采用0.1C恒流放电，静置10～20min；再0.2C恒流充放电1～2次。
其中，所述控温化成箱为密闭的箱体，各排气腔均连接于一个排气管道，所述排气管道的气体出口位于控温化成箱的外部。
化成过程中，PTC热敏电阻用化成放电时的馈电进行加热，每4个电池为一个组，每两个电池组之间相互提供PTC热敏电阻馈电加热。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型设计了以PTC热敏电阻方式加热的控温化成箱，PTC直接加热托住钛酸锂电池的铝合金导热板，使化成电池的温度控制精确，加热速度快、电池温度均匀，操作简单、方便。采用电池放电的馈电加热，易于控制、节能。采用电化学窗口宽的耐高电压的电解液体系，并采用控温化成工艺制造3V级尖晶石镍锰酸锂-钛酸锂电池，解决了电池胀气问题，电池循环寿命长。
附图说明
图1为针对方形电池的化成装置结构的正面视图。
图2为化成装置结构的侧视图。
图3为控温化成箱的结构图。
图4为实施例1电池循环性能图。
图中，1为夹具背板，2为排气腔，3为化成触点，4为铝合金导热板，5为PTC热敏电阻，6为活动板，7为下固定板，8为控温化成箱，9为排气管道。
具体实施方式
下面通过最佳实施例来说明本实用新型。本领域技术人员所应知的是，实施例只用来说明本实用新型而不是用来限制本实用新型的范围。
实施例中，如无特别说明，所采用的手段均为本领域技术人员所公知的技术手段。
实施例1：
本实施例的控温化成箱8内有八套化成单元，每套化成单元包括夹具背板1，排气腔2，化成触点3，铝合金导热板4，PTC陶瓷加热片5，活动板6，下固定板7。铝合金导热板4位于活动板6上方，PTC陶瓷加热片5贴在铝合金导热板4上。排气腔2和化成触点3位于铝合金导热板4上方。所有化成单元的PTC陶瓷加热片5通过导线连接至集中控制柜导入别组电池放电时的馈电控制电池加热温度。集中控制柜位于控温化成箱8外部。
活动板6和下固定板7平行，活动板和下固定板之间安有弹簧。各排气腔2均连接于排气管道9，排气管道伸出控温化成箱外。
化成单元的PTC热敏陶瓷电阻采用12V电压规格，导热板可保证电池内部温度分布均匀，化成装置置入密闭的控温化成箱内。控温化成箱通入氮气对电池进行保护。
化成过程中，PTC热敏电阻用化成放电时的馈电进行加热，每4个电池为一个提供馈电的电池组。每两组电池相互提供PTC热敏电阻馈电加热。
制备方形镍锰酸锂-钛酸锂锂离子电池，电池规格尺寸为：厚度18mm，宽度65mm，高度140mm，设计容量10安时。
正极活性物质为经过表面包覆Al2O3处理的尖晶石型镍锰酸锂，方形镍锰酸锂/钛酸锂电池的制作步骤如下：
(1).浆料制备
正极配比：活性物质/导电石墨KS-6/导电炭黑Super P/粘合剂PVDF＝92/2/3/3％。
负极配比：活性物质/导电炭黑Super P/粘合剂PVDF＝93/2/5％。
(2).极片制备，
(3).极组制备，
(4).电池组装，
(5).真空注液，
(6)利用电池化成放电时的馈电加热的精确控温化成：在控温化成箱(图1-3)中进行。
将临时封口电池放入化成柜内，排气腔与注液口连接，静置30min，用别组电池放电的12V馈电通入PTC陶瓷加热片，加热至温度为80℃，采用0.1C恒流恒压充电至3.6V，然后静置30min，通过排气腔排气；采用0.1C恒流放电至2.7V，静置15min。0.2C恒流充电至3.6V,静置15min，重复放电/充电一次。
(7)真空封口
化成结束后将电池放入真空封口机内，用力压紧电池壳，使其恢复到原来的厚度，抽真空到-0.09MPa，将一铝铆钉压入注液口内。电池送出干燥房后，立刻在自来水上冲洗残余电解液，防止电解液腐蚀铝壳，用压缩空气吹干表面。
(8).性能检测
以1C恒流恒压充电到3.6V，截止电流0.01C。然后以5C恒流放电到2.7V，充放电循环2000次，电池不胀气，2000次循环基本没有容量衰减，容量保持率超过99％，结果见图4。
以上的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种解决3V级钛酸锂电池胀气的化成装置，其特征在于：包括控温化成箱和化成单元，控温化成箱内设置有8×n个化成单元，n＝1～5，各化成单元的加热器件为热敏电阻，各化成单元的热敏电阻通过导线连接有集中控制柜，所述集中控制柜还设置有与电池化成放电回路连接的导线。
2.根据权利要求1所述的化成装置，其特征在于：所述化成单元包括夹具背板、夹具、排气腔，夹具背板上设置放置电池的夹具，每个夹具由上向下设置有上固定板、铝合金导热板、活动板和下固定板，活动板和下固定板平行，活动板和下固定板之间有弹簧连接；所述铝合金导热板上贴有热敏电阻；所述排气腔位于上固定板的上方。
3.根据权利要求1所述的化成装置，其特征在于：所述热敏电阻为12V电压规格的PTC热敏电阻。
4.根据权利要求1～3任一项所述的化成装置，其特征在于，每4个化成单元为一个提供馈电的电池组。
5.根据权利要求1～3任一项所述的化成装置，其特征在于，所述控温化成箱为密闭的箱体，各排气腔均连接于一个排气管道，所述排气管道的气体出口位于控温化成箱的外部。
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Assignor: BEIJING SUPERHOO TECHNOLOGY CO.,LTD.

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Denomination of utility model: A formation device for solving the flatulence of 3V lithium titanate battery

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Record date: 20220629

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