一种圆柱形锂原电池预处理方法及装置与流程

1.本发明涉及一种圆柱形锂原电池。特别是涉及一种圆柱形锂原电池预处理方法及装置。


背景技术：

2.锂原电池是化学电源系列中比能量最高的系列之一，其中锂-二氧化锰电池、锂-氟化碳电池或锂-二氧化锰/氟化碳复合电池等锂原电池，一般为圆柱形结构，广泛应用于救生设备、军用装备及航天器等领域。随着用电设备在深空、远海等领域的应用越来越广泛，对锂原电池贮存性能提出了更高的要求。
3.但锂-二氧化锰电池、锂-氟化碳电池或锂-二氧化锰/氟化碳复合电池等锂原电池，注液后即为满电态，电池正极在较高的电位下容易与电解液发生部分副反应并产气，产生的气体会恶化电池性能甚至带来安全隐患，同时作为湿态贮存的电池，在贮存期间电解液会在正极界面发生副反应，造成容量损失，降低电池贮存性能。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是，为克服现有技术的不足，提供一种能够提升电池电性能及贮存性能的圆柱形锂原电池预处理方法及装置。
5.本发明所采用的技术方案是：一种圆柱形锂原电池预处理方法，包括如下步骤：
6.1)将注液完成后未封口的锂原电池放置在能够进行放电的真空环境中，调节所述真空环境的温度为20-60℃，真空度为0-100kpa，静置0.2-10h，使锂原电池极片充分被电解液浸润；
7.2)对浸润好的锂原电池进行放电处理，放电过程中使电解液与电极形成致密稳定的固体电解质膜，同时通过调节所述真空环境的温度和真空度，将锂原电池内部产生的气体排出；放电完成后，向所述真空环境中内充氮气或氩气，恢复常压；
8.3)重复步骤2)至少一次，与前一次间隔时间为1-12h；
9.4)预处理结束，将锂原电池内溢出的电解液进行回收，将锂原电池从所述的真空环境中取出，完成电池封口。
10.步骤1)所述的锂原电池是锂-二氧化锰电池或锂-氟化碳电池或锂-二氧化锰/氟化碳复合电池。
11.步骤2)所述的放电处理中，放电电流为0.01c-0.2c，放电时间为10-180min。
12.步骤2)所述的调节温度的范围20-60℃，真空度的范围0-100kpa。
13.一种用于圆柱形锂原电池预处理方法的预处理装置，包括有真空箱体，所述的真空箱体内设置有n个用于支撑需要进行预处理的锂原电池的支撑板架，每个支撑板架上设置有m个锂原电池支撑位和一个用于贯穿m个锂原电池支撑位上的正、负电极连线的贯穿孔，每个锂原电池支撑位上的正、负电极连线都是贯穿该贯穿孔后再贯穿所述真空箱体上的导线出孔连接位于真空箱体外部的充放电设备。
14.本发明的一种圆柱形锂原电池预处理方法及装置，具有如下优点和积极效果：
15.1、本发明由于在锂原电池注液后采用预放电的方式，降低电池开路电压，即降低正极电位，从而减少电池正极侧与电解液副反应，与未预处理电池相比较，电池放电容量明显提高，同时通过优选放电电流、放电时间、放电温度等参数，调节电极表面形成致密稳定的固体电解质膜，有效防止电解液溶剂与电极材料发生副反应，显著提高电池贮存性能。
16.2、本发明提供的预处理方法及装置，由于在预放电过程中进行抽真空，通过调节真空度，将锂原电池注液后电极与电解液、电解液与痕量水等反应产生的气体，排出电池，从而防止气体进一步与电解液或电极发生反应，降低电池内阻，提升电池电性能及贮存性能。
附图说明
17.图1是本发明圆柱形锂原电池预处理装置的结构示意图；
18.图2是本发明中每个设置有锂原电池支撑位结构的支撑板架侧视图；
19.图3是本发明中每个设置有锂原电池支撑位结构的支撑板架正视图；
20.图4是本发明实施例1电池放电容量对比效果图；
21.图5是本发明实施例3电池放电容量对比效果图。
22.图中
23.1：真空箱体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2：锂原电池
24.3：支撑板架
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
4：上支撑架
25.5：下支撑架
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6：正接线端子
26.7：负接线端子
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
8：上导线
27.9：下导线
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10：电解液收集槽
28.10.1：收集槽主体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10.2：收集槽开启门
29.10.3：卡扣
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10.4：贯穿槽
30.10.5：卡孔
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11：导液管
31.12：电解液排出管
具体实施方式
32.下面结合实施例和附图对本发明的一种圆柱形锂原电池预处理方法及装置做出详细说明。
33.本发明的一种圆柱形锂原电池预处理方法，包括如下步骤：
34.1)将注液完成后未封口的锂原电池放置在能够进行放电的真空环境中，调节所述真空环境的温度为20-60℃，真空度为0-100kpa，静置0.2-10h，使锂原电池极片充分被电解液浸润；
35.本发明实施例中所述的锂原电池是锂-二氧化锰电池或锂-氟化碳电池或锂-二氧化锰/氟化碳复合电池。
36.2)对浸润好的锂原电池进行放电处理，放电过程中使电解液与电极形成致密稳定的固体电解质膜，同时通过调节所述真空环境的温度和真空度，将锂原电池内部产生的气体排出；放电完成后，向所述真空环境中内充氮气或氩气，恢复常压；
37.本发明实施例中所述的放电处理中，放电电流为0.01c-0.2c，放电时间为10-180min。所述的调节温度的范围20-60℃，真空度的范围0-100kpa。
38.3)重复步骤2)至少一次，与前一次间隔时间为1-12h；
39.4)预处理结束，将锂原电池内溢出的电解液进行回收，将锂原电池从所述的真空环境中取出，完成电池封口。
40.如图1所示，本发明的一种用于圆柱形锂原电池预处理方法的预处理装置，包括有真空箱体1，所述的真空箱体1内设置有n个用于支撑需要进行预处理的锂原电池2的支撑板架3，每个支撑板架3上设置有m个锂原电池支撑位和一个用于贯穿m个锂原电池支撑位上的正、负电极连线的贯穿孔，每个锂原电池支撑位上的正、负电极连线都是贯穿该贯穿孔后再贯穿所述真空箱体1上的导线出孔连接位于真空箱体1外部的充放电设备。所述的n是大于1的整数，所述的m是大于4的整数。所述的n个支撑板架3在所述的真空箱体1内为前后并排设置，或为上下并排设置。
41.如图1、图2所示，m个所述的锂原电池支撑位结构完全相同，均包括有固定在所述支撑板架3上的上支撑架4和下支撑架5，所述上支撑架4和下支撑架5之间用于放置需处理的锂原电池2，其中，所述上支撑架4上设置有用于与锂原电池2的正极相连的正接线端子6，所述下支撑架5上与所述正接线端子6相对应的设置有用于与锂原电池2的负极相连的负接线端子7，所述正接线端子6和负接线端子7分别对应连接上导线8和下导线9，所述的上导线8和下导线9贯穿支撑板架3上的贯穿孔后再贯穿所述真空箱体1上的导线出孔连接位于真空箱体1外部的充放电设备。
42.每个所述的锂原电池支撑位结构中还设置有用于固定所述锂原电池2同时收集从所述锂原电池2中溢出的电解液的电解液收集槽10，所述电解液收集槽10固定设置在所述支撑板架3上，且位于所述锂原电池2的上部分，所述电解液收集槽10的底部设置有导液管11，所述导液管11的出液端与设置在所述支撑板架3下部的电解液排出管12相对应，用于将电解液收集槽10内收集的电解液导入到所述电解液排出管12内，所述电解液排出管12的出液端伸出所述真空箱体1的外部，连接设置在真空箱体1外部的电解液收集装置，在位于所述真空箱体1外部的电解液排出管12上设置有排液开关。
43.如图2、图3所示，本发明所述的电解液收集槽10包括有固定在所述支撑板架3上的收集槽主体10.1和收集槽开启门10.2，所述收集槽开启门10.2的一侧与所述收集槽主体10.1铰接连接，另一侧与所述收集槽主体10.1通过卡扣10.3相连，所述收集槽主体10.1的上端面形成有用于贯穿锂原电池2正电极的贯穿槽10.4，当所述的收集槽开启门10.2通过卡扣10.3与所述的收集槽主体10.1固定连接时，所构成的底端面上形成有能够卡在所述锂原电池2上端部的凹槽12上的卡孔10.5，从而起到了固定所述锂原电池2的作用。
44.下面给出具体实例：
45.实施例1：锂-二氧化锰电池，型号为cr18650，额定容量3.0ah，正极材料为二氧化锰，电池注液完成后，设置预处理装置内温度为25℃，真空度为100kpa，静置0.2h，电池极片得到充分浸润。随后设置放电设备对电池进行预放电，放电电流为640ma(0.2c)，放电时间10min，放电过程，预处理装置内保持温度25℃，真空度80kpa，放电流程完成后，充氮气，恢复常压。间隔3h，重复放电过程，放电结束后，取出电池，完成封口。
46.采用上述预处理方法的电池，放电容量3.43ah，而未经预处理的电池放电容量仅
3.16ah，如图4所示，粗线为采用本实施例方法的放电曲线，细线为未预处理电池的放电曲线。
47.实施例2：锂-氟化碳电池，型号为br18650，额定容量5.5ah，正极材料为氟化碳，电池注液完成后，设置预处理装置内温度为60℃，真空度为20kpa，静置4h，电池极片得到充分浸润。随后设置放电设备对电池进行预放电，放电电流为55ma(0.01c)，放电时间180min，放电过程，预处理装置内保持温度60℃，真空20kpa，放电流程完成后，充氩气，恢复常压。间隔12h，重复放电过程，放电结束后，取出电池，完成封口。
48.采用上述预处理方法的电池，55度高温贮存一个月后容量保持率为99.69％，而未经预处理的电池55度高温贮存一个月后容量保持率仅98.3ah。
49.实施例3：锂-二氧化锰/氟化碳电池，型号为br118650，额定容量4.5ah，正极材料为二氧化锰和氟化碳混合，电池注液完成后，设置预处理装置内温度为40℃，真空度为60kpa，静置2h，电池极片得到充分浸润。随后设置放电设备对电池进行预放电，放电电流为450ma(0.1c)，放电时间15min，放电过程，预处理装置内设置温度25℃，真空度为40kpa，放电流程完成后，充氮气，恢复常压。间隔6h，重复放电过程，放电结束后，取出电池，完成封口。
50.采用上述预处理方法的电池，放电容量4.8ah，而未经预处理的电池放电容量仅4.54ah，如图5所示，粗线为采用本实施例方法的放电曲线，细线为未预处理电池的放电曲线。采用上述预处理方法的电池，55度高温贮存一个月后容量保持率为98.84％，而未经预处理的电池55度高温贮存一个月后容量保持率仅97.67ah。