[發明專利]一種解決3V級鈦酸鋰電池脹氣的電池制備方法和化成裝置

在審

• 申請號: 201710482817.0
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107181006A
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 葉尚云;張平偉;李錫力
• 申請（專利權）人: 北京圣比和科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0587
• 分類號: H01M10/0587;H01M10/44;H01M10/0566;H01M10/615;H01M10/6554;H01M10/6571
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王文君,王文紅

技術領域

本發明屬于化學能轉變為電能的裝置的領域，具體涉及一種解決3V級鈦酸鋰電池脹氣的電池制備方法和化成裝置。

背景技術

尖晶石鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)是一種新型鋰離子電池負極材料，鋰離子嵌入晶格后，晶型不發生轉變，晶胞體積變化小于1％，被稱為“零應變材料”，這使得電池具有非常好的充放電循環性能。尖晶石鈦酸鋰材料是三維鋰離子導體，離子擴散阻力小，充放電速度快。該材料嵌鋰電極電位較高(1.55V vs.Li/Li⁺)，電池在充電過程中可以避免鋰枝晶的生長，表現出良好的過充電安全特性。此外，當電池出現內部短路時，鈦酸鋰負極能迅速轉化為絕緣體，切斷電流，表現出優異的短路保護特性。

尖晶石型鎳錳酸鋰(Li_1-xNi_0.5Mn_1.5O₄)正極材料是三維導電的電子離子混合導體，其放電平臺為4.75V(相對于鋰電極)，理論比容量為146.7mAh/g。以鎳錳酸鋰為正極，鈦酸鋰為負極的鋰離子電池具有3.2V的額定工作電壓，能量密度高，可以在低溫條件下快速充放電，而且循環性能良好，安全性優于磷酸鐵鋰電池，這些特征使其作為動力鋰離子電池應用有著巨大的商業潛力。

然而，鎳錳酸鋰-鈦酸鋰電池體系脹氣問題突出，鈦酸鋰電池的氣體產生量與電解液中的H₂O和HF的含量成正比。鎳錳酸鋰電極電位較高，在LiPF₆電解液中使用時，陰離子(PF₆^-)極易被氧化，產生的氫氟酸會腐蝕電極材料和鋁箔集流體，產生氫氣和水分。水分又會與陰離子(PF₆^-)反應產生氫氟酸，如此循環往復，使電極材料不斷遭到侵蝕，電解液在鈦酸鋰負極表面產生氣體會使電池內壓增大，電池膨脹，容量快速下降。CN103700887B公布了一種鈦酸鋰電池化成方法，在化成過程中排出氣體，但不能解決電池使用過程中電解液被氧化和產生氣體的問題。

發明內容

針對本領域存在的不足之處，本發明的目的是提出一種解決3V級鈦酸鋰電池脹氣的化成裝置。

本發明的第二個目的是提出一種解決3V級鈦酸鋰電池脹氣的電池制備方法。

為實現本發明目的技術方案為：

一種解決3V級鈦酸鋰電池脹氣的電池制備方法，包括步驟：(1)正負極漿料制備，(2)正負極片制備，(3)極組制備，(4)電池組裝，(5)采用耐高電壓的電解液真空注液，(6)利用電池化成放電時的饋電加熱的精確控溫化成，(7)真空封口，(8)檢測。

進一步地，所述耐高電壓的電解液的溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯中的一種或多種，溶質為六氟磷酸鋰和二氟草酸硼酸鋰，溶質濃度為0.8～1.4mol/L；

其中，六氟磷酸鋰和二氟草酸硼酸鋰的摩爾比為1：0.5～0.8，電解液中H₂O含量低于5ppm，HF含量低于10ppm。

優選地，所述電解液中添加占電解液總質量0.2％～2％的添加劑；添加劑為碳酸亞乙烯酯、六甲基磷酰胺中的一種或多種。

其中，所述精確控溫化成工藝為：將臨時封口的電池放入控溫化成箱中，注液口與排氣腔連接，控溫化成箱中通入氬氣保護，靜置15～40min，加熱至溫度為55～85℃，采用0.1C恒流充電至3.5～3.8V，然后靜置20～40min，通過排氣腔排氣；采用0.1C恒流放電，靜置10～20min；再0.2C恒流充放電1～2次。

優選地，用12V電壓規格的PTC熱敏電阻提供化成電池加熱。

更優選地，化成過程中，PTC熱敏電阻用化成放電時的饋電進行加熱，每4個電池為一組，每兩組電池相互提供放電時的饋電供PTC熱敏電阻饋電加熱。

一種解決3V級鈦酸鋰電池脹氣的化成裝置，包括控溫化成箱和化成單元，控溫化成箱內設置有8×n個化成單元，n＝1～5，所述化成單元包括夾具背板、夾具、排氣腔，放置在密閉的控溫化成箱中；夾具背板上設置放置電池的夾具，每個夾具由上向下設置有上固定板、鋁合金導熱板、活動板和下固定板，活動板和下固定板平行，活動板和下固定板之間有彈簧連接；所述鋁合金導熱板上貼有PTC熱敏電阻。

其中，各化成單元的PTC熱敏電阻通過導線連接有集中控制柜，所述集中控制柜還設置有與電池化成放電回路連接的導線。