一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备的制作方法

1.本实用新型属于电芯预锂领域，尤其涉及一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备。

背景技术：

2.锂离子电池在首次充电过程中，负极表面会和电解液发生反应生成固体电解质膜(sei)，这种电解质膜虽然对锂离子电池的循环稳定性有益，但是会消耗掉正极的锂离子，并且这种反应是不可逆的，因而造成了电池的首次库伦效率(ice)降低，降低了电池的容量。
3.为了解决负极材料首次库伦效率低的问题，人们发展了化学还原法、人造sei膜法和电化学预锂化法，其中电化学预锂化法是一种最直接的解决锂离子负极材料ice低的方法。
4.目前在电化学预锂中大都还在实验探索阶段，电芯自动预锂(电芯内置锂源与负极短接)技术在实验室应用较为广泛，但预锂速率较慢难以控制，预锂一致性较差，难以达到产业化条件。
5.为了解决预锂速度慢的问题，实验人员发展了对预锂电芯进行旋转振动的方法，此方法虽能稍微提升预锂速度，但一次性可制造量较低，产业化程度低，而且可能会导致电芯内部损坏，对预锂程度无法控制，难以保证预锂电芯一致性。
6.经检索，中国专利申请号：202021097399.7，申请日：2020.06.15，专利名称：一种锂离子电容器预锂化装置，该申请的装置包括支撑底座；加热组件，其包括加热件和固定件；所述加热件滑动设置于所述支撑底座上；所述固定件与所述加热件平行设置，且其固定于所述支撑底座上；锂离子电容器放置于所述加热件与固定件之间；加压组件，所述加压组件的一端与所述加热件相连接，其另一端与所述固定件相连接，用于固定所述加热件与固定件之间的间距；但该申请无法实时监控电芯内部正负极电压，无法保证预锂电芯的一致性，且预锂后无法直接进行化成。

技术实现要素：

7.1.实用新型要解决的技术问题
8.鉴于现有的预锂方式和设备在对电芯进行预锂时，速率较慢且难以控制，预锂一致性较差的问题，本实用新型提供了一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，加快了电芯预锂速度的同时，提高了预锂一致性。
9.2.技术方案
10.为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：
11.本实用新型的一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，包括箱体，其内部设置电芯，所述的电芯通过隔板间隔设置，所述的隔板通过弹簧互相连接；所述的电芯与外部测量装置电连接。
12.更进一步地，所述的箱体密封设置，其内部压力可调。
13.更进一步地，所述的隔板活动的安装在底板上。
14.更进一步地，所述的箱体上设置电接触板，所述的电芯通过电接触弹片和弹针与电接触板电连接，电接触板与外部测量装置电连接。
15.更进一步地，底板包括侧板，侧板固定在底板上。
16.更进一步地，所述的隔板上开设通孔，滑轨通过轴承穿过通孔，将所有隔板串接，隔板在滑轨上沿滑轨长度方向运动。
17.更进一步地，所述的弹簧套设在滑轨上。
18.更进一步地，所述的电接触板包括导电板和绝缘底板，所述的导电板间隔设置在绝缘底板上，所述的导电板长度大于间隔长度。
19.更进一步地，所述的电接触弹片和弹针成一定角度连接，电接触弹片与导电板紧密接触，弹针固定在隔板上，通过凸出部与电芯接触。
20.更进一步地，所述的电芯一侧设置气袋。
21.更进一步地，所述的箱体上还设置推动结构，推动结构自由端设置压力计。
22.更进一步地，所述的箱体上还设置传感器，用于测量隔板与传感器的距离。
23.更进一步地，所述的箱体底部设置定位柱，底板上设置数量相等的定位孔，定位柱与定位孔配合，固定底板。
24.3.有益效果
25.采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
26.(1)本实用新型提供的一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，通过调节预锂电芯内外部的压强差使电芯膨胀或收缩，促使内部的电解液产生流动，加强电芯浸润效果的同时便于锂离子在锂源与负极片之间的迁移，从而加速预锂化过程，增强预锂化效果。
27.(2)本实用新型提供的一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，可通过传感器及隔板精准控制电芯的内外部压强差，通过对每一片电芯的正负极电压差的监测及对箱体内部压强的控制，在显著提升预锂化电芯预锂速度的同时增加预锂电芯的一致性，使每片电芯都充分且一致的实现预锂。
28.(3)本实用新型提供的一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，还设置了推动结构、压力计和温控系统，在预锂电芯的电压达到设定值后，启动推动结构和温控系统可直接在本设备中进行化成工序。
附图说明
29.图1为电芯内外压强差加快电解液流动原理图；
30.图2为本实用新型整体结构示意图；
31.图3为图2中结构5的结构放大图；
32.图4为本实用新型另一视角下的结构示意图；
33.图5为本实用新型电芯结构和隔板的局部放大图；
34.图6为本实用新型中电接触弹片与弹针的组合结构示意图；
35.图7为呼吸式预锂与常规浸液式预锂电压变化对比图。
36.附图标记说明
37.1、推动结构；2、压力计；3、传感器；4、定位柱；5、电接触板；51、导电板；52、绝缘底板；6、箱体；7、弹簧；8、气袋；9、电接触弹片；10、侧板；11、定位孔；12、隔板；13、滑轨；14、底板；15、电芯；16、轴承；17、弹针。
具体实施方式
38.为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。
39.图1所示为本实用新型提升预锂速率的原理图，本实用新型通过改变电芯15外部气压，使电芯15膨胀或收缩，在所述电芯15膨胀或收缩的过程中，电芯15内部的电解液产生流动，加强电芯15浸润效果的同时更便于锂离子在锂源与负极片之间的迁移，从而加速预锂化过程，增强预锂化效果。
40.实施例
41.本实施例的一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，如图2和图4所示，包括箱体6，所述箱体6可以为真空箱，用于调节箱体6内部气压，所述箱体6内部压力可调节范围为0～-99kpa(设定标准大气压为0kpa为基准，下文所写压力均设定标准大气压为0kpa)。所述箱体6内部设置电芯15，所述电芯15注液封装后的内部压力为-40～-80kpa。所述箱体6内部气压小于所述电芯15内部压力时，所述电芯15膨胀，当所述箱体6内部气压大于所述电芯15内部压力时，所述电芯15被压缩。所述的电芯15通过隔板12间隔设置，所述的隔板12通过滑轨13互相连接；所述的电芯15与外部测量装置电连接。
42.为了在电芯15膨胀或收缩时固定底板14，所述的箱体6底部设置定位柱4，底板14上设置数量相等的定位孔11，定位柱4与定位孔11配合，固定底板14。
43.所述底板14两侧固定有侧板10，其中靠近传感器3的侧板10的垂直高度低于所述传感器3，另一侧的侧板10高度与隔板12相同。
44.如图5所示，所述的隔板12底部有至少两个轴承16，滑轨13两端固定于所述侧板10，穿过所述轴承16，所述隔板12可在滑轨13上沿滑轨13长度方向滑动，所述电芯15紧密贴合隔板12，所述电芯15膨胀或压缩时，所述电芯15会带动隔板12在滑轨13上滑动。
45.为保证所述隔板12在所述滑轨13上运动时保持平稳，所述隔板12之间的滑轨13上均套设弹簧7。所述弹簧7在自然状态下的长度等于所述电芯15在标准大气压下的厚度。
46.为便于监控所述真空箱内气压与电芯15内的气压差，箱体6上还设置传感器3，所述传感器3用于测量隔板12与传感器3的距离。所述真空箱内的气压小于所述电芯15内的压强时，所述电芯15膨胀，所述隔板12与所述传感器3之间的距离变小；所述真空箱内的气压大于所述电芯15内的压强时，电芯15收缩，所述隔板12与所述传感器3之间的距离变大，可通过所述距离对真空箱内的气压实施监控。
47.为测量预锂程度，需要实时监测所述电芯15内部电压。所述的箱体6上设置电接触板5，为实现导电效应并与箱体6绝缘，所述的电接触板5包括导电板51和绝缘底板52，如图3所示，所述的导电板51间隔设置在绝缘底板52上，实现导电的同时与箱体6绝缘。为保证电芯15膨胀或收缩时，导电板51能持续起到导电作用，所述的导电板51长度大于间隔长度，且电接触弹片9和与电接触板5弹性连接，弹针17的凸出部与电芯15的极耳弹性连接，所述的电接触弹片9和弹针17固定在隔板12上，成一定角度连接，如图6所示，所述连接部位均具有一定的可活动性，保证电芯15带动隔板12位移后，仍能保持电联通。
48.在箱体6外部设有外部测量装置，所述外部测量装置与电接触板5电连接，所述外部测量装置可测量多个所述电芯15的正负极电压，可由所述电压值实时判断所述电芯15的预锂程度。
49.本实施例提供的设备在预锂后可直接进行化成工序；
50.电芯15在化成时会产生气体，所述的电芯15一侧设置气袋8，气袋8可储存电芯15化成时产生的气体，所述气袋8在后续工序中可去除。
51.电芯15化成时需要一定的压力，所述的箱体6上还设置推动结构1，所述电芯15化成时，由推动结构1向隔板12施加压力，所施加的压力均匀施加到每片电芯15上，为化成提供压力条件，化成时推动结构1对电芯15施加的压力在100～2000n之间。推动结构1自由端设置压力计2，所述压力计2可测量所述推动结构1对所述隔板12施加的压力大小。
52.电芯15化成时需要一定的温度，所述的箱体6上还设置温控系统，为化成提供25℃～60℃之间的温度范围。
53.为验证本实用新型的技术效果，进行如下对比实验：
54.实验1：
55.常规电芯15制作，作为对比组1。
56.1、电芯15采用lfp/c负极；
57.2、电解液采用天赐021型号电解液；
58.3、注液后浸润时间为48h，浸润温度为25℃；
59.4、之后进行常规分容循环等步骤。
60.实验2：
61.具体的工艺参数同实验1，所不同的是注液后浸润温度为45℃。
62.实验3：
63.一种用于提升预锂速率的呼吸式工艺，具体的工艺参数如下：
64.1、电芯15采用lfp/c负极的自动预锂电芯15；
65.2、电解液采用天赐021型号电解液；
66.3、注液封装后电芯15内部压力为-50kpa；
67.4、预锂时的温度为25℃；
68.5、预锂时夹具内单个电芯15的位移距离(膨胀程度)为-1.5mm～0.2mm；
69.6、正负极电压达到2.5v时开始化成并记录浸润时间；
70.7、化成温度为45℃,化成压力为1000n；
71.8、之后分容循环等步骤按照正常电芯15操作，与对比组保持一致。
72.实验4：
73.一种用于提升预锂速率的呼吸式工艺，具体的工艺参数同实验3，所不同的是：实验3中步骤4的预锂时温度为45℃。
74.实验5：
75.常规预锂电芯15制作，注液封装后静置不进行呼吸式工艺加速。
76.1、电芯15采用lfp/c负极的自动预锂电芯15；
77.2、电解液采用天赐021型号电解液；
78.3、注液封装后电芯15内部压力为-50kpa；
79.4、静置预锂时的温度为25℃；
80.5、正负极电压达到2.5v时开始化成并记录浸润时间；
81.6、化成温度为45℃,化成压力为1000n。
82.7、之后分容循环等步骤按照正常电芯15操作，与对比组保持一致。
83.实验6：
84.一种常规预锂电芯15制作工艺，具体的工艺参数同实验5，所不同的是：实验5中步骤4的预锂时温度为45℃。
85.实验7：
86.一种用于提升预锂速率的呼吸式工艺，具体的工艺参数同实验3，所不同的是：实验3中步骤6中开始化成的时间为浸润48h后，记录此时的电芯15电压。
87.实验8：
88.一种用于提升预锂速率的呼吸式工艺，具体的工艺参数同实验7，所不同的是：实验3中步骤4的预锂温度为45℃。
89.实验9：
90.一种用于提升预锂速率的呼吸式工艺，具体的工艺参数同实验5，所不同的是：实验5中步骤5中开始化成的时间为浸润48h后，记录此时的电芯15电压。
91.实验10：
92.一种用于提升预锂速率的呼吸式工艺，具体的工艺参数同实验7，所不同的是：实验3中步骤4的预锂温度为45℃。
93.表1实验数据对比表
[0094][0095]
综合图7和表1结果可得出以下结论：
[0096]
1、采用呼吸式预锂工艺达到设定电压的时间较常规预锂浸润的电芯15更短；
[0097]
2、采用呼吸式预锂工艺容量以及容量保持率较对比组提升更明显；
[0098]
3、在相同时间内，采用呼吸式预锂设备的电芯15电压较常规预锂浸润的电芯15电压上升的更快，预锂程度更好；
[0099]
以上所述实验的各技术特征可以进行任意的组合，本技术实施例提供的一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，可显著提高自动预锂电芯15的预锂速率，并提高循环效果；预锂达到目标后自动进入化成工序，保证预锂一致性的同时减少操作步骤，增加预锂电芯15生产效率，并且可根据生产需求将设备放大或者增加真空箱内的夹具数量，可产业化程度高。
[0100]
以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，其特征在于：包括箱体(6)，其内部设置电芯(15)，所述的电芯(15)通过隔板(12)间隔设置，所述的隔板(12)通过弹簧(7)互相连接；所述的电芯(15)与外部测量装置电连接。2.根据权利要求1所述的一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，其特征在于：所述的箱体(6)密封设置，其内部压力可调。3.根据权利要求1或2所述的一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，其特征在于：所述的隔板(12)活动的安装在底板(14)上。4.根据权利要求3所述的一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，其特征在于：所述的箱体(6)上设置电接触板(5)，所述的电芯(15)通过电接触弹片(9)和弹针(17)与电接触板(5)电连接，电接触板(5)与外部测量装置电连接。5.根据权利要求4所述的一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，其特征在于：底板(14)包括侧板(10)，侧板(10)固定在底板(14)上。6.根据权利要求5所述的一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，其特征在于：所述的隔板(12)上开设通孔，滑轨(13)通过轴承(16)穿过通孔，将所有隔板(12)串接，隔板(12)在滑轨(13)上沿滑轨(13)长度方向运动。7.根据权利要求6所述的一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，其特征在于：所述的弹簧(7)套设在滑轨(13)上。8.根据权利要求7所述的一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，其特征在于：所述的电接触板(5)包括导电板(51)和绝缘底板(52)，所述的导电板(51)间隔设置在绝缘底板(52)上，所述的导电板(51)长度大于间隔长度。9.根据权利要求8所述的一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，其特征在于：所述的电接触弹片(9)和弹针(17)成一定角度连接，电接触弹片(9)与导电板(51)紧密接触，弹针(17)固定在隔板(12)上，通过凸出部与电芯(15)接触。10.根据权利要求9所述的一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，其特征在于：所述的电芯(15)一侧设置气袋(8)。11.根据权利要求10所述的一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，其特征在于：所述的箱体(6)上还设置推动结构(1)，推动结构(1)自由端设置压力计(2)。12.根据权利要求11所述的一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，其特征在于：所述的箱体(6)上还设置传感器(3)，用于测量隔板(12)与传感器(3)的距离。13.根据权利要求12所述的一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，其特征在于：所述的箱体(6)底部设置定位柱(4)，底板(14)上设置数量相等的定位孔(11)，定位柱(4)与定位孔(11)配合，固定底板(14)。

技术总结

本实用新型公开了一种用于提升预锂速率的呼吸式预锂设备，属于电芯预锂领域。本实用新型包括箱体，所述箱体内部设置电芯，通过调节所述箱体内部压强来控制所述电芯膨胀或收缩，本实用新型通过电芯膨胀或收缩的距离来控制所述箱体的内部气压。所述电芯通过隔板间隔设置，所述隔板通过弹簧互相连接并对电芯起固定作用。通过电接触弹片和弹针实现所述电芯与外部的电连接，通过测量所述电芯的正负极电压判断所述电芯的预锂化程度。本实用新型的主要用途是加快所述电芯内部锂离子在锂源与负极片之间的迁移，从而加速预锂化过程。从而加速预锂化过程。从而加速预锂化过程。