[发明专利]一种解决3V级钛酸锂电池胀气的电池制备方法和化成装置

说明书

技术领域

本发明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电池制备方法和化成装置。

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(Li_1-xNi_0.5Mn_1.5O₄)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。CN103700887B公布了一种钛酸锂电池化成方法，在化成过程中排出气体，但不能解决电池使用过程中电解液被氧化和产生气体的问题。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明的目的是提出一种解决3V级钛酸锂电池胀气的化成装置。

本发明的第二个目的是提出一种解决3V级钛酸锂电池胀气的电池制备方法。

为实现本发明目的技术方案为：

一种解决3V级钛酸锂电池胀气的电池制备方法，包括步骤：(1)正负极浆料制备，(2)正负极片制备，(3)极组制备，(4)电池组装，(5)采用耐高电压的电解液真空注液，(6)利用电池化成放电时的馈电加热的精确控温化成，(7)真空封口，(8)检测。

进一步地，所述耐高电压的电解液的溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯中的一种或多种，溶质为六氟磷酸锂和二氟草酸硼酸锂，溶质浓度为0.8～1.4mol/L；

其中，六氟磷酸锂和二氟草酸硼酸锂的摩尔比为1：0.5～0.8，电解液中H₂O含量低于5ppm，HF含量低于10ppm。

优选地，所述电解液中添加占电解液总质量0.2％～2％的添加剂；添加剂为碳酸亚乙烯酯、六甲基磷酰胺中的一种或多种。

其中，所述精确控温化成工艺为：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。

优选地，用12V电压规格的PTC热敏电阻提供化成电池加热。

更优选地，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个电池为一组，每两组电池相互提供放电时的馈电供PTC热敏电阻馈电加热。

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，所述化成单元包括夹具背板、夹具、排气腔，放置在密闭的控温化成箱中；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PTC热敏电阻。

其中，各化成单元的PTC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。