[发明专利]一种气体介质控温控压锂电池化成装置

说明书

本发明公开了一种气体介质控温控压锂电池化成装置，包括气体容器、密封系统、供气系统、控温控压系统和电源系统，该化成装置通过采用气体作为流动性介质的控温控压锂电池化成装置能避免锂电池的污染和变形，无短路危险，且在化成过程中能保障锂电池内部压力均匀，提升锂电池性能。由于可使用各种非腐蚀性气体，便捷性好，另外还可增设在化成的同时进行电化学检测及包装检漏的功能。

技术领域

本发明涉及锂电池化成设备，更具体地是指一种气体介质控温控压锂电池化成装置。

背景技术

锂电池化成是指锂离子锂电池组装完毕后将锂电池进行充放电的过程，该过程中锂电池体系将被激活，因此制造工序极为重要的一个环节。通过化成，锂电池的材料表面将形成一层固体电解质界面钝化层，即SEI膜。

传统的化成工艺是通过涓流充放电，在稳定温度、压力下让锂电池稳定成膜、充分成膜。然而这种方法形成的SEI膜结构紧密，孔隙小，因此需要通过高温老化使SEI膜重组，从而形成宽松多孔的膜。因为SEI膜的稳定性决定了锂电池材料在后续循环中是否会继续发生副反应，所以化成、老化的技术直接决定了锂电池的后续寿命，特别对于正负极需要成膜才能安定的锂电池体系。由于老化和化成的工序使可以交叉进行，以下将第二周期循环前的化成及老化工序统称为化成工序。传统的化成工序周期长、耗能大、占地面积大，因此已成为锂电池规模化生产中一个高成本的工序瓶颈。

近年来随着锂电池技术的发展，出现了加热加压的化成方法，如公开号为CN104538675A、CN104577206A等专利，通过对外加夹具施加压力和温度，使锂电池能够快速、稳定的成膜。然而，采用上述加热加压化成方法后，能解决上述传统方法在规模化上的缺陷，但会出现以下问题：

1、当锂电池极组上极片厚度不均匀时，采用夹具方式的施加压力会导致极组上受力不均匀，受力主要由厚的地方承受，因此导致锂电池中电解液分布不均匀。同样，压力和温度的分布不均匀使极片间距离不一致，化成时会出现电场不均匀，从而产生容量低、嵌锂不均匀甚至析锂。

2、夹具方式会出现夹具与锂电池大面积硬接触，导致锂电池出现表面污染、褶皱不平整和锂电池变形的现象。

3、加热后夹具和锂电池降温时间较长。

4、采用夹具方式需要通过大量的机械机构来实现锂电池的搬运和搁置，因此某些锂电池，比如三边甚至四边无法着力的软包，在规模化生产会收到限制。

公开号为CN104577204A的专利公开了一种用0.15-0.4MPa高压气体对0-80度加热后的锂电池进行加压化成的方法。然而，该方法化成过程中电池处于开口状态，因此电池内部压力并非处于一种等静压状态。该方法中提及的加热方法为使用加热丝对电池进行加热，存在控温效率低且介质中会有温度分布不均匀现象，而且该方法中未提及在化成过程中进行介质的温度变化和利用介质进行压强变化。

发明内容

本发明的目的是针对上述缺陷，提供一种气体介质控温控压锂电池化成装置，能够实现锂电池控温控压化成过程中无污染无接触柔性增压、温度和压力均匀、且无短路危险、介质源便捷性好。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种气体介质控温控压锂电池化成装置，包括：

气体容器，容纳气体介质与锂电池，为锂电池进行控温控压化成提供环境；

密封系统，用以密封气体容器；

供气系统，为气体容器提供气体介质；

控温控压系统，对供入气体容器内的气体介质进行温度和压力的控制；

电源系统，进行供电。

所述的气体容器为一个或多个，多个气体容器之间为独立或相互连通，承受压力范围为10^-4Pa～100Mpa。