CN103674768A

CN103674768A - 一种锂离子电池化成产气量检测方法及测量装置

Info

Publication number: CN103674768A
Application number: CN201310593678.0A
Authority: CN
Inventors: 张金财; 褚相礼; 王勇; 易建龙; 谢麟; 王栋; 王波; 秦莲芝
Original assignee: SHENZHEN DIKTE BATTERY SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN DIKTE BATTERY SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池化成产气量检测方法及测量装置。本发明的检测方法包括以下步骤：（1）将待测锂离子电池活化，并在电池正复极上焊接金属复合带；（2）将活化电池固定在夹具上，用导线把所述电池金属复合带连接到充放电设备正负极上；（3）接通电源，对活化电池进行预充电，记录充电前和充电过程中所需各个时间点的数显压力表数值；（4）根据充电前后记录的数显压力表数值，计算出各个时间点电池内部的压强，从而分析电池产气量的大小。采用该检测方法和装置检测化成产气量，方法简单，操作容易，外界影响小，检测准确，能定量分析。

Description

一种锂离子电池化成产气量检测方法及测量装置

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池化成产气量检测方法及测量装置。

背景技术

锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池是现代高性能电池的代表，自上个世纪90年代产业化以来，得到了迅猛的发展，因其具有高电压、比能量大、循环寿命长和安全环保等优势，一直统治着3C电子产品电源，并逐渐成为便携式电源、动力电源和储能电池的主导者。随着新能源产业的发展，人们对锂离子电池循环寿命、克比容量、安全性能、高低温性能等的要求也越来越高。

化成是锂电池生产过程中的重要工序，化成时在负极表面形成一层钝化层，即固体电解质界面膜（SEI膜）。在形成SEI膜的同时伴随着大量的负反应，会产生包括CO₂、N₂、CH₄、 C₂H₆、C₂H₄等其它气体。这些气体的产生量直接影响着电池的充放电反应和SEI膜的质量，膜的好坏也直接影响到电池的循环寿命、自放电性能、安全性等电化学性能。而不同的化成工艺产气量有大有小，形成的SEI膜有所不同，对电池的性能影响也存在很大差异。因此，探索一种高效的锂电池化成工艺就很有必要。

目前对锂电池化成工艺的优选，主要是通过后续测试电池性能来判定的。不同的化成工艺产气量有所不同，而这些产生的气体种类多，难收集，受外界影响大，收集到的气体也很难定量分析，由于这些困难，目前在该领域没有一种行之有效的方法和装置来检测电池在化成过程中的产气量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种实用的锂离子电池化成产气量检测方法及测量装置。本发明的锂离子电池化成产气量检测方法及测量装置操作步骤简便，测量准确。

本发明的方案是，一种锂离子电池化成产气量检测方法，该方法包括以下步骤：

（1）将待测锂离子电池活化，并在电池正复极上焊接金属复合带；

（2）将活化电池固定在夹具上，用导线把所述电池金属复合带连接到充放电设备正负极上；

（3）接通电源，对活化电池进行预充电，记录充电前和充电过程中所需各个时间点的数显压力表数值；

（4）根据充电前后记录的数显压力表数值，计算出各个时间点电池内部的压强，从而分析电池产气量的大小。

作为优选方案，步骤（1）的活化，其操作为：取已装配好的电池烘烤后注入电解液，然后密封电池注液孔，常温活化后在电池正负极上焊接金属复合带，得到待测活化电池。

另一优选方案，步骤（1）中，所述电池烘烤采用真空烤箱，真空度≧-0.085MPa，温度85-90℃，烘烤时间为12-15h。

另一优选方案，步骤（1）中，注入电解液时，采用在露点≦-39℃，湿度≦1RH%，温度≦20℃的干燥手套箱内操作；采用OPP米黄胶胶纸密封电池注液孔。

另一优选方案，步骤（1）中，焊接在电池正极上的为铝带，负极上的为镍带。

另一优选方案，所述充放电设备为锂电池化成测试柜，所述充放电设备还置于露点≦5℃，湿度≦20RH%，温度≦28℃的干燥车间内。

另一优选方案，步骤（3）中，所述预充电是以小电流对所述电池进行慢充电，直到45%-60%电池容量被充满。

本发明还提供一种用于锂离子电池化成产气量检测装置，该测试装置包括底板、支架及电气箱，底板上设有滑块，下夹具固定在滑块上，对应滑块固定在滑块槽内，下夹具可通过滑块后面的螺丝在滑块槽内上下移动，调整到跟电池一样的高度；所述底板上设有支架，支架下端设有上夹具，上夹具尾部为中空针管，针管套在密封橡胶圈内，上夹具头部带有螺纹，固定在支架孔内；所述支架上端设有数显压力表连接套件，套件由中空的螺栓、螺帽和气管连接而成，所述连接套件固定在支架孔内，气管连接在数显压力表上；所述底板后侧设有电气箱，在电气箱的上部设有电源开关，在所述电气箱的侧面设有出线孔。

优选地，所述数显压力表测量范围在-100KPa-100KPa，反应时间2.5ms，误差为±0.1KPa。

采用该检测方法检测化成产气量，方法简单，操作容易，外界影响小，能定量分析；化成时，产气量的大小直接由数显压力表显示，可根据需求定点定时记录数据，使用非常灵活；数显压力表反应时间短，测量误差小，保证了读取的数据的精度。

采用该装置检测电池化成产气量，特别适合钢壳或铝壳方形锂离子电池。所述装置可设有多个夹具，可同时测试多个电池，同时还设有滑块和滑块槽，可根据电池的高度灵活的调整夹具高度，使用非常方便；该装置上夹具还可设有密封圈，在化成时上夹具针孔插入电池注液孔，密封圈把注液孔其余空隙密封，这样保证了化成时产生的气体不会泄露，对产气量的检测非常精确。

附图说明

图1是本发明整体结构前视图；

图2是本发明整体结构侧视图。

其中各标号及对应部件名称为：1数显压力表，2数显压力表套件，3电气箱，4支架，5上夹具，6滑块槽，7底板，8下夹具，9滑块，10开关，11线孔。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于这些实施例。

实施例1：

图1是本发明整体结构前视图；图2是本发明整体结构侧视图。如图1、图2所示，本发明是一种锂离子电池化成产气量检测装置，该装置设有底板7，所述底板7上设有滑块9，下夹具8固定在滑块9上，如图1所示，本实施例设5组滑块和滑块槽，对应滑块固定在滑块槽6内，下夹具8可通过滑块9后面的螺丝在滑块槽6内上下移动，调整到跟电池一样的高度；所述底板7上设有支架4，支架4下端设有上夹具5，上夹具5尾部为中空针管，针管套在密封橡胶圈内，上夹具5头部带有螺纹，固定在支架4孔内；所述支架4上端设有数显压力表连接套件2，所述压力表套件2由中空的螺栓、螺帽和气管连接而成，套件固定在支架4孔内，气管连接在数显压力表1上；所述底板7后侧设有电气箱3，在电气箱3的上部设有电源开关10，在所述电气箱3的侧面设有出线孔11，所述出线孔可通过数显压力表数1据线和220v交流电电源线。

电气箱电路连接为：220v交流电源经过开关给5v开关电源供电，产生直流5v电源，数显压力表1电源线接在5v电源正负极上，当开关10闭合时，数显压力表1开始工作。

在使用时，把待测电池注液孔对准上夹具5的针孔，然后拧松固定在滑块槽6上的螺丝，使滑块9移动，调整下夹具8的高度，使电池装紧在上夹具5和下夹具8之间；用导线连接电池铝带和镍带极耳到化成检测柜正负极上，闭合开关10，根据化成工艺对电池发送电流进行预充电，记录所需时间点的数显压力表1的数值，从而实现对化成产气量的检测。

应用如图1所示的一种锂离子电池化成检测装置，对研究不同化成工艺对产气量的影响的具体实例如下：

待检测化成产气量的电池为同一材料和工艺制成，在化成时都采用40%的电池容量被充满的方式（作为改进方案，也可在化成时采用42%，45%，50%，53%，55%，60%等电池容量被充满的方式，经实验证明，在这个范围内均具有较好效果）；在化成工艺的选择上，设置了6个不同的化成工艺，具体方案如下：

方案1：0.2c化成2h

方案2：0.1c化成6h

方案3：0.1c化成1h再0.2c化成3h

方案4：0.1c化成2h再0.2c化成1h

方案5：0.05c化成4h再0.1c化成2h

方案6：0.05c化成2h再0.1c化成3h

测试方法为：

（1）取已装配好的电池烘烤后注入电解液，然后密封电池注液孔，常温活化后在电池正负极上焊接金属复合带，得到待测活化电池。

其中电池烘烤采用真空烤箱，真空度≧-0.085MPa，温度85-90℃，烘烤时间为12-15h。注入电解液时，采用在露点≦-39℃，湿度≦1RH%，温度≦20℃的干燥手套箱内操作；采用OPP米黄胶胶纸密封电池注液孔。焊接在电池正极上的为铝带，负极上的为镍带。铝带用超声波焊接机焊接，镍带用内阻式点焊机焊接。

（2）将活化电池固定在夹具上，用导线把所述电池金属复合带连接到充放电设备正负极上；所述导线为2.5mm²铜线，连接金属带一端焊接有鳄鱼夹；所述充放电设备为锂电池化成测试柜，所述充放电设备还置于露点≦5℃，湿度≦20RH%，温度≦28℃的干燥车间内。

采用以上方案，每种方案各选1PCS电池，利用上述锂离子电池化成产气量检测装置及检测方法，对每种方案电池发送不同的电流和时间进行化成，检测化成时的产气量，每隔30min读取数显压力表的数值，其结果如下表所示：

Figure 2013105936780100002DEST_PATH_IMAGE001

可见，采用该检测方法检测化成产气量，方法简单，操作容易，外界影响小，能定量分析；化成时，产气量的大小直接由数显压力表显示，可根据需求定点定时记录数据，使用非常灵活；数显压力表反应时间短，测量误差小，保证了读取的数据的精度。采用该装置检测电池化成产气量，所述装置设有多个夹具，可同时测试多个电池，同时还设有滑块和滑块槽，可根据电池的高度灵活的调整夹具高度，使用非常方便；该装置上夹具还可设有密封圈，在化成时上夹具针孔插入电池注液孔，密封圈把注液孔其余空隙密封，这样保证了化成时产生的气体不会泄露，对产气量的检测非常精确。

并且，从上述测量结果可以看出，不同的化成工艺化成后产气量是有明显的差别的，该方法可为寻找一种更合适的化成工艺提供了依据。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种锂离子电池化成产气量检测方法，其特征是，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述锂离子电池化成产气量检测方法，其特征是，步骤（1）的活化，其操作为：取已装配好的电池烘烤后注入电解液，然后密封电池注液孔，常温活化后在电池正负极上焊接金属复合带，得到待测活化电池。

3.根据权利要求2所述锂离子电池化成产气量检测方法，其特征是，步骤（1）中，所述电池烘烤采用真空烤箱，真空度≧-0.085MPa，温度85-90℃，烘烤时间为12-15h。

4.根据权利要求2所述锂离子电池化成产气量检测方法，其特征是，步骤（1）中，注入电解液时，采用在露点≦-39℃，湿度≦1RH%，温度≦20℃的干燥手套箱内操作；采用OPP米黄胶胶纸密封电池注液孔。

5.根据权利要求2所述锂离子电池化成产气量检测方法，其特征是，步骤（1）中，焊接在电池正极上的为铝带，负极上的为镍带。

6.根据权利要求1或2所述锂离子电池化成产气量检测方法，其特征是，所述充放电设备为锂电池化成测试柜，所述充放电设备还置于露点≦5℃，湿度≦20RH%，温度≦28℃的干燥车间内。

7.根据权利要求1或2所述锂离子电池化成产气量检测方法，其特征是，步骤（3）中，所述预充电是以小电流对所诉电池进行慢充电，直到45%-60%电池容量被充满。

8.一种用于锂离子电池化成产气量检测装置，该测试装置包括底板、支架及电气箱，其特征是，底板上设有滑块，下夹具固定在滑块上，对应滑块固定在滑块槽内，下夹具可通过滑块后面的螺丝在滑块槽内上下移动，调整到跟电池一样的高度；所述底板上设有支架，支架下端设有上夹具，上夹具尾部为中空针管，针管套在密封橡胶圈内，上夹具头部带有螺纹，固定在支架孔内；所诉支架上端设有数显压力表连接套件，套件由中空的螺栓、螺帽和气管连接而成，所述连接套件固定在支架孔内，气管连接在数显压力表上；所述底板后侧设有电气箱，在电气箱的上部设有电源开关，在所述电气箱的侧面设有出线孔。

9.根据权利要求8所述用于锂离子电池化成产气量检测装置，其特征是，所述数显压力表测量范围在-100KPa-100KPa，反应时间2.5ms，误差为±0.1KPa。