CN113937366A - 一种缩短锂储备电池激活时间的方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种缩短锂储备电池激活时间的方法，采用电解液溶剂将脱锂态正极片反复清洗至洗涤液中锂盐浓度低于0.1mol/L为止，后将脱锂态正极片低温真空烘干，将烘干后的脱锂态正极片在商业锂电池电解液中浸泡一定时间后取出再次低温真空烘干，得到预先渗入锂盐的荷电态正极片，按照常规的锂电池装配流程制得干态电池，将商业锂电池电解液用相应的有机溶剂稀释至指定浓度后，作为激活锂储备电池用的电解液。还公开了其应用。采用这种方法，电池激活时，稀释后的激活电解液浸润预先包覆锂盐的正极，稀释后的激活电解液黏度较低，可快速浸润电极，预先渗入极片的锂盐溶入溶剂使电解液中锂离子迅速恢复正常浓度，可以有效缩短激活时间。
Description
技术领域
本发明属于激活式锂储备电池技术领域，具体涉及一种缩短锂储备电池激活时间的方法，以及其用于二次电池体系和原电池体系。
背景技术
锂储备电池相比于液氨电池、铅酸电池、锌银贮备电池等传统储备电池体系，其质量比能及体积比能均较高，满足小型化设计要求，用作引信储备电池，在智能炮弹、火箭弹、雷弹等弹药武器领域具有较广的前景。激活时间是锂储备电池一项重要的技术指标，直接影响到弹药武器作战方式及其杀伤效能。
纵观国内外锂储备电池技术发展，对于电池激活时间的研究主要集中在电池激活机构的设计、电池结构设计、电解液添加剂及激活时流场的模拟设计等方面。
常规的锂储备电池多采用对材料脱锂化成后，按一般电池制备步骤装配，采用商业锂电池电解液或加入添加剂作为激活用电解液，锂电池极片为多孔电极，电解液浸润完全需要较长的时间，传统方法制备的电池激活时间得不到显著提升。
发明内容
本发明针对锂储备电池激活时间较长，提出一种缩短其激活时间的方法，采用预先将脱锂态极片进行渗入锂盐处理与稀释激活锂储备电池用电解液相结合方式，降低电解液浸润时间同时保证电池正常放电所需的锂盐浓度，以缩短激活时间。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种缩短锂储备电池激活时间的方法，包括如下步骤
步骤1），极片清洗：将化成后的充电脱锂态正极片用低粘度锂电池电解液溶剂反复清洗，直至洗涤液中锂盐浓度≤0.1mol/L；
步骤2），真空烘干：将洗涤后的脱锂态正极片低温真空烘干；
步骤3），浸泡：将烘干后的脱锂态正极片在商业锂电池电解液中浸泡一定时间；
步骤4），二次烘干：将浸泡过的脱锂态正极片取出再次低温真空烘干，得到预先包覆锂盐的脱锂态正极片；
步骤5），按照常规的锂电池装配流程制得干态电池，同时将商业锂电池电解液用相应的有机溶剂稀释至锂盐浓度为0.3mol/L～0.6mol/L，作为激活锂储备电池用电解液。
所述的一种缩短锂储备电池激活时间的方法，其电解液溶剂为DMC、EMC、DEC的一种或多种混合溶液。
所述的一种缩短锂储备电池激活时间的方法，其步骤3）的浸泡时间≥24小时。
所述的一种缩短锂储备电池激活时间的方法，其步骤2）和步骤4）中烘干温度≤60℃，真空度≤10kpa。
本发明还公开了上述缩短锂储备电池激活时间的方法用于LiCoO2、LiFePO4、三元等二次电池体系。
进一步，所述的锂储备电池采用LiCoO2电池，正极片的活性物质、导电剂、粘结剂比例为88：6：6，所述步骤1）中的电解液溶剂为DMC，所述步骤3）中的商业锂电池电解液为1mol/L 的LiPF6溶液，所述步骤5）中采用EC：DEC：EMC=1：1：1的电解液溶剂稀释商业锂电池电解液。
本发明还公开了上述缩短锂储备电池激活时间的方法用于Li/CFx、Li/MnO2等不需要充电化成步骤的原电池体系。
进一步，所述的锂储备电池采用Li/CFx体系，正极片的活性物质、导电剂、粘结剂比例为90：5：5，商业锂电池电解液是1mol/L 的LiClO4溶液，所述步骤5）中采用PC：DME=1：1的电解液溶剂稀释商业锂电池电解液。
本发明所达到的有益效果是：
1，发明中的化成脱锂后的正极片，清洗后用电解液浸泡后参入锂盐，缩短了激活时锂盐在极片中的扩散时间。
2，激活用电解液进行稀释处理，降低电解液黏度，激活电池时电解液浸润速率较快，有利于缩短了激活浸润时间。
3，发明中所采用的方法既适用于LiCoO2、LiFePO4、三元等二次电池体系，也适用于Li/CFx、Li/MnO2等不需要充电化成步骤的原电池体系。
附图说明
图1为采用本发明的方法电池激活时间与原有电池激活性能对比图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1
本发明公开的一种缩短锂储备电池激活时间的方法，包含预先渗入锂盐的脱锂态正极片和稀释后的激活电池用电解液。
步骤1），极片清洗：正极片采用稀释后的商业锂电池电解液在低倍率下化成脱锂后，将化成后的充电脱锂态正极片用对应的低粘度电解液溶剂反复清洗，直至洗涤液中锂盐浓度≤0.1mol/L。
步骤2），真空烘干：将洗涤后的脱锂态正极片低温真空烘干，其中烘干温度≤60℃，真空度≤10kpa。
步骤3），浸泡：将干态脱锂态正极片在商业锂电池电解液中浸泡不低于24小时。
步骤4），二次烘干：将浸泡过的脱锂态正极片取出再次低温真空烘干，得到预先包覆锂盐的脱锂态正极片，其中烘干温度≤60℃，真空度≤10kpa。
步骤5），按传统锂电池制备工艺流程装配干态电芯后，将商业锂电池电解液用相应的有机溶剂稀释至锂盐浓度为0.3mol/L～0.6mol/L，作为激活锂储备电池用电解液。
本发明的技术方案主要是通过稀释激活电解液浓度，在脱锂后正极片中预先渗入锂盐，降低激活电解液黏度，提高激活时电解液在极片中的浸润速率并保证锂盐浓度来实现的。锂储备电池正极片为多孔结构，激活过程中电解液的浸润过程和锂盐在极片中的扩散过程是速度控制步骤。常规锂储备电池极片清洗烘干后直接装配成干态电芯，采用商业锂电池电解液作为激活电解液注入储罐作为激活电解液。
实施例2
本发明公开的一种缩短锂储备电池激活时间的方法，包括如下步骤：
将商业化嵌锂态正极材料和膨胀石墨按一定比例进行球磨，球磨后置于120℃真空干燥，干燥后取出置于手套箱（水氧含量低于0.1ppm）内进行冷却，加入电解液并搅拌即得膏状物，将膏状物均匀涂于正极集流体上，依次加上隔膜、锂片，密封组装成电池，待脱离锂化成完成后拆卸电池，取出正极粉进行浸泡、搅拌、抽滤并烘干即得脱锂态的锂电池正极材料。
将正极材料按照活性物质、导电剂、粘结剂比例为88：6：6，在60℃，10kpa真空度喜爱烘干制得干荷电态正极片。将干态极片浸没于商业锂电池电解液（1mol/L 的LiPF6溶液，溶剂为EC：DEC：EMC=1：1：1）24小时后，取出再次在60℃温度下保持10kpa的真空度烘干得到渗入锂盐的脱锂态极片。以100μm的Li带为负极，采用常规电池装配流程装配电池得到干态电芯，将同样的商业锂电池电解液稀释至LiPF6浓度为0.5mol/L，作为电池激活电解液。采用这种方法，可将该体系锂储备电池的激活时间缩短22%。
实施例2的对比例：将实施例2中脱锂后的正极片，不经过洗涤浸泡工艺，直接烘干后，配合100μm的Li负极，采用常规电池装配流程装配电池得到干态电芯，采用商业锂电池电解液作为电池激活电解液，得到锂储备电池。用本发明的方法电池激活时间与原有电池激活性能对比如图1所示。
实施例3
本发明公开的一种缩短锂储备电池激活时间的方法，包括如下步骤：
采用Li/CFx体系的锂储备电池，正极片为活性物质、导电剂、粘结剂比例为90：5：5，Li/CFx电池为一次电池无需化成脱锂步骤，直接将极片浸没于商业锂电池电解液（1mol/L 的LiClO4溶液，溶剂为PC（碳酸丙烯脂）：DME（乙二醇二甲醚）=1：1）24小时后，取出在60℃温度下保持10kpa的真空度烘干得到渗入锂盐的脱锂态极片。以100μm的Li带为负极，采用常规电池装配流程装配电池得到干态电芯，将同样的商业锂电池电解液用对应溶剂稀释至LiClO4浓度0.3mol/L，作为电池激活电解液。采用这种预先渗入锂盐进入极片并稀释激活电解液的方法，可将该体系锂储备电池的激活时间缩短30%。
以上所述，均为本发明方法的具体实施例，既适用于LiCoO2、LiFePO4、三元等二次电池体系，也适用于Li/CFx、Li/MnO2等不需化成步骤的原电池体系。
以上所述仅是用以说明的技术方案而非对其限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的实施例，所述领域的技术人员应当理解，未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种缩短锂储备电池激活时间的方法，其特征在于：包括如下步骤
步骤1），将脱锂态正极片用电解液溶剂反复清洗，直至洗涤液中锂盐浓度≤0.1mol/L；
步骤2），将洗涤后的脱锂态正极片低温真空烘干；
步骤3），将烘干后的脱锂态正极片在商业锂电池电解液中浸泡；
步骤4），将浸泡过的脱锂态正极片取出再次低温真空烘干，得到预先包覆锂盐的脱锂态正极片；
步骤5），按照常规的锂电池装配流程制得干态电池，同时将商业锂电池电解液稀释至锂盐浓度为0.3mol/L～0.6mol/L，作为激活锂储备电池用电解液。
2.根据权利要求1所述的一种缩短锂储备电池激活时间的方法，其特征在于，所述的电解液溶剂为DMC、EMC、DEC的一种或多种混合溶液。
3.根据权利要求1所述的一种缩短锂储备电池激活时间的方法，其特征在于，所述步骤3）的浸泡时间≥24小时。
4.根据权利要求1所述的一种缩短锂储备电池激活时间的方法，其特征在于，所述步骤2）和步骤4）中烘干温度≤60℃，真空度≤10kpa。
5.如权利要求1所述缩短锂储备电池激活时间的方法用于LiCoO2电池、LiFePO4电池或三元电池。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的锂储备电池采用LiCoO2电池，正极片的活性物质、导电剂、粘结剂比例为88：6：6，所述步骤1）中的电解液溶剂为DMC，所述步骤3）中的商业锂电池电解液为1mol/L 的LiPF6溶液，所述步骤5）中采用EC：DEC：EMC=1：1：1的电解液溶剂稀释商业锂电池电解液。
7.如权利要求1所述缩短锂储备电池激活时间的方法用于Li/CFx电池或Li/MnO2电池。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的锂储备电池采用Li/CFx体系，正极片的活性物质、导电剂、粘结剂比例为90：5：5，商业锂电池电解液是1mol/L 的LiClO4溶液，所述步骤5）中采用PC：DME=1：1的电解液溶剂稀释商业锂电池电解液。
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