CN114335431A - 一种动力电池负极补锂/钠的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种动力电池负极补锂/钠的装置及方法，装置包括电源，电源正极与补锂/钠结构电连接，电源负极与动力电池负极电连接，补锂/钠结构通过管道组件与动力电池连接形成电解液循环体系；补锂/钠结构包括电解槽、置于电解槽内的锂/钠金属，电源正极与锂/钠金属电连接，电解槽内有电解液可通过管道组件进出动力电池；方法包括：电源正极电导通，电解槽内的锂/钠金属被氧化溶解形成锂/钠离子进入电解液中，形成富锂/钠离子电解液，然后电解液输送到动力电池内部；导通动力电池的负极，电解液中含有的锂/钠离子被还原，并进入负极材料中参与形成SEI膜；将被还原的电解液回到电解槽内；重复上述方法直至完成动力电池负极补锂/钠。
Description
技术领域
本发明涉及化学储能技术领域，特别涉及一种动力电池负极补锂/钠的装置及方法。
背景技术
锂离子动力电池因其能量密度高、节能环保，被广泛应用于电动汽车、风光储能等新能源领域。
锂离子动力电池或钠离子动力电池在首次充电化成过程中，锂离子或钠离子参与在负极材料表面形成SEI膜，形成对正极材料锂源不可逆的消耗，降低了动力电池化成首效及循环使用寿命。
为提高动力电池循环使用寿命，业内公开了正极补锂或补钠、负极补锂或补钠方案。其中负极补锂常见方案为，将锂金属箔或锂粉与负极极片机械压合，再与正极、隔离膜等装配成半成品电池，往电池内部添加电解液后，锂金属箔或锂粉自发地与负极极片发生化学反应，从而对负极极片进行补锂。
上述方案，因锂是已知元素(包括放射性元素)中金属活动性最强的。金属箔或锂粉易与水分、氧气发生化学反应。锂金属箔易燃。锂粉易燃，而且锂粉容易漂浮在空气中，在静电或火花作用下易爆。因此负极极片补锂车间及后续的装配车间环境要求低湿度、除静电、机械设备防爆。
为了提高负极补锂/钠制程的安全性及降低制造成本，有必要开发新的负极极片补锂/钠方法。
发明内容
发明的目的在于提供一种动力电池负极补锂/钠的装置及方法，解决了现有的补锂/钠对于环境要求高，从而增加制造成本，同时锂的金属活性强，在补锂过程中容易引起安全事故的问题。
本发明是这样实现的，一种动力电池负极补锂/钠的装置，所述装置包括动力电池、补锂/钠结构、管道组件以及电源，
所述电源的正极与所述补锂/钠结构电连接，所述电源的负极与所述动力电池负极电连接，所述补锂/钠结构通过所述管道组件与所述动力电池连接形成电解液循环体系；
所述补锂/钠结构包括电解槽、置于所述电解槽内的锂/钠金属，所述电源的正极与所述锂/钠金属电连接，所述电解槽内有电解液，所述电解液可通过所述管道组件进出所述动力电池。
本发明的进一步技术方案是：所述电解液循环体系为密封环境。
本发明的进一步技术方案是：所述电解槽内设有导电网，所述锂/钠金属置于所述导电网内，所述电源的正极通过所述导电网与所述锂/钠金属电连接。
本发明的进一步技术方案是：所述动力电池包括顶盖板、与所述顶盖板电连接的正极极柱以及与所述顶盖板绝缘连接的负极极柱，所述正极极柱与正极极片连接，所述负极极柱与负极极片连接，所述负极极柱与所述电源的负极电性连接。
动力电池半成品的实现方式：动力电池包含正极极片、负极极片、隔离膜、裸电芯绝缘膜、转接片、正极极柱、负极极柱、防爆阀、顶盖板、壳体、电解液、注液孔密封钉。
正极极片、负极极片、隔离膜以叠片或卷绕工艺组装成裸电芯。
正极极柱、负极极柱、防爆阀安装在顶盖板上，正极极柱与顶盖板电连接、负极极柱与顶盖板绝缘连接。
通过转接片焊接的方式连接正极极片与正极极柱、负极极片与负极极柱。
裸电芯绝缘膜包覆上述裸电芯，并与顶盖板一起装入壳体内部。通过焊接方式，将顶盖板与壳体密封连接。
对半成品动力电池进行高温真空烘烤除去内部水分。
本发明的进一步技术方案是：所述顶盖板上设有注液孔，所述管道组件通过所述注液孔与所述动力电池内部连接。
注液孔可设置在动力电池的两个侧面或同一个侧面的两端。
本发明的进一步技术方案是：所述管道组件包括管道以及置于所述管道上的泵体，所述管道一端与所述补锂/钠结构连接，另一端与所述动力电池连接。
本发明的进一步技术方案是：所述管道上设有阀门，所述管道上设有过滤器。
阀门用于调节进入各个动力电池内部的电解液流量，及导通或关闭电解液在管道中的流动。
过滤器可以拦截电解池系统中电解液循环夹带的粉尘、异物。
本发明的进一步技术方案是：所述电解槽上设有抽真空管道系统。
通过对电解槽进行抽真空，形成负压环境，可以适时除去负极极片在补锂形成SEI膜过程中产生的气体。
本发明的进一步技术方案是：所述电解槽选择耐电解液腐蚀且绝缘的材料。如氟橡胶。
一种上述动力电池负极补锂/钠装置的补锂/钠方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、电源的正极电导通电解槽内的锂/钠金属，锂/钠金属被氧化溶解形成锂/钠离子进入电解液中，形成富锂/钠离子电解液；
步骤二，通过管道组件将电解槽内含有锂/钠离子的电解液输送到动力电池内部；
步骤三、电源的负极电导通动力电池的负极，使得电解液中含有的锂/钠离子被还原，并进入负极极片的负极材料中，参与形成SEI膜。
步骤四、将所述被还原的贫锂/钠离子电解液通过另一管道组件回到电解槽内。
步骤五、重复步骤一到四，从而完成动力电池负极补锂/钠。
本发明的进一步技术方案是：通过控制电解电流、电解时间、管道组件中泵体的转速以及动力电池的正负极柱间的电压中的至少一项，从而控制动力电池预化成对负极极片的补锂/钠的量。
其中：电源的正极、导线、导电网与锂/钠金属电连接；电源的负极、导线、动力电池负极极柱、动力电池负极极片电连接；管道将电解槽、泵体、过滤器、动力电池注液孔、动力电池壳体连通；通过泵体循环输送电解液，将电源、电解液、电解槽与动力电池形成一个电解池系统。电源的正极电导通电解池系统阳极锂金属(或钠金属)，锂金属(或钠金属)被氧化溶解形成锂离子(或钠离子)进入电解液中。通过泵体输送的方式，将电解槽中富含锂离子(或钠离子)的电解液通过管道、泵体、过滤器、动力电池注液孔，进入动力电池内部。电源的负极电导通动力电池负极极柱及电解池系统阴极动力电池负极极片，电解液中的锂离子(或钠离子)被还原，并进入负极极片的石墨(或硅)等负极材料中，参与形成SEI膜。
有益效果：本发明通过动力电池外部电解锂/钠金属/对动力电池内部负极进行补锂/钠预化成，减少了后续动力电池化成过程中，负极材料形成SEI膜对正极锂源不可逆的消耗，保持了正极材料结构的稳定性，从而提高动力电池使用寿命；
电解制程中，锂/钠金属被电解液覆盖，电解液在一个密闭体系中循环，制程安全性得到改善；
电解制程所用的设备、工装简洁，而且电解池系统内部为密闭体系，降低了对车间环境的要求，制造成本得到降低。
附图说明
图1：一种动力电池负极补锂/钠的方法流程图；
图2：一种动力电池负极补锂/钠的装置结构示意图。
附图标记：动力电池1、导线2、电源3、导电网4、锂/钠金属5、电解槽6、管道7、泵体8、过滤器9、注液孔11、负极极柱12。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一：
图1-2示出一种动力电池负极补锂/钠的装置，所述装置包括动力电池1、补锂/钠结构、管道组件以及电源3，
所述电源3的正极与所述补锂/钠结构电连接，所述电源3的负极与所述动力电池1负极电连接，所述补锂/钠结构通过所述管道组件与所述动力电池1连接形成电解液循环体系；
所述补锂/钠结构包括电解槽6、置于所述电解槽6内的锂/钠金属5，所述电源3的正极与所述锂/钠金属5电连接，所述电解槽6内有电解液，所述电解液可通过所述管道组件进出所述动力电池1。管道组件与电解槽6连接处密封处理。
所述电解槽6内设有导电网4，所述锂/钠金属5置于所述导电网4内，所述电源3的正极通过所述导电网4与所述锂/钠金属5电连接。
其中：电解槽6为有盖、箱式结构，材质选择耐电解液腐蚀而且绝缘的材料，如氟橡胶。导电网4放置在电解槽6内部底面上，导线2穿过电解槽6的箱体通过到电网4与锂/钠金属5电连接并且将连接处密封处理，电源3正极、导线2、导电网4与锂金属(或钠金属)5电连接。将电源3负极、导线2、负极极柱12、负极极片(未图示)电连接。
所述动力电池1包括顶盖板、与所述顶盖板电连接的正极极柱以及与所述顶盖板绝缘连接的负极极柱12，所述正极极柱与正极极片连接，所述负极极柱12与负极极片连接。
动力电池1还包含隔离膜、裸电芯绝缘膜、转接片、防爆阀、壳体、电解液、注液孔密封钉。正极极片、负极极片、隔离膜以叠片或卷绕工艺组装成裸电芯。正极极柱、负极极柱12、防爆阀安装在顶盖板上，正极极柱与顶盖板电连接、负极极柱12与顶盖板绝缘连接。通过转接片焊接的方式连接正极极片与正极极柱、负极极片与负极极柱12。裸电芯绝缘膜包覆上述裸电芯，并与顶盖板一起装入壳体内部。通过焊接方式，将顶盖板与壳体密封连接。对半成品动力电池进行高温真空烘烤除去内部水分。
所述顶盖板上设有注液孔11，所述管道组件通过所述注液孔11与所述动力电池1内部连接。注液孔11可设置在动力电池1的两个侧面或同一个侧面的两端。
所述管道组件包括管道7以及置于所述管道7上的泵体8，所述管道7一端与所述补锂/钠结构连接，另一端与所述动力电池1连接。
其中：利用管道7将电解槽6、泵体8、过滤器9、注液孔11、动力电池的壳体(未标注)连通。管道7中可安装多组阀门，用于调节进入各个动力电池内部的电解液流量，及导通或关闭电解液在管道7中的流动。通过泵体8循环输送电解液，将电源3、电解液、电解槽6与动力电池1形成一个电解池系统。
所述管道7上设有阀门，所述管道7上设有过滤器9。
其中：通过在管道7中设置过滤器9，可以拦截电解池系统中电解液循环夹带的粉尘、异物。
所述电解槽6上设有抽真空管道系统(未图示)。
其中：所述电解槽6上设有抽真空管道系统，通过对电解槽6进行抽真空，形成负压环境，可以适时除去负极极片在补锂(或补钠)形成SEI膜过程中产生的气体。
所述电解液循环体系为密封环境。
实施例二：
本实施例提供实施例一中所述的一种动力电池负极补锂/钠装置的补锂/钠方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、电源3正极电导通电解槽6内的锂/钠金属5，锂/钠金属5被氧化溶解形成锂/钠离子进入电解液中，形成富锂/钠离子电解液；
步骤二，通过管道组件将电解槽6内含有锂/钠离子的电解液输送到动力电池1内部；
步骤三、电源负极电导通动力电池1的负极，使得电解液中含有的锂/钠离子被还原，并进入负极极片的负极材料中，参与形成SEI膜；
步骤四、被还原后的贫锂/钠离子电解液通过管道组件回到电解槽6内；
步骤五、重复步骤一到四，完成动力电池1负极补锂/钠。
通过控制电解电流、电解时间、管道组件中泵体8的转速以及动力电池的正负极柱间的电压中的至少一项，从而控制动力电池1预化成对负极极片的补锂/钠的量。
本发明的工作原理：
半成品动力电池注液前，先用电子称计量半成品动力电池注液前重量，再用化成胶钉临时堵住其中一个注液孔11。旋转半成品动力电池载具，将另一个注液孔11朝上；利用注液机从另一个注液孔11往半成品动力电池内部添加电解液。利用化成胶钉临时堵住上述注液孔11；让注液后的半成品动力电池搁置浸润、吸收电解液。
参考图1、图2，说明动力电池1负极补锂或补钠方法：
此过程中，需旋转半成品动力电池载具，将其一注液孔11朝上，拔掉化成胶钉，管道7将电解槽6、泵体8、过滤器9、注液孔11、动力电池的壳体(未标注)连通，利用管道7对注液孔11对位连通、临时固定。再旋转半成品动力电池载具，将另一注液孔11朝上，拔掉化成胶钉，利用管道7对另一注液孔11对位连通、临时固定。
电源3正极电导通电解池系统阳极锂金属(或钠金属)5，锂金属(或钠金属)5被氧化溶解形成锂离子(或钠离子)进入电解液中。通过泵体8输送的方式，将电解槽6中富含锂离子(或钠离子)的电解液通过管道7、泵体8、过滤器9、动力电池的注液孔11，进入动力电池1内部。
电源3负极电导通动力电池的负极极柱12及电解池系统阴极动力电池的负极极片，电解液中的锂离子(或钠离子)被还原，并进入负极极片的石墨(或硅)等负极材料中，参与形成SEI膜。
通过泵体8循环输送电解液，将电源3、电解液、电解槽6与动力电池1形成一个电解池系统。
其中：管道7中可安装多组阀门，用于调节进入各个动力电池内部的电解液流量，及导通或关闭电解液在管道7中的流动；通过控制电解池系统中电解电流、电解时间、泵体8内部转子的转速、动力电池的正负极柱间电压，控制动力电池1预化成对负极极片的补锂(或补钠)量；所述电解槽6上设有抽真空管道系统(未图示)；通过对电解槽6进行抽真空，形成负压环境，可以适时除去负极极片在补锂(或补钠)形成SEI膜过程中产生的气体。通过在管道7中设置过滤器9，可以拦截电解池系统中电解液循环夹带的粉尘、异物。
通过上述方法实现本发明所述的动力电池负极补锂或补钠。
动力电池1负极补锂或补钠操作完成后，使用化成胶钉临时堵住注液孔11，使用电子称检测半成品动力电池的重量，计算电解液保有量，决定是否倒出多余电解液或添加电解液以控制电解液保有量。
旋转半成品动力电池载具，将其一注液孔11朝上，利用密封塑胶钉堵住所述注液孔11，清洁上述注液孔11后，利用注液孔密封钉盖住上述注液孔11，并且利用激光焊接方式将注液孔密封钉与顶盖板密封连接。再旋转半成品动力电池载具，将另一注液孔11朝上，利用密封塑胶钉堵住所述注液孔11，清洁上述注液孔11后，利用注液孔密封钉盖住上述注液孔11，并且利用激光焊接方式将注液孔密封钉与顶盖板密封连接。形成补锂/钠完成的动力电池。
可以选择在动力电池1表面包覆绝缘膜及顶盖贴片等常规绝缘结构件。
通过动力电池1外部电解锂金属(或钠金属)5对动力电池1内部负极进行补锂(或补钠)预化成，先在负极材料中形成SEI膜，减少了后续动力电池1化成过程中，负极材料形成SEI膜对正极锂源不可逆的消耗，保持了正极材料结构的稳定性，从而提高动力电池1使用寿命。电解制程中，锂金属(或钠金属)5被电解液覆盖，制程安全性得到改善。电解制程设备、工装简洁，电解池系统内部为密闭体系，降低了对车间环境的要求，制造成本得到降低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种动力电池负极补锂/钠的装置，其特征在于：所述装置包括动力电池(1)、补锂/钠结构、管道组件以及电源(3)，
所述电源(3)的正极与所述补锂/钠结构电连接，所述电源(3)的负极与所述动力电池(1)负极电连接，所述补锂/钠结构通过所述管道组件与所述动力电池(1)连接形成电解液循环体系；
所述补锂/钠结构包括电解槽(6)、置于所述电解槽(6)内的锂/钠金属(5)，所述电源(3)的正极与所述锂/钠金属(5)电连接，所述电解槽(6)内有电解液，所述电解液可通过所述管道组件进出所述动力电池(1)。
2.根据权利要求1所述的一种动力电池负极补锂/钠的装置，其特征在于，所述电解槽(6)内设有导电网(4)，所述锂/钠金属(5)置于所述导电网(4)内，所述电源(3)的正极通过所述导电网(4)与所述锂/钠金属(5)电连接。
3.根据权利要求1所述的一种动力电池负极补锂/钠的装置，其特征在于，所述动力电池(1)包括顶盖板、与所述顶盖板电连接的正极极柱以及与所述顶盖板绝缘连接的负极极柱(12)，所述正极极柱与正极极片连接，所述负极极柱(12)与负极极片连接。
4.根据权利要求3所述的一种动力电池负极补锂/钠的装置，其特征在于，所述顶盖板上设有注液孔(11)，所述管道组件通过所述注液孔(11)与所述动力电池(1)内部连接。
5.根据权利要求1所述的一种动力电池负极补锂/钠的装置，其特征在于，所述管道组件包括管道(7)以及置于所述管道(7)上的泵体(8)，所述管道(7)一端与所述补锂/钠结构连接，另一端与所述动力电池(1)连接。
6.根据权利要求5所述的一种动力电池负极补锂/钠的装置，其特征在于，所述管道(7)上设有阀门，所述管道(7)上设有过滤器(9)。
7.根据权利要求1所述的一种动力电池负极补锂/钠的装置，其特征在于，所述电解槽(6)上设有抽真空管道系统。
8.根据权利要求1所述的一种动力电池负极补锂/钠的装置，其特征在于，所述电解液循环体系为密封环境。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种动力电池负极补锂/钠装置的补锂/钠方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一、电源(3)的正极电导通电解槽(6)内的锂/钠金属(5)，锂/钠金属(5)被氧化溶解形成锂/钠离子进入电解液中；
步骤二，通过管道组件将电解槽(6)内含有锂/钠离子的电解液输送到动力电池(1)内部；
步骤三、电源的负极电导通动力电池(1)的负极，使得电解液中含有的锂/钠离子被还原，并进入负极极片的负极材料中，参与形成SEI膜；
步骤四、被还原后的电解液通过管道组件回到电解槽(6)内；
步骤五、重复步骤一到四，完成动力电池(1)负极补锂/钠。
10.根据权利要求9所述的一种动力电池负极补锂/钠装置的补锂/钠方法，其特征在于，通过控制电解电流、电解时间、管道组件中泵体(8)的转速以及动力电池的正负极柱间的电压中的至少一项，从而控制动力电池(1)预化成对负极极片的补锂/钠的量。
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| CN115020637A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-09-06 | 湖州超钠新能源科技有限公司 | 补钠极片、钠离子电池及其制备方法 |
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