CN114665161B - 锂离子安全储备电池制备工艺方法及其结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于储能电池技术领域，具体的涉及一种锂离子安全储备电池制备工艺方法及其结构。锂电池两个端面分别设置注液排气孔；通过注液排气孔把电解液注入到锂电池内部，经排气化成后将锂电池充满电压，将电解液抽出；将碳酸酯类溶剂注入锂电池，清洗溶解锂电池内部的电解液；将锂电池置于真空烘干箱，温度升至70℃～90℃，使残余的电解液和溶剂热分解、气化，排出；将锂电池组装成电池模组，再将各锂电池的注液排气孔通过细管道集中密封连接于电解液充液控制端口。锂电池在储备存放时，电池内部无电解液，锂离子没有离子通道，储能无法释放，可安全储存10年以上，并且无漏电；启动电池模组工作时，仅需要开启注液系统将其充满电解液即可。
Description
技术领域
本发明属于储能电池技术领域，具体的涉及一种锂离子安全储备电池制备工艺方法及其结构。
背景技术
目前在航空、陆地和水下航行器使用的储备式电池主要为锌银电池，启动使用时将电解液注入到电池反应槽内，即可建立额定电压提供电能输出。锌银电池存在的问题是成本高，重量比能还不如锂离子电池。但是锂离子电池虽然重量比能比较高，但在储存时间、安全性和功率性远不如锌银电池。
因此，亟需探索一种新型的锂离子安全储备电池。
发明内容
本发明的目的是：提供一种锂离子安全储备电池制备工艺方法；采用该工艺方法制得的锂离子电池重量比能高并且能够长期安全储存；本发明还同时提供了其结构。
本发明所述的锂离子安全储备电池制备工艺方法，由以下步骤组成：
（1）在单体锂电池的两个壳端面分别设置一个注液排气孔，注液排气孔连接于锂电池内外；
（2）通过注液排气孔把锂电池电解液注入到锂电池内部，将锂电池排气化成至最大容量的90%～95%，然后将锂电池充满电压，最后通过注液排气孔将锂电池内的电解液抽出；
（3）将能够溶解锂电池电解液的碳酸酯类溶剂通过锂电池一端的注液排气孔注入，从锂电池另一端的注液排气孔流出；
（4）将步骤（3）获得的锂电池进行干燥，使残留的电解液和碳酸酯类溶剂经热分解、气化，通过注液排气孔排出；
（5）将步骤（4）获得的无电解液和碳酸酯类溶剂的锂电池组装成电池模组，再将各锂电池的注液排气孔通过细管道集中密封连接于电解液充液控制端口。
其中：
步骤（1）中所述的单体锂电池包括耐压金属外壳、正极片、负极片、隔膜、电解液以及分别与正极片和负极片连接并从耐压金属外壳表面伸出的正极端和负极端。
步骤（1）中所述的在单体锂电池的正极端和负极端旁边各设置一个注液排气孔，连接于锂电池内外。
步骤（1）中所述的单体锂电池横向放置时，正极端一侧的注液排气孔位于正极端的上方，负极端一侧的注液排气孔位于负极端的下方。
步骤（1）中所述的注液排气孔为金属材质。
步骤（2）中所述的按照现有的工艺方法做成20C-25C的功率电池，通过注液排气孔把电解液注入，将锂电池排气化成至最大容量的90%～95%，然后将锂电池充满电压，最后通过注液排气孔利用真空负压方式抽出电解液。
步骤（2）中所述的通过真空负压方式抽出电解液，即采用真空烘干箱在真空负压4Pa～30Pa的条件下将锂电池内的电解液抽出。
步骤（2）中所述的电解液包括六氟磷酸锂电解液。
步骤（3）中所述的碳酸酯类溶剂为碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯中的一种或多种的混合物。流动的碳酸酯类溶剂清洗、溶解锂电池内部残余的电解液。
步骤（4）中所述的将锂电池置于真空烘干箱内进行干燥，干燥温度为70-90℃，干燥时间为4-6h，经过干燥，使所述锂电池内部残余的电解液和碳酸酯类溶剂热分解、气化，通过锂电池两端的注液排气孔排出。
作为一个优选的技术方案，本发明所述的锂离子安全储备电池制备工艺方法，由以下步骤组成：（1）在单体锂电池的两个端面分别设置一个注液排气孔，连接于锂电池内外；（2）通过注液排气孔把锂电池电解液注入到锂电池内部，将锂电池排气化成至最大容量的90%～95%后将所述锂电池充满电压，然后通过注液排气孔将锂电池内的电解液抽出；（3）将能够溶解电解液的低沸点碳酸酯类溶剂通过锂电池一端的注液排气孔注入，碳酸酯类溶剂从锂电池另一端的注液排气孔流出，流动的碳酸酯类溶剂清洗、溶解锂电池内部残余的电解液；（4）将步骤（3）获得的锂电池置于真空烘干箱内，真空烘干箱的温度逐步升至70℃～90℃，使锂电池内部残余的电解液和碳酸酯类溶剂热分解、气化，通过锂电池两端的注液排气孔排出；（5）将步骤（4）获得的无电解液的锂电池组装成电池模组，再将各锂电池的注液排气孔通过细管道集中密封连接于电解液充液控制端口。
本发明所述的锂离子安全储备电池的应用，平时存放不用时，电解液充液控制端口不与任何装置连接，当需要往电池模组内灌装电解液以激活电池模组时，电解液充液控制端口连接用于充入电解液的设备，将电解液二次快速注入到每个电池，电压就会很快建立，开始放电工作。
本发明所述的锂离子安全储备电池的结构，包括正极端、负极端和注液排气孔；注液排气孔的个数为两个，分别设置的正极端一侧和负极端一侧；正极端一侧的注液排气孔位于正极端的上方，负极端一侧的注液排气孔位于负极端的下方。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
（1）采用本发明所述的工艺方法处理的锂电池，在储备存放时，由于电池内部无电解液，锂离子没有离子通道，储能无法释放，因此可安全储存10年以上，并且无漏电；当需要电池工作时，只要启动电解液充液控制开关，将电解液二次快速注入到每个电池，电压就会很快建立，开始放电工作。
（2）锂离子电池具有重量比能高的优点，最高比能可达到280瓦时/公斤，但是现有产品放电倍率已经达到20C以上，只是安全性欠佳。通过采用本发明所述的锂离子安全储备电池制备工艺方法，利用溶剂清洗和真空热分解完全抽出电解液，可实现长期安全储存。
（3）本发明所述的锂离子安全储备电池的应用，需要电池工作时，特别是作为一次性电池工作时，只要控制二次注入电解液就可启动，方便简洁。
附图说明
图1是本发明所述的锂离子安全储备电池的结构简图。
图中：1、正极端；2、负极端；3、注液排气孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
本发明所述的锂离子安全储备电池的结构，如附图1所示，包括正极端1、负极端2和注液排气孔3；注液排气孔3的个数为两个，分别设置的正极端1一侧和负极端2一侧；正极端1一侧的注液排气孔3位于正极端1的上方，负极端2一侧的注液排气孔3位于负极端2的下方。
其中，所述的注液排气孔3为金属材质；所述的锂电池包括耐压金属外壳、正极片、负极片、隔膜、电解液以及分别与正极片和负极片连接并从耐压金属外壳表面伸出的正极端和负极端。
本发明所述的锂离子安全储备电池制备工艺方法，由以下步骤组成：
（1）在单体锂电池的两个耐压金属壳端面分别设置一个注液排气孔，注液排气孔连接于锂电池内外；
在目前锂电池结构的基础上，即包括耐压金属外壳、正极片、负极片、隔膜、电解液以及分别与正极片和负极片连接并从耐压金属外壳表面伸出的正极端和负极端外，在电池耐压金属壳端面正极端和负极端旁边各设置一个注液排气孔，连接锂电池内外。
所述锂电池横向放置时，正极端旁边的注液排气孔位于正极端的上方，负极端旁边的注液排气孔位于负极端的下方。
（2）通过注液排气孔把锂电池电解液注入到锂电池内部，将锂电池排气化成至最大容量的90%～95%后将所述锂电池充满电压，然后通过注液排气孔将锂电池内的大部分电解液抽出；
即按目前成熟的工艺方法做成20C-25C的功率电池，通过注液排气孔把电解液注入，通过排气化成至最大容量的90%～95%后，最后将锂电池充满电压，然后通过注液排气孔利用真空负压方式抽出大部分电解液。
所述的通过真空负压方式抽出电解液，即采用真空烘干箱在真空负压4Pa～30Pa的条件下将锂电池内的电解液抽出。
（3）将能够溶解电解液的低沸点碳酸酯类溶剂通过锂电池一端的注液排气孔注入，碳酸酯类溶剂从锂电池另一端的注液排气孔流出，流动的溶剂清洗、溶解锂电池内部残余的电解液；
锂电池电解液的种类很多，其中含六氟磷酸锂的电解液用的最多，这里以含六氟磷酸锂的电解液为例进行说明；为了清除锂电池内部残留的六氟磷酸锂，用低沸点碳酸酯类溶剂通过锂电池两端的注液排气孔，一端流进，一端流出，流动的溶剂清洗溶解锂电池内部的残余电解液。
所述低沸点碳酸脂类溶剂为碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯中的一种或多种的混合物。
（4）将步骤（3）获得的锂电池置于真空烘干箱内，所述真空烘干箱的温度逐步升至70℃～90℃，干燥4-6h，使所述锂电池内部残余的电解液和溶剂热分解、气化，通过锂电池两端的注液排气孔3排出；
（5）将步骤（4）获得的无电解液和碳酸酯类溶剂的锂电池组装成电池模组，再将各所述锂电池的注液排气孔通过细管道集中密封连接于电解液充液控制端口。
本发明所述的锂离子安全储备电池的应用，平时存放不用时，电解液充液控制端口不用与任何装置连接，当需要往电池模组内灌装电解液以激活电池模组时，电解液充液控制端口连接用于充入电解液的设备，将电解液二次快速注入到每个电池，电压就会很快建立，开始放电工作。充电解液的设备属于本领域的常规设备，属于现有技术，而且充电解液设备的结构也不是本申请的改进点，所以这里对于其结构和工作原理不再赘述。
实施例1
三元锂离子圆柱形电池金属外壳尺寸为直径42mm，高度65mm，采用功率型极片和电解液，正负电极通过螺母和螺柱引出，在正负极端面配置金属注液螺纹连接孔，电池容量13安时，内阻1.5毫欧，放电倍率20C。电池排气化成完成后，充满电压，真空负压抽出大部电解液，真空负压10Pa。再用循环的碳酸二乙酯溶剂清洗电池内部的残留电解液，然后置于真空烘箱内90℃抽出电解质和溶剂的分解气体，维持脱气4小时。冷却至室温，通过注液排气孔抽真空后，关闭注液管，测量电池正负极间无短路电流，再启动二次充液后2秒钟，电压升至3.6伏，通过测试，放电倍率和放电能量达到95%原电池指标。
实施例2
磷酸铁锂正极1的锂离子圆柱形电池金属外壳尺寸为直径42mm，高度65mm，采用功率型极片和电解液，正负电极通过螺母和螺柱引出，在正负极端面配置金属注液螺纹连接孔，电池容量10安时，内阻1.0毫欧，放电倍率25C。电池排气化成完成后，充满电压，真空负压抽出大部电解液，真空负压5Pa。再用循环的碳酸二乙酯溶剂清洗电池内部的残留电解液，然后置于真空烘箱内85℃抽出电解质和溶剂的分解气体，维持脱气6小时。冷却至室温，通过注液排气孔抽真空后，关闭注液管，测量电池正负极间无短路电流，再启动二次充液后2秒钟，电压升至3.2伏，通过测试放电倍率和放电能量达到90%原电池指标。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种锂离子安全储备电池制备工艺方法，其特征在于：由以下步骤组成：
（1）在单体锂电池的两个壳端面分别设置一个注液排气孔，注液排气孔连接于锂电池内外；
（2）通过注液排气孔把锂电池电解液注入到锂电池内部，将锂电池排气化成至最大容量的90%～95%，然后将锂电池充满电压，最后通过注液排气孔将锂电池内的电解液抽出；
（3）将能够溶解锂电池电解液的碳酸酯类溶剂通过锂电池一端的注液排气孔注入，从锂电池另一端的注液排气孔流出；
（4）将步骤（3）获得的锂电池进行干燥，使残留的电解液和碳酸酯类溶剂经热分解、气化，通过注液排气孔排出；
（5）将步骤（4）获得的无电解液和碳酸酯类溶剂的锂电池组装成电池模组，再将各锂电池的注液排气孔通过细管道集中密封连接于电解液充液控制端口；
其中：
步骤（2）中所述的通过注液排气孔把电解液注入，将锂电池排气化成至最大容量的90%～95%，然后将锂电池充满电压，最后通过注液排气孔利用真空负压方式抽出电解液；
平时存放不用时，电解液充液控制端口不与任何装置连接，当需要往电池模组内灌装电解液以激活电池模组时，电解液充液控制端口连接用于充入电解液的设备，将电解液二次快速注入到每个电池，电压就会很快建立，开始放电工作。
2.根据权利要求1所述的锂离子安全储备电池制备工艺方法，其特征在于：步骤（1）中所述的在单体锂电池的正极端和负极端旁边各设置一个注液排气孔，连接于锂电池内外。
3.根据权利要求2所述的锂离子安全储备电池制备工艺方法，其特征在于：步骤（1）中所述的单体锂电池横向放置时，正极端一侧的注液排气孔位于正极端的上方，负极端一侧的注液排气孔位于负极端的下方；步骤（1）中所述的注液排气孔为金属材质。
4.根据权利要求1所述的锂离子安全储备电池制备工艺方法，其特征在于：步骤（2）中通过真空负压方式抽出电解液，即采用真空烘干箱在真空负压4Pa～30Pa的条件下将锂电池内的电解液抽出。
5.根据权利要求1所述的锂离子安全储备电池制备工艺方法，其特征在于：步骤（2）中所述的电解液包括六氟磷酸锂电解液。
6.根据权利要求1所述的锂离子安全储备电池制备工艺方法，其特征在于：步骤（3）中所述的碳酸酯类溶剂为碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯中的一种或多种的混合物。
7.根据权利要求1所述的锂离子安全储备电池制备工艺方法，其特征在于：步骤（4）中所述的将锂电池置于真空烘干箱内进行干燥，干燥温度为70-90℃，干燥时间为4-6h。
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- 2022-04-19 CN CN202210411101.2A patent/CN114665161B/zh active Active
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