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项目名称 技术分类 单位信息 第一发明人 专利情况 项目简介 发明创新点 产业化及市场应用

项目名称:锂离子电池化成制造新技术

  • 天津力神电池股份有限公司、天津大学、天津力神新能源科技有限公司
  • 天津市滨海高新区海泰南道38号
  • 300384
  • 崔少华
  • 13820476640
  • www.lishen.com.cn

第一发明人

姓名 崔少华 电话 23866060 电子邮件 csh_ls@126.com
区号 022 邮编 300384 通信地址 天津市滨海高新区海泰南道38号

其他发明人

王 睿 李慧芳 张令华 何文刚 梅江平

专利情况

专利类型 专利状态
申请号 授权日期 授权专利号
200610130040.3 2009-03-04 ZL200610130040.3
202010298861.8 2022-04-08 ZL202010298861.8
201811454472.9 2021-05-04 ZL201811454472.9
202122800389.6 2022-06-07 ZL202122800389.6
参展目的

项目简介

锂离子电池已经应用到我们生活的每个角落,但对锂离子电池性能和成本的要求越来越高,所以本项目是基于锂电池制造流程长、制造困难、缺陷不易发现等问题进行分析和解决的。 首先,锂电池的制造周期长,通常要高温和常温存储10到15天才能出货,在存储期间电池的漏液、生锈、腐蚀等缺陷会陆续显现,但电池在装配生产线完成封装后,表面有绝缘保护膜包覆,这层保护膜是不透明的,所以电池周身,尤其是正极端的密封位置的缺陷都被绝缘保护膜掩盖了。我们团队就修改了电池化成的工艺,将发明了一种正极端的保护版。电池在装配生产线完成密封后,不包覆绝缘保护膜,在正极端的保护板的保护下,进入专用托盘,这样既可以防止正极短路,又便于发现在高温和常温存储时,电池外表各种缺陷的检出,提高电池安全性能。待电池准备出货时,再把绝缘保护膜包覆在合格电池表面,安全出货到客户。 其次,电池的电性能是要依靠充电的数据监控来甄别的,我们发明了一种锂离子电池健康状态的在线检测方法,根据测试样本电池在历次充放电过程中的容量及能量数据实时计算电池的极化电压增长率,并通过与标准数据库中的实验电池极化电压增长率的阈值比对,快速实现对测试样本电池健康状态的在线检测。有益效果:本发明基于电池在工作运行过程中的充放电 数据进行电池健康状态在线检测,该方法所需参数易获取,因此具有极高的普适性和经济性。尤其易于整合到电池管理系统中,该方法在电池管理系统中不需增加其他的检测部件及高精度的检测需求,即可实现对电池健康状态的在线检测。在动力及储能应用领域中具有实时在线检测及提前预警的优势。 再有,各种型号的电池外形尺寸也不尽相同,为了提高电池的自动化水平,就要为每种电池制作专用托盘用来存储电池,因此需要大量的各种尺寸的专用托盘,不仅消耗了大量的资金,而且还占用了大量的场地。所以我们团队根据电池的型号,针对产量最大的18650电池、21700电池把两种型号集中在了一个托盘中,托盘只需旋转90°,就可以在自动生产线机械手位置不用调整的情况下,实现两种型号电池的生产。有益效果:该托盘可同时兼容两个型号的圆柱型锂离子电池在转运、储存和化成过程中使用;也可以降低不同型号电池托盘的采购成本,使设备快速投入生产使用。该发明的应用,有效的解决了换型、兼容的柔性化生产。配合多机器人的协作生产和假电池的供电系统使用,对电池的智能制造创造了新平台。 上述四个专利的应用,不仅甄别出电池的各种外观的不良、还把电池性能不良的电池进行了挑选,同时还降低了制造成本,实现了多型号电池的兼容生产。

发明创新点

1) 突破了电池要绝缘膜包覆后才能进入后工序进行充放电的行业惯例,由于圆柱型锂电池,的正负极都在上端面,没有绝缘保护膜是非常容易短路的。所以通过正极保护盖板的设计,配合电池的托盘,正极保护盖板把需要充电的电池正极端子露出,不影响充放电,而且也保护了电池正极与负极不短路。 2) 根据测试样本电池在历次充放电过程中的容量及能量数据实时计算电池的极化电压增长率,并通过与标准数据库中的实验电池极化电压增长率的阈值比对,快速实现对测试样本电池健康状态的在线检测,具体步骤如下:第一步:测试样本电池在历次充放电过程中的容量及能量数据,以充电总能量除以充电总容量计算得到电池在充电过程中的平均电压 以放电总能量除以放电总容量计算得到电池在放电过程中的平均电压 然后据此计算电池在每次循环过程中的极化电压;第二步:计算测试样本电池在第n次循环中的极化电压VP ,n相对于初次循环时的极化电压Vp ,0的极化电压增长率ΔVP ,n=(VP ,n-VP ,0)/VP ,0;第三步:将在线实时检测的电池极化电压增长率ΔVP ,n与标准数据库中实验电池在对应工作条件下测得的极化电压增长率的阈值ΔVP ,lim进行比对,来确定测试样本电池的健康状态:当ΔVP ,n<ΔVP ,lim时,判定电池健康状态良好;而当ΔVP ,n≥ΔVP ,lim时,即判定电池发生或即将发生失效;所述标准数据库中不同体系或不同型号的实验电池在不同工作条件下的极化电压增长率的阈值ΔVP ,lim通过实验测试或模拟计算获得。 3)一种圆柱型锂离子电池的兼容型托盘,其特征是:包括托盘本体,所述托盘本体的底板上设置有放置圆槽,所述放置圆槽包括第一电池放置圆槽和第二电池放置圆槽,由四个第一电池放置圆槽和中央一个第二电池放置圆槽以及由四个第二电池放置圆槽和中央一个第一电池放置圆槽交替排布构成四方连续的兼容型电池放置结构,所述第一电池放置圆槽和第二电池放置圆槽底部设有充放电探针孔,四个第一电池放置圆槽或四个第二电池放置圆槽之间的相邻位置设有电池限位块。所述的圆柱型锂离子电池的兼容型托盘,其特征是:所述放置圆槽为等距间隔排列,横向摆放第一电池的间距和摆放第二电池的间距相同,同理纵向摆放第一电池的间距和摆放第二电池的间距相同。

产业化及市场应用效益情况

目前四项专利在力神公司得到了应用,并产生了非常好的效果,其中先化成分选再上绝缘保护膜的工艺目前已经在行业内推广,很多新能源汽车用的电池由于有热管理系统,都不再使用绝缘保护膜,都在使用该技术;开发的多机器人配合作业不仅提高了生产效率,也降低了制造成本;化成分容系统的开发,更是降低了制造成本,避免了不必要的浪费;兼容托盘的技术在力神公司新工厂得到了应用,国内其他电池厂也在仿照使用,可以节省托盘的制造成本约43%;容量预测和电性能缺陷识别的技术还在中试量产阶段,但该技术的推广将会是锂电池安全技术的巨大提升,同时也能降低大量电池返工再作业的能源消耗、人力、物力的浪费,是未来最具潜力的新技术。

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