【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池生产，具体涉及一种电池化成工艺优化装置及方法。
技术介绍
1、锂离子电池生产过程是一个复杂而追求细节的系统工程，其中化成在锂离子电池的生产过程中至关重要，它对锂离子电池最终的电化学性能起到了举足轻重的作用。化成是锂离子电池注液后对电池的首次充电过程，过程中伴随着对锂离子电池性能起决定作用的sei膜的成膜过程，同时伴随着产气，不同的化学体系成膜和产气的情况不尽相同。
2、目前锂离子生产行业中在化成工艺的开发和管理中普遍采用较为低效的控制变量法来优化方案，往往涉及到正交试验以及后期的一系列单因子梯度试验，在前期验证开发阶段得到的很多数据(如：产气量和产气成分分析数据等)均未得到充分利用，导致化成工艺的优化过程周期长且成本高昂。
技术实现思路
1、解决的技术问题：针对现有技术中存在用于解决化成工艺的开发和管理中优化方案过程较为低效以及在前期验证开发阶段得到的数据未得到充分利用等问题，本专利技术提出一种电池化成工艺优化装置及方法，能够结合产气量和成分分析的实时数据实现对化成工艺的在线优化，使验证数据得到充分利用，使化成优化过程更加高效。
2、技术方案：本专利技术第一个目的为提供一种电池化成工艺优化装置，包括：待检测方形锂离子电池；
3、化成治具，锂离子电池置于化成治具中，化成治具用于控制锂离子电池的充放电，兼具充放电、加热、抽真空和夹持作用为一体；
4、气体收集容器，气体收集容器进气口与锂离子电池出气口连接，用于收集锂
5、气体流量计，进气口与气体收集容器出气口连接，出气口与气相色谱仪进气口连接，用于获取气体的流量；
6、气相色谱仪，用于获取产气比例信息；
7、和控制单元，控制单元分别与化成治具、气体流量计、气相色谱仪连接，气相色谱仪用于反馈实时产气比例信息，气体流量计用于反馈流量信息，控制单元根据待优化的化成工艺和优化判定标准实时下发优化后的化成工艺参数至化成治具。
8、本专利技术提供的方形锂离子电池化成工艺参数在线优化装置能够通过气体流量计、气相色谱仪实现实时的产气速率、比例信息的检测，并且将产气比例及速率等信息传递给控制单元，控制单元根据待优化的化成工艺和优化判定标准进行实时优化并将优化后的化成工艺参数返回至化成治具，使化成优化的过程更加高效。
9、作为优选，所述控制单元为plc控制系统，包括上位机plc-m、产气比例反馈处理单元plc1、产气速率反馈处理单元plc2和化成控制单元plc3，其中，plc1的信号输入端与气相色谱仪的信号输出端电连接，plc2的信号输入端与气体流量计的信号输出端电连接，plc3的信号输入端分别与化成治具的信号输出端和plc-m的信号输出端电连接，plc3的信号输出端分别与化成治具的信号输入端和plc-m的第三信号输入端电连接；plc-m的第一信号输入端与plc1的信号输出端电连接，plc-m的第二信号输入端与plc2的信号输出端电连接，待优化的化成工艺和优化判定标准输入至上位机plc-m中，向化成控制单元plc3发送化成工步后，产气速率反馈处理单元plc2收集气体流量计反馈的流量信息，产气比例反馈处理单元plc1收集气相色谱仪反馈的实时产气比例信息，plc1和plc2将收集的信息反馈给上位机plc-m，根据优化判定标准实时下发优化后的化成工艺参数至化成控制单元plc3。
10、作为优选，所述电池化成工艺优化装置还包括气体收集袋和产气输送治具，气体收集袋夹设于产气输送治具中，用于收集从气体流量计的出气；产气输送治具用于感应受力和压缩气体收集袋，气体收集袋的进气口与气体流量计出气口连接，气体收集袋的出气口与气相色谱仪进气口连接。
11、作为优选，所述气体收集袋包括气体收集袋a和气体收集袋b，产气输送治具包括两个组成相同的产气输送治具a和产气输送治具b，产气输送治具分别由两个水平的沿垂直导轨上下移动的平板组成，垂直导轨上设有动力装置，上平板和下平板上设有定位传感器，上平板上设有受力传感器，通过上下运动的平板实现对气体收集袋的压缩和治具复位。
12、作为优选，所述电池化成工艺优化装置还包括气密阀门a和气密阀门b和三通阀，气体收集袋a的出气口和气体收集袋b的出气口通过管道汇合后与气相色谱仪的进气口连通，气密阀门a设于气体收集袋a出气口后的管道上，用于控制气体收集袋a的出气，气密阀门b设于气体收集袋b出气口后的管道上，用于控制气体收集袋b的出气，气体流量计的出气口通过三通阀分出两条气路，一条气路连通产气输送治具a内的气体收集袋a，另一条气路连通产气输送治具b内的气体收集袋b。
13、作为优选，所述电池化成工艺优化装置还包括控制单元plc-g，控制单元plc-g的信号输入端分别与产气输送治具a和产气输送治具b中的定位传感器和受力传感器信号输出端电连接，控制单元plc-g的第一/第二信号输出端分别与产气输送治具a和产气输送治具b中的垂直导轨动力装置电连接，用于控制上平板的运动，同时，控制单元plc-g的第三/第四/第五信号输出端分别与气密阀门a、气密阀门b和三通阀电连接。
14、作为优选，所述电池化成工艺优化装置还包括气压和真空泵，用于检测气路的气密性，所述真空泵与气相色谱仪、气体收集袋a和气体收集袋b连接的气路管道连接，气压表设于真空泵和气相色谱仪连接的管道之间。
15、本专利技术第二个目的为提供一种电池化成工艺优化方法，基于上述一种电池化成工艺优化装置，具体步骤如下：
16、s1：设置初始参数：将待优化的初始化成工艺参数手动输入至控制单元中；
17、s2：设置优化判定规则：根据方形锂离子电池前期化成实验结果输入化成工艺参数判定
18、规则；
19、s3：电池化成和在线优化：发送待优化的初始化成工步，通过控制单元控制化成治具开始充电，随着化成过程的进行，锂离子电池开始释放气体，通过气体收集容器和气体流量计后送入气相色谱仪，气体流量计将收集的产气流量信息反馈给控制单元，气相色谱仪将检测到的气体类型、比例信息反馈给控制单元，控制单元通过化成治具实时调整各步骤化成工艺参数；
20、s4：数据整理及输出：整理实际化成过程中的数据，输出优化后的化成工艺参数，判定化成结果是否符合预期，如果符合，直接结束优化过程；如果不符合，输入优化后的化成工艺参数，重新开始步骤s1-s5，直至结果符合预期，优化的化成工艺参数包含化成工步各个步骤的充放电电流、电压、功率、温度、压强和步骤终止条件，判定化成结果是否符合预期的评价手段包括电池拆解界面分析、电池循环性能评价或电池阻抗测试结果。
21、进一步地，一种电池化成工艺优化方法，基于上述一种电池化成工艺优化装置，具体步骤如下：
22、s1：设置初始参数：将待优化的初始化成工艺参数手动输入至上位机plc-m中；
23、s2：设置优化判定规则：根据方形锂离子电池前期化成实验结果输入化成工本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电池化成工艺优化装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种电池化成工艺优化装置，其特征在于，所述控制单元(8)为PLC控制系统，包括上位机PLC-M、产气比例反馈处理单元PLC1、产气速率反馈处理单元PLC2和化成控制单元PLC3，其中，PLC1的信号输入端与气相色谱仪(5)的信号输出端电连接，PLC2的信号输入端与气体流量计(2)的信号输出端电连接，PLC3的信号输入端分别与化成治具(1)的信号输出端和PLC-M的信号输出端电连接，PLC3的信号输出端分别与化成治具(1)的信号输入端和PLC-M的第三信号输入端电连接；PLC-M的第一信号输入端与PLC1的信号输出端电连接，PLC-M的第二信号输入端与PLC2的信号输出端电连接，待优化的化成工艺和优化判定标准输入至上位机PLC-M中，向化成控制单元PLC3发送化成工步后，产气速率反馈处理单元PLC2收集气体流量计(2)反馈的流量信息，产气比例反馈处理单元PLC1收集气相色谱仪(5)反馈的实时产气比例信息，PLC1和PLC2将收集的信息反馈给上位机PLC-M，根据优化判定标准实时下发优化后的化成工艺
3.根据权利要求1所述的一种电池化成工艺优化装置，其特征在于，所述电池化成工艺优化装置还包括气体收集袋和产气输送治具，气体收集袋夹设于产气输送治具中，用于收集从气体流量计(2)的出气；产气输送治具用于感应受力和压缩气体收集袋，气体收集袋的进气口与气体流量计(2)出气口连接，气体收集袋的出气口与气相色谱仪(5)进气口连接。
4.根据权利要求3所述的一种电池化成工艺优化装置，其特征在于，所述气体收集袋包括气体收集袋a(41)和气体收集袋b(42)，产气输送治具包括两个组成相同的产气输送治具a(31)和产气输送治具b(32)，产气输送治具分别由两个水平的沿垂直导轨上下移动的平板组成，垂直导轨上设有动力装置，上平板和下平板上设有定位传感器，上平板上设有受力传感器，通过上下运动的平板实现对气体收集袋的压缩和治具复位。
5.根据权利要求4所述的一种电池化成工艺优化装置，其特征在于，所述电池化成工艺优化装置还包括气密阀门a(741)和气密阀门b(742)和三通阀(73)，气体收集袋a(41)的出气口和气体收集袋b(42)的出气口通过管道汇合后与气相色谱仪(5)的进气口连通，气密阀门a(741)设于气体收集袋a(41)出气口后的管道上，用于控制气体收集袋a(41)的出气，气密阀门b(742)设于气体收集袋b(42)出气口后的管道上，用于控制气体收集袋b(42)的出气，气体流量计(2)的出气口通过三通阀(73)分出两条气路，一条气路连通产气输送治具a(31)内的气体收集袋a(41)，另一条气路连通产气输送治具b(32)内的气体收集袋b(42)。
6.根据权利要求5所述的一种电池化成工艺优化装置，其特征在于，所述电池化成工艺优化装置还包括控制单元PLC-G，控制单元PLC-G的信号输入端分别与产气输送治具a(31)和产气输送治具b(32)中的定位传感器和受力传感器信号输出端电连接，控制单元PLC-G的第一/第二信号输出端分别与产气输送治具a(31)和产气输送治具b(32)中的垂直导轨动力装置电连接，用于控制上平板的运动，同时，控制单元PLC-G的第三/第四/第五信号输出端分别与气密阀门a(741)、气密阀门b(742)和三通阀(73)电连接。
7.根据权利要求6所述的一种电池化成工艺优化装置，其特征在于，所述电池化成工艺优化装置还包括气压表(75)和真空泵(6)，用于检测气路的气密性，所述真空泵(6)与气相色谱仪(5)、气体收集袋a(41)和气体收集袋b(42)连接的气路管道连接，气压表(75)设于真空泵(6)和气相色谱仪(5)连接的管道之间。
8.一种电池化成工艺优化方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种电池化成工艺优化装置，具体步骤如下：
9.一种电池化成工艺优化方法，其特征在于，基于权利要求7所述的一种电池化成工艺优化装置，具体步骤如下：
10.根据权利要求8或9所述的一种电池化成工艺优化方法，其特征在于，所述步骤S1中初始化成工艺参数包括步次模式、模式参数、步次终止参数、异常判定规则、步次保护参数和流程保护参数，其中步次模式包括休眠、充电或放电；模式参数包括上述步次模式下设定的电流、电压、功率、温度或压强的大小；步次终止参数包括电流、电压、功率和/或步次时间；异常判定规则包括实际化成过程中电流、电压、功率和/或温度的允许的最大波动范围和波动频次，超限则判定异常；保护参数为电流、电压、功率、温度和/或压强的范围值，分为步次保护参数和...
【技术特征摘要】
1.一种电池化成工艺优化装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种电池化成工艺优化装置，其特征在于，所述控制单元(8)为plc控制系统，包括上位机plc-m、产气比例反馈处理单元plc1、产气速率反馈处理单元plc2和化成控制单元plc3，其中，plc1的信号输入端与气相色谱仪(5)的信号输出端电连接，plc2的信号输入端与气体流量计(2)的信号输出端电连接，plc3的信号输入端分别与化成治具(1)的信号输出端和plc-m的信号输出端电连接，plc3的信号输出端分别与化成治具(1)的信号输入端和plc-m的第三信号输入端电连接；plc-m的第一信号输入端与plc1的信号输出端电连接，plc-m的第二信号输入端与plc2的信号输出端电连接，待优化的化成工艺和优化判定标准输入至上位机plc-m中，向化成控制单元plc3发送化成工步后，产气速率反馈处理单元plc2收集气体流量计(2)反馈的流量信息，产气比例反馈处理单元plc1收集气相色谱仪(5)反馈的实时产气比例信息，plc1和plc2将收集的信息反馈给上位机plc-m，根据优化判定标准实时下发优化后的化成工艺参数至化成控制单元plc3。
3.根据权利要求1所述的一种电池化成工艺优化装置，其特征在于，所述电池化成工艺优化装置还包括气体收集袋和产气输送治具，气体收集袋夹设于产气输送治具中，用于收集从气体流量计(2)的出气；产气输送治具用于感应受力和压缩气体收集袋，气体收集袋的进气口与气体流量计(2)出气口连接，气体收集袋的出气口与气相色谱仪(5)进气口连接。
4.根据权利要求3所述的一种电池化成工艺优化装置，其特征在于，所述气体收集袋包括气体收集袋a(41)和气体收集袋b(42)，产气输送治具包括两个组成相同的产气输送治具a(31)和产气输送治具b(32)，产气输送治具分别由两个水平的沿垂直导轨上下移动的平板组成，垂直导轨上设有动力装置，上平板和下平板上设有定位传感器，上平板上设有受力传感器，通过上下运动的平板实现对气体收集袋的压缩和治具复位。
5.根据权利要求4所述的一种电池化成工艺优化装置，其特征在于，所述电池化成工艺优化装置还包括气密阀门a(741)和气密阀门b(742)和三通阀(73)，气体收集袋a(41)的出气口和气体收集袋b(42)的出气口通过管道汇合后与气相色谱仪(5)的进气口连通，气密阀门a(741)设于气体收集袋a(41)出气口后的管道上，用于控制气体收集袋a(41)的出气，气密阀门b(742)设于气体收集袋b(42)出气口后的管道上，用于控制气体收集袋b(42)的出气，气体流量计(2)的出气口通过三通阀(73)分出两条气路，一条气路连通产气输送治具a(31)内的气体收集袋a(41)，另一条气路连通产气输送治具b(32)内的气体收集袋b...
【专利技术属性】
技术研发人员：董骄，王海波，苏峰，曹勇，马仁良，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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