【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池质量管理，尤其涉及一种利用氦-4超流体辅助锂电池电极的健康状态恢复的方法。
技术介绍
1、随着新能源技术的发展，尤其是电动汽车产业的快速崛起，锂离子电池作为主流储能装置的地位日益显著。然而，电池在其服役周期中，电极材料（如正极、负极）的性能退化导致电池容量衰减、内阻增大，即soh（state of health）下降，严重影响了电池的整体性能和使用寿命。具体地，在电池的多次充放电循环中，电极活性物质会发生反复的嵌脱锂过程，导致体积变化。而粘结剂是维持电极结构的主要成分，其主要作用是连接电极活性物质、导电剂和集流体，形成一个完整的导电网络。这不仅确保了电极片具有良好的机械性能和可加工性能，还满足了实际生产的需要。常用的聚合物粘结剂在室温下具有较好的柔韧性和高剥离强度，能够有效地保持电极结构的稳定性和完整性。这些体积变化会对电极结构造成应力，使粘结剂逐渐失去其原有的柔韧性和强度。当温度降至粘结剂的玻璃化转变温度（tg）以下时，粘结剂会从柔韧的橡胶态转变为坚硬易碎的玻璃态。这种玻璃化转变会导致电极的弹性显著下降，从而难以缓冲活性材料在嵌脱锂过程中的体积变化。结果是电极的机械强度下降，更容易出现裂纹，破坏电极的导电网络，进而影响电池的整体性能。
2、现有的电极修复或再生技术多集中于热处理、化学处理、电化学再生等手段。但现有的电极修复或再生技术一般存在如下几点技术问题：
3、1、虽然现有的热处理、化学处理、电化学再生等方法能够在一定程度上改善电极性能，但往往难以实现深层次的结构修复或优化，导致电极
4、2、另外，现有的电极修复技术流程复杂，需要精确控制多个处理参数，增加了操作难度和工艺成本。此外，部分化学试剂或特殊设备的使用可能导致较高的经济投入和环境负担，不利于大规模商业化应用。
5、3、部分电极修复技术涉及到有害化学物质的使用或产生有害副产物，不符合绿色制造和可持续发展的要求。此外，处理过程中可能产生的废水、废气若处理不当，会对环境造成负面影响。
6、近年来，超低温技术和氦-4超流体因其独特的物理性质引起了科研人员的关注。早在1995年，yamada等人通过低温xrd测试发现，尖晶石结构的limn2o4正极材料在冷却到283.5 k时发生了部分一级jahn-teller畸变，由立方相（fd-3m）向四方相（i41/amd）转变，并在250 k时完全转化为正交相（fd3d）。后来，piszora等人通过同步辐射测试进一步证实了这一点。超低温技术和氦-4超流体在探索新型电池电极修复策略方面的潜力同样得到科研人员的重视。关于正极材料在低温下热力学状态的研究主要分为两个方面：一是低温是否引起材料结构变化，二是低温是否导致其嵌脱锂过程发生改变。其中，超流体，特别是氦-4超流体在极低温度（如λ点以下，约2.17 k，通常称为lambda相变）下呈现零黏度、无湍流耗散、超导性等特点。而且可以在零阻力的情况下流动穿透陶瓷材料。这些特性为电极材料的微观结构重整、缺陷修复、界面优化提供了全新的可能性。研究表明，氦-4超流体环境下的处理可能有助于改善电极材料的离子扩散路径、减少界面阻抗、甚至消除某些结构缺陷，从而有望实现电极soh的有效恢复。
7、尽管氦-4超流体在基础科学研究和某些高端应用（如稀释制冷、量子计算等）中已有广泛应用，但将其应用于电极修复，特别是在锂离子电池电极soh恢复领域的研究尚处于起步阶段。如何将电极样品安全、精准地送入超低温目标区域并与氦-4超流体有效接触，低温环境下的样品传输、固定、监测以及与氦-4超流体相互作用方式的设计等方面均存在技术难点。同时也缺乏成熟可靠的实验装置支持。目前市场上或文献报道中，针对氦-4超流体处理电极soh恢复技术的专用实验装置十分匮乏。现有装置可能无法满足低温稳定运行、电极处理与性能检测一体化、操作便捷性等要求，限制了氦-4超流体技术在电极修复领域的研究进展和实际应用。
8、为此，设计一种能够在稀释制冷机制造的低温平台上稳定运行、适应电极处理需求的专用实验装置，对于实现电极soh恢复的氦-4超流体处理技术的实用化至关重要。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种利用氦-4超流体辅助锂电池电极的健康状态恢复的方法，以实现锂离子电池电极在超低温氦-4超流体环境下的高效、安全、环保的soh有效恢复，进而提升电池再生利用效率，并延长电池使用寿命。
2、本专利技术所采用的技术方案是，一种利用氦-4超流体辅助锂电池电极的健康状态恢复的方法，在该方法中，在稀释制冷机中保持氦-4超流体状态，所述稀释制冷机连接有超流体电极处理腔室，所述稀释制冷机和所述超流体电极处理腔室均设置于真空腔体内，锂电池电极置入于所述超流体电极处理腔室内，所述超流体电极处理腔室内的温度通过温度控制系统稳定在设定值，通过设置在所述真空腔体外部的真空系统监控和调节所述真空腔体的内部压力，确保氦-4处于超流体的稳定状态，在所述真空腔体外还设置有循环泵组和液氮冷阱，所述稀释制冷机、所述超流体电极处理腔室、所述循环泵组和所述液氮冷阱依次连接组成低温循环回路，在低温循环回路中预先注入氦-3和氦-4的混合体，氦-4超流体在所述稀释制冷机和所述超流体电极处理腔室之间流动，
3、该方法包括以下步骤：
4、s1、作业前准备：操作人员穿戴防护装备，确保操作人员和环境安全，启动稀释制冷机，开始氦-3与氦-4的混合稀释过程，最终使所述超流体电极处理腔室的温度达到并稳定在目标低温；
5、s2、电池包拆解及电极预处理：使用电池拆解工具分离电极组，对需要恢复的锂电池电极进行清洗并干燥；
6、s3、锂电池电极移入超流体电极处理腔室：将处理好的锂电池电极移入所述超流体电极处理腔室内并使锂电池电极完全浸没于氦-4超流体中；
7、s4、氦-4超流体对锂电池电极进行作用：氦-4超流体进入锂电池电极进行作用，并对整个过程进行监测；
8、s5、锂电池电极后处理：按照s4步骤处理完成后，将处理后的锂电池电极从超流体电极处理腔室移出到低温环境中，并缓慢升温，直至达到常温，完成锂电池电极的健康状态恢复。
9、所述步骤s1中，对稀释制冷机进行预冷，预冷结束后，启动稀释制冷机，注入氦-3和氦-4的混合体，启动稀释循环，开始氦-3与氦-4的混合稀释过程，通过控制混合器内的氦-3和氦-4的比例以及混合速率，逐步降低混合物的熵，持续监测所述超流体电极处理腔室的温度，确保达到并稳定在目标低温。
10、所述步骤s4中，氦-4超流体对锂电池电极作用时，设定的温度为10毫开尔文以内，时间为10min～5h。
11、在所述真空腔体外还设置有用于在低温环境下将锂电池电极样品移入或移出所述超流体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用氦-4超流体辅助锂电池电极的健康状态恢复的方法，其特征在于，在该方法中，在稀释制冷机（1）中保持氦-4超流体状态，所述稀释制冷机（1）连接有超流体电极处理腔室（3），所述稀释制冷机（1）和所述超流体电极处理腔室（3）均设置于真空腔体（2）内，锂电池电极置入于所述超流体电极处理腔室（3）内，所述超流体电极处理腔室（3）内的温度通过温度控制系统（5）稳定在设定值，通过设置在所述真空腔体（2）外部的真空系统（6）监控和调节所述真空腔体（2）的内部压力，确保氦-4处于超流体的稳定状态，在所述真空腔体（2）外还设置有循环泵组（7）和液氮冷阱（8），所述稀释制冷机（1）、所述超流体电极处理腔室（3）、所述循环泵组（7）和所述液氮冷阱（8）依次连接组成低温循环回路，在低温循环回路中预先注入氦-3和氦-4的混合体，氦-4超流体在所述稀释制冷机（1）和所述超流体电极处理腔室（3）之间流动，
2.根据权利要求1所述的一种利用氦-4超流体辅助锂电池电极的健康状态恢复的方法，其特征在于，所述步骤S1中，对稀释制冷机进行预冷，预冷结束后，启动稀释制冷机，注入氦-3和氦-4的混合体，
3.根据权利要求1所述的一种利用氦-4超流体辅助锂电池电极的健康状态恢复的方法，其特征在于，所述步骤S4中，氦-4超流体对锂电池电极作用时，设定的温度为10毫开尔文以内，时间为10min～5h。
4.根据权利要求1所述的一种利用氦-4超流体辅助锂电池电极的健康状态恢复的方法，其特征在于，在所述真空腔体（2）外还设置有用于在低温环境下将锂电池电极样品移入或移出所述超流体电极处理腔室（3）的电极转移装置（4），所述电极转移装置（4）包括低温手套箱（9）和低温导轨（10），在所述真空腔体（2）上设置有送样窗口（11），所述送样窗口（11）配合有封闭门，所述低温手套箱（9）与所述送样窗口（11）相连接，所述低温导轨（10）从所述低温手套箱（9）通过所述送样窗口（11）延伸至所述真空腔体（2）内。
5.根据权利要求1所述的一种利用氦-4超流体辅助锂电池电极的健康状态恢复的方法，其特征在于，所述超流体电极处理腔室（3）由低温材质制成，所述超流体电极处理腔室（3）的外表面上涂覆有若干层防热辐射屏蔽层，所述超流体电极处理腔室（3）内部设计成与锂电池电极的形状和大小相适配的空间，在所述超流体电极处理腔室（3）的壁面上设置有耐低温观察窗口（12）。
6.根据权利要求1所述的一种利用氦-4超流体辅助锂电池电极的健康状态恢复的方法，其特征在于：所述温度控制系统（5）包括温控器（13）以及设置在所述低温循环回路上的各个环节的若干个低温温度传感器（14），若干所述低温温度传感器（14）与所述温控器（13）电信号连接，所述温控器（13）与外围的控制台进行通信连接。
7.根据权利要求4所述的一种利用氦-4超流体辅助锂电池电极的健康状态恢复的方法，其特征在于：所述真空系统（6）包括依次连接的机械泵（15）、第一电磁阀（16）、第二电磁阀（17）、分子泵（18）和闸板阀（19），所述闸板阀（19）连通所述真空腔体（2）内部，在所述第一电磁阀（16）和所述第二电磁阀（17）之间还连接有两路分路，其中一路通过旁路阀（20）连通至所述真空腔体（2）内，另一路通过样品阀（21）与所述电极转移装置（4）相连接。
8.根据权利要求5所述的一种利用氦-4超流体辅助锂电池电极的健康状态恢复的方法，其特征在于：所述超流体电极处理腔室（3）由铜、不锈钢或无氧铜制成，所述耐低温观察窗口（12）由蓝宝石片或石英片制成。
...【技术特征摘要】
1.一种利用氦-4超流体辅助锂电池电极的健康状态恢复的方法，其特征在于，在该方法中，在稀释制冷机（1）中保持氦-4超流体状态，所述稀释制冷机（1）连接有超流体电极处理腔室（3），所述稀释制冷机（1）和所述超流体电极处理腔室（3）均设置于真空腔体（2）内，锂电池电极置入于所述超流体电极处理腔室（3）内，所述超流体电极处理腔室（3）内的温度通过温度控制系统（5）稳定在设定值，通过设置在所述真空腔体（2）外部的真空系统（6）监控和调节所述真空腔体（2）的内部压力，确保氦-4处于超流体的稳定状态，在所述真空腔体（2）外还设置有循环泵组（7）和液氮冷阱（8），所述稀释制冷机（1）、所述超流体电极处理腔室（3）、所述循环泵组（7）和所述液氮冷阱（8）依次连接组成低温循环回路，在低温循环回路中预先注入氦-3和氦-4的混合体，氦-4超流体在所述稀释制冷机（1）和所述超流体电极处理腔室（3）之间流动，
2.根据权利要求1所述的一种利用氦-4超流体辅助锂电池电极的健康状态恢复的方法，其特征在于，所述步骤s1中，对稀释制冷机进行预冷，预冷结束后，启动稀释制冷机，注入氦-3和氦-4的混合体，启动稀释循环，开始氦-3与氦-4的混合稀释过程，通过控制混合器内的氦-3和氦-4的比例以及混合速率，逐步降低混合物的熵，持续监测所述超流体电极处理腔室（3）的温度，确保达到并稳定在目标低温。
3.根据权利要求1所述的一种利用氦-4超流体辅助锂电池电极的健康状态恢复的方法，其特征在于，所述步骤s4中，氦-4超流体对锂电池电极作用时，设定的温度为10毫开尔文以内，时间为10min～5h。
4.根据权利要求1所述的一种利用氦-4超流体辅助锂电池电极的健康状态恢复的方法，其特征在于，在所述真空腔体（2）外还设置有用于在低温环境下将锂电池电极样品移入或移出所述超流体电极处理腔室（3）的电极转移装置（4），所述电...
【专利技术属性】
技术研发人员：涂敏，常伟，戴天童，曾锦辉，罗礼新，张静，
申请(专利权)人：珠海市嘉德电能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。