CN105870508A - 一种锂离子电池的化成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池的化成方法。该方法包括在温度为35℃～55℃、抽真空条件下，以0.01C～0.5C的充电电流对注液静置后的锂离子电池进行化成。该方法采用高温负压化成，将化成过程中电池内部产生废气及时抽出，在高温环境下使锂离子电池负极形成均匀稳定的SEI膜，该化成方法处理后的电池，具有活性物质容量发挥高、内阻小、鼓胀率低、循环寿命和存储寿命长的优点，提高了产品质量，延长了电池的使用寿命。同时该方法具有化成时间短、设备利用率高、能耗小的优点，是一种适用于批量生产锂离子电池的高效化成方法。

Description

一种锂离子电池的化成方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池的化成方法。
背景技术
锂离子电池作为一种新型的化成电源，其具有循环寿命长、能量密度高、工作电压高、无记忆效应与环保等特点，目前已广泛应用于多种领域，如电子产品、电动汽车、通讯电源等领域，具有广阔的应用前景，市场对锂离子电池的需求也日趋增大。
目前，在锂离子电池生产工艺中，化成是锂离子电池生产过程中的重要工序，化成时负极表面形成一层钝化膜，即固体电解质面膜(SEI),SEI膜的好坏直接影响到电池的循环性能、稳定性、自放电等电化学性能，而不同的化成工艺形成的SEI膜有所不同，对电池性能影响也存在很大差异。目前锂离子电池工业生产过程中容易出现电池鼓壳、电池容量偏低、使用寿命缩短等质量问题，这是由于化成充电过程中，电池内部的微量水、氟化氢及电解液中的有机溶剂会发生电化学还原反应产生气体，气体的存在导致电池鼓胀、电池外观差、容量偏低等质量问题。探索一种高效的锂离子化成工艺对充分锂离子电池的性能具有重要的作用。
CN102299385A公开了一种软包装磷酸铁锂动力电池首次充电化成方法，第一阶段充电电流为0.001～0.1C，充电截止电压为2.8V～3.4V，期间定时抽真空；第二阶段采用大电流恒流和高压电恒压充电，连续对电池抽真空，电流为0.1～1.0C，电压达到3.5～4.2V转恒压充电，直至电流小于1/30C；CN104037464A公开了一种锂离子电池的化成方法，包括：以0.04C～0.2C的电流恒流充电至电池容量的10％；以0.2C～1.0C的电流恒流充电至电池容量的60％～80％；搁置；以放电电流为0.2C～0.6C恒流放电至截止电压；搁置；以0.5C～1.0C的电流恒流充电至电池容量的70％～90％；以0.04C～0.2C的电流恒流充电至截止电压后转为恒压充电，充电至电池容量的10％～30％，化成过程保持-0.03MPa～0.01MPa的微真空状态。
现有技术的锂离子电池化成方法，工艺较为复杂，化成时间长，且难以形成均匀稳定的SEI膜，电池的质量和使用寿命有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池的化成方法，从而解决现有的化成方法，工艺复 杂、能耗高、负极的SEI膜均匀性、稳定性差的问题。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种锂离子电池的化成方法，包括在温度为35℃～55℃、抽真空条件下，以0.01C～0.5C的充电电流对注液静置后的锂离子电池进行化成。
本发明提供的锂离子电池的化成方法，电池在高温、抽真空的条件下进行充电化成，有利于电解质的电导率提高、活性增强，电解液与活性物质的渗透，有机电解液会在碳负极表面发生还原、分解，形成一层电子绝缘、锂离子可导的钝化层SEI膜，锂离子的嵌入过程必然经由覆盖在碳负极上的SEI膜，故SEI膜的特性对整个锂离子电池的电化学性能、稳定性以及安全性等均有很大的影响，均匀和稳定的SEI膜能较好地适应锂离子的嵌入和脱出引起的体积改变，抽真空条件下，可将化成过程中反应产生的气体及时排出，避免出现电池鼓胀、外观差、容量偏低的质量问题。化成是锂离子电池制作的关键工序，是获得良好电化学性能和安全性能的锂离子电池的重要保障。
可选择将注液静置后的锂离子电池，置于集成负压真空***、温度控制、化成充电功能的一体化设备，对电池进行高温负压化成。
优选的，化成过程中，控制体系真空度不大于90KPa。充电化成时，将锂离子电池化成至60％～100％荷电状态。
化成时，充电过程至少分为两个阶段，其中，第一阶段充电电流为0.01C～0.1C，充电时间为2h～6h；第二阶段充电电流为0.05C～0.25C，充电时间为2h～4h。
优选的，充电过程可分为两个阶段，第一阶段充电电流为0.1C，充电时间为2h；第二阶段充电电流为0.2C，充电时间为2h。
优选的，充电过程还包括第三阶段，第三阶段的充电电流为0.1C～0.5C。第三阶段充电时间为2h或充电截止电压为3.65V。进一步优选的，充电过程分为三个阶段，第一阶段充电电流为0.05C，充电时间为2h；第二阶段充电电流为0.1C，充电时间为2h；第三阶段充电电流为0.25C，充电时间为2h。也可选择以下充电化成过程：充电过程分为三个阶段，第一阶段充电电流为0.05C，充电时间为2h；第二阶段充电电流为0.1C，充电时间为2h；第三阶段充电电流为0.25C，充电截止电压为3.65V。
化成时，电池恒流充电至60％～80％荷电状态时，选择两个阶段的充电方式；电池充电至80％～100％荷电状态时，选择三个阶段的充电方式，第三阶段充电至100％满电荷电状态时选用充电电压3.65V为截止条件，第三阶段充电至非满电荷电状态时选用充电时间为截止条件。
本发明提供的锂离子电池的化成方法，4h～8h即可实现75Ah的锂离子电池快速化成，电池内阻小于0.378mΩ，经化成处理后的锂离子电池，具有活性物质容量发挥高、内阻小、膨胀率低、循环寿命和存储寿命长的优点，提高了产品质量，延长了电池的使用寿命；该化成方法具有化成时间短、化成效率高、能耗小的优点，是一种适用于批量生产锂离子电池的高效化成方法。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例的锂离子电池的化成方法，包括：将注液静置后的锂离子电池在温度为35℃、真空度为70KPa的条件下进行充电化成；充电过程分为三个阶段：第一阶段充电电流为0.05C，充电时间为2h；第二阶段充电电流为0.1C，充电时间为2h；第三阶段充电电流为0.25C，充电时间为2h。
实施例2
本实施例的锂离子电池的化成方法，包括：将注液静置后的锂离子电池在温度为45℃、真空度为75KPa的条件下进行充电化成；充电过程分为两个阶段：第一阶段充电电流为0.1C，充电时间为2h；第二阶段充电电流为0.2C，充电时间为2h。
实施例3
本实施例的锂离子电池的化成方法，包括：将注液静置后的锂离子电池在温度为55℃、真空度为80KPa的条件下进行充电化成；充电过程分为三个阶段：第一阶段充电电流为0.05C，充电时间为2h；第二阶段充电电流为0.1C，充电时间为2h；第三阶段充电电流为0.25C，充电截止电压为3.65V。
对比例
对比例的锂离子电池的化成方法，包括：将注液静置后的锂离子电池在常温下进行充电化成；充电过程分为两个阶段：第一阶段充电电流为0.02C，充电时间为5h；第二阶段充电电流为0.1C，充电时间为5h；化成后对电池进行抽气、分容。
试验例1
本试验例检测各实施例和对比例的首次充放电效率、容量及内阻情况，结果如表1～表4所示。
表1实施例1的化成方法所得电池的性能检测结果
编号 首次充放电效率/％ 电池容量/AH 内阻/mΩ
A1501 89.66 75.41 0.372
A1502 89.59 75.65 0.365
A1503 89.85 77.15 0.358
A1504 89.78 75.81 0.374
A1505 89.87 76.92 0.366
A1506 89.93 76.91 0.378
A1507 90.05 76.11 0.365
A1508 89.76 76.54 0.377
A1509 89.77 75.72 0.364
A1510 89.85 76.25 0.386
实施例1的锂离子电池的首次充放电效率均值为89.81％，电池容量均值为76.25AH，电池内阻均值为0.371mΩ。
表2实施例2的化成方法所得电池的性能检测结果
编号 首次充放电效率/％ 电池容量/AH 内阻/mΩ
B1501 89.67 75.91 0.385
B1502 89.38 75.85 0.366
B1503 89.78 76.26 0.378
B1504 89.75 75.27 0.369
B1505 90.15 75.96 0.363
B1506 89.70 76.44 0.385
B1507 89.56 75.68 0.357
B1508 90.04 75.37 0.372
B1509 89.80 75.94 0.381
B1510 89.87 74.87 0.364
实施例2的锂离子电池的首次充放电效率均值为89.77％，电池容量均值为75.76AH，电池内阻均值为0.372mΩ。
表3实施例3的化成方法所得电池的性能检测结果
实施例3的锂离子电池的首次充放电效率均值为89.85％，电池容量均值为76.12AH，电池内阻均值为0.378mΩ。
表4对比例的化成方法所得电池的性能检测结果
编号 首次充放电效率/％ 电池容量/AH 内阻/mΩ
D1501 87.14 74.63 0.386
D1502 87.91 74.97 0.394
D1503 87.95 74.79 0.406
D1504 88.52 75.22 0.391
D1505 87.64 74.33 0.410
D1506 87.95 73.87 0.395
D1507 88.04 75.35 0.389
D1508 87.92 74.45 0.396
D1509 88.75 75.41 0.387
D1510 87.89 74.25 0.402
对比例的锂离子电池的首次充放电效率均值为87.97％，电池容量均值为74.73AH，电池内阻均值为0.396mΩ。
试验例2
本试验例对三种实施例电池与对比例电池做常温28天存储测试，存储后容量恢复率对比如表5所示。
表5各实施例和对比例常温28天后储存容量恢复率试验结果
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
实施例1 97.18％ 97.68％ 96.32％ 98.09％ 97.70％ 95.92％ 97.37％ 96.05％ 97.26％ 96.12％
实施例2 95.56％ 96.84％ 97.45％ 97.42％ 97.37％ 96.51％ 97.88％ 96.41％ 96.35％ 96.56％
实施例3 97.41％ 97.50％ 97.45％ 96.15％ 96.62％ 97.55％ 96.93％ 96.80％ 96.37％ 97.54％
对比例 95.06％ 94.83％ 95.06％ 94.55％ 95.26％ 96.45％ 94.41％ 94.27％ 94.36％ 95.54％
由表5可以看出，实施例1电池存储容量保持率均值为96.97％，实施例2电池存储容量保持率均值为96.84％，实施例3电池存储容量保持率均值为97.03％，对比例电池存储容量保持率均值为94.98％。
根据各实施例和对比例的试验结果可知，本发明提供的锂离子电池的化成方法首次充放电效率高，电池容量高、内阻小，电池性能一致性好，存储性能提高，且化成时间大大缩短，能耗低，有利于企业提高生产效率和电池质量。

Claims (9)

1.一种锂离子电池的化成方法，其特征在于，包括在温度为35℃～55℃、抽真空条件下，以0.01C～0.5C的充电电流对注液静置后的锂离子电池进行化成。
2.如权利要求1所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，化成过程中，控制体系真空度不大于90KPa。
3.如权利要求1所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，将锂离子电池化成至60％～100％荷电状态。
4.如权利要求1或3所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，化成时，充电过程至少分为两个阶段，其中，第一阶段充电电流为0.01C～0.1C，充电时间为2h～6h；第二阶段充电电流为0.05C～0.25C，充电时间为2h～4h。
5.如权利要求4所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，充电过程分为两个阶段，第一阶段充电电流为0.1C，充电时间为2h；第二阶段充电电流为0.2C，充电时间为2h。
6.如权利要求4所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，充电过程还包括第三阶段，第三阶段的充电电流为0.1C～0.5C。
7.如权利要求6所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，第三阶段充电时间为2h或充电截止电压为3.65V。
8.如权利要求6所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，充电过程分为三个阶段，第一阶段充电电流为0.05C，充电时间为2h；第二阶段充电电流为0.1C，充电时间为2h；第三阶段充电电流为0.25C，充电时间为2h。
9.如权利要求6所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，充电过程分为三个阶段，第一阶段充电电流为0.05C，充电时间为2h；第二阶段充电电流为0.1C，充电时间为2h；第三阶段充电电流为0.25C，充电截止电压为3.65V。
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