CN107579301B - 一种磷酸铁锂动力电池的化成工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磷酸铁锂动力电池的化成工艺，包括步骤：将电池组装在针床化成柜上搁置1‑5min，开真空‑0.06~‑0.09MPa；搁置完成后，将电池恒流充电至高电压状态，开真空‑0.06~‑0.09MPa，环境温度控制在35‑40℃；将电池二次搁置5‑10min，开真空‑0.06~‑0.09MPa，环境温度控制在35‑40℃；将电池恒流放电，开真空‑0.06~‑0.09MPa，环境温度控制在35‑40℃。本发明化成工艺用时5h，与传统工艺的70h相比，大大缩短了化成时间，化成设备数量减少6倍以上，单个电池电量节约6倍以上，提高了磷酸铁锂动力电池的生产效率，且锂电池性能保持良好。

Description

一种磷酸铁锂动力电池的化成工艺

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体是一种磷酸铁锂动力电池的化成工 艺。

背景技术

石油资源日益枯竭，在下次石油危机来临之前，大力发展纯电动汽车是不 二之选。锂离子电池是20世纪90年代出现的绿色高能环保电池，具有能量密 度高、环境友好、无记忆效应、循环寿命长、自放电少等突出的优点，是摄像 机、移动电话、笔记本电脑、便携式测量仪等电子装置小型轻量化的理想电源， 也是未来电动汽车、军用的理想轻型高能动力源。因此，锂离子电池成为近年 来电池界广泛研究的热点。

化成是锂电池生产过程中的重要工序，化成是电池的初使化，使电芯的活 性物质激活，即是一个能量转换的过程，锂电芯的化成是一个非常复杂的过程， 同时也是影响电池性能很重要的一道工序，因为在Li⁺第一次充电时，Li⁺第一次 ***到石墨中，会在电池内发生电化学反应，在电池首次充电过程中不可避免 地要在碳负极与电解液的相界面上、形成覆盖在碳电极表面的钝化薄层，人们 称之为固体电解质相界面或称SEI膜，SIE膜的质量直接影响电池的容量、循环 寿命、电压平台、直流内阻等性能，SEI膜主要由在一定的负极电位下，电极/ 电解液相界面的锂离子与电解液中的溶剂分子等发生不可逆反应；从以上概述 中可以看出影响SEI膜质量的有电流、电压、电解液体系、负极、锂盐等因素。

传统的小电流预充方式有助于稳定的SEI膜形成，大电流充电会导致SEI 膜形成不致密，导致电池容量、循环寿命、倍率变差，并且过程时间长影响生 产效率。锂离子电池特别是磷酸铁锂电池化成(首次充电)过程对电池后期性 能影响很大，因为此过程涉及到电池电极表面固相和液相界面层的形成。目前 磷酸铁锂电池的首次充电是在充放电设备上进行多步恒流、恒压充电，电池的 循环性能不理想，化成过程时间长，这样就导致设备投入大、生产周期长、设 备使用效率低、耗电量大等问题，严重影响到锂电池的生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷酸铁锂动力电池的化成工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种磷酸铁锂动力电池的化成工艺，具体包括以下步骤：

(1)搁置：将磷酸铁锂动力电池组装在针床化成柜上搁置1-5min，开真空 -0.06～-0.09MPa，环境温度控制在35-40℃，负压抽调电池内部气体，使电芯更 紧密；

(2)恒流充电：搁置完成后，将电池恒流充电至高电压状态，开真空 -0.06～-0.09MPa，环境温度控制在35-40℃；该步骤保证SEI膜充分反应，使所 有气体反应出来，降低极化现象，再通过真空抽走，通过高温提高离子电导率 和活性物质流动性。

(3)二次搁置：恒流充电完成后，将电池搁置5-10min，开真空 -0.06～-0.09MPa，环境温度控制在35-40℃；

(4)恒流放电：二次搁置完成后，将电池恒流放电，开真空-0.06～-0.09MPa， 环境温度控制在35-40℃。

所述步骤(2)电池恒流充电至高电压状态是以0.3-0.4C恒流充电至3.5V。

所述步骤(4)恒流放电是以0.5-0.8C放电放80-100min。

所述步骤(4)恒流放电深度为40-60％，保证电池在老化过程中副反应减少， 正负极充分吸收电解液，保证电池容量达到要求。

本发明的有益效果：

1、本发明化成工艺包括搁置、恒流充电、二次搁置及恒流放电，恒流充电 保证SEI膜充分反应，使所有气体反应出来，降低极化现象，再通过真空抽走， 通过高温提高离子电导率和活性物质流动性；恒流放电使电池在40％SOC老化， 保证电池在老化过程中副反应减少，正负极充分吸收电解液，保证电池容量达 到要求。

2、本发明化成工艺用时5h，与传统工艺的70h相比，大大缩短了化成时间， 化成设备数量减少6倍以上，单个电池电量节约6倍以上，提高了磷酸铁锂动 力电池的生产效率，且锂电池性能保持良好。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。

一种磷酸铁锂动力电池的化成工艺，包括以下步骤：

(1)搁置：将磷酸铁锂动力电池组装在针床化成柜上搁置1-5min，开真空 -0.06～-0.09MPa，环境温度控制在35-40℃，负压抽调电池内部气体，使电芯更 紧密；

(2)恒流充电：搁置完成后，将电池恒流充电至高电压状态，开真空 -0.06～-0.09MPa，环境温度控制在35-40℃；

(3)二次搁置：恒流充电完成后，将电池搁置5-10min，开真空 -0.06～-0.09MPa，环境温度控制在35-40℃；

(4)恒流放电：二次搁置完成后，将电池恒流放电，开真空-0.06～-0.09MPa， 环境温度控制在35-40℃，使电池在40-60％SOC老化，保证电池在老化过程中 副反应减少，正负极充分吸收电解液，保证电池容量达到要求。

本发明围绕这些因素做以下研究和改进：

1、不同电流化成对电池性能的影响；

2、不同的化成工步对电池性能的影响；

3、不同真空度下的化成工艺对电池性能的影响；(化成的过程中会产生很 多气体，气体的聚集会导致极化现象的产生，化成过程中其产气总量于电压3.5V 处最大，而当化成电压大于3.5V后，则产生的气体就迅速减少。化成电压小于 2.5V时，产生的气体主要为H₂和CO₂等；随着化成电压的升高，在3.0V～3.8V 的范围内，气体的组成主要是C₂H₄，超出3.8V以后，C₂H₄含量显著下降，此 时产生的气体成分主要为C₂H₆和CH₄，导致SEI膜不致密)

4、不同温度下化成对电池性能的影响；温度影响电解液的粘度及电导率， 温度太高会导致锂盐和溶剂分解，温度太低会导致粘度偏大及电导率下降。

实施例1：以76Ah铝壳磷酸铁锂电池为例，设计容量76Ah，实际容量 76-78Ah，不同电流和充电上限电压化成对电池性能的影响；同样的测试条件下， 检测的数据对比见表1：

表1

从表1中可以看出0.3C-0.4C充电，充电上限电压3.5V只影响容量，不影 响其他性能，0.5C充电电池性能影响较大，电流太大对SEI膜的形成有致命的 伤害，另外证明电池在SOC100％老化导致副反应较多，导致锂盐损失较多。

实施例2：以76Ah铝壳磷酸铁锂电池为例，同样的测试条件下，检测的数 据对比见表2：

不同的化成工步对电池性能的影响；

表2

从表2中可以看出，充电3.5V，放电40％-60％储存，电性能明显好于只 充电，但是放电电流过大对电池性能也有很大影响，0.5-0.8C放电电池性能最 好。

实施例3：以76Ah铝壳磷酸铁锂电池为例，不同的真空度，同样的测试条 件下，检测的数据对比见表3：

表3

从表3中可以看出，真空度的高低影响电池的容量及循环寿命，-0.06～- 0.09MPa真空度是最佳值。

实施例4：以76Ah铝壳磷酸铁锂电池为例，不同的温度，同样的测试条件 下，检测的数据对比见表4：

表4

从表4中可以看出，温度对电池的化成有很大影响，35-40℃下化成，电性 能最好。

对比例5：将磷酸铁锂电池按以下条件进行测试，结果见表5。

表5

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用 本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改，并 把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此， 本发明不限于这里的实施案例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本 发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种磷酸铁锂动力电池的化成工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)搁置：将磷酸铁锂动力电池组装在针床化成柜上搁置1-5min，开真空-0.06～-0.09MPa，环境温度控制在35-40℃，负压抽调电池内部气体，使电芯更紧密；

(2)恒流充电：搁置完成后，将电池恒流充电至高电压状态，开真空-0.06～-0.09MPa，环境温度控制在35-40℃；

(3)二次搁置：恒流充电完成后，将电池搁置5-10min，开真空-0.06～-0.09MPa，环境温度控制在35-40℃；

(4)恒流放电：二次搁置完成后，将电池恒流放电，开真空-0.06～-0.09MPa，环境温度控制在35-40℃；

所述步骤(2)电池恒流充电至高电压状态是以0.3-0.4C恒流充电至3.5V。

2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂动力电池的化成工艺，其特征在于，所述步骤(4)恒流放电是以0.5-0.8C放电放80-100min。

3.根据权利要求1所述的磷酸铁锂动力电池的化成工艺，其特征在于，所述步骤(4)恒流放电深度为40-60％。