CN107579302A - 一种软包动力锂离子电芯快速化成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软包动力锂离子电芯快速化成方法，包括以下步骤：S1：用加热板提供热源对电芯进行加热；S2：用伺服电机驱动压板对电芯加压；S3：对电芯进行阶梯式充电；S4：将电芯充电至高荷电状态。本发明可以在负极表面形成一层稳定、致密、均匀的SEI膜，大大提升锂离子电芯的性能，避免了锂离子电芯在循环过程中过早失效，提高了电芯的合格率并优化了电芯的质量，缩短了电芯的化成时间，便于实现电芯的规模化生产，很有应用前景。

Description

一种软包动力锂离子电芯快速化成方法

技术领域

本发明涉及锂离子电芯技术领域，具体为一种软包动力锂离子电芯快速化成方法。

背景技术

新能源技术被公认为21世纪的高新技术,电池行业作为新能源领域的重要组成部分，已成为全球经济发展的一个新热点。目前，锂离子电池因其具有长寿命、无记忆效应、低自放电率、工作温度范围宽、电压平台高、高比能量等优点被广泛的应用在电子通信和交通运输领域。尤其，近几年车用动力锂离子电池市场的井喷式增长，越来越越多的电池制造厂家进行扩产提能，但电池的循环性、一致性、安全性等一直都是人们热议的话题，而锂离子电芯化成(电芯首次充电过程)工序是电池制造的重要阶段，关系着电池的循环寿命、存储性能、安全性能等多方面品质。

一般而言，锂离子电芯化成主要目的：激活电芯内的活性物质，使其变成具有电化学功能的物质；同时在电极表面，主要是负极表面生成一层薄而致密的钝化层(固体电解质界面膜，简称SEI膜)。由于锂离子的脱嵌必然会经过负极表面的SEI膜，因此SEI膜的特性对整个锂离子电芯的电化学性能和安全性能均有很大的影响。而SEI膜的特性直接取决于锂离子的电芯化成方法的得当与否。

中国专利号：CN 104362374 A公布了小容量电芯化成、分容的方法，包括以下步骤：(1)将若干小容量电芯并联，使小容量电芯的正极耳相互连接，负极耳相互连接：(2)将并联的小容量电芯的正极夹在化成柜的正极夹子上，负极夹在化成柜的负极夹子上：(3)化成柜对并联的小容量电芯进行化成处理；该专利申请文件仅仅可以完成小容量的电芯化成，针对巨大的锂离子电芯市场，该方法具有很大地局限性，不利于大规模生产和推广。

中国专利号：CN 106299483 A公布了一种聚合物锂电池裸电芯化成分容工艺方法，它包括如下步骤：将待化成分容的裸电芯上高温压力夹具固定；将待化成分容的裸电芯通过导线连接到充电设备；用0.05C恒流充电到3.4V，搁置5分钟；用0.1C恒流恒压充电到3.95V，搁置120分钟；用0.5C恒流恒压充电到4.2V，截止电流0.05C，搁置5分钟；用0.5C恒流放电到3V，搁置5分钟；用0.5C恒流恒压充电到3.95V，截止电流0.05C；将完成化成分容的裸电芯进行真空封装。该专利申请文件采用的恒流电流数据大小不具有代表性，而且，所化成的电芯不能很好的激活电芯内的活性物质，形成的SEI膜不均匀，进而把电芯组装成锂离子电池后性能不佳，会造成锂离子电芯在循环过程中过早失效以及容积率衰减比较快等问题。

针对上述技术问题，发明一种软包动力锂离子电芯快速化成方法，去解决上述问题，很有应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软包动力锂离子电芯快速化成方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种软包动力锂离子电芯快速化成方法，包括以下步骤：

S1：用加热板提供热源对电芯进行加热；

S2：用伺服电机驱动压板对电芯加压；

S3：对电芯进行阶梯式充电；

S4：将电芯充电至高荷电状态。

优选的，所述对电芯加热的温度范围为：30℃～80℃。

优选的，所述对电芯进行加压的范围为：0.3～1MPa。

优选的，所述电芯进行阶梯式充电，具体步骤为：

第一阶段：恒流充电，充电至可逆容量的8％～15％SOC，充电电流范围0.05C-0.2C；

第二阶段：恒流充电，充电至可逆容量的20％～50％SOC，充电电流范围0.2C-0.5C；

第三阶段：恒流充电，充电至可逆容量的40％～80％SOC，充电电流范围0.4C-1C。

优选的，所述电芯最终充电截止荷电态为70％～100％SOC。

优选的，所述电芯总化成时间为2～5h。

优选的，所述电芯开始阶梯化成时的状态为：温度误差±2～10℃，压力误差±0.01～0.05MPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过第一步将电芯加热，可以提高电解液的电导率，有助于加速锂离子传递速率，提高化学反应活性，有助于电芯的化成。

2、本发明通过在第二步对电芯加压，可以缩短正负极及隔膜间距，减小锂离子的迁移路径，并及时将产生的气体排出，防止气体在极片表面停留，导致形成的SEI膜一致性较差。

3、本发明在第三步通过阶梯式的化成方式，第一阶段，采用小电流形成较稳定的SEI膜，第二、三阶段，采用阶梯式增大电流的方式，来提升电芯的荷电状态，防止一次性将电流提升过大，而破坏SEI膜；第四步采用高荷电态的老化，加速电芯在老化过程中的SEI膜修复及相关副反应的发生。

4、本发明可以在负极表面形成一层稳定、致密、均匀的SEI膜，大大提升锂离子电芯的性能，避免了锂离子电芯在循环过程中过早失效，提高了电芯的合格率并优化了电芯的质量，缩短了电芯的化成时间，便于实现电芯的规模化生产，很有应用前景。

附图说明

图1为本发明中实施例和对比例在2C倍率条件下的循环对比示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种软包动力锂离子电芯快速化成方法，包括以下步骤：

S1：用加热板提供热源对电芯进行加热；

S2：用伺服电机驱动压板对电芯加压；

S3：对电芯进行阶梯式充电；

S4：将电芯充电至高荷电状态。

所述对电芯加热的温度为：30℃。

所述对电芯进行加压压力为：0.3MPa。

所述电芯进行阶梯式充电，具体步骤为：

第一阶段：恒流充电，充电至可逆容量的10％SOC，充电电流0.05C；

第二阶段：恒流充电，充电至可逆容量的20％SOC，充电电流0.2C；

第三阶段：恒流充电，充电至可逆容量的40％SOC，充电电流0.4C。

所述电芯最终充电截止荷电态为70％SOC。

所述电芯总化成时间为4h。

所述电芯开始阶梯化成时的状态为：温度误差±2℃，压力误差±0.01MPa。

实施例2

一种软包动力锂离子电芯快速化成方法，包括以下步骤：

S1：用加热板提供热源对电芯进行加热；

S2：用伺服电机驱动压板对电芯加压；

S3：对电芯进行阶梯式充电；

S4：将电芯充电至高荷电状态。

所述对电芯加热的温度为：45℃。

所述对电芯进行加压压力为：0.5MPa。

所述电芯进行阶梯式充电，具体步骤为：

第一阶段：恒流充电，充电至可逆容量的10％SOC，充电电流0.1C；

第二阶段：恒流充电，充电至可逆容量的30％SOC，充电电流0.3C；

第三阶段：恒流充电，充电至可逆容量的50％SOC，充电电流0.5C。

所述电芯最终充电截止荷电态为90％SOC。

所述电芯总化成时间为3h。

所述电芯开始阶梯化成时的状态为：温度误差±2℃，压力误差±0.01MPa。

实施例3

一种软包动力锂离子电芯快速化成方法，包括以下步骤：

S1：用加热板提供热源对电芯进行加热；

S2：用伺服电机驱动压板对电芯加压；

S3：对电芯进行阶梯式充电；

S4：将电芯充电至高荷电状态。

所述对电芯加热的温度为：80℃。

所述对电芯进行加压压力为：1MPa。

所述电芯进行阶梯式充电，具体步骤为：

第一阶段：恒流充电，充电至可逆容量的10％SOC，充电电流0.2C；

第二阶段：恒流充电，充电至可逆容量的40％SOC，充电电流0.4C；

第三阶段：恒流充电，充电至可逆容量的40％SOC，充电电流0.8C。

所述电芯最终充电截止荷电态为90％SOC。

所述电芯总化成时间为2h。

所述电芯开始阶梯化成时的状态为：温度误差±2℃，压力误差±0.01MPa。

与传统化成工艺对比例：

电芯无加热加压过程，化成时采用倍率为0.05C对电芯进行恒流充电，直至充电容量达到电芯可逆容量的15％，然后用倍率为0.1C对电芯芯进行恒流充电，最终，充电截止荷电态为45％SOC，化成总时间为6h。

所得电芯性能测试方法和对比测试结果见下表：

1、在倍率为2C条件下的充放电循环曲线

将实施例2和对比例制备的成品电芯，在室温下采用倍率为2C恒流充电至4.2V，并恒压至0.05C截止，搁置10min后，以倍率为2C电流恒流放电至2.8V，如此重复进行1000循环后，计算第1000次的放电容量百分比、电芯内阻及厚度增长率并绘制成下表：

对比例和实施例所值得的成品电芯倍率为2C循环1000次对比结果：

组别	容量保持率	厚度膨胀率	内阻增长率
				实施例2	95.25％	5.80％	7.69％
对比例	79.38％	21.74％	135.90％

从上述表格易知：采用本发明方案化成的电芯循环1000周后，电芯的容量保持率为95.25％，优越于对比例中的79.38％，而采用本发明化成的电芯的厚度膨胀率和内阻增长率均小于对比例化成的电芯，大大地提高了电芯的合格率，值得大范围推广。

2、化成时间对比见下表：

组别	所用化成时间
		实施例	3h
对比例	6h

从上述表格易知：采用本发明化成的电芯时间远远小于对比例中的电芯化成时间，可以大大地提高电芯的化成效率，便于实现电芯的规模化生产。

综上所述：结合本发明实施例1-3和对比例在倍率为2C下的循环对比示意图易知：当电芯在2C倍率条件下循环1000次的结果来看，对比例电芯1000次2C循环(未达到)已失效，循环跳水，对比说明实施例1-3所制备的电芯具有很好的循环性能，且经过1000次循环后，采用本发明化成制备的电芯容量保持率稳定在95％以上，优越于传统的电芯化成工艺，本发明可以在负极表面形成一层稳定、致密、均匀的SEI膜，大大提升锂离子电芯的性能，避免了锂离子电芯在循环过程中过早失效，提高了电芯的合格率并优化了电芯的质量，缩短了电芯的化成时间，便于实现电芯的规模化生产，很有应用前景。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种软包动力锂离子电芯快速化成方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：用加热板提供热源对电芯进行加热；

S2：用伺服电机驱动压板对电芯加压；

S3：对电芯进行阶梯式充电；

S4：将电芯充电至高荷电状态。

2.根据权利要求1所述的一种软包动力锂离子电芯快速化成方法，其特征在于：所述对电芯加热的温度范围为：30℃～80℃。

3.根据权利要求1所述的一种软包动力锂离子电芯快速化成方法，其特征在于：所述对电芯进行加压的范围为：0.3～1MPa。

4.根据权利要求1所述的一种软包动力锂离子电芯快速化成方法，其特征在于：所述电芯进行阶梯式充电，具体步骤为：

第一阶段：恒流充电，充电至可逆容量的8％～15％SOC，充电电流范围0.05C-0.2C；

第二阶段：恒流充电，充电至可逆容量的20％～50％SOC，充电电流范围0.2C-0.5C；

第三阶段：恒流充电，充电至可逆容量的40％～80％SOC，充电电流范围0.4C-1C。

5.根据权利要求5所述的一种软包动力锂离子电芯快速化成方法，其特征在于：所述电芯最终充电截止荷电态为70％～100％SOC。

6.根据权利要求1所述的一种软包动力锂离子电芯快速化成方法，其特征在于：所述电芯总化成时间为2～5h。

7.根据权利要求3或4所述的一种软包动力锂离子电芯快速化成方法，其特征在于：所述电芯开始阶梯化成时的状态为：温度误差±2～10℃，压力误差±0.01～0.05MPa。