CN109616709B - 一种高电压聚合物锂离子电池高温化成工艺 - Google Patents

一种高电压聚合物锂离子电池高温化成工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高电压聚合物锂离子电池高温化成工艺，包括如下步骤：（1）电池45℃8～12h高温静置；（2）在高温压力化成机中0.6Mpa~1.0Mpa的压力和75℃~85℃温度下烘烤2‑3h；（3）降温至60℃~70℃后在0.2Mpa~0.4Mpa的压力下进行化成；（4）升温至75℃~85℃后在0.6Mpa~1.0Mpa的压力下烘烤2h；（5）降温至室温后取出。本发明采用分段控温控压高温压力化成和热复合，实现稳定的极片/陶瓷隔离膜界面热复合，有利于复合成膜添加剂在正负极材料表面形成稳定SEI膜，提高电池的界面稳定性、平整度和硬度，并显著提高电池的耐高电压、耐高温性能、循环性能和安全性能。

Description

一种高电压聚合物锂离子电池高温化成工艺
技术领域
本发明属于聚合物锂离子电池制造技术领域，具体是一种高电压聚合物锂离子电池高温化成工艺。
背景技术
便携式电子产品用聚合物锂离子电池充电截至电压一般为4.2V，为了在有限的空间里发挥出更高的容量，提高聚合物锂离子电池的能量密度，便携式电子产品用聚合物锂离子电池主要在尝试使用高比容量的正负极材料、高能电解液、超薄的隔离膜（目前产业化最薄为8微米）、薄的铜箔（8微米）和薄的铝箔（10微米）、薄的铝塑包装膜（七十几微米）等，当这些措施运用到极限后，人们开始追求聚合物锂离子电池更高的充电截至电压，通过提高聚合物锂离子电池的电压工作范围来进一步提高电池的容量和能量密度。聚合物锂离子电池充电截至电压由4.2V到4.3V（苹果iPhone5手机用电池）到4.35V（苹果iPhone6、三星和华为等一些手机型号用电池）再到4.4V（苹果iPhone7等），目前4.35V和4.4V充电截至电压的聚合物锂离子电池技术和市场已经开始成熟，其市场应用将继续扩大，并正在流行中。而4.45V和4.5V充电截至电压的聚合物锂离子电池目前也在开发之中。
苹果、三星新一代的高端电子产品的电池已经更新换代为充电截至电压为4.35V或者4.4V的高电压聚合物锂离子电池。随着充电电压的提升，电池的能量密度有了明显的提升，对满足高端便携式设备更高的体积比能量和续航能力要求意义非常重大，这一领域也将会有广阔的市场前景。
然而，由于高电压聚合物锂离子电池往往超薄高能量密度设计，对电池的平整度和硬度要求很高。传统的液态软包装聚合物锂离子电池为了获得良好的性能，往往电解液灌注量较多，电池相对较软，平整度较差，难以达到手机、平板电脑等客户装配的硬度要求，因此需要改善。
发明内容
本发明的目的在于克服以上的不足之处，提供一种高电压聚合物锂离子电池高温化成工艺，能够在提高电池的能量密度的同时，获得良好的电池硬度和平整度，同时电池的性能依然良好。
本发明采用的技术方案是：
一种高电压聚合物锂离子电池高温化成工艺，包括如下步骤：
（1）将采用陶瓷隔离膜制成的灌注电解液后的高电压聚合物锂离子电池进行45℃高温8～12h的高温静置；此高温静置能使电解液在极片和隔离膜中得到充分浸润；
（2）将电池置于高温压力化成机中，在0.6Mpa~1.0Mpa的压力和75℃~85℃温度下持续烘烤2-3h；
（3）将高温压力化成机降温至60℃~70℃后在0.2Mpa~0.4Mpa的压力下按照化成流程对电池进行化成；
（4）化成后将高温压力化成机升温至75℃~85℃后在0.6Mpa~1.0Mpa的压力下持续烘烤2h；
（5）将高温压力化成机降温至室温后取出电池完成高温化成。
作为优选的，所述化成流程为：第一步，在0.2Mpa压力下0.1C恒流充电至3.5V；第二步，在0.3-0.4Mpa压力下0.2C恒流充电至3.5V；第三步，在0.2Mpa压力下0.5C恒流充电至4.35V；第四步，在0.2Mpa压力下0.5C恒流放电至3.9V。
作为优选的，所述电解液为高温电解液。高温电解液能确保高电压聚合物锂离子电池在高温条件下进行压力化成时电解液特性不会得以破坏而致使电池性能恶化。
作为优选的，所述陶瓷隔离膜为混合涂覆Al2O3/PVDF（聚偏氟乙烯）复合陶瓷隔离膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
热复合和化成工艺采用分段控温控压高温压力化成和热复合，能够根据化成气体产生量的多少来控制正极片/（Al2O3/PVDF复合陶瓷隔离膜）/负极片三种之间界面膜的接触，有利于实现稳定的极片/陶瓷隔离膜界面热复合，也有利于高温电解液中复合成膜添加剂在正负极材料表面实现稳定的SEI膜（固体电解质界面膜），从而提高电池的界面稳定性、平整度和硬度，并显著提高聚合物锂离子电池的耐高电压、耐高温性能、循环性能和安全性能。
附图说明
图1是实施例2和比较例的1C充放300次循环曲线对比。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明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。
实施例1：
本发明实施例中，一种高电压聚合物锂离子电池高温化成工艺，包括如下步骤：
（1）将采用陶瓷隔离膜制成的灌注电解液后的高电压聚合物锂离子电池进行45℃高温8h的高温静置；此高温静置能使电解液在极片和隔离膜中得到充分浸润；
（2）将电池置于高温压力化成机中，在0.6MpaMpa的压力和75℃温度下持续烘烤2h；
（3）将高温压力化成机降温至60℃后在0.2Mpa的压力下按照化成流程对电池进行化成；
（4）化成后将高温压力化成机升温至75℃后在0.6Mpa的压力下持续烘烤2h；
（5）将高温压力化成机降温至室温后取出电池完成高温化成。
所述化成流程为：第一步，在0.2Mpa压力下0.1C恒流充电至3.5V；第二步，在0.3Mpa压力下0.2C恒流充电至3.5V；第三步，在0.2Mpa压力下0.5C恒流充电至4.35V；第四步，在0.2Mpa压力下0.5C恒流放电至3.9V。
采用上述化成工艺制备型号为2949119，标称容量为2750mAh的4.35V高电压聚合物锂离子电池30只，编号为1#-30#。
实施例2：
本发明实施例中，一种高电压聚合物锂离子电池高温化成工艺，包括如下步骤：
（1）将采用陶瓷隔离膜制成的灌注电解液后的高电压聚合物锂离子电池进行45℃高温10h的高温静置；此高温静置能使电解液在极片和隔离膜中得到充分浸润；
（2）将电池置于高温压力化成机中，在0.8Mpa的压力和80℃温度下持续烘烤2.5h；
（3）将高温压力化成机降温至65℃后在0.3Mpa的压力下按照化成流程对电池进行化成；
（4）化成后将高温压力化成机升温至80℃后在0.8Mpa的压力下持续烘烤2h；
（5）将高温压力化成机降温至室温后取出电池完成高温化成。
所述化成流程为：第一步，在0.2Mpa压力下0.1C恒流充电至3.5V；第二步，在0.35Mpa压力下0.2C恒流充电至3.5V；第三步，在0.2Mpa压力下0.5C恒流充电至4.35V；第四步，在0.2Mpa压力下0.5C恒流放电至3.9V。
采用上述化成工艺制备型号为2949119，标称容量为2750mAh的4.35V高电压聚合物锂离子电池30只，编号为31#-60#。
实施例3：
本发明实施例中，一种高电压聚合物锂离子电池高温化成工艺，包括如下步骤：
（1）将采用陶瓷隔离膜制成的灌注电解液后的高电压聚合物锂离子电池进行45℃高温12h的高温静置；此高温静置能使电解液在极片和隔离膜中得到充分浸润；
（2）将电池置于高温压力化成机中，在1.0Mpa的压力和85℃温度下持续烘烤3h；
（3）将高温压力化成机降温至70℃后在0.4Mpa的压力下按照化成流程对电池进行化成；
（4）化成后将高温压力化成机升温至85℃后在1.0Mpa的压力下持续烘烤2h；
（5）将高温压力化成机降温至室温后取出电池完成高温化成。
所述化成流程为：第一步，在0.2Mpa压力下0.1C恒流充电至3.5V；第二步，在0.4Mpa压力下0.2C恒流充电至3.5V；第三步，在0.2Mpa压力下0.5C恒流充电至4.35V；第四步，在0.2Mpa压力下0.5C恒流放电至3.9V。
采用上述化成工艺制备型号为2949119，标称容量为2750mAh的4.35V高电压聚合物锂离子电池30只，编号为61#-90#。
比较例：
本比较例中，一种高电压聚合物锂离子电池常规化成工艺，包括如下步骤：
（1）将高电压聚合物锂离子电池（采用未涂覆陶瓷的湿法隔膜）常温静置24h；
（2）将电池置于高温压力化成机中，将升温至50℃后在0.35Mpa的压力下进行化成；
（3）将高温压力化成机降温至室温后取出电池完成高温化成。
采用上述化成工艺制备型号为2949119，标称容量为2750mAh的4.35V高电压聚合物锂离子电池30只，编号为91#-120#。
表1是各实施例和比较例主要性能对比。
Figure 589962DEST_PATH_IMAGE002
图1是实施例2和比较例的1C充放300次循环曲线对比，实施例2相对于比较例具有更优异的1C充放循环性能。
从表1和图1可以看出，本发明一种高电压聚合物锂离子电池高温化成工艺制备的电池相对于比较例，在容量发挥相对的情况下获得的电池具有良好的硬度、平整度和界面稳定性，电池内部极片和隔膜粘结良好，同时具有更优异的循环性能。
本发明的有益效果是：热复合和化成工艺采用分段控温控压高温压力化成和热复合，能够根据化成气体产生量的多少来控制正极片/（Al2O3/PVDF复合陶瓷隔离膜）/负极片三种之间界面膜的接触，有利于实现稳定的极片/陶瓷隔离膜界面热复合，也有利于高温电解液中复合成膜添加剂在正负极材料表面实现稳定的SEI膜，从而提高电池的界面稳定性、平整度和硬度，并显著提高聚合物锂离子电池的耐高电压、耐高温性能、循环性能和安全性能。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种高电压聚合物锂离子电池高温化成方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
（1）将采用陶瓷隔离膜制成的灌注电解液后的高电压聚合物锂离子电池进行45℃高温8～12h的高温静置；
（2）将电池置于高温压力化成机中，在0.6Mpa~1.0Mpa的压力和75℃~85℃温度下持续烘烤2-3h；
（3）将高温压力化成机降温至60℃~70℃后在0.2Mpa~0.4Mpa的压力下按照化成流程对电池进行化成；
（4）化成后将高温压力化成机升温至75℃~85℃后在0.6Mpa~1.0Mpa的压力下持续烘烤2h；
（5）将高温压力化成机降温至室温后取出电池完成高温化成；
其中，所述化成流程为：第一步，在0.2Mpa压力下0.1C恒流充电至3.5V；第二步，在0.3-0.4Mpa压力下0.2C恒流充电至3.5V；第三步，在0.2Mpa压力下0.5C恒流充电至4.35V；第四步，在0.2Mpa压力下0.5C恒流放电至3.9V。
2.根据权利要求1所述的一种高电压聚合物锂离子电池高温化成方法，其特征在于，所述电解液为高温电解液。
3.根据权利要求1所述的一种高电压聚合物锂离子电池高温化成方法，其特征在于，所述陶瓷隔离膜为混合涂覆Al2O3/PVDF复合陶瓷隔离膜。
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