CN110854458A - 一种高压软包锂离子电池的化成方法 - Google Patents

一种高压软包锂离子电池的化成方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高压软包锂离子电池的化成方法。该化成方法包括以下步骤：1)以0.01C‑0.3C的电流充电至电池总容量的50‑90％，然后放电至预设电压，所述预设电压不低于所述高压软包锂离子电池下限电压的80％，且不高于所述下限电压；2)充电至电池的上限电压，搁置，之后再以0.01C‑0.03C的小电流充电至上限电压或达到预设时间，预设时间为30‑60min。该方法通过小电流的浅充和深度放电，使电池内部的副反应充分发生，在电池充电至上限电压后，一方面可以减弱电池内部极化，另一方面也避免了电解液在高温高压下的小量分解，使电性能更加稳定。

Description

一种高压软包锂离子电池的化成方法
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种高压软包锂离子电池的化成方法。
背景技术
化成是锂离子电池制造过程的一道重要工序。其作用是通过首次充电(或放电)使正、负中的活性物质得到活化，使材料电性能得到充分发挥。因此使用合适的化成工艺非常重要。
公布号为CN109390640A的中国发明专利申请公开了一种聚合物锂离子电池用充电容量筛选工艺，该工艺是将电池注液后高温静置，然后对电池进行高温加压化成，压力化成的过程中先小电流充电，再大电流充电，之后再转恒压充电完成化成过程。
使用高电压正极材料(如富锂锰基、镍锰酸锂等)是提高电池能量密度的重要途径。现有化成过程对磷酸铁锂等常规正极材料的效果较好，但在应用于高电压正极材料时，化成时间较长，而且对高电压正极材料的活性不充分，导致电池的循环性能不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压软包锂离子电池的化成方法，以解决现有化成方法得到的电池的循环性能差的问题。
为实现上述目的，本发明的高压软包锂离子电池的化成方法的技术方案是：
一种高压软包锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
1)以0.01C-0.3C的电流充电至电池总容量的50-90％，然后放电至预设电压，所述预设电压不低于所述高压软包锂离子电池下限电压的80％，且高于所述下限电压；
2)充电至电池的上限电压，搁置，之后再以0.01C-0.03C的小电流充电至上限电压或达到预设时间，预设时间为30-60min。
步骤2)的小电流充电终止条件，即上限电压或预设时间，以先达到的条件为准。预设时间的具体数值可视电池体系及电池的循环实验结果确定。
本发明提供的高压软包锂离子电池的化成方法，通过小电流的浅充和深度放电，使电池内部的副反应充分发生，促进在正、负极表面形成稳定的SEI膜，减弱后续充电时电解液与正、负极的副反应。在电池充电至上限电压后，再采用小电流充电，而不是高压下恒压充电，一方面可以减弱电池内部极化，另一方面也避免了电解液在高温高压下的小量分解，使电性能更加稳定。
电池的上限电压、下限电压依据所选择的正极体系、负极体系而定。富锂锰基、镍锰酸锂等高电压正极材料的上限电压(负极为人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、硅碳中的一种或几种)一般可设定为4.5V-4.8V，下限电压相应可设定为2.6V-2.8V。对于高电压正极材料而言，而相应匹配耐高压电解液以组成高电压电池体系，相关内容可参考现有技术，在此不再详述。
步骤2)充电至电池的上限电压之后的搁置会有一定程度的压降产生，为提高化成效率，促进高压正极材料在上限电压附近充分活化，优选的，搁置的时间为10-30min。
为减少大倍率充电对电极材料的活化产生不良影响，步骤1)中的首次充电以0.01C-0.3C的电流进行具有较好的效果，为进一步优化对电极材料的活化效果，优选的，所述充电至电池总容量的50-90％是采用充电电流呈阶梯增加的方式。从进一步提高充电效率方面考虑，优选的，所述充电电流呈阶梯增加是先以0.01C-0.05C的电流充电至电池总容量的2-10％，再以0.1C-0.3C的电流充电至电池总容量的50-90％。
为优化对负极材料表明SEI膜的优化效果，优选的，步骤1)中，放电电流为0.1C-0.3C。
从提高充电效率方面考虑，优选的，步骤2)中，充电电流为0.5C-0.7C。
一般而言，在高温加压条件下进行化成可促进电极材料的活化进程，对软包锂离子电池也具有较好的整形效果，优选的，所述化成在40-60℃的温度下进行。对电池表面的加压大小可依据电池的型号大小而定，或依据现有的加热加压化成柜的具体化成效果确定，该处不再详述。
一种高压软包锂离子电池的生产方法，包括向高压锂离子电池的电芯中注液，老化，化成，搁置及封装的步骤，所述化成采用前述高压软包锂离子电池的化成方法进行。通过化成工序的优化设计，可改善高压软包锂离子电池的循环性能，使电性能更加稳定。
化成后搁置的温度为40-60℃，时间为10-20h。
附图说明
图1为本发明实施例1和对比例的方法所得高压软包锂离子电池的循环性能对比。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。
一、本发明的高压软包锂离子电池的化成方法的具体实施例
以富锂锰基材料为正极，以人造石墨为负极，采用叠片法制备成软包锂离子电池电芯，经注液、老化后，进入化成工序，化成工序的具体实施例如下：
实施例1
本实施例的高压软包锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
1)将待老化的高压软包锂离子电池放入加热加压化成柜中，在50℃和120MPa的压力条件下，以0.02C的电流对电池进行充电，使电池带电态达5％；再以0.1C的电流进行充电，至电池带电态(SOC)达到80％。
2)以0.2C的电流对电池进行放电至2.2V(下限电压的80％)。
3)以0.5C的电流充电至4.6V(上限电压)，搁置30min，再以0.03C的小电流充电35min达到上限电压。
实施例2
本实施例的高压软包锂离子电池的化成方法，与实施例1的化成方法的区别仅在于：
步骤1)中，以0.01C的电流充电至SOC为10％，再以0.2C的电流充电至SOC达到60％。
步骤2)中，以0.1C的电流对电池进行放电至下限电压。
步骤3)中，搁置的时间为20min，再以0.01C的小电流充电60min(预设时间)。
实施例3
本实施例的高压软包锂离子电池的化成方法，与实施例1的化成方法的区别仅在于：
步骤1)中，以0.05C的电流充电至SOC达到90％。
步骤2)中，以0.3C的电流对电池进行放电至下限电压。
步骤3)中，搁置的时间为10min，再以0.01C的小电流充电50min达到上限电压。
以富锂锰基材料为正极，以人造石墨为负极，采用叠片法制备成软包锂离子电池电芯，经注液、老化后，分别采用实施例1-3的方法进行化成，再经搁置(40℃下搁置12h)、抽气、封装工序，即可制得高压软包锂离子电池。
二、对比例
对比例的化成方法，其电池体系与实施例1-3的电池体系相同，在化成时，在50℃和120MPa的压力条件下，以0.02C的电流对电池进行充电，使电池SOC达到5％，再以0.1C电流充电至SOC达到80％，然后以0.5C的电流充电至4.6V，然后恒压充电(耗时135min)至0.05C。之后按相同的操作制备成高压软包锂离子电池。
三、实验例
实验例1
本实施例对实施例1和对比例的方法所得高压软包锂离子电池按相同的分容工序分容后进行循环测试，循环测试的条件为：1C倍率下在4.45V-2.8V范围进行充放电，结果如图1所示。
由图1可知，与对比例的高压软包锂离子电池，实施例的电池的循环稳定性更好，具有更好的循环性能。
实施例2
本实施例测试实施例1和对比例的方法所得高压软包锂离子电池的交流内阻，测试时电池SOC为100％，结果如表1所示。
表1实施例1和对比例的方法所得高压软包锂离子电池的交流内阻对比
Figure BDA0002264530280000041
由表1的实验结果可知，对比例的高压软包锂离子电池的内阻变化较大，而且内阻值的上升较快，与对比例相比，实施例的高压软包锂离子电池的内阻值小且稳定，表明相关化成工艺更好了减小了电池极化，促进形成稳定的SEI膜，因而使电性能更加稳定。

Claims (6)

1.一种高压软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)以0.01C-0.3C的电流充电至电池总容量的50-90％，然后放电至预设电压，所述预设电压不低于所述高压软包锂离子电池下限电压的80％，且不高于所述下限电压；
2)充电至电池的上限电压，搁置，之后再以0.01C-0.03C的小电流充电至上限电压或达到预设时间，预设时间为30-60min。
2.如权利要求1所述的高压软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，搁置的时间为10-30min。
3.如权利要求1所述的高压软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，步骤1)中，所述充电至电池总容量的50-90％是采用充电电流呈阶梯增加的方式。
4.如权利要求3所述的高压软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，所述充电电流呈阶梯增加是先以0.01C-0.05C的电流充电至电池总容量的2-10％，再以0.1C-0.3C的电流充电至电池总容量的50-90％。
5.如权利要求1-4中任一项所述的高压软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，步骤1)中，放电电流为0.1C-0.3C。
6.如权利要求1-4中任一项所述的高压软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，步骤2)中，充电电流为0.5C-0.7C。
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