CN111600062A - 一种改善硅碳软包锂离子电池循环寿命的化成方法 - Google Patents

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Abstract

一种改善硅碳软包锂离子电池循环寿命的化成方法，包括采用温控设备对电芯进行低温静置处理；对电芯进行加压；对电芯梯度小倍率充电，第一阶段充电至可逆容量的6%~15%，充电电流范围为0.02C~0.05C；第二阶段充电至可逆容量的20%~40%，充电电流范围为0.05C~0.2C；第三阶段充电至可逆容量的30%~60%，充电电流范围为0.1C~0.6C；静置；老化；抽气、封装。本发明解决了现有技术中存在的硅碳材料易膨胀，影响其循环性能等问题，对硅碳软包锂离子电池，采用本发明工艺，提高了SEI膜的致密性、稳定性及一致性，从而一定程度上抑制硅碳负极材料循环过程中的膨胀，提升电池循环性能。

Description

一种改善硅碳软包锂离子电池循环寿命的化成方法
技术领域
本发明属于软包锂离子电池制造技术领域，具体涉及一种硅碳软包锂离子电池化成方法，适用于硅碳软包锂离子电池化成环节，可明显改善其循环性能。
背景技术
受日益严重的能源危机和不断加大的环境污染压力，发展新能源汽车是我国汽车产业发展的必由之路。动力电池作为能量储存及供给装置，是新能源汽车的核心部件。锂离子电池因其高能量密度，长循环寿命，环境友好等优点成为动力电池的首选。
目前锂离子电池续航里程的提升是关注的重点，因而需要开发更高能量密度的锂离子电池。常规三元正极材料搭配石墨负极材料，较为成熟，但能量密度提升遭遇瓶颈，因此，高容量硅碳负极的开发备受关注。硅碳负极材料缺点在于材料膨胀系数较大，后期循环衰减较快。目前各企业技术人员研究的重点涉及硅碳材料本身的包覆改性，使用硅碳专用胶及导电性能优异的单壁碳纳米管等管状或纤维状导电剂，以及采用特殊的化成工艺，确保更加致密、均匀、稳定的SEI生成等，以期尽可能降低硅碳材料膨胀程度，改善其循环性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种可提高硅碳负极材料表面生成的SEI膜的致密性及稳定性的改善硅碳软包锂离子电池循环寿命的化成方法。
本发明技术方案包括：
步骤一：采用温控设备对电芯进行低温静置处理，化成过程中电芯温度为：-15~15 ℃，静置时间范围为：12h~24h；
步骤二：对电芯进行加压，加压压力为：0.3~1 Mpa；
步骤三、对电芯梯度小倍率充电：
第一阶段对电芯恒流充电：充电至可逆容量的6%~15%，充电电流范围为0.02C~0.05C；
第二阶段对电芯恒流充电：充电至可逆容量的20%~40%，充电电流范围为0.05C~0.2C；
第三阶段对电芯恒流充电：充电至可逆容量的30%~60%，充电电流范围为0.1C~0.6C；
步骤四、静置：时间为：24~48 h；
步骤五、老化：老化温度范围为25~45 ℃，时间为24~48 h；
步骤六、在真空度为-60 ~ -95 kPa下，对电芯进行抽气，抽气时间为：6~12 s，然后进行封装，封装温度为：160~190 ℃，封装时间为：4~8 s。
所述电芯最终充电截止荷电态为70%SOC。
优选的，整个化成阶段，温度误差控制在±3℃，压力误差控制在±0.01Mpa。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明通过步骤一对电芯进行低温处理，有助于在后续充电化成阶段，使SEI膜更加致密，稳定性更强，从而进一步抑制硅碳负极循环过程中的膨胀。
2、本发明通过步骤二对电芯进行加压处理，可以保证化成过程中，正负极与隔膜接触更为紧密，有效减小锂离子的迁移路径，同时可以将化成过程中产生的气体排出，防止气体残留至极片表面导致黑斑等异常情况。
3、本发明通过步骤三对电芯进行梯度小倍率充电，可以进一步确保生成的SEI膜的致密性，同时可以使副反应产生的气体较为和缓，更有利于气体的充分排出，保证正负极与隔膜的良好接触及SEI膜的均匀性和一致性。
综上，本发明提出针对硅碳软包锂离子电池，采用低温，加压，梯度小倍率充电化成工艺，提高SEI膜的致密性、稳定性及一致性，从而一定程度上抑制硅碳负极材料循环过程中的膨胀，提升电池循环性能。
附图说明
图1为本发明中实施例与现有技术参照例25℃，1C/1C 100%DOD循环对比图。
图中，曲线1为本发明中实施例1的循环曲线，循环690周，容量保持率衰减至80%。曲线2为现有技术参照例的循环曲线，循环297周，容量保持率衰减至80%。通过对比发现，采用本专利化成方法，可以明显提升硅碳软包锂离子电池循环性能。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解和认识，下面将结合具体实施例对本发明作进一步深入阐述。应说明的是，该实施例仅用于解释本发明，方便本领域技术人员理解所提供的较佳实施方案，而非限制，本发明并不局限于下述具体方案，对于本专利的一些修改与变更也应落入本专利的权利要求保护范围内，即，依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。
实施例1
一种改善硅碳软包锂离子电池循环寿命的化成方法，包括以下步骤：
步骤一：采用温控设备设置所需温度，对电芯进行低温静置处理，静置时间为12h；
步骤二：化成过程中对电芯进行加压；
步骤三：对电芯进行梯度小倍率充电；
所述整体环境温度为：15 ℃；
所述对电芯进行加压压力为：0.4 Mpa。
所述对电芯进行梯度小倍率充电，具体步骤为：
第一阶段：恒流充电，充电至可逆容量的10%，充电电流为0.02C；
第二阶段：恒流充电，充电至可逆容量的30%，充电电流为0.08C；
第三阶段：恒流充电，充电至可逆容量的30%，充电电流为0.1C。
所述电芯最终充电截止荷电态为70%SOC。
所述电芯整个化成阶段状态为：温度误差±3 ℃，压力误差±0.01 Mpa。
步骤四、静置：时间为24 h；
步骤五、老化：老化温度范围为25 ℃，时间为48 h。
步骤六、在真空度为-85 kPa下，对电芯进行抽气，抽气时间为：8 s，然后进行封装，封装温度为：180 ℃，封装时间为 6 s。
实施例2
一种改善硅碳软包锂离子电池循环寿命的化成方法，包括以下步骤：
步骤一：采用温控设备设置所需温度，对电芯进行低温静置处理，静置时间为20h；
步骤二：化成过程中对电芯进行加压；
步骤三：对电芯进行梯度小倍率充电；
所述整体环境温度为：0℃。
所述对电芯进行加压压力为：0.6 Mpa。
所述对电芯进行梯度小倍率充电，具体步骤为：
第一阶段：恒流充电，充电至可逆容量的15%，充电电流为0.03C；
第二阶段：恒流充电，充电至可逆容量的20%，充电电流为0.05C；
第三阶段：恒流充电，充电至可逆容量的40%，充电电流为0.1C。
所述电芯最终充电截止荷电态为80%SOC。
所述电芯整个化成阶段状态为：温度误差±3 ℃，压力误差±0.01 Mpa。
步骤四、静置：时间为 30 h；
步骤五、老化：老化温度范围为40 ℃，时间为 35 h。
步骤六、在真空度为 -90 kPa下，对电芯进行抽气，抽气时间为：6 s，然后进行封装，封装温度为：185℃，封装时间为 5 s。
参照例
传统化成工艺作为参照例：
电芯室温无加压过程，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对电芯进行恒流充电，最终，充电截止荷电态为60%SOC。

Claims (3)

1.一种改善硅碳软包锂离子电池循环寿命的化成方法，其特征在于包括：
步骤一：采用温控设备对电芯进行低温静置处理，化成过程中电芯温度为：-15~15 ℃，静置时间范围为：12h~24h；
步骤二：对电芯进行加压，加压压力为：0.3~1 Mpa；
步骤三、对电芯梯度小倍率充电：
第一阶段、对电芯恒流充电，充电至可逆容量的6%~15%，充电电流范围为0.02C~0.05C；
第二阶段：对电芯恒流充电，充电至可逆容量的20%~40%，充电电流范围为0.05C~0.2C；
第三阶段：对电芯恒流充电，充电至可逆容量的30%~60%，充电电流范围为0.1C~0.6C；
步骤四、静置：时间为：24~48 h；
步骤五、老化：老化温度范围为25~45 ℃，时间为24~48 h。
2.根据权利要求1所述的改善硅碳软包锂离子电池循环寿命的化成方法，其特征在于：所述电芯最终充电截止荷电态为70%SOC。
3.根据权利要求1所述的改善硅碳软包锂离子电池循环寿命的化成方法，其特征在于：还包括步骤六、在真空度为-60 ~ -95 kPa下，对电芯进行抽气，抽气时间为：6~12 s，然后进行封装，封装温度为：160~190 ℃，封装时间为：4~8 s。
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