CN112768782A - 一种锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池及其制备方法。该方法包括：在对锂离子电池进行第一次注液后，对锂离子电池进行微电流预充，微电流预充的锂离子电池的充电荷电态在0.5％SOC‑2.0％SOC的范围内；将锂离子电池置于0℃‑60℃的环境中18h；对锂离子电池进行化成和分容。本发明提供的方案能够缩短第一次注液后的高温静置时长，从而提高生产效率；同时，该方案具有易于实现、可操作性高等优点。

Description

一种锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明实施例涉及电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池及其制备方法。
背景技术
锂离子电池(简称锂电池)是一种依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作的充电电池，具有能量密度高、可多次充放电、体积小、对环境污染小等优点，在3C(计算机(Computer)、通讯(Communication)和消费电子产品(ConsumerElectronics)三类电子产品的简称)产品、储能装置、电动汽车等领域中得到了广泛使用。
在锂离子电池的生产制程中，第一次注液后通常需要将锂离子电池静置一段时间，其目的是为了使注入的电解液充分浸润到锂离子电芯的各极片中，从而利于电池电性能的发挥。目前，第一次注液后静置锂离子电池的时间往往过长，需要24h，这就导致锂离子电池的整个生产制程过长，影响生产效率。
发明内容
本发明提供一种锂离子电池及其制备方法，能够缩短第一次注液后的高温静置时长，从而提高生产效率；同时，该方案具有易于实现、可操作性高等优点。
第一方面，本发明实施例提供了一种锂离子电池的制备方法，包括：
在对锂离子电池进行第一次注液后，对锂离子电池进行微电流预充，微电流预充的锂离子电池的充电荷电态在0.5％SOC-2.0％SOC的范围内；
将锂离子电池置于0℃-60℃的环境中18h；
对锂离子电池进行化成和分容。
可选的，对锂离子电池进行微电流预充，包括：
采用0.02C-0.1C的充电倍率，对锂离子电池进行微电流预充，微电流预充的锂离子电池的充电荷电态为0.5％SOC、或者1.0％SOC、或者1.5％SOC、或者2.0％SOC。
可选的，对锂离子电池进行微电流预充，包括：
采用0.06C的充电倍率，对锂离子电池进行微电流预充，微电流预充的锂离子电池的充电荷电态为1.0％SOC。
可选的，将锂离子电池置于0℃-60℃的环境中18h，包括：
将锂离子电池置于45℃的环境中18h。
可选的，在对锂离子电池进行第一次注液前，还包括：
将锂离子电芯放入壳体进行封装，形成锂离子电池。
可选的，在对锂离子电池进行化成后、且在对锂离子电池进行分容前，还包括：
对锂离子电池进行第二次注液，其中，第一次注液所使用的电解液和第二次注液所使用的电解液的组分相同或者组分不同。
可选的，还包括：
对锂离子电池进行电性能测试。
可选的，电性能测试包括交流阻抗测试、倍率放电测试、容量标定测试、循环测试中的至少一项。
第二方面，本发明实施例还提供了一种锂离子电池，锂离子电池是采用上述任一实施例的锂离子电池的制备方法制备而成。
本发明提供一种锂离子电池及其制备方法，该方法包括：在对锂离子电池进行第一次注液后，对锂离子电池进行微电流预充，微电流预充的锂离子电池的充电荷电态在0.5％SOC-2.0％SOC的范围内；将锂离子电池置于0℃-60℃的环境中18h；对锂离子电池进行化成和分容。通过在第一次注液后对锂离子电池进行微电流预充(即首次短时间充少量电，充电电流为小电流(0.02-0.1C充电倍率))，使得阴阳离子在电场的作用下发生定向电迁移，从而加快了电解液对极片的浸润速率，达到缩短第一次注液后的高温静置时长的目的，提高生产效率；同时，对锂离子电池进行微电流预充所需的设备简单，易于实现，可操作性高。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种锂离子电池的制备方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种锂离子电池的制备方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种不同充电荷电态条件下微电流预充结束时的电池电压；
图4是本发明实施例提供的一种不同充电荷电态条件下电化学阻抗谱(EIS)的对比图；
图5是本发明实施例提供的一种不同充电荷电态条件下的倍率放电图形；
图6是本发明实施例提供的一种不同充电荷电态条件下锂离子电池的循环圈数数据图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
需要说明的是，本发明下述各个实施例可以单独执行，各个实施例之间也可以相互结合执行，本发明实施例对此不作具体限制。本发明实施例中提到的“和/或”是指包括一个或更多个相关所列项目的任何和所有组合。本发明实施例中用“第一”、“第二”等来描述各种组件，但是这些组件不应该受这些术语限制。这些术语仅用来将一个组件与另一组件区分开。并且，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一个”、“一种”和“该()”也意图包括复数形式。
在锂离子电池的生产制程中，第一次注液后通常需要将锂离子电池静置一段时间，其目的是为了使注入的电解液充分浸润到锂离子电芯的各极片中，从而利于电池电性能的发挥。目前，第一次注液后静置锂离子电池的时间往往过长，需要24h，这就导致锂离子电池的整个生产制程过长，影响生产效率。
为此，本发明提供了一种锂离子电池及其制备方法，通过在第一次注液后对锂离子电池进行微电流预充(又可称为微电预充)(即首次短时间充少量电，充电电流为小电流(0.02-0.1C充电倍率))，使得阴阳离子在电场的作用下发生定向电迁移，从而加快了电解液对极片的浸润速率，达到缩短第一次注液后的高温静置时长的目的，提高生产效率；同时，对锂离子电池进行微电流预充所需的设备简单，易于实现，可操作性高。
图1示出了本发明实施例提供的一种锂离子电池的制备方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括如下步骤。
S101、对锂离子电池进行注液。
电解液是电池中离子传输的载体。一般由锂盐和有机溶剂组成。电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料，在一定条件下、按一定比例配制而成的。
注液所使用的电解液记为电解液A，可以是高氯酸锂、六氟磷酸锂等。
S102、对锂离子电池进行微电流预充，微电流预充的锂离子电池的充电荷电态在0.5％SOC-2.0％SOC的范围内。
微电流预充是指在短时间内为锂离子电池充少量电的过程，微电流预充后的锂离子电池类似于双电层超级电容器：当对锂离子电芯施加一个外电电源(电压设定上限不能超过负极固体电解质界面膜(solid electrolyte interphase，SEI膜)的形成电压)时，阴阳离子在电场的作用下发生定向电迁移，其中阳离子向负极电极表面处聚集，阴离子向正极表面处聚集。这就可以促进电解液对极片的浸润速率，达到缩短注液后的高温静置时长的目的，提高生产效率。
可以理解的是，微电流预充的充电荷电态越多，微电流预充结束时锂离子电池的电压就越高，考虑到SEI膜的成膜影响，需要设计适当的充电荷电态，保证在促进电解液对极片的浸润速率的同时，又不会对形成SEI膜造成不利的影响。
具体的，步骤S102中对锂离子电池进行微电流预充的步骤可以包括：
采用0.02C-0.1C的充电倍率，对锂离子电池进行微电流预充，微电流预充的锂离子电池的充电荷电态为0.5％SOC、或者1.0％SOC、或者1.5％SOC、或者2.0％SOC。
优选地，步骤S102中对锂离子电池进行微电流预充的步骤可以包括：
采用0.06C的充电倍率，对锂离子电池进行微电流预充，微电流预充的锂离子电池的充电荷电态为1.0％SOC。
S103、将锂离子电池置于0℃-60℃的环境中18h。
优选地，步骤S103中将锂离子电池置于0℃-60℃的环境中18h的步骤可以包括：
将锂离子电池置于45℃的环境中18h。
可见，与传统的将锂离子电池置于高温环境中24h相比，本发明实施例提供的方案能够大大缩短注液后的高温静置时长。
S104、对锂离子电池进行化成和分容。
锂离子电池的化成和分容关系着电芯一致性、良品率等指标能否达到要求，是电芯激活检测的重要部分。
可选的，本发明实施例中对锂离子电池进行化成可以采用负压化成或夹具化成。
图2示出了本发明实施例提供的另一种锂离子电池的制备方法的流程示意图。如图2所示，该方法包括如下步骤。
S201、将锂离子电芯放入壳体进行封装，形成锂离子电池。
锂离子电芯是将正极片、负极片和隔膜进行卷绕得到的，并经过热压、短路测试；将锂离子电芯放入壳体进行封装通常是指将锂离子电芯经过焊接等工序放入壳体并进行烘烤的过程。
S202、对锂离子电池进行第一次注液。
电解液是电池中离子传输的载体。一般由锂盐和有机溶剂组成。电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料，在一定条件下、按一定比例配制而成的。
第一次注液所使用的电解液记为电解液A，可以是高氯酸锂、六氟磷酸锂等。
其中，锂盐包括LiFP6、LiClO4、LiBOB、LiFSI、LiODFB、LiTFSI或LiBF4中任意一种或至少两种的组合。
S203、对锂离子电池进行微电流预充，微电流预充的锂离子电池的充电荷电态在0.5％SOC-2.0％SOC的范围内。
微电流预充是指在短时间内为锂离子电池充少量电的过程，微电流预充后的锂离子电池类似于双电层超级电容器：当对锂离子电芯施加一个外电电源(电压设定上限不能超过负极SEI膜的形成电压)时，阴阳离子在电场的作用下发生定向电迁移，其中阳离子向负极电极表面处聚集，阴离子向正极表面处聚集。这就可以促进电解液对极片的浸润速率，达到缩短第一次注液后的高温静置时长的目的，提高生产效率。
可以理解的是，微电流预充的充电荷电态越多，微电流预充结束时锂离子电池的电压就越高，考虑到SEI膜的成膜影响，需要设计适当的充电荷电态，保证在促进电解液对极片的浸润速率的同时，又不会对形成SEI膜造成不利的影响。
具体的，步骤S203中对锂离子电池进行微电流预充的步骤可以包括：
采用0.02C-0.1C的充电倍率，对锂离子电池进行微电流预充，微电流预充的锂离子电池的充电荷电态为0.5％SOC、或者1.0％SOC、或者1.5％SOC、或者2.0％SOC。
优选地，步骤S203中对锂离子电池进行微电流预充的步骤可以包括：
采用0.06C的充电倍率，对锂离子电池进行微电流预充，微电流预充的锂离子电池的充电荷电态为1.0％SOC。
S204、将锂离子电池置于0℃-60℃的环境中18h。
优选地，步骤S204中将锂离子电池置于0℃-60℃的环境中18h的步骤可以包括：
将锂离子电池置于45℃的环境中18h。
可见，与传统的将锂离子电池置于高温环境中24h相比，本发明实施例提供的方案能够大大缩短第一次注液后的高温静置时长。
S205、对锂离子电池进行化成。
可选的，本发明实施例中对锂离子电池进行化成可以采用负压化成或夹具化成。
S206、对锂离子电池进行第二次注液。
其中，第一次注液所使用的电解液和第二次注液所使用的电解液的组分相同或者组分不同。
第二次注液所使用的电解液记为电解液B，可以是高氯酸锂、六氟磷酸锂等。
当电解液A和电解液B的组分相同时，可以简化锂离子电池的制作工序；当电解液A和电解液B的组分不同时，可以保证电解液B不参与化成成膜，能够有效减小电池的阻抗，降低电池的极化。
S207、对锂离子电池进行分容。
锂离子电池的化成和分容关系着电芯一致性、良品率等指标能否达到要求，是电芯激活检测的重要部分。
S208、对锂离子电池进行电性能测试。
电性能测试包括交流阻抗测试、倍率放电测试、容量标定测试、循环测试中的至少一项。
下面提供一种锂离子电池的电性能测试示例，用于说明本发明的有益效果。
具体的，锂离子电池的电性能测试采用了4组实验组和1组空白组。这4组实验组均对锂离子电池进行了微电流预充，微电流预充的锂离子电池的充电荷电态分别为0.5％SOC、1.0％SOC、1.5％SOC和2.0％SOC；空白组不对锂离子电池进行微电流预充。
图3示出了本发明实施例提供的一种不同充电荷电态条件下微电流预充结束时的电池电压。如图3所示，可见，微电流预充的锂离子电池的充电荷电态越大，微电流预充结束时的电池电压越高。充电荷电态和电池电压呈近似线性变化。
图4示出了本发明实施例提供的一种不同充电荷电态条件下电化学阻抗谱(EIS)的对比图。电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS)是通过测量阻抗随正弦波频率的变化，进而分析电极过程动力学、双电层和扩散等，研究电极材料、固体电解质、导电高分子以及腐蚀防护等机理。
图5示出了本发明实施例提供的一种不同充电荷电态条件下的倍率放电图形。放电倍率是放电快慢的一种量度，指电池在规定的时间放电至其额定容量时所需要的电流值。
图6示出了本发明实施例提供的一种不同充电荷电态条件下锂离子电池的循环圈数数据图。如图6所示，4组实验组的容量保持率均高于空白组，且1.0％SOC这组的容量保持率更高，电池性能更好。综合可得，充电荷电态的最优工艺参数为1.0％SOC。
本发明提供一种锂离子电池的制备方法，该方法包括：在对锂离子电池进行第一次注液后，对锂离子电池进行微电流预充，微电流预充的锂离子电池的充电荷电态在0.5％SOC-2.0％SOC的范围内；将锂离子电池置于0℃-60℃的环境中18h；对锂离子电池进行化成和分容。通过在第一次注液后对锂离子电池进行微电流预充(即首次短时间充少量电，充电电流为小电流(0.02-0.1C充电倍率))，使得阴阳离子在电场的作用下发生定向电迁移，从而加快了电解液对极片的浸润速率，达到缩短第一次注液后的高温静置时长的目的，提高生产效率；同时，对锂离子电池进行微电流预充所需的设备简单，易于实现，可操作性高。
本发明实施例还提供了一种锂离子电池，锂离子电池是采用上述任一实施例的锂离子电池的制备方法制备而成。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括：
在对锂离子电池进行第一次注液后，对所述锂离子电池进行微电流预充，微电流预充的所述锂离子电池的充电荷电态在0.5％SOC-2.0％SOC的范围内；
将所述锂离子电池置于0℃-60℃的环境中18h；
对所述锂离子电池进行化成和分容。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述对所述锂离子电池进行微电流预充，包括：
采用0.02C-0.1C的充电倍率，对所述锂离子电池进行微电流预充，微电流预充的所述锂离子电池的充电荷电态为0.5％SOC、或者1.0％SOC、或者1.5％SOC、或者2.0％SOC。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述对所述锂离子电池进行微电流预充，包括：
采用0.06C的充电倍率，对所述锂离子电池进行微电流预充，微电流预充的所述锂离子电池的充电荷电态为1.0％SOC。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述将所述锂离子电池置于0℃-60℃的环境中18h，包括：
将所述锂离子电池置于45℃的环境中18h。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，在对锂离子电池进行第一次注液前，还包括：
将锂离子电芯放入壳体进行封装，形成所述锂离子电池。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，在对所述锂离子电池进行化成后、且在对所述锂离子电池进行分容前，还包括：
对所述锂离子电池进行第二次注液，其中，所述第一次注液所使用的电解液和所述第二次注液所使用的电解液的组分相同或者组分不同。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，还包括：
对所述锂离子电池进行电性能测试。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述电性能测试包括交流阻抗测试、倍率放电测试、容量标定测试、循环测试中的至少一项。
9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池是采用如权利要求1-8中任一项所述的锂离子电池的制备方法制备而成。
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