CN113258153A - 一种快充锂离子电池快速分容方法 - Google Patents

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刘亚明
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韩旭亮
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Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了一种锂离子电池的快速分容方法，本专利使用了45℃~60℃高温分容方法，应用于电池容量的快速分选，以用于缩短电池的生产周期和生产产能。该专利所述的方法包括电池分容的工艺参数；所述的方法包括电池分容的环境温度；该专利所述的电池分容的工艺参数包括恒流恒压充电工步；该专利所述的电池分容的工艺参数包括搁置工步；该专利所述的电池分容的工艺参数包括恒流放电工步；通过对比现有的分容参数，使用本专利电池分容时间可以缩短到现有工艺的1/3~2/3；生产的产能可以提高40%~200%；同样的，产能的提高也降低了电池的制作成本和市场的占有率。

Description

一种快充锂离子电池快速分容方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体为一种快充锂离子电池快速分容方法。
背景技术
锂离子电池作为新型的能源产品，被广泛应用于手机、数码相机、电动工具、电动汽车等领域。各领域对锂离子电池的日益增长需求与锂电产能以及价格之间存在较为复杂的关系。锂离子电池既有广阔的应用市场，又存在着激烈的竞争；其竞争不仅在电池性能方面，同时还存在于产品的生产周期、产品的价格和产品的后期服务等。
就目前而言，锂离子电池制造行业仍存在诸多问题需要完善。本课题组技术人员对快充锂离子电池的制造与测试所涉及的各方面进行了***的研究。本专利所涉及的工作立足于电池的性能和价格，通过开发一种有效的快速分容方法，既确保电池的容量准确，又缩短电池的分容时间，提高电池生产效率，进而降低电池的生产成本。
发明内容
本发明提供一种快充锂离子电池的快速分容方法。运用该方法，在确保电池的容量准确的前提下，降低电池分容时间，提高电池的生产效率，增加电池的生产量。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：锂离子电池分容的环境温度取决于锂离子的传输过程和电池结构。锂离子电池的充放电过程，锂离子是在电池内部传输，而电子在电池外部通过导线进行传输。锂离子在电池内部传输主要有三个区域，其一是正极内部与正极表面之间的传输，是锂离子通过在固态介质扩散的过程；其二是正极表面与负极表面间的传输，主要是锂离子在电解液中的扩散过程；其三是负极内部与负极表面间的传输，主要是通过锂离子的固态扩散来实现。总之，锂离子在电池内部传输是通过锂离子扩散过程完成的，而扩散速度受温度影响。一般地，温度越高，离子的扩散系数越大，扩散速度越快。结合常用电解液溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)的物理化学性质，EC熔点为38℃，DMC 的沸点为90℃，碳酸甲乙酯(EMC)沸点109℃左右，电池分容的外界环境温度可以控制在38℃～80℃之间。随着电池的分容温度提高，锂离子的扩散速率相应提高，电池的充放电倍率就可以提高，电池的分容时间缩短。
锂离子快充电池快速分容方法，包括电池充放电参数和电池充放电环境温度；所述的电池充放电参数包括恒流恒压充电工步，搁置工步，恒流放电工步；
优选的，所述的电池恒流恒压充电时间可以为10min～200min；
优选的，所述的电池恒流恒压充电电流可以为0.1C～3C；
优选的，所述的电池恒流恒压上限电压可以为3.0V～4.5V；
优选的，所述的电池恒流恒压充电截止电流可以为0.01C～0.05C；
优选的，所述的电池搁置时间可以为3min～200min；
优选的，所述的恒流放电时间可以为3min～200min；
优选的，所述的恒流放电电流可以为0.1C～3C；
优选的，所述的恒流放电电压可以为2.0V～3.6V；
优选的，所述的充放电环境温度可以为45℃～60℃；
优选的，所述的一种锂离子快充电池快速分容方法，其电池容量偏差在 0.5％以内为可行方法；
具体实施方式
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。
实例1
电池制作：负极材料使用石墨，按石墨：SP：CMC：SBR＝95:1:2:2的配比进行制浆，经过涂布、辊压分条、焊接制作成负极片；正极活性材料使用LCO；按LCO：SP：PVDF＝95:2.5:2.5的配比进行制浆，经过涂布、辊压分条、焊接制作成正极片。再经过卷绕、封装、注液、化成、二次封等工艺制作成电池。
实例2
电池分容环境温度45℃，分容总时间260min，分容充放电参数如下表所示。
序号 工步 时间(min) 电流 限制电压(V) 截止电流
1 恒流恒压充电 90 1C 4.35 0.02C
2 搁置 5
3 恒流放电 70 1C
4 搁置 5
5 恒流恒压充电 90 1C 3.95 0.02C
实例3
电池分容环境温度45℃，分容总时间190min，分容充放电参数如下表所示。
序号 工步 时间(min) 电流 限制电压(V) 截止电流
1 恒流恒压充电 70 2C 4.35 0.02C
2 搁置 5
3 恒流放电 40 2C
4 搁置 5
5 恒流恒压充电 70 2C 3.95 0.02C
对比实例1
电池分容环境温度25℃，分容总时间420min，分容充放电参数如下表所示。
序号 工步 时间(min) 电流 限制电压(V) 截止电流
1 恒流恒压充电 150 0.5C 4.35 0.02C
2 搁置 5
3 恒流放电 130 0.5C
4 搁置 5
5 恒流恒压充电 130 0.5C 3.95 0.02C
实例4
电池分容环境温度60℃，分容总时间260min，分容充放电参数如下表所示。
序号 工步 时间(min) 电流 限制电压(V) 截止电流
1 恒流恒压充电 90 1C 4.35 0.02C
2 搁置 5
3 恒流放电 70 1C
4 搁置 5
5 恒流恒压充电 90 1C 3.95 0.02C
实例5
电池分容环境温度60℃，分容总时间190min，分容充放电参数如下表所示。
序号 工步 时间(min) 电流 限制电压(V) 截止电流
1 恒流恒压充电 70 2C 4.35 0.02C
2 搁置 5
3 恒流放电 40 2C
4 搁置 5
5 恒流恒压充电 70 2C 3.95 0.02C
对比实例2
电池分容环境温度25℃，分容总时间420min，分容充放电参数如下表所示。
序号 工步 时间(min) 电流 限制电压(V) 截止电流
1 恒流恒压充电 150 0.5C 4.35 0.02C
2 搁置 5
3 恒流放电 130 0.5C
4 搁置 5
5 恒流恒压充电 130 0.5C 3.95 0.02C
实例6
电池分容环境温度65℃，分容总时间260min，分容充放电参数如下表所示。
序号 工步 时间(min) 电流 限制电压(V) 截止电流
1 恒流恒压充电 90 1C 4.35 0.02C
2 搁置 5
3 恒流放电 70 1C
4 搁置 5
5 恒流恒压充电 90 1C 3.95 0.02C
实例7
电池分容环境温度65℃，分容总时间190min，分容充放电参数如下表所示。
序号 工步 时间(min) 电流 限制电压(V) 截止电流
1 恒流恒压充电 70 2C 4.35 0.02C
2 搁置 5
3 恒流放电 40 2C
4 搁置 5
5 恒流恒压充电 70 2C 3.95 0.02C
对比实例3
电池分容环境温度25℃，分容总时间420min，分容充放电参数如下表所示。
序号 工步 时间(min) 电流 限制电压(V) 截止电流
1 恒流恒压充电 150 0.5C 4.35 0.02C
2 搁置 5
3 恒流放电 130 0.5C
4 搁置 5
5 恒流恒压充电 130 0.5C 3.95 0.02C
备注：实例2、实例3、对比实例1为同一组电池；
实例4、实例5、对比实例2为同一组电池；
实例6、实例7、对比实例3为同一组电池；
实例8
测试结果如下表所示。
Figure RE-GDA0003134785800000061
Figure RE-GDA0003134785800000071
结论：
1.实例2、实例3、对比实例1说明，电池在45℃环境的条件下，可以使用1C的倍率进行充放电，电池生产时间可以减少40％左右，生产效率可以提高40％；
2.实例4、实例5、对比实例2说明，电池在60℃环境的条件下，可以使用2C的倍率进行充放电，电池生产时间可以减少55％左右，生产效率可以提高55％；
3.实例6、实例7、对比实例3说明，电池在65℃环境的条件下，无法使用1C或2C的倍率进行充放电；
4.总之，使用高温化成时的有效温度为45℃～60℃。

Claims (7)

1.一种快充锂离子电池快速分容方法，包括电池充放电参数和电池充放电环境温度；所述的电池充放电参数包括恒流恒压充电工步，搁置工步，恒流放电工步。
2.所述的恒流恒压充电工步包括电池的充电时间，其特征在于一方面确保电池有足够的时间进行充电，以免电池未充满电，另一方面又要控制电池的充电时间，以防电池发生过充而产生安全隐患；所述的恒流恒压充电工步包括电池的充电电流大小，其特征在于一方面控制电池充电速度，防止充电电流过大而引起电池负极析锂所产生得安全隐患，另一方面确保电池生产的时间；所述的恒流恒压充电工步包括电池的充电上限电压，其特征为确保电池不发生过充而产生安全隐患；所述的恒流恒压充电工步包括电池的充电截止电流，其特征在于让电池内部的锂离子均匀嵌入到电池负极内部，减少电池内部的极化。
3.所述的搁置工步包括电池的静置时间，其特征在于让充电后或者放电完成后的电池产生一个消极化过程，以确保分容后电池容量的准确性。
4.所述的放电工步包括放电电流，其特征在于确保电池放电容量的准确性和防止电池发生过放电现象；所述的放电工步包括放电电流，其特征在于控制电池放电速度，一方面防止电池放电流过大而影响电池的容量，另一方面防止电池电流过小，影响电池的生产效率。所述的放电工步包括放电时间，其特征在于确保电池放电完全，确保电池容量的准确性。
5.所述的电池充放电环境温度，其特征在于确保电池内部的电化学反应的稳定，锂离子传输流畅，确保电池容量的准确性。
6.根据权利要求1所述的一种快充锂离子电池快速分容方法，所述的电池充放电参数设定依次为第一步，恒流恒压充电；第二步，搁置；第三步，恒流放电；第四步，搁置；第五步，恒流恒压充电；其特征在于恒流恒压充电与恒流放电之间必需要有搁置工步。
7.根据权利要求1所述的一种快锂离子电池快速分容方法，所述的电池充放电环境温度必须为45℃~ 60℃。
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