專利名稱：鋰離子電池及提高離子電池高溫存儲性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池制造領(lǐng)域，具體是涉及一種提高鋰離子電池高溫存儲性能的方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池于20世紀90年代由日本索尼公司推向市場，因其單體電池工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長等特點，在手機、筆記本電腦等小型移動電源領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著鋰離子電池能量密度及功率密度的進一步提升，它已被視作混合動力汽車及電動汽車的理想電源，是一類具有廣闊應(yīng)用前景的儲能裝置。鋰離子電池在高溫存儲一段時間后，會出現(xiàn)電池殼鼓脹、厚度大幅增加的現(xiàn)象。雖然冷卻后電池厚度會有所降低，但此時鋰離子電池的容量下降明顯(容量衰減可達15% )， 且由于電池內(nèi)部還殘留大量在高溫下電解液與電極反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，增加了電池內(nèi)壓，嚴重影響了電池的循環(huán)壽命，并帶來安全隱患。為提高電池的高溫存儲性能，現(xiàn)有技術(shù)中研究人員大多從電解液著手進行改善。 耐高溫電解液即是通過往電解液中引入添加劑而提高電池的耐高溫性能。例如常見的耐高溫電解液E231A，就是在電解液中添加一定量的亞硫酸丙烯酯PS以提高電池的高溫存儲性能。添加劑的引入雖然會提高鋰離子電池的高溫存儲性能，但卻會降低電池在低溫下的充放電容量。另外，添加劑的引入，使電池在首次充放電過程中的化學反應(yīng)復雜化，增加了電池品質(zhì)控制的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服以上缺陷，從電池的預充電化成工藝出發(fā)，提出一種提高鋰離子電池高溫存儲性能的方法。本發(fā)明還提出一種鋰離子電池，具有良好的高溫存儲性能和高溫循環(huán)性能。鋰離子電池在高溫下的電池殼鼓脹問題從根本上來說，是由于常溫下負極表面形成的鈍化層SEI (solid electrolyte interface)膜在高溫下不穩(wěn)定，與電解液反應(yīng)而重構(gòu)。重構(gòu)反應(yīng)會釋放出大量氣體，引起電池內(nèi)壓升高、電池鼓殼等現(xiàn)象。若SEI本身是在高溫下形成，在高溫下性能穩(wěn)定，重構(gòu)反應(yīng)不會發(fā)生，有效抑制了氣體的釋出?；诖?，發(fā)明人提出解決電池耐高溫性能的一種新思路。本發(fā)明的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的。這種提高鋰離子電池高溫存儲性能的方法采用高溫化成工藝，使得負極活性物質(zhì)表面在高溫下形成SEI膜，所述高溫化成工藝包括步驟(1)，高溫陳化，將注液后的電芯于 40 70°C下陳化1 20小時；步驟(2)，高溫預充，將高溫陳化后的電芯于40 70°C下預充電，預充完畢后冷卻、電芯封口。優(yōu)選的方案中，所述步驟O)中預充電時溫度為45 55°C。所述步驟(1)中陳化溫度為40 50°C，陳化時間為4 8小時。
所述步驟O)中的預充電流為0. 02C 0. 5C，預充時間為1 20小時。所述步驟O)中的預充電流為0. IC 0. 2C，預充時間為3 6小時。本發(fā)明提出的這種鋰離子電池，其制備工藝中采用了上述的提高鋰離子電池高溫存儲性能的方法。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比所具有的有益效果是電解液在高溫下黏度變小，高溫陳化可加速電解液與電極材料的浸潤，有效縮短陳化時間；因SEI膜是在高溫下電解液與電極材料作用而生成，其在高溫下有較高的穩(wěn)定性，高溫性能好。且大多數(shù)氣體在液體中的溶解度隨溫度升高而降低。常溫下預充，擠壓過程雖可排除部分預充產(chǎn)氣，但仍有部分氣體溶解在電解液中，影響電池循環(huán)性能及安全性能，而在高溫下預充，可有效減少預充后殘留在電池殼中的氣體，提高電池性能。本發(fā)明無需對電池制作設(shè)備及工藝進行大的改動，適應(yīng)性強，具有工藝簡單，易于控制的特點。
具體實施例方式本實施方式中將制備5組型號為423048AH、標稱容量為650mAh的鋰離子電池，包括實施例電池4組和對比例電池1組。其中實施例電池的制作過程中將采用本發(fā)明的方法， 即在高溫下對電芯進行化成。電芯的制備過程具體制備步驟如下。1)配料。將正極活性物質(zhì)鈷酸鋰LiCoO2、正極導電劑乙炔黑(采用卡博特CABOT 超導電碳黑BP2000)、正極粘合劑PVDF (型號RC10214)與溶劑NMP混合攪拌均勻，制成正極漿料。將負極活性物質(zhì)天然石墨、負極導電劑乙炔黑混合，然后均勻分散在配制好的羧甲基纖維素鈉CMC水溶液中，并將丁苯橡膠SBR加入其中作為粘結(jié)劑，均勻攪拌后形成負極漿料。2)涂覆。將正極漿料涂覆在16 μ m厚度正極集流體鋁箔的雙面上，干燥并輥壓制成正極片，將正極片分切成一定尺寸的正極小片，并在正極小片上焊接上鋁帶。將負極漿料涂覆在10 μ m厚度的負極集流體銅箔上，干燥并輥壓制成負極片，將負極片分切成一定尺寸的負極小片，并在負極小片上焊接上鎳帶。3)配制電解液。將鋰鹽LiPF6溶解在鋰鹽溶劑中，溶劑采用EC、EMC、DMC混合溶劑,三者的質(zhì)量比為EC EMC DMC = 1 1 1。4)裝配。將分切好的正極小片、隔膜和負極小片疊置或卷繞后裝入鋁金屬電池外殼中，將電池外殼與蓋帽組件進行焊接密封，將配制好的電解液注入鋁殼中。實施例1取50只上述注好電解液的電芯進行化成，包括以下步驟(101)將注液后的電芯于40°C下陳化8小時，使電解液與電極材料充分接觸，電解液充分浸潤電極材料。(102)將高溫陳化后的電芯于45°C下恒溫烘箱內(nèi)預充電，先采用0. 02C電流預充 5小時，再采用0. 5C電流充電至4. 2V。預充完畢后冷卻至室溫、對電芯整形、封口。對電池進行高溫性能考察測試，分兩種測試條件進行，第一種為60°C /7天存儲測試，方法如下a)取預充電后的電芯，容量記為Cl，電芯厚度尺寸Tl ；
b)將充滿電的電芯放入60 士 2 °C的恒溫箱內(nèi)，存儲7天；c)對存儲后的電芯在60°C條件下測量厚度尺寸T2后，在室溫下放置池后再測量電芯厚度T3 ；d)將電芯在23 士 2°C環(huán)境下IC放電獲得容量C2，IC充電后再次IC放電獲得容量 C3 ；e)計算下列性能指標尺寸變化率(熱測)=(T2-Tl)/Tl ；尺寸變化率(冷測)=(T3-Tl)/Tl ；容量保持率=C2/C1 ；容量恢復率=C3/C1。所得的高溫性能測試數(shù)據(jù)的平均結(jié)果見表1所示。電池高溫性能考察測試的另一種測試條件為70°C /2天存儲測試，與第一種方法的區(qū)別在于步驟b)為將充滿電的電芯放入70士 2°C的恒溫箱內(nèi)，存儲2天，其他步驟相同。 所得的高溫性能測試數(shù)據(jù)的平均結(jié)果見表1所示。實施例2取50只上述注好電解液的電芯進行化成，包括以下步驟(201)將注液后的電芯于70°C下陳化1小時，使電解液與電極材料充分接觸，電解液充分浸潤電極材料。(202)將高溫陳化后的電芯于55°C下恒溫烘箱內(nèi)預充電，先采用0. IC電流預充1 小時，再采用0. 2C電流充電至4. 2V。預充完畢后冷卻至室溫、對電芯整形、封口。對電池進行高溫性能考察測試，分兩種測試條件進行，與實施例1中條件步驟相同，所的結(jié)果見表1所示。實施例3取50只上述注好電解液的電芯進行化成，包括以下步驟(301)將注液后的電芯于50°C下陳化4小時，使電解液與電極材料充分接觸，電解液充分浸潤電極材料。(302)將高溫陳化后的電芯于70°C下恒溫烘箱內(nèi)預充電，先采用0. IC電流預充1 小時，再采用0.4C電流充電至4. 2V。預充完畢后冷卻至室溫、對電芯整形、封口。對電池進行高溫性能考察測試，分兩種測試條件進行，與實施例1中條件步驟相同，所的結(jié)果見表1所示。實施例4取50只上述注好電解液的電芯進行化成，包括以下步驟(401)將注液后的電芯于40°C下陳化20小時，使電解液與電極材料充分接觸，電解液充分浸潤電極材料。(402)將高溫陳化后的電芯于40°C下恒溫烘箱內(nèi)預充電，先采用0. IC電流預充1 小時，再采用0. 2C電流充電至4. 2V。預充完畢后冷卻至室溫、對電芯整形、封口。對電池進行高溫性能考察測試，分兩種測試條件進行，與實施例1中條件步驟相同，所的結(jié)果見表1所示。對比例1
取50只上述注好電解液的電芯進行化成將電芯于室溫(15 30°C )下預充電， 先采用0. IC電流預充1小時，再采用0. 2C電流充電至4. 2V。預充完畢后冷卻至室溫、對電芯整形、封口。對電池進行高溫性能考察測試，分兩種測試條件進行，與實施例1中條件步驟相同，所的結(jié)果見表1所示。對比例2首先采用E231A電解液制備型號為423048AH，標稱容量為650mAh的鋰離子電池， 其電芯的具體制備步驟如下。1)配料。將正極活性物質(zhì)鈷酸鋰LiCoO2、正極導電劑乙炔黑(采用卡博特CABOT 超導電碳黑BP2000)、正極粘合劑PVDF (型號RC10214)與溶劑NMP混合攪拌均勻，制成正極漿料。將負極活性物質(zhì)天然石墨、負極導電劑乙炔黑混合，然后均勻分散在配制好的羧甲基纖維素鈉CMC水溶液中，并將丁苯橡膠SBR加入其中作為粘結(jié)劑，均勻攪拌后形成負極漿料。2)涂覆。將正極漿料涂覆在16 μ m厚度正極集流體鋁箔的雙面上，干燥并輥壓制成正極片，將正極片分切成一定尺寸的正極小片，并在正極小片上焊接上鋁帶。將負極漿料涂覆在10 μ m厚度的負極集流體銅箔上，干燥并輥壓制成負極片，將負極片分切成一定尺寸的負極小片，并在負極小片上焊接上鎳帶。3)配制電解液。將鋰鹽LiPF6溶解在鋰鹽溶劑中，溶劑采用EC、EMC、DMC混合溶劑，三者的質(zhì)量比為EC EMC DMC= 1 1 1，并添加占溶劑重量份2%的亞硫酸丙烯酯PS。4)裝配。將分切好的正極小片、隔膜和負極小片疊置或卷繞后裝入鋁金屬電池外殼中，將電池外殼與蓋帽組件進行焊接密封，將配制好的電解液注入鋁殼中。取50只上述注好電解液的電芯進行化成將電芯于室溫(15 30°C )下預充電， 先采用0. IC電流預充1小時，再采用0. 2C電流充電至4. 2V。預充完畢后冷卻至室溫、對電芯整形、封口。對電池進行高溫性能考察測試，分兩種測試條件進行，與實施例1中條件步驟相同，所的結(jié)果見表1所示。表 權(quán)利要求
1.一種提高鋰離子電池高溫存儲性能的方法，其特征在于，采用高溫化成工藝，使得負極活性物質(zhì)表面在高溫下形成SEI膜，所述高溫化成工藝包括步驟(1)，高溫陳化，將注液后的電芯于40 70°C下陳化1 20小時； 步驟O)，高溫預充，將高溫陳化后的電芯于40 70°C下預充電，預充完畢后冷卻、電芯封口。
2.如權(quán)利要求1所述的提高鋰離子電池高溫存儲性能的方法，其特征在于，所述步驟 (2)中預充電時溫度為45 55°C。
3.如權(quán)利要求2所述的提高鋰離子電池高溫存儲性能的方法，其特征在于，所述步驟(1)中陳化溫度為40 50°C，陳化時間為4 8小時。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的提高鋰離子電池高溫存儲性能的方法，其特征在于，所述步驟O)中的預充電流為0. 02C 0. 5C，預充時間為1 20小時。
5.如權(quán)利要求4所述的提高鋰離子電池高溫存儲性能的方法，其特征在于，所述步驟(2)中的預充電流為0.IC 0. 2C，預充時間為3 6小時。
6.一種鋰離子電池，其制備工藝中采用權(quán)利要求1至5中任意一項所述的提高鋰離子電池高溫存儲性能的方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰離子電池及提高電池高溫存儲性能的方法，該方法采用高溫化成工藝，使得負極活性物質(zhì)表面在高溫下形成SEI膜，所述高溫化成工藝包括步驟(1)，高溫陳化，將注液后的電芯于40～70℃下陳化1～20小時；步驟(2)，高溫預充，將高溫陳化后的電芯于40～70℃下預充電，預充完畢后冷卻、電芯封口。本發(fā)明中的SEI膜是在高溫下由電解液與電極材料作用而生成，其在高溫下有較高的穩(wěn)定性，高溫性能好，改善了電池的高溫存儲性能。本方法無需對電池制作設(shè)備及工藝進行大的改動，適應(yīng)性強，工藝簡單，易于控制。
文檔編號H01M10/04GK102376972SQ201010258929
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者陳邦義 申請人:深圳市比克電池有限公司