一種鋰離子電池高效化成的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于商業(yè)裡離子電池應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種商業(yè)裡離子電池高效化成的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 裡離子電池相對(duì)于傳統(tǒng)的鉛酸電池、鑲簡電池、鑲氨電池等二次電池有著高能量 密度、高輸出電壓、低自放電、記憶效應(yīng)小和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了廣泛的應(yīng)用與 研究。裡離子電池的制備工藝繁雜，包括攬拌、涂布、干燥、裸電巧制備、封裝和化成等，其 中，化成工藝是裡電池制備工藝過程中不可或缺的工序，對(duì)裡電池的性能起到至關(guān)重要的 作用。裡離子電池在第一次充放電過程中在負(fù)極材料表面形成固體電解質(zhì)界面膜（SEI膜)， SEI膜的形態(tài)和厚度等會(huì)直接影響到裡離子電池的安全性能和循環(huán)性能。為使電池形成良 好的SEI膜，工廠化成裡離子電池時(shí)初始使用小倍率電流充電，并W低倍率對(duì)電池進(jìn)行2次 充放電，完成電池化成工藝。
[0003] 目前，裡電池的化成工藝都是將裸電巧入殼封裝，再定量注入電解液，通過一段時(shí) 間的靜置后再化成。但是，該種化成工藝過程繁雜，需要控制的因素較多，整個(gè)化成工藝需 要大量的時(shí)間和操作人員，增加了生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)商業(yè)裡離子電池在化成工藝中存在的化成時(shí)間長、占用機(jī)器多、場地大的問 題，本發(fā)明提供了一種商業(yè)化的裡離子電池高效化成方法，該方法簡單易行，可W縮短裡離 子電池化成時(shí)間，有效提高生產(chǎn)效率，重現(xiàn)性好，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種裡離子電池高效化成的方法，包括W下步驟： 裡離子電池在工廠制作好，注入電解液后，在武漢藍(lán)電電池測試儀或新威電池測試儀 上進(jìn)行化成測試，所述方法為分段充電化成，可W分為=段或更多的區(qū)間，段為例，具 體化成過程為： (1) 初始W0. 01-0. 2C的倍率恒流充電30min; (2) 在3. 95V的電壓下，W0. 2-1C倍率進(jìn)行恒流充電； (3) 在3. 95V的電壓下，恒壓充電至電流小于0. 01-0. 1C時(shí)停止充電。
[0006] 測試完成后進(jìn)行分容及封裝工序。
[0007] 本發(fā)明中，可W根據(jù)不同材料，如鉆酸裡、磯酸鐵裡、鋪酸裡、鑲鉆鋪=元材料等材 料設(shè)置不同化成電壓，進(jìn)行分段化成。
[000引本發(fā)明中，可W對(duì)不同類型、不同形狀的裡離子電池，如鋼殼裡離子電池、侶殼裡 離子電池、軟包裡離子電池等進(jìn)行分段化成。
[0009] 本發(fā)明中，商業(yè)裡離子電池化成過程中的工作環(huán)境溫度在15-35°C之間。
[0010] 本發(fā)明中，商業(yè)裡離子電池化成過程中的工作環(huán)境相對(duì)濕度不能高于80%。
[0011] 本發(fā)明通過改變化成第二階段充電電流倍率，縮短電池化成整體時(shí)間，提高化成 效率，具有如下優(yōu)點(diǎn)； (1)本發(fā)明化成的電池不會(huì)引起電池安全性和循環(huán)性能的惡化。
[0012] (2)本發(fā)明顯著提升了裡離子電池的化成效率和循環(huán)穩(wěn)定性，工藝穩(wěn)定可靠。
[0013] (3)本發(fā)明的裡離子電池化成方法在室溫條件下進(jìn)行的，反應(yīng)均勻，操作簡單，重 現(xiàn)性好，適用于推廣至工業(yè)化生產(chǎn)。
[0014] (4)在保證電池安全性和循環(huán)穩(wěn)定性的前提下，縮短電池化成時(shí)間，提高電池化成 效率。
[0015] (5)本發(fā)明所得到的化成電池安全性與原工廠化成工藝所化成電池?zé)o差別，阻抗 也無明顯變化，循環(huán)性能達(dá)到要求，但是顯著縮短了商業(yè)化電池化成時(shí)間，大大提高了生產(chǎn) 效率。
【附圖說明】
[0016] 圖1為未經(jīng)化成的商業(yè)裡電池正極極片的SEM圖； 圖2為未經(jīng)化成的商業(yè)裡電池負(fù)極極片的SEM圖； 圖3為化成后循環(huán)300次商業(yè)裡電池正極極片的SEM圖； 圖4為化成后循環(huán)300次商業(yè)裡電池負(fù)極極片的SEM圖； 圖5為化成后循環(huán)發(fā)生短路的商業(yè)裡電池正極極片的沈M圖； 圖6為化成后循環(huán)發(fā)生短路的商業(yè)裡電池負(fù)極極片的SEM圖； 圖7為化成后循環(huán)300次商業(yè)裡電池的電化學(xué)循環(huán)性能圖示； 圖8為實(shí)施例與對(duì)比例中段化成電流倍率的商業(yè)裡電池的首次時(shí)間-充電曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對(duì)本 發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[001引實(shí)施例1; 本實(shí)施例提供了一種商業(yè)裡離子電池的高效化成方法，其實(shí)施步驟如下： (1) 初始W0. 05C的倍率恒流充電30min; (2) 在3. 95V的電壓下，0. 3C倍率進(jìn)行恒流充電； (3) 在3. 95V的電壓下，恒壓充電至電流小于0. 02C時(shí)停止充電。
[0019] 由圖7中電化學(xué)循環(huán)性能可見，上述的化成方法具有良好的循環(huán)性能，材料的首 次放電容量1469. 9mAh，首次充放電效率為99%，300次循環(huán)之后放電容量為1396. 8mAh， 容量保持在1390mAhW上，首次化成充電時(shí)間為4小時(shí)31分52秒，具有優(yōu)異的性能。
[0020] 實(shí)施例2; 本實(shí)施例提供了一種商業(yè)裡離子電池的高效化成方法，其實(shí)施步驟如下： (1) 初始W0. 05C的倍率恒流充電30min; (2) 在3. 95V的電壓下，0. 4C倍率進(jìn)行恒流充電； (3) 在3. 95V的電壓下，恒壓充電至電流小于0. 02C時(shí)停止充電。
[0021] 由圖7中電化學(xué)循環(huán)性能可見，上述的化成方法具有良好的循環(huán)性能，材料的首 次放電容量1474. 6mAh，首次充放電效率為99%，300次循環(huán)之后放電容量為1405. 4mAh， 容量保持在HOOmAhW上，首次化成充電時(shí)間為4小時(shí)3分44秒，具有優(yōu)異的性能。
[0022] 實(shí)施例3; 本實(shí)施例提供一種了商業(yè)裡離子電池的高效化成方法，其實(shí)施步驟如下： (1) 初始W0. 03C的倍率恒流充電30min; (2) 在4. 00V的電壓下，0. 5C倍率進(jìn)行恒流充電； (3) 在4. 00V的電壓下，恒壓充電至電流小于0. 02C時(shí)停止充電。
[0023] 由圖7中電化學(xué)循環(huán)性能可見，上述的化成方法具有良好的循環(huán)性能，材料的首 次放電容量1472. 9mAh，首次充放電效率為99%，287次循環(huán)之后放電容量為1385. 9mAh，容 量保持在1385mAhW上，首次化成充電時(shí)間為3小時(shí)52分17秒，具有優(yōu)異的性能。
[0024] 由圖3、圖4可見，相對(duì)于圖1、圖2中未循環(huán)化成和循環(huán)的正負(fù)極材料，經(jīng)化成后 循環(huán)300次正負(fù)極材料的變化后而言，材料顆粒變化不特別明顯。從圖5、圖6可W發(fā)現(xiàn)，相 對(duì)于電池發(fā)生短路后，電池的正負(fù)極材料結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化，材料顆粒明顯變碎，尤其負(fù)極 材料變化特別明顯。說明用此方法進(jìn)行化成和循環(huán)過程對(duì)材料結(jié)構(gòu)的破壞作用小，可W很 好地保持電池安全性和循環(huán)性能。
[0025] 由圖8可見，相對(duì)于對(duì)比例，本實(shí)施例可W明顯縮短首次化成充電時(shí)間，提高化成 效率。
[0026] 實(shí)施例4; 本實(shí)施例提供了一種商業(yè)裡離子電池的高效化成方法，其實(shí)施步驟如下： (1) 初始W0. 05C的倍率恒流充電30min; (2) 在3. 95V的電壓下，0. 7C倍率進(jìn)行恒流充電； (3) 在3. 95V的電壓下，恒壓充電至電流小于0. 02C時(shí)停止充電。
[0027] 由圖5中電化學(xué)循環(huán)性能可見，上述的化成方法具有良好的循環(huán)性能，材料的首 次放電容量1472. 3mAh，首次充放電效率為100%，275次循環(huán)之后放電容量為1396. 6mAh， 容量保持在1395mAhW上，首次化成充電時(shí)間為3小時(shí)57分43秒，具有優(yōu)異的性能。
[00測實(shí)施例5; 本實(shí)施例提供了一種商業(yè)裡離子電池的高效化成方法，其實(shí)施步驟如下： (1) 在3. 95V的電壓下，初始W0. 05C的倍率進(jìn)行恒流充電； (2) 在3. 95V的電壓下，0. 8C倍率進(jìn)行恒流充電； (3) 在3. 95V的電壓下，恒壓充電至電流小于0. 02C時(shí)停止充電。
[0029] 由圖5中電化學(xué)循環(huán)性能可見，上述的化成方法具有良好的循環(huán)性能，材料的首 次放電容量1468. 3mAh，首次充放電效率為100%，300次循環(huán)之后放電容量為1379. 5mAh， 容量保持在1379mAhW上，首次化成充電時(shí)間為3小時(shí)57分17秒，具有優(yōu)異的性能。
[0030] 實(shí)施例6; 本實(shí)施例提供了一種商業(yè)裡離子電池的高效化成方法，其實(shí)施步驟如下： (1) 在3. 95V的電壓下，初始W0. 05C的倍率進(jìn)行恒流充電； (2) 在3. 95V的電壓下，0. 9C倍率進(jìn)行恒流充電； (3) 在3. 95V的電壓下，恒壓充電至電流小于0. 02C時(shí)停止充電。
[0031] 由圖5中電化學(xué)循環(huán)性能可見，上述的化成方法具有良好的循環(huán)性能，材料的首 次放電容量1470. 5mAh，首次充放電效率為100%，300次循環(huán)之后放電容量為1396.OmAh， 容量保持在1395mAhW上，首次化成充電時(shí)間為3小時(shí)38分5秒，具有優(yōu)異的性能。
[0032] 對(duì)比例為在3. 95V的電壓下，初始W0. 05C的倍率進(jìn)行充電，中間W0. 2C倍率進(jìn) 行充電，再恒壓充電至電流小于0. 02C時(shí)停止充電。由圖5中充放電曲線的電化學(xué)循環(huán)性 能可見，材料的首次充電容量為1465. 9mAh，300次循環(huán)后充電容量為1392. 6mAh，首次充放 電效率為100%。
[0033] 由圖6可見，相對(duì)于對(duì)比例，本實(shí)施例可W明顯縮短首次化成充電時(shí)間，提高化成 效率，相對(duì)于實(shí)施例3,本實(shí)施例電池首次充電時(shí)間減少約20分鐘，提高了化成效率。
[0034] W上實(shí)施例中的裡離子電池分別為方型正極為鉆酸裡，負(fù)極為石墨材料的容量約 為1400-1500mAh的裡離子二次電池各實(shí)施例首次化成充電時(shí)間對(duì)比如表1所示，循環(huán)性能 對(duì)比如表2所示。
[0035] 表1各實(shí)施例首次化成充電時(shí)間對(duì)比
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鋰離子電池高效化成的方法，其特征在于所述鋰離子電池化成方法如下： (1) 初始以0. 01-0. 2C的倍率恒流充電30min; (2) 在3. 95V的電壓下，以0. 2-1C倍率進(jìn)行恒流充電； (3) 在3. 95V的電壓下，恒壓充電至電流小于0. 01-0.IC時(shí)停止充電。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池高效化成的方法，其特征在于所述鋰離子電池的 材料為鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰或鎳鈷錳三元材料。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池高效化成的方法，其特征在于所述鋰離子電池為 鋼殼鋰離子電池、鋁殼鋰離子電池或軟包鋰離子電池。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池高效化成的方法，其特征在于所述鋰離子電池化 成過程中的工作環(huán)境溫度在15-35°C之間。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池高效化成的方法，其特征在于所述鋰離子電池化 成過程中的工作環(huán)境相對(duì)濕度不能高于80%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋰離子電池高效化成的方法，其方法如下：（1）初始以0.01-0.2C的倍率恒流充電30min；（2）在3.95V的電壓下，以0.2-1C倍率進(jìn)行恒流充電；（3）在3.95V的電壓下，恒壓充電至電流小于0.01-0.1C時(shí)停止充電。本發(fā)明通過改變化成第二階段充電電流倍率，縮短電池化成整體時(shí)間，提高化成效率。本發(fā)明所得到的化成電池安全性與原工廠化成工藝所化成電池?zé)o差別，阻抗也無明顯變化，循環(huán)性能達(dá)到要求，但是顯著縮短了商業(yè)化電池化成時(shí)間，大大提高了生產(chǎn)效率。該方法簡單易行，可以縮短鋰離子電池化成時(shí)間，有效提高生產(chǎn)效率，重現(xiàn)性好，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】H01M10/44, H01M10/0525, H01M10/058
【公開號(hào)】CN104900930
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510277783
【發(fā)明人】高云智, 王春梅, 張瀚, 王龍
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年5月27日