CN101154747B - 一种锂离子二次电池的化成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子二次电池的化成方法，该方法包括对电池进行充电，该充电过程包括多个充电阶段，其中，该方法还包括设置至少一个时间间隔，所述时间间隔位于任意两个充电阶段之间。在该时间间隔内停止对电池进行充电，此时，电池内部产生的气体能够被吸收，从而能够有效避免在充电过程中产生的大量气体夹带电解液漏出的现象，使电池的电解液残留量得到提高，从而提高电池的容量。此外，所述时间间隔便于SEI膜的形成，避免了后续充电时极片局部过充的可能，从而改善了电池的循环性能。

Description

一种锂离子二次电池的化成方法
技术领域
本发明是关于一种电池的化成方法，更具体地是关于一种锂离子二次电池的化成方法。
背景技术
电池在使用前都必须进行化成，以便激活电池正、负极的活性物质，从而使电池达到充放电的最佳状态。化成直接决定了电池性能的好坏。
在现有的生产领域中，电池的化成方法一般为在常温下恒流或恒流恒压对电池进行连续充电。CN1412880A公开了二次锂离子电池开口正压化成方法，该化成方法包括：将已注入电解液并经陈化的电池，用胶纸将注液孔封住，放到充放电柜上，以0.001-1C的小电流恒流充电，再以0.05-10C的大电流恒流充电，然后在30-80℃陈化0.5-160小时。由于充电过程中电池内部的各种反应导致电池产生大量的气体，电解液可能溢出，致使化成后电解液残余量较低，而且电极表面固体电解质界面(Solid Electrolyte Interface，SEI)膜(以下简称为“SEI膜”)形成不均一，因此电池的容量较低、循环性能较差。
发明内容
本发明的目的是为了克服采用现有的锂离子二次电池化成方法制得的电池的电解液残余量低、容量较低、电池循环性能较差的缺点，而提供一种能够制得具有高电解液残余量、高容量和良好循环性能电池的锂离子二次电池化成方法。
本发明提供了一种锂离子二次电池化成方法，该方法包括对电池进行充电，该充电过程包括多个充电阶段，其中，该方法还包括设置至少一个时间间隔，所述时间间隔位于任意两个充电阶段之间。
本发明的方法包括至少一个设置在任意两个充电阶段之间的时间间隔，在该时间间隔中停止对电池进行充电，此时，电池内部产生的气体能够充分吸收，从而能够有效避免在充电过程中产生的大量气体夹带电解液漏出的现象，使电池的电解液残留量得到提高，从而提高电池的容量。此外，由于在生产的过程中，正负极片存在不均匀性，因此充电时在电流一定的情况下，将导致极片表面电位存在差异，从而使部分表面存在过充，按照本发明的方法，在所述停止充电的时间间隔中，还有利于电池极片表面的高电位的电子向低电位的方向移动，从而达到整个极片电位一致，有利于SEI膜的形成，避免了后续充电时极片局部过充的可能，从而改善了电池的循环性能。
具体实施方式
本发明提供的锂离子二次电池的化成方法包括对电池进行充电，该充电过程包括多个充电阶段，其中，该方法还包括设置至少一个时间间隔，所述时间间隔位于任意两个充电阶段之间。
按照本发明，在所述时间间隔内，将电池搁置，不对电池进行充电，有利于充电过程中产生气体的吸收，为了使每个充电阶段过程中产生的气体能够充分被吸收，该方法优选在每两个相邻的充电阶段之间均设置时间间隔，所述时间间隔为20-180分钟，优选为30-60分钟。
按照本发明，所述充电包括多个充电阶段，所述充电过程可以为2-10个阶段，为了缩短化成时间，优选为3-5个阶段；每个充电阶段的充电时间通常为0.5-10小时，优选为1-6小时；电池的化成温度为20-60℃，优选为25-45℃。
在每个充电阶段，电池均以恒定电流进行充电，所述电流的大小为常规的锂离子电池化成的电流，如0.001-5C，为了缩短化成时间，可以采用5C左右的电流进行充电，但是，为了保证锂离子电池在化成后能够具有良好的性能，优选采用小电流对电池进行充电，本发明的发明人发现，当采用0.005-3C，更优选为0.01-1C的小电流对电池进行充电，对电池在首次充电过程中SEI膜的形成非常有利，在该充电电流下形成的SEI膜更致密、稳定，从而使得电池具有更好的循环性能。在整个电池的充电过程中，多个充电阶段的充电电流可以相同也可以不同，为了最大限度的激活电池的活性物质，充分发挥电池性能，优选情况下，多个充电阶段的充电电流不同，变化的规律没有特别限定，为了提高充电效率，缩短充电时间，优选情况下，多个充电阶段的充电电流为逐渐递增，即后一充电阶段的充电电流高于前一充电阶段的充电电流，二者的差值可以为0.01-1C，优选为0.01-0.5C。
下面通过实施例对本发明进行更详细的描述。
实施例1
该实施例说明本发明提供的锂离子二次电池的化成方法。
1、电池的制备
(1)正极的制备
将100克正极活性成分LiCoO2、2克粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)和2克导电剂乙炔黑与40克N-甲基吡咯烷酮混合，然后在真空搅拌机中搅拌形成均匀的正极浆料。
将该浆料均匀地涂布在铝箔上，然后150℃下烘干、辊压、裁切制得尺寸为540×43.5毫米的正极，其中含有6.1克活性成分LiCoO2。
(2)负极的制备
将100克负极活性成分天然石墨、1克粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)与40克N-甲基吡咯烷酮混合，然后在真空搅拌机中搅拌形成均匀的负极浆料。
将该浆料均匀地涂布在铜箔上，然后在90℃下烘干、辊压、裁切制得尺寸为500×44毫米的负极，其中含有2.8克活性成分天然石墨。
(3)电池的装配和陈化
将上述正、负极与聚丙烯膜卷绕成一个方型锂离子电池的极芯，将极耳与电极片点焊后放入电池壳体内，将电池壳与盖板激光焊接密封后，将LiPF6按1摩尔/升的浓度溶解在EC/DMC＝1∶1的混合溶剂中形成非水电解液，将该电解液以3.8g/Ah的量注入电池壳中，在45℃的高温环境中放置24小时进行陈化，以达到电解液充分浸润电芯中电极活性物质的目的，使化成过程中形成的SEI膜比较均匀、致密。随后，准备进行化成。
2、电池的化成
按照上述方法制备300支锂离子电池，用胶纸将注液孔封住，在25℃下，先以0.01C的电流充电8小时，然后停止充电，搁置30分钟，再以0.02C的电流继续充电5小时，然后停止充电，搁置40分钟，再继续以0.1C的电流充电6小时后，完成电池化成并密封注液孔。得到化成后的锂离子电池。
实施例2
该实施例说明本发明提供的锂离子二次电池的化成方法。
按照实施例1的方法制备锂离子二次电池并对电池进行化成，不同的是，将 300支锂离子电池，用胶纸将注液孔封住后，在40℃下先以0.01C的电流进行充电6小时，然后停止充电，搁置35分钟，再以0.03C的电流继续充电5小时，然后停止充电，搁置45分钟，然后继续用0.05C电流充电4小时，然后停止充电，搁置60分钟，再以0.07C电流充电3小时，然后停止充电，搁置60分钟，最后再以0.09C电流充电1小时后，完成电池化成并密封注液孔。得到化成后的锂离子电池。
实施例3
该实施例说明本发明提供的锂离子二次电池化成方法。
按照实施例1的方法制备锂离子二次电池并对电池进行化成，不同的是，将300支锂离子电池，用胶纸将注液孔封住后，在30℃下先以0.01C的电流进行充电4小时，再以0.04C的电流继续充电2小时，然后停止充电，搁置45分钟，然后以0.1C电流充电2小时，再接着以0.5C电流充电2小时，最后用1C电流充电1小时后，完成电池化成并密封注液孔。得到化成后的锂离子电池。
实施例4
该实施例说明本发明提供的锂离子二次电池化成方法。
按照实施例1的方法制备锂离子二次电池并对电池进行化成，不同的是，所述三个充电阶段的充电电流均为0.05C。
对比例1
该对比例说明锂离子二次电池的参比化成方法。
按照实施例1的方法制备锂离子二次电池并对电池进行化成，不同的是，将300支锂离子电池，用胶纸将注液孔封住后，在25℃下，先以0.05C的电流充电4小时，再以0.1C的电流充电6小时，然后停止充电，完成电池化成并密封注液孔。得到参比锂离子电池。
对比例2
该对比例说明锂离子二次电池的参比化成方法。
按照实施例1的方法制备锂离子二次电池并对电池进行化成，不同的是，将300支锂离子电池，用胶纸将注液孔封住后，在25℃下，先以0.03C的电流充电6小时，再以3C的电流充电6小时，然后停止充电，完成电池化成并密封注液孔。得到参比锂离子电池。
实施例5-8
下列实施例分别对实施例1-4得到的锂离子电池的电解液残余量进行测定，并从实施例1-4得到的化成后的锂离子电池中随机抽取的电池A1、A2、A3和A4，对它们的循环性能进行测定。
(1)电解液残余量测定
分别对实施例1-4得到化成后的300支电池进行称重，并计算出电解液的残余量，记录最大值和最小值，并计算出平均值。结果如表1所示。
(2)循环性能测定
在室温条件下，将电池分别以800mAh电流充电至4.2V，在电压升至4.2V后以恒定电压充电，截止电流为0.05C，搁置10分钟；再以800mAh电流放电至3.0V，搁置5分钟，记录电池的首次放电容量。分别重复以上步骤50次、100次、150次、200次、250次、300次、350次、400次、450次和500次，得到电池循环后的容量，由下式计算循环前后容量维持率：
容量维持率＝(第n次循环放电容量/首次循环放电容量)×100％
结果如表2所示。
对比例3-4
该对比例说明对对比例1-2得到的参比锂离子电池的电解液残余量进行测定，并分别从对比例1和对比例2制得的参比锂离子电池中随机抽取的电池AC1和AC2的循环性能进行测定。
采用与实施例5-8中相同的方法进行测定，不同的是测定的电池是由对比例1-2的方法得到的参比电池以及从中随机抽取的参比锂离子电池AC1和AC2。
测定结果分别如表1和表2所示。
表1
Figure G061F2270X20061008D000061
表2
  实施例编号   实施例5   实施例6   实施例7   实施例8   对比例3   对比例4
  电池编号   A1   A2   A3   A4   AC1   AC2
  首次放电容量(mAh)   821   818   828   816   780   789
  50次循环保持率(％)   98.40   98.28   98.20   98.25   92.20   93.80
  100次循环保持率(％)   97.00   96.90   96.60   96.55   90.80   92.20
  150次循环保持率(％)   96.90   96.00   95.50   95.50   85.80   88.80
  200次循环保持率(％)   94.70   93.20   93.00   93.10   83.20   85.40
  250次循环保持率(％)   93.50   93.00   92.40   92.40   82.10   83.90
  300次循环保持率(％)   93.00   92.10   92.00   92.00   80.80   82.60
  350次循环保持率(％)   92.90   91.40   91.10   91.20   80.60   82.50
  400次循环保持率(％)   92.20   91.10   90.10   90.10   80.50   82.40
  450次循环保持率(％)   90.30   89.70   89.30   89.20   80.40   82.45
  500次循环保持率(％)   89.70   88.10   88.30   88.10   80.20   82.30
从表1的结果可以看出，按照本发明的方法对电池进行化成后，电池的电解液残留量明显高于按照现有方法化成后的锂离子电池的电解液残留量。因此，电池容量得以提高。
从表2的结果可以看出，按照本发明的方法化成后得到的锂离子电池在连续充放电50次、100次、150次、200次、250次、300次、350次、400次、450次和500次后电池的容量保持率均明显高于采用现有化成方法得到的锂离子电池的容量保持率。
上述结果说明，按照本发明的化成方法得到的锂离子电池容量高，循环性能良好。

Claims (8)

1.一种锂离子二次电池的化成方法，该方法包括对电池进行充电，该充电过程包括多个充电阶段，其特征在于，该方法还包括设置至少一个时间间隔，所述时间间隔位于任意两个充电阶段之间；在每两个充电阶段之间均设置时间间隔，所述时间间隔为20-180分钟。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时间间隔为30-60分钟。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述充电过程包括2-10个充电阶段，每个充电阶段的充电时间为0.5-10小时。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述充电过程包括3-5个充电阶段，每个充电阶段的充电时间为1-6小时。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在每个充电阶段，电池均以恒定电流进行充电，所述电流大小为0.005-3C。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述电流大小为0.01-1C。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，多个充电阶段的充电电流不同，后一充电阶段的充电电流高于前一充电阶段的充电电流，二者的差值为0.01-0.5C。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，电池的化成温度为20-60℃。
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