CN101740816A - 一种以钛酸锂为负极的锂离子二次电池化成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池的化成方法，具体涉及一种以钛酸锂为负极的锂离子二次电池的开口化成方法，具体包括以下步骤：在以钛酸锂为负极的锂离子二次电池的化成温度下，所述充电过程包括大电流恒流充电至充电截止电压和恒压充电至截止电流，在负极材料表面形成固体电解质界面膜；其中，所述大电流为0.2C-3C；所述充电截止电压为1.8V-2.8V，截止电流≤0.05C，锂离子二次电池的化成温度为15℃-60℃。本发明针对以钛酸锂为负极的锂离子二次的特性，在化成环节采用大电流充电，强制在钛酸锂负极表面形成SEI膜，并将产生的气体抽去，从而避免了锂电池在日后的使用过程中因过电位而造成钛酸锂活性材料与电解质反应产生气胀问题，同时保证了电池的容量及循环性。

Description

一种以钛酸锂为负极的锂离子二次电池化成方法
技术领域
本发明涉及一种电池的化成方法，具体涉及一种以钛酸锂为负极的锂离子二次电池的开口化成方法。
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。锂离子二次电池的化成步骤是制造电池的重要阶段，化成关系到电池的容量高低、循环寿命长短、安全性能等多方面的品质。化成是指对电池进行前面数次充电的过程。现有的锂离子二次电池的化成主要有两种方式，密封化成和开口化成。密封化成是在注完电解液后将注液孔密封，然后进行电池化成，在化成的过程中有乙烯、二乙烯、氟化磷、氟化氢等气体产生，这些气体在电池内部积聚会造成电池膨胀，外壳发鼓、变形，甚至会导致电池发生爆炸。为了克服这一问题，通常采用另一种方式进行化成，即在电池注液孔未密封的情况下进行电池化成，待电池化成之后再密封，即开口化成。同时，在电池的化成过程中。电解液和电解质在电池负极发生反应，在负极表面生成SEI膜(Surface Electrolyte Interface)，均匀和稳定的SEI膜对电池的各种电化学性能都是有利的。
以钛酸锂负极的锂离子二次电池不仅克服了常规化学电源的循环问题，可达到上万次，同时也克服了大倍率放电问题，还克服了锂离子电池的安全问题；但是以钛酸锂为负极的锂离子二次电池，由于钛酸锂的嵌锂电位高，在1伏以上，按照以往的化成方法，不会在化成时产生SEI膜。然而，在实际使用过程中，容易产生过电位，使锂电池负极电位降到1V以下，造成钛酸锂与电解质反应分解产生气体无处释放而造成气胀，进而影响电池的容量及循环性。
发明内容
本发明目的是提供一种以钛酸锂为负极的锂离子二次电池化成方法，促使负极表面形成SEI膜，并化成过程中产生的气体抽去，避免锂电池在日后的使用过程中因过电位而造成钛酸锂活性材料与电解质反应产生气胀问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种以钛酸锂为负极的锂离子二次电池化成方法，包括在以钛酸锂为负极的锂离子二次电池的化成温度下，对电池进行恒流充电和恒压充电化成操作，其特征在于，具体包括以下步骤：所述充电过程包括大电流恒流充电至充电截止电压和恒压充电至截止电流，在负极材料表面形成固体电解质界面膜(SEI膜)；
其中，所述大电流为0.2C-3C；所述充电截止电压为1.8V-2.8V，截止电流≤0.05C，锂离子二次电池的化成温度为15℃-60℃；
上述技术方案中，所述充电截止电压由具体的正负极材料决定，本领域技术人员可根据具体情况计算得到。
优选的技术方案中，所述锂离子二次电池的化成温度为20℃-50℃。
优选的技术方案中，所述锂离子二次电池中的电解液含有成膜添加剂，有助于SEI膜稳定的形成。
进一步的技术方案中，所述以钛酸锂为负极的锂离子二次电池化成方法包括以下步骤：在恒压充电至截止电流后，将电池内产生的气体抽去，并封口。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.本发明针对以钛酸锂为负极的锂离子二次的特性，在化成环节采用大电流充电，强制在钛酸锂负极表面形成SEI膜，并将产生的气体抽去，从而避免了锂电池在日后的使用过程中因过电位而造成钛酸锂活性材料与电解质反应产生气胀问题，同时保证了电池的容量及循环性。
2.本发明的化成方法简单且易于操作，具有良好的应用前景，例如应用为一种储能电池。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
以锰酸锂为正极活性材料、钛酸锂为负极活性材料，将电解质LiPF6溶解于体积比为1∶1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成电解液，电解液的浓度为1摩尔/升，做成电池，将制得的电池在化成温度15℃的条件下，以0.3C恒流充电至2.7V，再以恒压充电至截止电流，在负极材料表面形成固体电解质界面膜，之后抽真空封口，然后进行循环测试。
实施例二
以锰酸锂为正极活性材料、钛酸锂为负极活性材料，将电解质LiPF6溶解于体积比为1∶1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成电解液，电解液的浓度为1摩尔/升，做成电池，将制得的电池在化成温度25℃的条件下，以0.3C恒流充电至2.7V，再以恒压充电至截止电流，在负极材料表面形成固体电解质界面膜，之后抽真空封口，然后进行循环测试。
实施例三
以锰酸锂为正极活性材料、钛酸锂为负极活性材料，将电解质LiPF6溶解于体积比为1∶1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成电解液，电解液的浓度为1摩尔/升，做成电池，将制得的电池在化成温度50℃的条件下，以0.3C恒流充电至2.7V，再以恒压充电至截止电流，在负极材料表面形成固体电解质界面膜，之后抽真空封口，然后进行循环测试。
实施例四
以锰酸锂为正极活性材料、钛酸锂为负极活性材料，将电解质LiPF6溶解于体积比为1∶1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成电解液，电解液的浓度为1摩尔/升，做成电池，将制得的电池在化成温度60℃的条件下，以0.3C恒流充电至2.7V，再以恒压充电至截止电流，在负极材料表面形成固体电解质界面膜，之后抽真空封口，然后进行循环测试。
实施例五
以钴酸锂为正极活性材料、钛酸锂为负极活性材料，将电解质LiPF6溶解于体积比为1∶1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成电解液，电解液的浓度为1摩尔/升，做成电池，将制得的电池在化成温度15℃的条件下，以2C恒流充电至2.7V，再以恒压充电至截止电流，在负极材料表面形成固体电解质界面膜，之后抽真空封口，然后进行循环测试。
实施例六
以钴酸锂为正极活性材料、钛酸锂为负极活性材料，将电解质LiPF6溶解于体积比为1∶1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成电解液，电解液的浓度为1摩尔/升，做成电池，将制得的电池在化成温度25℃的条件下，以2C恒流充电至2.7V，再以恒压充电至截止电流，在负极材料表面形成固体电解质界面膜，之后抽真空封口，然后进行循环测试。
实施例七
以钴酸锂为正极活性材料、钛酸锂为负极活性材料，将电解质LiPF6溶解于体积比为1∶1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成电解液，电解液的浓度为1摩尔/升，做成电池，将制得的电池在化成温度50℃的条件下，以2C恒流充电至2.7V，再以恒压充电至截止电流，在负极材料表面形成固体电解质界面膜，之后抽真空封口，然后进行循环测试。
实施例八
以钴酸锂为正极活性材料、钛酸锂为负极活性材料，将电解质LiPF6溶解于体积比为1∶1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成电解液，电解液的浓度为1摩尔/升，做成电池，将制得的电池在化成温度60℃的条件下，以2C恒流充电至2.7V，再以恒压充电至截止电流，在负极材料表面形成固体电解质界面膜，之后抽真空封口，然后进行循环测试。
实施例九
以磷酸铁锂为正极活性材料、钛酸锂为负极活性材料，将电解质LiPF6溶解于体积比为1∶1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成电解液，电解液的浓度为1摩尔/升，做成电池，将制得的电池在化成温度15℃的条件下，以1C恒流充电至2V，再以恒压充电至截止电流，在负极材料表面形成固体电解质界面膜，之后抽真空封口，然后进行循环测试。
实施例十
以磷酸铁锂为正极活性材料、钛酸锂为负极活性材料，将电解质LiPF6溶解于体积比为1∶1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成电解液，电解液的浓度为1摩尔/升，做成电池，将制得的电池在化成温度25℃的条件下，以1C恒流充电至2V，再以恒压充电至截止电流，在负极材料表面形成固体电解质界面膜，之后抽真空封口，然后进行循环测试。
实施例十一
以磷酸铁锂为正极活性材料、钛酸锂为负极活性材料，将电解质LiPF6溶解于体积比为1∶1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成电解液，电解液的浓度为1摩尔/升，做成电池，将制得的电池在化成温度50℃的条件下，以1C恒流充电至2V，再以恒压充电至截止电流，在负极材料表面形成固体电解质界面膜，之后抽真空封口，然后进行循环测试。
实施例十二
以磷酸铁锂为正极活性材料、钛酸锂为负极活性材料，将电解质LiPF6溶解于体积比为1∶1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成电解液，电解液的浓度为1摩尔/升，做成电池，将制得的电池在化成温度60℃的条件下，以1C恒流充电至2V，再以恒压充电至截止电流，在负极材料表面形成固体电解质界面膜，之后抽真空封口，然后进行循环测试。
对比例一
以锰酸锂为正极活性材料、钛酸锂为负极活性材料，将电解质LiPF6溶解于体积比为1∶1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成电解液，电解液的浓度为1摩尔/升，做成电池，将制得的电池在化成温度15℃的条件下，以0.05C恒流充电至2.7V，再以恒压充电至截止电流，之后抽真空封口，然后进行循环测试。
对比例二
以钴酸锂为正极活性材料、钛酸锂为负极活性材料，将电解质LiPF6溶解于体积比为1∶1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成电解液，电解液的浓度为1摩尔/升，做成电池，将制得的电池在化成温度25℃的条件下，以0.05C恒流充电至2.7V，再以恒压充电至截止电流，之后抽真空封口，然后进行循环测试。
对比例三
以锰酸锂为正极活性材料、钛酸锂为负极活性材料，将电解质LiPF6溶解于体积比为1∶1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成电解液，电解液的浓度为1摩尔/升，做成电池，将制得的电池在化成温度50℃的条件下，以0.05C恒流充电至2.7V，再以恒压充电至截止电流，之后抽真空封口，然后进行循环测试。
对比例四
以磷酸铁锂为正极活性材料、钛酸锂为负极活性材料，将电解质LiPF6溶解于体积比为1∶1的碳酸乙烯酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中形成电解液，电解液的浓度为1摩尔/升，做成电池，将制得的电池在化成温度15℃的条件下，以0.05C恒流充电至2V，再以恒压充电至截止电流，之后抽真空封口，然后进行循环测试。
上述实施例的循环测试结果见表1：
表1
Figure G2009102647496D00061
Figure G2009102647496D00071
根据锂电池的设计范围，电池在充电封口后，电池的厚度范围在10.5-12mm之间，从上表数据可以看出，用本发明方法所述的方法进行化成的电池在化成后的循环测试中，电池的厚度仍然在设计范围内，没有气胀现象。而按照以往的化成方法化成的电池，在化成后的循环测试中，电芯的厚度均出现不同程度的气胀。同时从表1可以看出按现有方法化成的电池由于产生气胀，也导致其循环性较差。

Claims (4)

1.一种以钛酸锂为负极的锂离子二次电池化成方法，包括在以钛酸锂为负极的锂离子二次电池的化成温度下，对电池进行恒流充电和恒压充电化成操作，其特征在于，具体包括以下步骤：所述充电过程包括大电流恒流充电至充电截止电压和恒压充电至截止电流，在负极材料表面形成固体电解质界面膜；其中，所述大电流为0.2C-3C。
2.根据权利要求1所述的以钛酸锂为负极的锂离子二次电池化成方法，其特征在于，所述充电截止电压为1.8V-2.8V，截止电流≤0.05C，锂离子二次电池的化成温度为15℃-60℃。
3.根据权利要求1所述的以钛酸锂为负极的锂离子二次电池化成方法，其特征在于，所述锂离子二次电池的化成温度为20℃-50℃。
4.根据权利要求1所述的以钛酸锂为负极的锂离子二次电池化成方法，其特征在于，在恒压充电至截止电流后，将电池内产生的气体抽去，并封口。
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