CN102035024A

CN102035024A - 锂离子电池的形成方法

Info

Publication number: CN102035024A
Application number: CN2010102069107A
Authority: CN
Inventors: 金璇璟
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2030-06-21
Also published as: KR20110034997A; KR101093960B1; CN102035024B

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池的形成方法。根据该锂离子电池的形成方法，德尔塔电压delta_V和空载电压的分布被最小化。为此，在形成充电过程与装运充电过程之间进一步执行辅助充电过程，以最小化德尔塔电压delta_V和空载电压的分布。

Description

锂离子电池的形成方法

技术领域

实施例涉及锂离子电池的形成方法。

背景技术

一般而言，随着诸如摄像机、移动电话和便携式计算机之类的便携式无线设备被制造为具有越来越轻的重量和越来越强的功能，用作它们的驱动电源的二次电池也正得到蓬勃的发展。例如，这样的二次电池包括镍-镉电池、镍-氢电池、镍-锌电池和锂离子二次电池。其中，锂离子二次电池可再充电、可被小型化，并且可具有最大化的容量。因此，锂离子二次电池由于具有高工作电压和每单位重量的高能量密度而被广泛应用于高科技电子设备领域。

发明内容

因此，实施例涉及一种锂离子电池的形成方法，其中德尔塔电压delta_V和空载(no-load)电压的分布被最小化。

以上及其它特征和优点中的至少一个可以通过提供一种锂离子电池的形成方法来实现，该方法包括：执行对电池进行充分充电的第一次充电过程；执行对所述电池进行完全放电的放电过程；执行对所述电池进行充电的第二次充电过程；执行对所述电池进行老化的老化过程；以及执行对所述电池进行充电的第三次充电过程。

在所述第二次充电过程中，所述电池可以以大约1C的充电速度被充电。

在所述第二次充电过程中，与所述第一次充电过程相比，所述电池可以以大约两倍至三倍的充电速度被充电。

在所述第二次充电过程中，所述电池可以被充电至大约8％至大约10％荷电状态(SOC)。

在所述第二次充电过程中，所述电池可以被充电大约5分钟至大约6分钟。

所述第二次充电过程可以在大约4.2V的电压下被执行。

所述第二次充电过程中的充电电压可以等于所述第一次充电过程中的充电电压。

所述第二次充电过程中的充电电流可以为所述第一次充电过程中的充电电流的大约两倍至三倍。

在所述第二次充电过程被执行之后，空载电压可以在从3.65V至3.67V的范围内。

在所述第二次充电过程被执行之后，所述电池的德尔塔电压可以在从大约5mV至大约30mV的范围内。

所述德尔塔电压可以是所述放电过程中的空载电压与所述第二次充电过程被执行之后的空载电压之间的差值。

在所述第二次充电过程被执行之后，所述电池的电压标准偏差可以在从大约0.3V至大约0.5V的范围内。

所述老化过程可以被执行大约5天至7天。

附图说明

对于本领域技术人员来说，以上及其它特征和优点将通过结合附图对示例性实施例进行的详细描述而变得更加明显，在附图中：

图1示出根据实施例的锂离子电池的形成过程的流程图；

图2A和2B示出根据实施例在锂离子电池的形成过程中开路电压(OCV)与德尔塔电压(电压减量)的曲线图。

具体实施方式

通过引用将2009年9月29日递交至韩国知识产权局、名称为“锂离子电池的形成方法”的韩国专利申请No.10-2009-0092524通过引用整体合并于此。

现在，将在下文中结合附图更充分地描述示例实施例，然而，这些实施例可以不同的形式来体现，并且不应当被理解为限于这里所陈述的实施例。相反，提供这些实施例的目的在于使该公开内容全面完整，并且向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。

在这里，相同的附图标记始终指代相同的元件。

图1示出根据实施例的锂离子电池的形成过程的流程图。

参见图1，根据实施例的锂离子电池的形成方法包括第一次充电过程S1、放电过程S2、第二次充电过程S3、老化过程S4和第三次充电过程S5。通过这样的过程形成锂离子电池的原因在于，通过诸如充电、老化和放电过程之类的顺序过程而使完全装配后的电池的结构稳定，以使它们处于可用状态(电池的激活)。而且，该原因是要通过在执行老化过程之后对开路电压(OCV)和德尔塔电压(delta voltage)的标准偏差进行测量，来除去质量不好的电池。而且，该原因也是要根据容量对电池进行挑选，以使用挑选的电池作为电池组。

在第一次充电过程S1(形成充电过程)中，电池被充分地充电。这是用于除去在电池的激活时段期间可能出现的缺陷的充电操作。

在电池的激活时段期间，在电池的负电极的表面上形成固体电解质界面(SEI)膜。SEI膜表示当电池的移动离子的量增加时所形成的非导电材料。形成SEI膜之后，当电池被充电时，SEI膜可以防止锂离子在碳阳极处与其它材料反应。并且，SEI膜用作仅使锂离子通过的离子通道。由于有了这种离子通道效应，具有大分子量而且与溶解的锂离子一起移动的有机溶剂被嵌入到碳阳极中，以防止碳阳极的结构坍塌。也就是说，由于在SEI膜形成之后，锂离子不会与碳阳极或其它材料反应，因此可以可逆地保持锂离子的数量。并且，由于有机溶剂与锂离子一起被嵌入碳阳极中以防止碳阳极的结构坍塌，因此锂离子二次电池的充电/放电被可逆地保持，以提高电池寿命。

执行第一次充电过程S1之前，可以在高温状态下对电池进行老化。这是为了根据老化过程改善包含在电池中的电解质的均匀扩散和潮湿特性。在这里，高温表示大于室温(大约25℃)的温度。老化温度或老化时间可以根据活性物质、电解质、其它材料的种类或电池的种类而充分地进行调整。例如，在基于人造石墨的材料被用作负电极活性物质并且基于碳酸盐的材料被用作电解质的情况下，老化过程可以在大约60℃下执行从大约10分钟到大约2小时的时间，但是并不限于此。在均匀的潮湿特性情况下，在电池的宽表面接触底表面而不使电池竖立的条件下执行高温老化过程可能是有利的。

例如，在第一次充电过程S1中，电池以大约0.2C至大约0.5C的充电速度被充电，以达到100％的荷电状态(state of charge，SOC)的容量(大约1C)。在第一次充电过程S1中，例如电池在大约4.2V的电压下以大约0.2C的充电速度充电大约1小时。这是为了在电池的负电极的表面上形成SEI膜，以防止在充电/放电期间负电极的结构变形。在这里，根据实施例的这些值不受限制。当充电操作结束时，电池的充电截止电流是大约20mA。然后，对电池的OCV进行测量。这里，OCV在从3.42V至3.549V的范围内。

之后，例如电池在大约4.2V的电压下以大约0.5C的充电速度再次充电大约20小时。这是为了执行充电操作，以达到电池的形成过程可用的最大范围，从而对电池进行电化学激活。这里，根据实施例的这些值不受限制。当充电操作结束时，电池的充电截止电流是大约120mA。然后，对电池的OCV进行测量。这里，OCV在从3.66V至3.69V的范围内。之后，电流被中断。

在放电过程S2(形成放电过程)中，电池被完全放电。这是为了根据容量对电池进行挑选。并且，这是为了防止电流密度由于电池的活性物质的非均匀分布而被非均匀地分布。在放电过程S2中，例如电池以大约1C的放电速度被放电到大约2.75V的电压。在执行放电过程S2之后，可以进一步执行老化过程。例如，在老化过程中，电池可以在大约45℃至大约60℃的温度下老化大约1天至2天。在这里，根据实施例的这些值不受限制。

例如，在第二次充电过程S3(辅助充电过程)中，电池以大约1C的充电速度充电大约5分钟至6分钟(辅助充电时间)，以达到大约8％至10％的SOC(辅助充电值)的容量。在这里，在第二次充电过程S3中，与第一次充电过程S1相比，电池可以以大约两倍或大约三倍的充电速度进行充电。也就是说，在第一次充电过程S 1中，电池以大约0.2C至大约0.5C的充电速度被充电，而在第二次充电过程S3中，以大约1C的充电速度被充电。并且，在第二次充电过程S3中，电池可以在大约4.2V的电压和大约2，400mA的电流的条件下被充电。第二次充电过程S3中的充电电压(4.2V)等于第一次充电过程S1中的充电电压(4.2V)。并且，第二次充电过程S3中的充电电流(2，400mA)是大约是第一次充电过程S1中的充电电流(480mA～1200mA)的两倍至三倍。

当辅助充电时间少于大约5分钟时，充电后的电池之间的分布和偏差值小。然而，挑选实际上性能不好的电池可能是困难的。另一方面，当辅助充电时间大于大约6分钟时，电池的分布增大。这样，从性能好的电池里挑选性能不好的电池可能是模棱两可的。

并且，当辅助充电值小于大约8％时，OCV和德尔塔电压的分布可能增大。另一方面，当电池被充电大约10％的SOC达到过多的容量时，电池被过充电，但不会改善OCV和德尔塔电压的分布。

因此，基于电池的100％的SOC，当在电池中以大约1C的充电速度执行辅助充电过程大约5分钟至大约6分钟时，电池的SOC达到8.33％至9.96％。在这里，根据实施例的这些值不受限制。然后，对电池的OCV进行测量。这里，OCV在从3.65V至3.67的范围内。

之后，基于该OCV测量电池的德尔塔电压。在这里，德尔塔电压表示放电过程S2中的OCV与第二次充电过程S3之后的OCV之间的差值。此时，德尔塔电压在从大约5mV至大约30mV的范围内。并且，德尔塔电压的标准偏差在从大约0.3至大约0.5的范围内。在这里，德尔塔电压的标准偏差表示频率特性值，该频率特性值指代德尔塔电压的分布。当德尔塔电压的标准偏差降低时，这些德尔塔电压彼此相类似。另一方面，当德尔塔电压的标准偏差增大时，这些德尔塔电压之差增大。

因此，在放电过程S2之后可以额外地执行第二次充电过程S3，以减小德尔塔电压的标准偏差。

在老化过程S4中，电池被老化。例如，在老化过程S4中，电池可以在大约45℃至大约60℃的温度下老化大约5天至7天。当老化过程S4在小于大约45℃的温度下执行时，老化过程S4的效果可能不明显。另一方面，在高于大约60℃的温度下执行老化过程S4时，电池的电解质会挥发，使得电池组爆炸或者使得电池燃烧。并且，在老化过程S4中，电池的老化时间超过大约7天，则会在电池内部发生诸如腐蚀之类的副反应。因此，应当小心不超过适当的时段。在这里，根据实施例的这些值不受限制。

执行老化过程S4以进一步稳定SEI膜并形成具有均匀厚度而没有任何粗糙的SEI膜。由于通过执行老化过程S4形成的SEI膜在电池以大约85℃的高温或更高温度被老化或在继续过程循环时不容易坍塌，因此在以高温对电池进行老化以改善其性能时，SEI厚度的增加不多，并且电池容量的减小也不多。

并且，老化过程S4可以进一步包括除去电池内的气体。可以执行气体除去过程以除去形成SEI膜时生成的二氧化碳或甲烷，并且预先除去可能在老化过程S4中产生从而在以后引起电池的膨胀现象的气体。

在第三次充电过程S5(装运充电过程)中，电池被充电。这是为了将电池充电到某一电势，以在其存库状态下维持电池电压。例如，待装运的电池可以被充电到大约50％的SOC的范围内的某一电势。这里，根据实施例的这些值不受限制。在执行第三次充电过程S5之后，可以进一步执行OCV调整过程。OCV调整过程是，在某一范围内对构成电池组的电池的OCV分布进行调整的过程。因此，当电池构成电池组时，这些充电过程的循环被重复，以防止各个电池的电压不平衡。电压不平衡发生的原因在于电池之间的容量和内阻(IR)差。并且，电压不平衡发生的原因还可能在于取决于使用电池组的电子组件的位置的温度差。因此，在执行第三次充电过程S5之后，进一步执行OCV调整过程，以最小化电池的OCV分布。在执行OCV调整过程之后，确定取决于时段的OCV变化，以设定针对时段的OCV规格。根据所设定的OCV规格，挑选性能不好的电池和性能好的电池。

图2A和2B示出根据实施例的锂离子电池的形成过程中OCV和德尔塔电压的曲线图。参见图2A，曲线图的左纵轴表示OCV(mV)的值，并且右纵轴表示德尔塔电压(电压减量)的值。横轴表示电池编号。参见图2B，曲线图的纵轴表示OCV(V)的值，并且横轴表示时间。而且，OCV1表示在第一次充电过程S1中以大约0.2C的充电速度对电池充电之后的OCV，并且OCV2表示在第一次充电过程S1中以大约0.5C的充电速度对电池充电之后的OCV。同时，OCV3表示在第二次充电过程S3中以大约1C的充电速度对电池充电之后的OCV，并且德尔塔电压(AV)表示放电过程S2中的OCV与执行第二次充电过程S3之后的OCV之间的差值。

在第一次充电过程S1(形成充电过程)中，例如电池在大约4.2V的电压下以大约0.2C的充电速度充电大约1小时。这样，对电池的OCV(OCV1)进行测量。此时，OCV(OCV1)在从3.42V至3.549V的范围内。之后，例如，电池在大约4.2V的电压下以大约0.5C的充电速度再次充电大约20小时。然后，对电池的OCV(OCV2)进行测量。此时，OCV(OCV2)在从3.66V至3.69V的范围内。此时，电池的OCV被最大化。在这里，根据实施例的这些值不受限制。

然后，电池被完全放电。

之后，在第二次充电过程S3(辅助充电过程)中，例如，电池以大约1C的充电速度充电大约5分钟至大约6分钟，以达到大约8％至大约10％的SOC的容量。在这里，根据实施例的这些值不受限制。然后，对充电后的电池的OCV(OCV3)进行测量。此时，该OCV(OCV3)在从3.632V至3.67V的范围内。之后，获取放电过程S2中的OCV与该OCV(OCV3)之间的差值：德尔塔电压。此时，德尔塔电压在从大约5mV至大约30mV的范围内。并且，德尔塔电压的标准偏差在从大约0.3至大约0.5的范围内。

因此，由于执行了第二次充电过程S3，因此与在电池被充电到大约8％的SOC的情况下的德尔塔电压的标准偏差相比，在电池被充电到大约10％的SOC的情况下的德尔塔电压的标准偏差被减小。也就是说，由于在执行放电过程S2之后进一步执行第二次充电过程S3，所以德尔塔电压的标准偏差被减小。

然后，执行用于对电池进行老化的老化过程S4。例如，在老化过程S4中，电池在大约45℃至大约60℃的温度下老化大约5天至7天。这里，根据实施例的这些值不受限制。

这里已经公开了示例性实施例，并且尽管采用了下位概念，但是在上位和描述的意义上使用并解释它们，而并不用于限制的目的。因此，本领域普通技术人员会理解，在不超出所附权利要求记载的本发明的精神和范围的情况下，可以进一步进行各种形式上和细节上的改变。

Claims

1.一种锂离子电池的形成方法，所述形成方法包括：

执行对电池进行充分充电的第一次充电过程；

执行对所述电池进行完全放电的放电过程；

执行对所述电池进行充电的第二次充电过程；

执行对所述电池进行老化的老化过程；以及

执行对所述电池进行充电的第三次充电过程。

2.如权利要求1所述的锂离子电池的形成方法，其中在所述第二次充电过程中，所述电池以1C的充电速度被充电。

3.如权利要求1所述的锂离子电池的形成方法，其中在所述第二次充电过程中，与所述第一次充电过程相比，所述电池以两倍至三倍的充电速度被充电。

4.如权利要求1所述的锂离子电池的形成方法，其中在所述第二次充电过程中，所述电池被充电至8％至10％的荷电状态。

5.如权利要求1所述的锂离子电池的形成方法，其中在所述第二次充电过程中，所述电池被充电5分钟至6分钟。

6.如权利要求1所述的锂离子电池的形成方法，其中所述第二次充电过程在4.2V的电压下被执行。

7.如权利要求1所述的锂离子电池的形成方法，其中所述第二次充电过程中的充电电压等于所述第一次充电过程中的充电电压。

8.如权利要求1所述的锂离子电池的形成方法，其中所述第二次充电过程中的充电电流为所述第一次充电过程中的充电电流的两倍至三倍。

9.如权利要求1所述的锂离子电池的形成方法，其中在所述第二次充电过程被执行之后，空载电压在从3.65V至3.67V的范围内。

10.如权利要求1所述的锂离子电池的形成方法，其中在所述第二次充电过程被执行之后，所述电池的德尔塔电压在从5mV至30mV的范围内。

11.如权利要求10所述的锂离子电池的形成方法，其中所述德尔塔电压是所述放电过程中的空载电压与所述第二次充电过程被执行之后的空载电压之间的差值。

12.如权利要求1所述的锂离子电池的形成方法，其中在所述第二次充电过程被执行之后，所述电池的电压标准偏差在从0.3至0.5的范围内。

13.如权利要求1所述的锂离子电池的形成方法，其中所述老化过程被执行5天至7天。