CN102185166A - 电池化成与修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池化成处理方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：（1）电池注液后，在温度为-10~35℃的条件下、以小电流低压段充放电循环对电池进行局部化成；（2）对电池进行大电流中压段快速充放电循环直至电池内部温度达到并保持30-45℃后，再进行小电流高压段充放电循环对电池局部化成；（3）对锂离子电池进行较大电流深度充放电循环进行深度化成。上述步骤均由同一设备、在同一环境温度下进行。该方法化成处理后的电池负极表面SEI膜更薄、致密、稳固，有效地增强了电极表面的稳定性，正极活性材料充分利用、电池能量高，并且提高电池的容量性能、循环性能、倍率性能和安全性能，同时有效简化工艺、提高产能，减少设备投入和维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池初次化成处理方法，尤其涉及一种磷酸盐锂离子电池的充放电化成处理方法。此方法也可用于旧电池的修复处理。
背景技术
锂离子电池具有高能量密度、高输出电压、高输出功率、快速充电以及低公害等优点，随着绿色能源的普及，锂离子电池的应用范围越来越广泛，但其安全性问题一直阻碍着它的发展。锂离子电池的安全与电池的化成密切相关。传统的电池化成方法：将注液浸润后的电池用0.01～0.2倍率之间的小电流恒流充电，充电时间为0.2～5小时，再以0.2～3倍率之间的大电流恒流充电，充电电压为3.65～4.5伏后，再让电池进入恒压充电阶段，电压保持在3.65～4.5伏之间，待充电电流减小到0.001～0.02倍率时，即停止充电。随后对电池进行恒流放电，电流为0.01～0.5倍率，放电截止电压为2.0～2.75伏，然后再用上述的充电方法再对电池进行充电。让电池以满电状态搁置，搁置时间为1～14天，随后用恒定电流对电池进行放电，电流为0.1～1倍率，放电截止电压为2.0～2.75伏。最后用恒定电流对电池进行充电电流为0.1～1倍率，充电容量为25～50％的额定容量。整个工艺处理过程完成。上述化成处理方法存在化成时间长，化成不够彻底，SEI(Solid Electrolyte Interface)膜不够均匀、致密，同时正极的容量有较大的浪费。
对于锂离子电池正极，适宜的化成温度在20～45℃，对于锂离子电池负极，适宜的化成温度在-20～30℃，本方法针对正负极的不同化成特点，用同一设备、在同一环境温度下先低温小电流对石墨基负极进行化成；然后利用电池大电流充放电时产生的热量、让电池内部升温后，再对正极进行局部化成，最后对电池进行深度化成。
本发明的目的是提供一种操作方便、工艺过程简单、能够有效提高电池安全性的锂离子电池充放电化成处理方法。能够针对正负极的不同特点分别选择不同的化成条件，使正负极都能够达到最佳化成效果，比传统化成方法效果更好，而化成时间却可以大幅缩小，可以大幅度提高产能，节省设备投入及维护成本，具有较大的经济效益。
发明内容
本发明的技术方案是：
一种锂离子电池化成处理方法，其特征在于，电池注液静置8小时候以上，然后用同一设备、在同一环境温度下、先小电流对电池进行低电位化成，达到25-35％荷电态后，控制截止电压、对电池进行大电流充放循环，利用电池大电流充放电时产生的热量、使电池内部升温30-45℃后对电池进行中电位化成，再对电池进行高电位化成，最后再对电池进行深度化成。
本发明的进一步的技术方案是：
一种锂离子电池化成处理方法，其环境温度在-10～35℃。
进一步的，一种锂离子电池化成处理方法，其化成处理按如下(1)至(4)步骤进行：
(1)先对锂离子电池进行小电流低压段充放电循环1～3次；
(2)再对锂离子电池进行大电流中压段快速充放电循环1～5次，使电池内部温度达到30-45℃；
(3)再对锂离子电池进行小电流高压段充放电循环1～3次；
(4)最后锂离子电池进行大电流深度充放电循环1～3次。
进一步的，一种锂离子电池化成处理方法，其特征在于：
所述步骤(1)的充放电倍率为0.01～0.2C，充放电电压为0～3.2V；
所述步骤(2)中的大电流充放电倍率为1～10C，充放电电压为3.2～3.5V；
所述步骤(3)中的小电流充放电倍率为0.01～0.2C；充放电电压为3.4～5.0V；
所述步骤(4)中的大电流充放电倍率为0.5～1C；充放电电压为2.0～5.0V。
锂离子二次电池的负极材料一般是以人造石墨、天然石墨、碳微球等为代表的碳材料，其化成过程中最主要的一个缺点就是：充放电过程中锂和电解液中溶剂，特别是高温下会共插入，导致容量损失，内阻增大，形成的SEI膜不够致密和稳定，在放电过程中容易脱落，负极在后继的充放电过程中会重新形成新的SEI膜，从而消耗新的锂，导致容量的进一步损失，如此往复，影响电池的容量性能、循环性能、倍率性能和安全性能，因此本方法选择在低温下对负极进行小电流化成，其中小电流可以避免引起电流温升，同时也可以使形成的SEI膜更薄、致密和稳定。
锂离子二次电的正极材料一般是钴酸锂，磷酸盐锂、锰酸锂及二元、三元 锂材料，这些正极材料的共同特点是，在低温充放电时存在自发极化较大、内阻较大，不能深度充放电，因而形成对电池的容量损失，本方法利用大电流引起的电池温升使电池在较高温度下化成，使电池的自发极化小、电阻较低，此时电池的正极锂能充分参与化成，能够尽可能地提高电池的容量。
本发明中用大电流充放电时产生的热量促使电池温升，其原理是：
ΔT＝I2Rt/MC，(式中ΔT：温度升高，I：电流，R：内阻，t：时间，M：电池质量，C：电池平均比容，)式中MC均为定值，I越大，温升就越大，其中电池的内部温度可用红外热像仪进行监控，电池的外部温度可用热电偶进行测试。
进一步的，本发明不只用于电池的化成，还可用于电池的修复，采用本方法，将循环性能较差的电池进行修复，可以有效提高容量，并改善循环性能。
本发明优点是：
1.本发明通过对电池进行了常温环境条件下循环处理，使电池负极表面SEI膜更薄、致密、稳固，有效地增强了电极表面的稳定，从而提高高能量锂离子电池的容量性能、循环性能、倍率性能和安全性能。
2.本发明优点1中已经形成的负极SEI膜更薄，充分节约了正极锂，同时本发明通过对电池进行了大电流循环时产生的热量促使电池温升，使电池正极材料中的锂充分参与化成，充分发挥了电池正极的容量，从面提高了锂离子电池的容量性能。
3.本发明工艺过程简单、容易控制，能有效提高产能，使用同一设备，成本低，节省设备投入及维护成本。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：
1.锂离子电池的化成处理
取100颗新生产的18650磷酸亚铁锂柱形电池，在室温下，对上述电池中的50颗用本法所述的充放电方法对其进行化成处理：
(1)对电池静置12小时
(2)在室温下，先对锂离子电池进行小电流低压段充放电循环3次；充放 电倍率为0.01C，充放电电压为0～3.2V；
(3)再对锂离子电池进行大电流中压段快速充放电循环3次，直至电池内部温度达到30-45℃；充放电倍率为5C，充放电电压为3.2～3.5V；
(4)再对锂离子电池进行小电流高压段充放电循环3次；充放电倍率为0.2C；充放电电压为3.4～4.0V；
(5)最后锂离子电池进行大电流深度充放电循环3次。充放电倍率为1C；充放电电压为2.0～4.0V。
2.同时，对上述电池的另外50颗用传统方法进行化成处理
将电池用0.01倍率之间的小电流恒流充电，充电时间为5小时，再以0.2倍率的电流恒流充电，充电电压为4.0伏后，再让电池进入恒压充电阶段，待充电电流减小到0.02倍率时，即停止充电。随后对电池进行恒流放电，电流为0.5倍率，放电截止电压为2.0伏，然后再用上述的充电方法再对电池进行充电。让电池以满电状态搁置，搁置时间为14天，随后用恒定电流对电池进行放电，电流为1倍率，放电截止电压为2.0伏。
3.结论
化成效率、正极材料克容量、鼓气和循环衰减对比
由上数据可以看出，本法化成可以达到更高的化成容量，更好的循环效果，尤其是可以有更安全的化成效果，同时，本法在整个过程中在同样的环境温度下使用同一设备，设备投入及维护成本低，工艺简单，可以大幅度提高产能，具有较大的经济效益。
Claims (4)
1. 一种锂离子电池化成处理方法，其特征在于，电池注液后静置8小时以上，然后用同一设备、在同一环境温度下、先小电流对电池进行低电位化成，达到25 -35%荷电态后，控制截止电压、对电池进行大电流充放循环，利用电池大电流充放电时产生的热量、使电池内部升温至30-45℃后对电池进行中电位化成，再对电池进行高电位化成，最后再对电池进行深度化成。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述环境温度为-10~35℃。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述化成处理按（1）至（4）步骤进行：
（1）先对锂离子电池进行小电流低压段充放电循环1~3次；
（2）再对锂离子电池进行大电流中压段快速充放电循环1~5次，使电池内部温度达到30-45℃；
（3）再对锂离子电池进行小电流高压段充放电循环1~3次；
（4）最后对锂离子电池进行大电流深度充放电循环1~3次。
4. 根据权利要求3所述锂离子电池化成处理方法，其特征在于：
所述步骤（1）的充放电倍率为0.01～0.2C，充放电电压为0～3.2V；
所述步骤（2）中的大电流充放电倍率为1～10C，充放电电压为3.2～3.5V；
所述步骤（3）中的小电流充放电倍率为0.01～0.2C; 充放电电压为3.4～5.0V；所述步骤（4）中的大电流充放电倍率为0.5～1C; 充放电电压为2.0～5.0V。
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