CN102208685A - 锂离子电池化成处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电池化成方法，具体包括以下步骤：电池注液后静置8小时以上，先对电池进行小电流低电位循环充放化成；再以小电流充电至50～90%荷电态后，在40～50℃下静置24小时以上；再对电池进行大电流中电位循环充放化成，利用大电流充放电时产生的热量使电池内部升温至35～45℃后，再对电池进行小电流高电位循环充放化成，最后对电池进行中电流100%深度循环充放化成；其中，所述电池为单个电池或两个以上电池的串联组合。本发明针对正负极的不同特点分别选择不同的化成条件，使SEI模更均匀致密，提高电池的安全性能，正负极达到最佳化成效果，提高电池的容量性能，并利用串联技术提高一致性，有效地提高产能。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池化成处理方法，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、快速充放电以及绿色低公害等优点，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。化成是指对电池数次充放电的过程。现有技术的电池化成方法：将注液浸润后的电池用0.01~0.2倍率电流恒流充电0.2~5小时，再以0.2~3倍率电流恒流充电至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0.01~0.5倍率恒流放电，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0.1~1倍率电流对电池进行补充电，充电容量为25~50%的额定容量，整个工艺处理过程完成。采用上述化成方法处理形成的电极表面的SEI（Solid Electrolyte Interface）膜不够均匀、致密，电池低电压搁置时电池容易短路，安全性能低，同时化成不够彻底，正极的容量有较大的浪费，而且生产多个电池时需要在不同化成通道中进行化成，差异化较大，化成时间长，生产效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池处理方法，针对正负极的不同特点分别选择不同的化成条件，使负极表面形成的SEI模较现有技术更均匀致密，提高电池的安全性能，使正负极都达到最佳化成效果，提高电池的容量性能，并利用串联技术对多个电池同时化成，提高电池一致性以及生产产能。
本发明的另一目的是对循环性能较差的旧电池进行修复，提高电池容量，改善循环性能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种锂离子电池化成处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：电池注液后静置8小时以上， 先对电池进行小电流低电位循环充放化成；再以小电流充电至50～90%荷电态后，在40～50℃下静置24小时以上；再对电池进行大电流中电位循环充放化成，利用大电流充放电时产生的热量使电池内部升温至35～45℃后，再对电池进行小电流高电位循环充放化成，最后对电池进行中电流100%深度循环充放化成。
其中，所述的小电流为0.01～0.2倍率，中电流为0.5～1倍率，大电流为1～10倍率；所述的低电位为0～30%荷电态，中电位为10～90%荷电态，高电位为80～100%荷电态；所述的电池为单个电池或两个以上电池的串联组合。
下面结合锂电池制造相关原理对本发明技术方案的特征和优点做进一步的说明：
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，在充放电过程中锂和电解液中的溶剂，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，从而消耗活性锂离子，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。因此本发明选择在负极适宜的化成温度-20～30℃（低温）下先对负极进行小电流化成，其中小电流可以避免引起电池温升，使形成的SEI膜较现有技术更薄、更均匀致密。
本发明中在小电流充电至50～90%荷电态，将电池转入40～50℃搁置24小时以上，有助于将上述充放电循环过程中形成的SEI膜更加致密、稳定，有效增强了电极表面的稳定性，从而提高电池的安全性能。
锂离子二次电池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正极适宜的化成温度25～45℃下（较高温度）下对正极进行小电流化成，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：
△T =I2Rt /MC，（式中△T：温升，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。
本发明对1只锂电池采用单个化成，对2只以上的锂电池采用串联形成电池组合的方法进行化成，根据化成设备的能力，施加在串联电池组合两端的电压为不大于5.0*N伏，其中N为串联电池的个数，维持每个电池两端的正常充放电电压，能够保证化成的正常进行。串联电池充放电化成时Q=It（式中 Q：容量Ah，I：电流A，t：充放电时间h），串联的特性保证了电池组合中各个电池化成条件的一致性，即电流I和时间t的一致性，从而保证了化成效果的一致性，避免了传统方法中不同化成通道差异所导致的电池化成差异。而且利用多个电池串联同时化成，可以有效的提高化成效率，提高产能。
另外本发明还可用于旧电池的修复。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。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1. 本发明通过对电池进行了低温环境条件下循环处理，并在一定温度下搁置，使电池负极表面SEI膜更薄、更致密、更稳定，有效地增强了电极表面的稳定，从而提高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. 本发明对多个电池采用串联技术进行化成，提高了电池性能的一致性，而且工艺过程简单，容易控制，成本低，效率高，能够有效地提高生产产能，节省设备投入及维护成本。
具体实现方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的描述：
实施例：
取50颗新注液的圆柱18650倍率型磷酸亚铁锂电池，
1.对电池静置12小时；
2.在室温下，先对锂离子电池进行用小电流在荷电0～30%间循环充放电3次，充放电倍率为0.01C；
3.再对锂离子电池进行小电流充电到60%荷电态后，在45℃环境下静置48小时；
4.在室温下，再对锂离子电池进行用大电流在荷电20～85%间快速循环充放电3次，直至电池内部温度达到30-45℃，充放电倍率为5C；
5.再对锂离子电池进行用小电流在荷电85～100%间充放电循环3次，充放电倍率为0.2C；
6.最后锂离子电池进行用中电流在深度荷电0～100%间循环充放电3次，充放电倍率为1C。
对比例：
同样取50颗新注液的圆柱18650倍率型磷酸亚铁锂电池用现有技术进行化成处理：
1.将电池用0.01C之间的小电流恒流充电，充电时间为5小时；
2.再以0.2倍率的电流恒流充电，充电电压为3.7伏后，再让电池进入恒压充电阶段，待充电电流减小到0.02C时，即停止充电；
3.随后对电池进行恒流放电，电流为0.5C，放电截止电压为2.0伏;
4.然后再用上述的充电方法再对电池进行充电;
5.让电池以满电状态搁置，搁置时间为14天;
6.最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。
上述实施例的测试结果见表1：
表1
| 电池充电容量（mAh） | 电池放电容量（mAh） | 0%荷电一周短路数 | 25℃ 1C循环100 周后衰减情况（%） | 25℃ 1C循环500 周后衰减情况（%） | 加工所需时间（H） | |
| 实施例 | 1329 | 1250 | 0 | 1.0 | 2.2 | 284 |
| 比较例 | 1266 | 1079 | 24 | 6.2 | 20 | 376 |
由上数据可以看出，本发明的化成方法可以达到更高的化成容量，更好的循环效果，更好的一致性，尤其是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进行充放电，设备投入及维护成本低，工艺简单，缩短加工时间，可以大幅度提高产能，具有较大的经济效益。
Claims (3)
1.一种锂离子电池化成处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：电池注液后静置8小时以上，先对电池进行小电流低电位循环充放化成；再以小电流充电至50～90%荷电态后，在40～50℃下静置24小时以上；再对电池进行大电流中电位循环充放化成，利用大电流充放电时产生的热量使电池内部升温至35～45℃后，再对电池进行小电流高电位循环充放化成，最后对电池进行中电流100%深度循环充放化成；其中，所述电池为单个电池或两个以上电池的串联组合。
2.根据权利要求1所述的锂电池化成方法，其特征在于所述的小电流为0.01～0.2倍率，中电流为0.5～1倍率，大电流为1～10倍率。
3.根据权利要求1所述的锂电池化成方法，其特征在于所述的低电位为0～30%荷电态，中电位为10～90%荷电态，高电位为80～100%荷电态。
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