CN102270775A - 一种锂离子电池的预充方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池的预充方法，采用分步充电法：在2.9～3.3V范围内选择若干个电压值不同的预设低电压；首先采用预设小电流恒流充电至最低的预设低电压，再保持该恒定的最低预设电压恒压充电；然后再采用预设小电流恒流充电至次低的预设低电压，再保持该恒定的次低预设电压恒压充电；重复以上步骤，直至保持最高的预设低电压恒压充电后，采用预设大电流继续恒流充电至规定的预充电压。本发明能有效减少电池预充过程的产气，提高电池的循环性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池制造领域，具体是涉及一种锂离子电池的预充方法。
背景技术
由于具有较高的能量密度、放电电压和较长的循环寿命，锂离子电池成为便携式电子产品的首选的二次电池。但是由于锂离子电池普遍采用有机电解液，在电池预充电、负极碳表面形成固体电解质界面膜(SEI)的过程中会产生大量气体，这一现象严重影响了电池的尺寸、存液量。电池尺寸的不合格将直接导致电池的报废，而存液量的降低将直接导致电池循环性能的降低。目前，为了消除在预充电过程中产气的影响，电池制造商采用开口化成的方式，即：一次注液-陈化-预充电-二次补液-封口。
而降低电池预充电过程中的产气量成为许多公司的研究重点。电解液中许多添加剂能够有效地减少电池的产气量。这些添加剂的理论基础是使用的添加剂在电池预充时会优先于EC，EMC等电解液溶剂成膜。目前的预充电方法一般采用两个步骤：先采用小电流恒电流预充电一段时间；然后采用大电流预充电一段时间。这种大小电流相结合的充电方式节约了预充电时间，提高了电池的制造效率。但是由于在预充电过程中因扩散作用EC和EMC等有机溶剂与添加剂会同时参与SEI的形成过程，产气量仍然较大。比如对添加剂碳酸亚乙烯酯VC，少量的VC在电解液内扩散后，预充电至高电压后导致EC和EMC等有机溶剂仍有机会参与SEI的形成过程。
发明内容
本发明针对现有技术中锂离子电池预充电过程中产气量过多的问题，提出一种锂离子电池的预充方法，减少电池预充过程中的产气，提高锂离子电池的循环性能。
本发明提出的这种锂离子电池的预充方法采用分步充电法：在2.9～3.3V范围内选择若干个电压值不同的预设低电压；首先采用预设小电流恒流充电至最低的预设低电压，再保持该恒定的最低预设电压恒压充电；然后再采用预设小电流恒流充电至次低的预设低电压，再保持该恒定的次低预设电压恒压充电；重复以上步骤，直至保持最高的预设低电压恒压充电后，采用预设大电流继续恒流充电至规定的预充电压。
优选的，上述锂离子电池的预充方法中，所述预设小电流为0.01～0.3C。
所述预设大电流为0.1～0.5C。
优选的，在2.9V～3.3V范围内选择三个电压值不同的预设低电压。
上述锂离子电池的预充方法的步骤具体为：(1)采用预设小电流0.2C恒流充电至最低的预设低电压2.9V，再保持2.9V电压恒压充电设定时间30分钟；(2)采用预设小电流0.2C恒流充电至次低的预设低电压3.0V，再保持3.0V电压恒压充电设定时间20分钟；(3)采用预设小电流0.2C恒流充电至最高的预设低电压3.1V，在保持3.1V电压恒压充电设定时间20分钟；(4)采用预设大电流0.2C恒流充电至规定的预充电压。
优选的，在2.9V～3.3V范围内选择两个电压值不同的预设低电压。
优选的方案中，在2.9V～3.3V范围内选择一个电压值不同的预设低电压。
所述预设低电压选择为2.95V。
上述锂离子电池的预充方法的步骤具体为：(1)采用预设小电流0.2C恒流充电至预设低电压2.95V，再保持2.95V电压恒压充电70分钟；(2)采用预设大电流0.2C恒流充电至规定的预充电压。
本发明与现有技术对比所具有的有益效果是：预充电过程中在预设低电压下恒压预充电一段时间，由于预设低电压高于添加剂如VC的还原电位，低于EC、EMC等有机溶剂的还原电位，可以保证在充电的起始阶段SEI完全由添加剂如VC与负极反应得到，电解液中的EC、EMC等其他有机溶剂不参与形成SEI的过程，这样可以大大减少预充过程的产气。而且由于添加剂如VC形成的SEI膜稳定性高，有利于提高电池的循环性能。
附图说明
图1是实施例1的电池内压测量结果曲线图；
图2是实施例2的电池内压测量结果曲线图；
图3是对比例1的电池内压测量结果曲线图；
图4是具体实施方式中的电池的循环性能测试结果对比曲线图。
具体实施方式
本发明针对现有技术中锂离子电池预充电过程中产气量过多的问题，在不改变原有制造工艺的基础上，提出一种新的电池预充方法，在保证电池其他各方面性能的前提下，降低电池预充过程中的产气量。
本发明提出的这种锂离子电池的预充方法采用分步充电法：首先采用预设小电流0.01～0.3C恒流充电至预设低电压2.9～3.3V，再保持该恒定的预设电压恒压充电10～60分钟；然后再采用预设小电流0.01～0.3C恒流充电至较高的预设低电压2.9～3.3V，再保持该恒定的预设电压恒压充电10～60分钟；重复以上步骤，直至保持最高的预设低电压恒压充电后，再采用预设大电流0.1～0.5C继续恒流充电至规定的预充容量。预设低电压选择在2.9～3.3V范围内，有利于添加剂与负极碳表面形成SEI膜，同时电解液中有机溶剂在充电初始阶段不参与成膜。
下面以型号为T423443ARJ的锂离子电池为例说明本发明的实施。该电池正极活性物质为钴酸锂LiCoO2，负极活性物质为人造石墨，电解液为LiPF6，标称容量为670mA·h。
实施例1
对完成注液的电池进行预充电，充电过程如下：
①0.2C充电至2.9V，在2.9V下恒压30min；
②0.2C充电至3.0V，在3.0V下恒电压20min；
③0.2C充电至3.0V，在3.1V下恒电压20min；
④0.2C充电60min，至规定的预充电压。
电池预充下柜后取20只电池测试电池内压，测试结果如图1中曲线所示，预充结束后电池内压为1.7at(标准大气压)。
取20只电池按照下面步骤进行室温下的循环性能测试：
①以0.5C充电至4.20V
②4.20V恒压放电至电流小于等于0.02C
③休眠5分钟
④以0.5C放电至3.0V
⑤休眠5分钟
⑥重复1-5步循环300周
所得结果如图4中曲线1所示。
实施例2
对完成注液的电池进行预充电，充电过程如下：
0.2C充电至2.95V，在2.95V下恒压70min；
0.2C充电60min，至规定的预充电压。
电池预充下柜后取20只电池测试其内压，测试结果如图2中曲线所示，预充结束后电池内压为1.7at。
取20只电池进行循环性能测试，测试条件同实施例1，所得结果如图4中曲线2所示。
对比例1
对完成注液的电池进行预充电，充电采用0.2C充电60min，至规定的预充电压。电池预充下柜后取20只电池测试电池内压，测试结果如图3中曲线所示，预充结束后电池内压为2.28at。取20只电池进行循环性能测试，测试条件同实施例1，所得结果如图4中曲线3所示。
通过以上实施例和对比例及附图可以看出，在电池的预充过程中由于经过了低电压的恒压充电过程，有利于降低预充产气量，从而改善了电池的尺寸和储液量，而且由于形成了更良好稳定的SEI膜，从而改善了电池的循环保持性能。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种锂离子电池的预充方法，采用分步充电法，其特征在于：在2.9～3.3V范围内选择若干个电压值不同的预设低电压；首先采用预设小电流恒流充电至最低的预设低电压，再保持该恒定的最低预设电压恒压充电；然后再采用预设小电流恒流充电至次低的预设低电压，再保持该恒定的次低预设电压恒压充电；重复以上步骤，直至保持最高的预设低电压恒压充电后，采用预设大电流继续恒流充电至规定的预充电压。
2.如权利要求1所述的锂离子电池的预充方法，其特征在于：所述预设小电流为0.01～0.3C。
3.如权利要求1所述的锂离子电池的预充方法，其特征在于：所述预设大电流为0.1～0.5C。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的锂离子电池的预充方法，其特征在于：在2.9V～3.3V范围内选择三个电压值不同的预设低电压。
5.如权利要求4所述的锂离子电池的预充方法，其特征在于，所述步骤具体为：
(1)采用预设小电流0.2C恒流充电至最低的预设低电压2.9V，再保持2.9V电压恒压充电设定时间；
(2)采用预设小电流0.2C恒流充电至次低的预设低电压3.0V，再保持3.0V电压恒压充电设定时间；
(3)采用预设小电流0.2C恒流充电至最高的预设低电压3.1V，再保持3.1V电压恒压充电设定时间；
(4)采用预设大电流0.2C恒流充电至规定的预充电压。
6.如权利要求1至3中任意一项所述的锂离子电池的预充方法，其特征在于：在2.9V～3.3V范围内选择两个电压值不同的预设低电压。
7.如权利要求1至3中任意一项所述的锂离子电池的预充方法，其特征在于：在2.9V～3.3V范围内选择一个电压值不同的预设低电压。
8.如权利要求7所述的锂离子电池的预充方法，其特征在于：所述预设低电压选择为2.95V。
9.如权利要求8所述的锂离子电池的预充方法，其特征在于，所述预充步骤具体为：
(1)采用预设小电流0.2C恒流充电至预设低电压2.95V，再保持2.95V电压恒压充电设定时间；
(2)采用预设大电流0.2C恒流充电至规定的预充电压。
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