CN102956932A

CN102956932A - 锂离子二次电池电芯老化方法

Info

Publication number: CN102956932A
Application number: CN2011102384110A
Authority: CN
Inventors: 刘博�
Original assignee: Beiqi Foton Motor Co Ltd
Current assignee: Beiqi Foton Motor Co Ltd
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2011-08-18
Publication date: 2013-03-06

Abstract

本发明公开了一种锂离子二次电池电芯老化方法，包括以下步骤：a)在常温下以第一充电电流对所述锂离子二次电池进行恒流充电以充入第一预定电量；b)在常温下将充入了所述第一预定电量的所述锂离子二次电池静置第一预定时间；c)在常温下以第二充电电流再次对所述锂离子二次电池进行恒流充电以充入第二预定电量；d)在高于常温的第一温度条件下对充入了所述第二预定电量的锂离子二次电池存放第二预定时间。根据本发明的锂离子二次电池电芯老化方法得到的电池可以克服现有电池电芯老化技术带来的电池电化学性能不稳定，自放电率差的问题，提高电池的循环寿命和储存性能，利于电池间的匹配组合。

Description

锂离子二次电池电芯老化方法

技术领域

本发明涉及一种电池制造领域，特别涉及一种锂离子二次电池电芯老化方法。

背景技术

锂离子二次电池由于具有电压高、能量密度大、无记忆效应及绿色无污染等特点，近年来已广泛应用在手机和笔记本电脑等便携式设备上。

在锂离子二次电池的生产过程中，电芯老化是其中非常重要的工艺操作，其目的在于激活锂离子电池正负极材料，使电芯负极极板表面形成一层致密、均匀、稳定的SEI膜。电芯老化工艺的优劣直接影响到电池SEI膜的形成情况，从而影响到电池的电化学性能。传统小电流充电老化的方法并不能得到稳定良好的SEI膜，主要表现在由此方法生产的电池电化学性能不稳定，自放电率偏高，影响电池的寿命及匹配。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种产出电池自放电率小，储存性能良好，电化学性能优异，电池循环寿命长的锂离子二次电池电芯老化方法。

根据本发明实施例的锂离子二次电池电芯老化方法，包括以下步骤：a)在常温下以第一充电电流对所述锂离子二次电池进行恒流充电以充入第一预定电量；b)在常温下将充入了所述第一预定电量的所述锂离子二次电池静置第一预定时间；c)在常温下以第二充电电流再次对所述锂离子二次电池进行恒流充电以充入第二预定电量；d)在高于常温的第一温度条件下对充入了所述第二预定电量的锂离子二次电池存放第二预定时间。

根据本发明实施例的锂离子二次电池电芯老化方法得到的电池可以克服现有电池电芯老化技术带来的电池电化学性能不稳定，自放电率差的问题，提高电池的循环寿命和储存性能，利于电池间的匹配组合。本发明通过对电芯老化过程中环境温度、充电电流大小及电池荷电量的控制，消除了电池内部的绝大多数不良副反应，且同时在电芯，例如负极板表面形成一层致密、均匀、稳定的S EI膜，改善了电池电化学性能的稳定性。

另外，根据本发明上述实施例的锂离子二次电池电芯老化方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述第二充电电流高于所述第一充电电流。

根据本发明的一个实施例，所述步骤a)中，所述第一充电电流为0.005-0.2C。

需要说明的是，本发明实施例及比较例中的充电电流的单位C是相对于电池的容量来说的，可以表示电池充放电电流大小。例如，对本文实施例与比较例中100Ah电池来说，1C＝100A，0.2C＝20A，0.005C＝0.5A。

根据本发明的一个实施例，所述步骤a)中，所述第一预定电量为所述锂离子二次电池的标准容量的15-80％。

根据本发明的一个实施例，所述步骤b)中，所述第一预定时间为12-120小时。

根据本发明的一个实施例，所述步骤c)中，所述第二充电电流为0.1-1C。

根据本发明的一个实施例，所述步骤c)中，所述第二预定电量为所述锂离子二次电池的标准容量的20-75％。

根据本发明的一个实施例，所述步骤c)中，充电截止电压为3.0-4.0V。

根据本发明的一个实施例，所述步骤d)中，所述第一温度为40-60℃。

根据本发明的一个实施例，所述步骤d)中，所述第二预定时间为24-120小时。

根据本发明的一个实施例，在步骤a)前，将注液后的所述锂离子二次电池在高于常温的第二温度条件下陈化第三预定时间。有利地，所述第二温度条件为40-50℃。

进一步有利地，所述第三预定时间为12-120小时。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的锂离子二次电池电芯老化方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面首先给出锂离子二次电池的制备过程。需要理解的是，以下给出的锂离子二次电池仅是示例，本发明并不限于此，本发明的锂离子二次电池的电芯老化方法还可以适用于其他方法制备的锂离子二次电池。

将LiFePO₄、碳黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)以94∶3∶3的重量比充分搅拌混合均匀，将得到的混合物按1.5∶1的重量比与N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合均匀制得正极浆料。采用涂布机将所得正极浆料均匀地涂布在铝箔集流体上，于130C下干燥，压实、分切后得到正极板。

将人造石墨和PVDF以94∶6的重量比混合，将得到的混合物按2∶1的重量比与N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合均匀制成负极浆料。再将该浆料均匀地涂布在铜箔集流体上，于140C下干燥，压实、分切后得到负极板。

将上述正、负极极板与聚丙烯隔膜卷绕成方型锂离子电池的电极组，并将该电极组装入方形电池壳中，注入电解液，电解液为1mol/L的锂盐LiPF₆溶于EC、EMC、DEC、DMC、PC、VC的混合溶剂中制备而成。

下面通过具体实施例和比较例详细说明本发明的锂离子二次电池的电芯老化方法及其效果。

本发明所提供的锂离子二次电池的电芯老化方法可适用于卷绕式和叠片式锂离子电池。其中，可以将上述注液后在置于高温环境下陈化一段时间后再进行电芯老化，例如环境温度可以为40-50℃，陈化时间可以为12-120h。在本发明的下述实施例及比较例中，将按上述步骤制作100Ah电池在45℃条件下静置陈化24h，以使电解液充分浸润极板。

此后，分别以下述条件进行电芯老化处理。

实施例1：

在本实施例中，按以下步骤进行电池电芯老化。

(1)在20-25℃环境温度下，使用5A(即0.05C)的电流对电池进行恒流充电，充入电量70Ah(也就是说，标准电量的70％)；

(2)在20-25℃环境温度下，将电池静置100h；

(3)在20-25℃环境温度下，使用20A(即0.2C)的电流对电池进行恒流充电，截止电压3.6V；

(4)在55℃高温环境下，将电池静置120h。

实施例2：

在本实施例中，按以下步骤进行电池电芯老化。(1)在20-25℃环境温度下，使用2.5A的电流对电池进行恒流充电，充入电量70Ah；

(2)在20-25℃环境温度下，将电池静置96h；

(3)在20-25℃环境温度下，使用20A的电流对电池进行恒流充电，截止电压3.6V；

(4)在55℃高温环境下，将电池静置96h。

实施例3：

在本实施例中，按以下步骤进行电池电芯老化。

(1)在20-25℃环境温度下，使用4A的电流对电池进行恒流充电，充入电量60Ah；

(2)在20-25℃环境温度下，将电池静置96h；

(4)在55℃高温环境下，将电池静置120h。

比较例：

作为对比，按以下步骤进行电池电芯老化。

(1)在20-25℃环境温度下，使用5A的电流对电池进行恒流充电480min；

(2)在20-25℃环境温度下，使用15A的电流对电池进行恒流充电180min；

(3)在20-25℃环境温度下，使用30A的电流对电池进行恒流充电，截止电压3.6V。

为了评价各电池的电芯老化的效果，在电芯老化完毕后，对上述各实施例及比较例的电池进行了自放电检测、储存检测、以及循环检测。具体的检测条件和评价标准如下。

14天自放电值检测：

在常温下，将电池以20A(0.2C)放电至2.0V，放完电后电池以20A(0.2C)充电至3.6V，静置12h，测量电池电压V₁，再将此电池置于常温环境下14天，再次测量电池电压V₂，自放电值＝V₁-V₂。此压降值的大小可表示电池在常温静置过程中由于内部副反应所造成的电池电量的损失，同时此值可作为电池匹配的其中一个参考值。

55℃储存7天容量衰减率检测：

将电池在常温下以20A充电至3.6V截止，20A放电至2.0V，记录其初始容量C₁，再次将电池以20A电流充电至3.6V截止，再将充满电的电池置于55℃环境下储存7天，将储存后电池取出置于常温环境下5h，再以20A电流对其放电至2.0V，记录其容量C₂，容量衰减率＝(C₁-C₂)/C₁。

0.5C循环检测：

在室温下，将电池以50A(0.5C)电流充电至3.6V，搁置10分钟，然后以50A(0.5C)电流进行放电至2.0V，搁置20分钟，记录初始放电容量C₁。重复上面步骤对电池进行充放电循环测试，并记录每次放电容量，当放电容量小于电池初始容量70％时中止循环检测。循环500次容量衰减率＝1-C₅₀₀/C₁；循环1000次容量衰减率＝1-C₁₀₀₀/C₁。其中，C₅₀₀表示第500次循环测试时的电池放电容量，C₁₀₀₀₀表示第1000次循环测试时的电池放电容量。

上述各实施例及比较例的测试结果示于表1。

表1实施例和比较例电池性能测试结果

由上表的数据可知，采用本发明方法进行电芯老化的电池与比较例相比，电池自放电明显降低，储存容量衰减明显降低且0.5C循环500及1000次的容量衰减也明显降低，也就是说根据本发明的方法进行电芯老化处理的电池的自放电性能、储存性能以及循环寿命均明显优于经普通的方法进行电芯老化处理的电池。这说明采用本发明方法控制电芯老化过程可明显消除电池内部不良副反应，有利于在电池负极板表面生成稳定、致密、均匀的SEI膜，从而提高了电池的电化学性能。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种锂离子二次电池的电芯老化方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)在常温下以第一充电电流对所述锂离子二次电池进行恒流充电以充入第一预定电量；

b)在常温下将充入了所述第一预定电量的所述锂离子二次电池静置第一预定时间；

c)在常温下以第二充电电流对所述锂离子二次电池再次进行恒流充电以充入第二预定电量；

d)在高于常温的第一温度条件下对充入了所述第二预定电量的锂离子二次电池存放第二预定时间。

2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的电芯老化方法，其特征在于，所述第二充电电流高于所述第一充电电流。

3.根据权利要1或2所述的锂离子二次电池的电芯老化方法，其特征在于，所述步骤a)中，所述第一充电电流为0.005-0.2C。

4.根据权利要求1或2所述的锂离子二次电池的电芯老化方法，其特征在于，所述步骤a)中，所述第一预定电量为所述锂离子二次电池的标准容量的15-80％。

5.根据权利要求1或2所述的锂离子二次电池的电芯老化方法，其特征在于，所述步骤b)中，所述第一预定时间为12-120小时。

6.根据权利要求1或2所述的锂离子二次电池的电芯老化方法，其特征在于，所述步骤c)中，所述第二充电电流为0.1-1C。

7.根据权利要求1或2所述的锂离子二次电池电芯老化方法，其特征在于，所述步骤c)中，所述第二预定电量为所述锂离子二次电池的标准容量的20-75％。

8.根据权利要求1或2所述的锂离子二次电池的电芯老化方法，其特征在于，所述步骤c)中，充电截止电压为3.0-4.0V。

9.根据权利要求1或2所述的锂离子二次电池的电芯老化方法，其特征在于，所述步骤d)中，所述第一温度为40-60℃。

10.根据权利要求1或2所述的锂离子二次电池电芯老化方法，其特征在于，所述步骤d)中，所述第二预定时间为24-120小时。

11.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的电芯老化方法，其特征在于，在所述步骤a)之前，将注液后的所述锂离子二次电池在高于常温的第二温度条件下陈化第三预定时间。

12.根据权利要求11所述的锂离子二次电池的电芯老化方法，其特征在于，所述第二温度条件为40-50℃。

13.根据权利要求11或12所述的锂离子二次电池的电芯老化方法，其特征在于，所述第三预定时间为12-120小时。