CN103326069A - 一种锰酸锂动力电池的化成方法 - Google Patents

一种锰酸锂动力电池的化成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锰酸锂动力电池的化成方法，包括如下步骤：对动力电池进行注液，并在注液后进行第一预设时间的静置；以第一预设电流恒流充电至第一预设电压后进行第二预设时间的静置；以第二预设电流恒流充电至第二预设电压后进行第三预设时间的静置；以第三预设电流恒流充电至第三预设电压，然后以第三预设电流恒流放电至第四预设电压，重复执行该步骤至预设次数。本发明实施例提供的锰酸锂动力电池的化成方法能形成致密、稳定的SEI膜，使化成产生的气体完全排除，有效改善了电池的可用容量、循环性能、一致性和安全性，并且该化成方法操作简单、可靠性高，尤其适用于电动汽车用锰酸锂电池，可推广应用。

Description

一种锰酸锂动力电池的化成方法
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种锰酸锂动力电池的化成方法。
背景技术
随着人们对于环境保护意识的加强，汽车尾气所带来的环境污染已经引起了广泛的关注，为了根治汽车尾气对环境造成的污染和缓解能源危机，电动汽车的研究、开发和产业化成为全世界关注的问题。然而，制约电动汽车发展的最大瓶颈就是动力电池。锂离子电池以能量密度高、功率密度高、循环寿命长、安全性好等优点成为电动汽车首选动力电源。而这其中锰酸锂动力电池以其原材料资源丰富、电池一致性好、产品价格低廉等特点成为最受欢迎的锂离子动力电池。
锂离子电池制造后，通过一定的充放电方式将其内部正负极物质激活，改善电池的充放电性能及自放电、储存等综合性能的过程称为化成。锂电池的化成是电池的初使化，使电池的活性物质激活，该过程是一个非常复杂的过程，同时也是影响电池性能非常重要的一道工序。在锂电池首次充电时，锂离子不可避免地要与电解液中的有机溶剂发生不可逆的化学反应，同时在负极与电解液的相界面上形成覆盖在负极表面的钝化薄层，称之为SEI膜(Solid Electrolyte Interface，固体电解质界面膜)。SEI膜的形成一方面消耗了电池中有限的锂离子，另一方面也增加了电极/电解液界面的电阻造成一定的电压滞后。当电极表面完全被SEI膜覆盖后，不可逆反应即停止，一旦形成稳定的SEI膜，充放电过程可多次循环进行。SEI膜形成的质量、稳定性、界面的优化是决定电池寿命不可忽视的重要因素。因而锂离子电池的化成阶段是关系电池容量、自放电性能、循环性能和安全性能的关键步骤。
目前锰酸锂电池采用的化成方法是先小电流充电，然后再大电流充电，由于对充电上限电压设置的不合理以及化成工序过于简化，致使SEI膜形成不稳定，排气不完全，影响电池的可用容量和循环性能，造成电池一致性很差，电池的安全也存在隐患。对于电动汽车用锰酸锂动力电池来说，电池的一致性和循环性能的好坏与整车性能密切相关，现有化成方法不能很好地适用于动力电池领域，开发一种稳定可靠的锰酸锂动力电池化成方法成为动力电池制造业的当务之急。
发明内容
本发明的目的在于解决传统锂电池化成方法中存在的不足，提出一种锰酸锂动力电池化成方法。
为实现上述目的，本发明的实施例提出一种锰酸锂动力电池化成方法，包括如下步骤：
S1，对动力电池进行注液，并在注液后进行第一预设时间的静置；
S2，对所述动力电池的电芯以第一预设电流恒流充电至第一预设电压，并在达到所述第一预设电压后进行第二预设时间的静置；
S3，对所述动力电池的电芯以第二预设电流恒流充电至第二预设电压，并在达到所述第二预设电压后进行第三预设时间的静置；以及
S4，对所述动力电池的电芯以第三预设电流恒流充电至第三预设电压，以及以所述第三预设电流对所述动力电池的电芯放电至第四预设电压，重复执行预设次数的步骤S4。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S1中的第一预设时间为16～24小时；
在本发明的一个实施例中，所述步骤S2中的第二预设时间和所述步骤S3中的第三预设时间为10～30min；
在本发明的一个实施例中，所述第一预设电流、所述第二预设电流和所述第三预设电流的强度依次增大；
在本发明的一个实施例中，所述步骤S2中的第一预设电流为0.02～0.05C，所述步骤S3中的第二预设电流为0.1～0.2C，所述步骤S4中的第三预设电流为0.5～0.8C；
在本发明的一个实施例中，所述步骤S2中的第一预设电压为3.4～3.45V，所述步骤S3中的第二预设电压为3.9～3.95V；
在本发明的一个实施例中，所述步骤S4中的第三预设电压为4.2～4.25V，所述第四预设电压为2.75～3.0V；
在本发明的一个实施例中，根据所述动力电池上形成的固体电解质界面膜SEI膜的稳定程度，设置所述预设次数。
在本发明的一个实施例中，所述步骤S4的循环次数为1～5次。
本发明提供的锰酸锂动力电池的化成方法，电池注液后静置是使电解液充分浸润，使电芯对电解液的吸收更完全。以较小的第一预设电流充电，形成的SEI膜质量和界面状况更好，同时小电流充电能减少极化反应，防止锂枝晶的生成，但该阶段形成的SEI膜不稳定，易与分解产物发生反应，需进一步以中等的第二预设电流充电使SEI膜趋于稳定，同时充电至第二预设电压可以使化成过程中化学反应的气体全部产生，达到完全排气的目的。步骤S2和步骤S3中静置的目的是不同电流充电阶段的转换，并达到消除极化的作用。最后以较大的第三预设电流充电使SEI膜致密，热稳定性更好，此时的SEI膜将电解液与负极完全隔开，随着电位的提高，负极活性物质完全被激活，循环该步骤可以进一步稳定SEI膜，减少副反应的发生，提高循环容量，增加电池的安全性能。
本发明的优点在于能形成致密、稳定的SEI膜，使化成产生的气体完全排除，有效改善了电池的可用容量、循环性能、一致性和安全性，该化成方法操作简单、可靠性高，尤其适用于电动汽车用锰酸锂电池，可推广应用。
本发明附加的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
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合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锰酸锂动力电池化成方法的流程框图。
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，而不能解释为对本发明的限制。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
下面参考图1描述根据本发明实施例的锰酸锂动力电池的化成方法。
如图1所示，本发明实施例提供的锰酸锂动力电池的化成方法，包括如下步骤：
步骤S1，对动力电池进行注液，之后进行第一预设时间t1的静置。
在本发明的一个实施例中，第一预设时间t1可以为16～24小时。该步骤是使电解液充分浸润，使电芯对电解液的吸收更完全。可以理解的是，上述对第一预设时间的设置仅是出于示例的目的，而不是为了限制本发明。本发明的中的第一预设时间t1还可以设置为其他时长。
步骤S2，以第一预设电流I1恒流充电至第一预设电压V1后进行第二预设时间t2的静置。
在本发明的一个实施例中，第一预设电流I1可以为0.02～0.05C，第一预设电压V1可以为3.4～3.45V，第二预设时间t2可以为10～30min。以较小的第一预设电流I1充电是使形成的SEI膜质量和界面状况更好，同时小电流充电能减少极化反应，防止锂枝晶的生成。该阶段是SEI膜的初步形成阶段，但形成的SEI膜不稳定，易与分解产物发生反应，充电后的静置过程是为了消除极化，达到不同电流充电之间的转换。
需要说明的是，上述对第一预设电流I1和上限电压V1的设置仅是出于示例的目的，而不是为了限制本发明。本发明中的第一预设电流I1和第一预设电压V1还可以设置为其他数值。
可以理解的是，上述对第二预设时间的设置仅是出于示例的目的，而不是为了限制本发明。本发明的中的第二预设时间t2还可以设置为其他时长。
步骤S3，以第二预设电流I2恒流充电至第二预设电压V2后进行第三预设时间t3的静置。
在本发明的一个实施例中，第二预设电流I2可以为0.1～0.2C，第二预设电压V2可以为3.9～3.95V，第三预设时间t3可以为10～30min。由于在S2步骤中形成的SEI膜不稳定，因此需进一步用中等的第二预设电流I2充电使SEI膜趋于稳定，同时充电至第二预设电压V2可以使化成过程中化学反应的气体全部产生，达到完全排气的目的。
需要说明的是，上述对第二预设电流I2和第二预设电压V2的设置仅是出于示例的目的，而不是为了限制本发明。本发明中的第二预设电流I2和第二预设电压V2还可以设置为其他数值。
可以理解的是，上述对第三预设时间的设置仅是出于示例的目的，而不是为了限制本发明。本发明的中的第三预设时间t3还可以设置为其他时长。
步骤S4，以第三预设电流I3恒流充电至第三预设电压V3，然后再以第三预设电流I3恒流放电至第四预设电压V4，重复预设次数的步骤S4。
在本发明的一个实施例中，第三预设电流I3可以为0.5～0.8C，第三预设电压V3可以为4.2～4.25V，第四预设电压V4可以为2.75～3.0V。以较大的第三预设电流I3充电使SEI膜更加致密，热稳定性更好，此时的SEI膜将电解液与负极完全隔开，大电流充电可以节省化成时间，随着电位的提高，负极活性物质完全被激活，重复步骤S4可以进一步稳定SEI膜，减少后续循环过程中副反应的发生，提高循环容量，增加电池的安全性能。在具体实施中，可以参考SEI膜的稳定程度决定S4步骤的重复次数，即根据动力电池上形成的SEI膜的稳定程度，设置预设次数。
在本发明的的一个示例中，预设次数为1～5次。
需要说明的是，上述对第三预设电流I3和第三预设电压V3及第四预设电压V4的设置仅是出于示例的目的，而不是为了限制本发明。本发明中的第三预设电流I3、第三预设电压V3和第四预设电压V4还可以设置为其他数值。
在本发明的一个实施例中，第一至第三预设电压均可以理解为上限电压，第四预设电压可以理解为下限电压。
在本发明的一个实施例中，为了使得SEI膜逐渐稳定，第一预设电流、第二预设电流和第三预设电流的电流强度依次增大。
下面将通过具体实施例来进一步描述本发明。以下发明实施例中，以1000只注液后编号为S80200235MP的锰酸锂电芯为例进行一致操作，需要说明的是本发明的实施例并不是在限制锂电芯的数量及型号等等。
【第一实施例】
取1000只注液后编号为S80200235MP的锰酸锂电芯，静置第一预设时间t1为24小时。首先以第一预设电流I1为0.4A恒定电流将电芯充电至第一预设电压V1为3.45V，静置第二预设时间t2为10分钟。然后以第二预设电流I2为2A恒定电流将电芯充电至第二预设电压V2为3.9V，静置第三预设时间t3为10分钟。最后以第三预设电流I3为10A恒定电流将电芯充电至第三预设电压V3为4.2V，然后以第三预设电流I3为10A恒定电流将电芯放电至第四预设电压V4为2.75V，重复最后步骤1次，完成电池化成过程。
【第二实施例】
取1000只注液后编号为S80200235MP的锰酸锂电芯，静置第一预设时间t1为16小时。首先以第一预设电流I1为0.8A恒定电流将电芯充电至第一预设电压V1为3.4V，静置第二预设时间t2为20分钟。然后以第二预设电流I2为4A恒定电流将电芯充电至第二预设电压V2为3.95V，静置第三预设时间t3为20分钟。最后以第三预设电流I3为10A恒定电流将电芯充电至第三预设电压V3为4.2V，然后以第三预设电流I3为10A恒定电流将电芯放电至第四预设电压V4为2.75V，重复最后步骤2次，完成电池化成过程。
【第三实施例】
取1000只注液后编号为S80200235MP的锰酸锂电芯，静置第一预设时间t1为20小时。首先以第一预设电流I1为1A恒定电流将电芯充电至第一预设电压V1为3.4V，静置第二预设时间t2为30分钟。然后以第二预设电流I2为2A恒定电流将电芯充电至第二预设电压V2为3.9V，静置第三预设时间t3为30分钟。最后以第三预设电流I3为16A恒定电流将电芯充电至第三预设电压V3为4.2V，然后以第三预设电流I3为16A恒定电流将电芯放电至第四预设电压V4为2.75V，重复最后步骤5次，完成电池化成过程。
【第四实施例】
取1000只注液后编号为S80200235MP的锰酸锂电芯，静置第一预设时间t1为16小时。首先以第一预设电流I1为1A恒定电流将电芯充电至第一预设电压V1为3.45V，静置第二预设时间t2为10分钟。然后以第二预设电流I2为2A恒定电流将电芯充电至第二预设电压V2为3.95V，静置第三预设时间t3为10分钟。最后以第三预设电流I3为12A恒定电流将电芯充电至第三预设电压V3为4.2V，然后以第三预设电流I3为12A恒定电流将电芯放电至第四预设电压V4为2.75V，重复最后步骤2次，完成电池化成过程。
本发明提供的锰酸锂动力电池的化成方法，电池注液后静置是使电解液充分浸润，使电芯对电解液的吸收更完全。以较小的第一预设电流充电，形成的SEI膜质量和界面状况更好，同时小电流充电能减少极化反应，防止锂枝晶的生成，但该阶段形成的SEI膜不稳定，易与分解产物发生反应，需进一步以中等的第二预设电流充电使SEI膜趋于稳定，同时充电至第二预设电压可以使化成过程中化学反应的气体全部产生，达到完全排气的目的。步骤S2和步骤S3中静置的目的是不同电流充电阶段的转换，并达到消除极化的作用。最后以较大的第三预设电流充电使SEI膜致密，热稳定性更好，此时的SEI膜将电解液与负极完全隔开，随着电位的提高，负极活性物质完全被激活，循环该步骤可以进一步稳定SEI膜，减少副反应的发生，提高循环容量，增加电池的安全性能。
本发明的优点在于能形成致密、稳定的SEI膜，使化成产生的气体完全排除，有效改善了电池的可用容量、循环性能、一致性和安全性，该化成方法操作简单、可靠性高，尤其适用于电动汽车用锰酸锂电池，可推广应用。
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，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种锰酸锂动力电池的化成方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，对动力电池进行注液，并在注液后进行第一预设时间的静置；
S2，对所述动力电池的电芯以第一预设电流恒流充电至第一预设电压，并在达到所述第一预设电压后进行第二预设时间的静置；
S3，对所述动力电池的电芯以第二预设电流恒流充电至第二预设电压，并在达到所述第二预设电压后进行第三预设时间的静置；以及
S4，对所述动力电池的电芯以第三预设电流恒流充电至第三预设电压，以及以所述第三预设电流对所述动力电池的电芯放电至第四预设电压，重复执行预设次数的步骤S4。
2.如权利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述第一预设时间为16～24小时。
3.如权利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述第二预设时间和所述第三预设时间为10～30分钟。
4.如权利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述第一预设电流、所述第二预设电流和所述第三预设电流的强度依次增大。
5.如权利要求4所述的化成方法，其特征在于，所述第一预设电流为0.02～0.05C，所述第二预设电流为0.1～0.2C，所述第三预设电流为0.5～0.8C。
6.如权利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述第一预设电压为3.4～3.45V，所述第二预设电压为3.9～3.95V。
7.如权利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述第三预设电压为4.2～4.25V，所述第四预设电压为2.75～3.0V。
8.如权利要求1所述的化成方法，其特征在于，根据所述动力电池上形成的固体电解质界面膜SEI膜的稳定程度，设置所述预设次数。
9.如权利要求8所述的化成方法，其特征在于，所述预设次数为1～5次。
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