CN103354285A - 一种用于大容量磷酸铁锂的化成激活工艺 - Google Patents

一种用于大容量磷酸铁锂的化成激活工艺 Download PDF

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蒋森
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Abstract

本发明公开了一种用于大容量磷酸铁锂的化成激活工艺，其特征在于：该工艺包括以下步骤：电池注液后陈化；在恒温、电池内部微负压的条件下恒流限时、恒功率限压、恒压限流充电；恒功率限压、恒流限压放电；再恒流限时充电。采用上述方案后，使电解液浸润更完全且加快了陈化时间，能够有效排除SEI膜形成的气体但又不会带出过多的电解液防止了在老化过程中SEI膜的多次形成造成循环寿命的衰减，减少了SEI膜的溶解破坏，增强其稳定性，同时减少SEI膜形成过程中锂离子的损失，提高了首充效率及克容量，而化成环境稍低于常温有利于降低阻抗。

Description

一种用于大容量磷酸铁锂的化成激活工艺
技术领域
    本发明涉及大容量水性磷酸铁锂的化成激活工艺，属于锂电池制造领域具体涉及为电化学领域。
背景技术
随着工业的发达，能源消耗量的快速增长，污染也越来越严重，PM2.5成为了热门话题，越来越多的人们开始关注空气中污染物对健康的危害，“新能源汽车”“绿色交通”等字眼成为焦点，磷酸铁锂具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜，寿命长等优点，成为了新一代锂离子电池的理想正极材料。
目前市场上需求的都是高电压、高容量的新能源系统，而磷酸铁锂电池的额定电压只有3.2V左右，所以只能通过用多个单体电池先并后串或者先串后并来达到此要求。但在使用过程中，单体电池数量越多产生的外在问题越多，比如连接问题、短板效应问题、管理系统监测难问题等等，由于以上原因大容量磷酸铁锂电池成为大家研发生产的主要方向。
大容量磷酸铁锂电池相对小容量磷酸铁锂电池内部极片尺寸大、层数多，因此提高克容量、增长循环寿命、以及减小自放电等性能，大电池比小电池困难的多。众所周知充放电都是通过锂离子在负极嵌脱过程而完成的,由于锂离子的嵌入过程必然经由覆盖在碳负极上的SEI膜,因此SEI 膜的好坏成了锂电池的最关键影响因素之一，而SEI膜是在电池化成的首次充放电时形成，所以一个合适的化成工艺，不但能充分激活电池内的活性物质还能提高电池的性能。
发明内容
为了解决大容量磷酸铁锂电池的一些技术难点，本发明提供一种大容量磷酸铁锂的化成激活工艺。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于大容量磷酸铁锂的化成激活工艺，该工艺包括以下步骤：电池注液后陈化；在恒温、电池内部微负压的条件下恒流限时、恒功率限压、恒压限流充电；恒功率限压、恒流限压放电；再恒流限时充电。
一种大容量水性磷酸铁锂的化成激活工艺，所述的电池注液后陈化为：使注液后的电池内部保持一定的微正压0.005MPa-0.01MPa，放在微热35℃-45℃的环境下进行陈化24h-48h。
一种大容量磷酸铁锂的化成激活工艺，所述的恒温为：电池所处环境为恒温10℃-15℃。
一种大容量磷酸铁锂的化成激活工艺，所述的电池内部微负压为：电池内部保持一定的微负压-0.3 MPa--0.1MPa。
一种大容量磷酸铁锂的化成激活工艺，所述的恒流限时、恒功率限压、恒压限流充电为：用0.02C-0.04C恒流充电240分钟-400分钟，然后恒功率(电池额定功率的10%-15%)充电至电压3.65V-3.8V；再用3.65V-3.8V恒压充电，截止电流为0.01C-0.03C。
一种大容量磷酸铁锂的化成激活工艺，其特征在于所述的恒功率限压、恒流限压放电为：用恒功率(电池额定功率的10%-20%)放电至3.1V-3.2V,然后用恒流0.05C-0.15C放电至1.8V-2.0V。
一种大容量磷酸铁锂的化成激活工艺，其特征在于所述的恒流限时充电为：用恒流0.1C-0.15C充电至额定容量的40%-50%。
一种大容量磷酸铁锂的化成激活工艺，所述电池为:以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池，单体电池容量为40Ah-300Ah。
本发明的优点为：
采用上述方案后，使电解液浸润更完全且加快了陈化时间，能够有效排除SEI膜形成的气体但又不会带出过多的电解液防止了在老化过程中SEI膜的多次形成造成循环寿命的衰减，减少了SEI 膜的溶解破坏 ,增强其稳定性 ,同时减少 SEI膜形成过程中锂离子的损失，提高了首充效率及克容量，而化成环境稍低于常温有利于降低阻抗。
具体实施方式
实施例1
大容量磷酸铁锂常规制作流程为：
正极为磷酸鉄锂集流体为铝箔、负极为石墨集流体为铜箔、隔膜为PE/PP/PE三层复合膜、电解液为LIPF6，流程为搅拌-涂布-制片-叠片-注液-化成激活-分容。
化成后检测方法为：
1） 记录化成首次充放电效率，
2） 40℃老化10天后分容，先用0.5C恒流充电至3.65V转3.65V恒压充电，截止电流为0.05C,搁置20min后用0.5C恒流放电至2.5V，搁置20min后用0.5C恒流充电至3.65V转3.65V恒压充电，截止电流为0.05C,搁置20min后用0.5C恒流放电1h.正极克容量以分容实际放电容量推算，
3） 用0.5C做充放电循环测试，恒流充电截止电压为3.65V、恒压充电截止电流为0.05C、恒流放电截止电压为2.5V、充放电一次间隔为20min.
本实施例大容量磷酸铁锂的化成激活工艺
按照大容量磷酸铁锂常规制作流程做200Ah电池，经电池注液后，按照以下工艺对电池进行化成激活：
1.1) 在干燥室内往电池安全排气口上装一带PP气管的球阀，通入高纯氩气使内部保持微正压0.005MPa-0.01MPa，然后关闭球阀，把电池放在35℃-45℃的恒温箱内进行陈化48h.
1.2）  把电池放在恒温10℃-15℃的化成房内接上真空装置使内部保持-0.3 MPa--0.1MPa的微负压进行化成充放电。
1.3）   用上0.02C恒流充电400分钟后用额定功率的15%的恒功率充电至3.8V，再用3.8V恒压充电，截止电流为0.03C，搁置20min 后用额定功率的15%放电至3.1V，转用恒流0.05C放电至2.0V，搁置20min 后用0.1C恒流充电至额定容量的40%。
1.4）  化成后经检测电池部分性能见表1
实施例2
本实施例大容量磷酸铁锂的化成激活工艺
按照大容量磷酸铁锂常规制作流程做200Ah电池，经电池注液后，按照以下工艺对电池进行化成激活：
2.1) 在干燥室内往电池安全排气口上装一带PP气管的球阀，通入高纯氩气使内部保持微正压0.005MPa-0.01MPa，然后关闭球阀，把电池放在35℃-45℃的恒温箱内进行陈化48h.
2.2）  把电池放在恒温10℃-15℃的化成房内接上真空装置使内部保持-0.3 MPa--0.1MPa的微负压进行化成充放电。
2.3）   用上0.04C恒流充电240分钟后用额定功率的10%的恒功率充电至3.65V，再用3.65V恒压充电，截止电流为0.01C，搁置20min 后用额定功率的10%放电至3.2V，转用恒流0.15C放电至1.8V，搁置20min后用0.15C恒流充电至额定容量的50%。
2.4）  化成后经检测电池部分性能见表1
实施例3
本实施例大容量磷酸铁锂的化成激活工艺
按照大容量磷酸铁锂常规制作流程做40Ah电池，经电池注液后，按照以下工艺对电池进行化成激活：
3.1) 在干燥室内往电池安全排气口上装一带PP气管的球阀，通入高纯氩气使内部保持微正压0.005MPa-0.01MPa，然后关闭球阀，把电池放在35℃-45℃的恒温箱内进行陈化24h.
3.2）  把电池放在恒温10℃-15℃的房间内接上真空装置使内部保持-0.3 MPa--0.1MPa的微负压进行化成充放电。
3.3）   用上0.03C恒流充电320分钟后用额定功率的12%恒功率充电至3.75V，再用3.75V恒压充电，截止电流为0.02C，搁置20min后用额定功率的12%放电至3.15V，转用恒流0.12C放电至1.9V，搁置20min 后用0.12C恒流充电至额定容量的45%。
3.4）  化成后经检测电池部分性能见表1
对比实施例4
本实施例大容量磷酸铁锂的化成激活工艺
按照大容量磷酸铁锂常规制作流程做40Ah电池，经电池注液后，按照以下工艺对电池进行化成激活：
4.1) 在干燥室把电池密封，然后把电池放在常温下进行陈化48h.
4.2）  把电池放在常温的房间内接上真空装置使内部保持-0.3 MPa--0.1MPa的微负压进行化成充放电。
4.3）   用0.1C恒流充电至4.0V，用4.0V恒压充电至截止电流0.02C，搁置20min 再用0.1C恒流放电，截止电压为2.0V，搁置20min 后用0.15C恒流充电至额定容量的45%。
4.4）  化成后经检测电池部分性能见表1
对比实施例5
本实施例大容量磷酸铁锂的化成激活工艺
按照大容量磷酸铁锂常规制作流程做200Ah电池，经电池注液后，按照以下工艺对电池进行化成激活：
5.1) 在干燥室内往电池安全排气口上装一带PP气管的球阀，通入高纯氩气使内部保持微正压0.005MPa-0.01MPa，然后关闭球阀，把电池放在35℃-45℃的恒温箱内进行陈化24h.
5.2）  把电池放在恒温10℃-15℃的房间内接上真空装置使内部保持-0.3 MPa--0.1MPa的微负压进行化成充放电。
5.3）   用0.1C恒流充电至4.0V，用4.0V恒压充电至截止电流0.02C，搁置20min 再用0.1C恒流放电，截止电压为2.0V，搁置20min 后用0.15C恒流充电至额定容量的45%。
5.4）  化成后经检测电池部分性能见表1
                          表1 
电池性能 实施例1 实施例2 实施例3 对比实施例4 对比实施例5
首充效率 91.3% 91.7% 91.5% 88.6% 89.3%
正极克容量(mAh/g) 138.6 139.1 139.3 132.8 134.4
300次容量保持率 96.52% 96.63% 96.78% 94.58% 94.75%
600次容量保持率 94.14 94.09 94.41 91.85 92.75
由上表数据可以看出，采用本发明的大容量磷酸铁锂的化成激活工艺的电池，与对比实施例的电池相比，首充效率及正极克容量有所提高且循环寿命长，这说明采用上述方案后，使电解液浸润更完全且加快了陈化时间，减少了SEI 膜的溶解破坏 ,增强稳定性 ,同时减少 SEI膜形成过程中锂离子的损失，有利于提高了活性物质的效率及加长循环寿命。

Claims (8)

1.一种用于大容量磷酸铁锂的化成激活工艺，其特征在于：该工艺包括以下步骤：电池注液后陈化；在恒温、电池内部微负压的条件下恒流限时、恒功率限压、恒压限流充电；恒功率限压、恒流限压放电；再恒流限时充电。
2.根据权利要求1所述的一种大容量磷酸铁锂的化成激活工艺，其特征在于所述的电池注液后陈化为：使注液后的电池内部保持一定的微正压0.005MPa-0.01MPa，放在微热35℃-45℃的环境下进行陈化24h-48h。
3.根据权利要求1所述的一种大容量磷酸铁锂的化成激活工艺，其特征在于所述的恒温为：电池所处环境为恒温10℃-15℃。
4.根据权利要求1所述的一种大容量磷酸铁锂的化成激活工艺，其特征在于所述的电池内部微负压为：电池内部保持一定的微负压-0.3 MPa--0.1MPa。
5.根据权利要求1所述的一种大容量磷酸铁锂的化成激活工艺，其特征在于所述的恒流限时、恒功率限压、恒压限流充电为：用0.02C-0.04C恒流充电240分钟-400分钟，然后恒功率(电池额定功率的10%-15%)充电至电压3.65V-3.8V；再用3.65V-3.8V恒压充电，截止电流为0.01C-0.03C。
6.根据权利要求1所述的一种大容量磷酸铁锂的化成激活工艺，其特征在于所述的恒功率限压、恒流限压放电为：用恒功率(电池额定功率的10%-20%)放电至3.1V-3.2V,然后用恒流0.05C-0.15C放电至1.8V-2.0V。
7.根据权利要求1所述的一种大容量磷酸铁锂的化成激活工艺，其特征在于所述的恒流限时充电为：用恒流0.1C-0.15C充电至额定容量的40%-50%。
8.根据权利要求1所述的一种大容量磷酸铁锂的化成激活工艺，其特征在于所述电池为:以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池，单体电池容量为40Ah-300Ah。
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