CN103515653B - 软包锂离子电池的化成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂电池领域，公开了一种软包锂离子电池的化成方法。方法包括以超小电流充电至预定的未满充状态，静置；以小电流继续充电至满充，静置；抽真空热封所述壳体，留第一气囊袋；锂离子电池放电至放电截止电压；恒流充电至充电截止电压，恒压充电至充电截止电流，静置；放电至放电截止电压；恒流充电至充电截止电压，恒压充电至所述电流降低至充电截止电流，静置；抽真空，真空热封所述壳体，剪除第一气囊、第二气囊，即得封装在第二密封腔体内的锂离子电池。该方案有利于防止锂离子电池在应用过程中的胀气问题。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种软包锂离子电池的化成方法。
背景技术
锂二次电池是一种新型的化学电源，主要由正极、电池隔离膜、负极、电解液以及外壳等部分组成。锂离子电池工作时，锂离子能够在正极活性物质和负极活性物质之间嵌入和脱嵌。
锂二次电池由于具有工作电压高、比能量密度大、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应以及环境污染小等优点，在通讯设备、移动电子设备、电动工具、电动玩具以及航空模型上得到迅速应用普及。近年来，动力型锂二次电池逐步在大型储能设施、电动自行车、电动摩托车甚至电动汽车上得以应用。
在进行本发明的研究过程中，本发明人发现本现有技术存在以下的缺陷：
锂离子电池中的电极极片在制造过程中不可避免会受环境影响而存在残留水分，在锂离子电池充放电循环过程中，残留水分会与电解液发生反应而产生气体，导致气胀，给电池的安全使用带来极大的隐患。
特别地，目前由于具有零应变材料特性，循环性能好，放电电压平稳，而且电解液不致发生分解，有利于提高锂电池安全性能，具有高的锂离子扩散系数(为2*10-8cm2/s)，可高倍率充放电，且材料的电势比纯金属锂的高，不易产生锂晶枝等特点，钛酸锂被认为是目前最具潜力的动力锂离子电池的负极材料。
但是，钛酸锂具有颗粒小，又易吸水，故在电池的制造过程中容易吸入大量的水分，而这些残留水分会与电解液发生化学反应，导致电池胀气，给电池的安全使用带来极大的隐患。而这也制约了钛酸锂在动力锂离子电池的广泛应用。
发明内容
本发明实施例第一目的在于提供一种软包锂离子电池的化成方法，应用该技术方案有利于缓解锂离子电池在应用过程中的胀气问题，提高锂离子电池的应用安全性。
本发明实施例提供的一种软包锂离子电池的化成方法，包括：
以第一充电电流对注液密封壳体后的锂离子电池充电至预定的未满充状态，静置，所述第一充电电流为0.3-0.05倍率之任一的电流；
以第二充电电流对所述锂离子电池继续充电至满充，其中所述第二充电电流的电流值大于所述第一充电电流，静置，所述第二充电电流为0.1倍率的电流；
在所述锂离子电池的壳体侧开第一开口，通过所述第一开口对所述壳体的内部抽真空至预定真空度，真空热封所述壳体，将所述壳体上分隔成第一密封腔体以及第一气囊袋，电芯体以及电解液密封于所述第一密封腔体上，所述第一开口位于所述第一气囊袋上；
对所述锂离子电池放电至放电截止电压；
以第三充电电流对所述锂离子电池进行恒流充电至充电截止电压，其中所述第三充电电流的电流值大于所述第二充电电流，所述第三充电电流为0.5倍率的电流；
以所述充电截止电压对所述锂离子电池进行恒压充电至满充，并且使满充时充电电流降低至充电截止电流，静置；
对所述锂离子电池放电至放电截止电压；
以所述第三充电电流对所述锂离子电池进行恒流充电至充电截止电压，
以所述充电截止电压对所述锂离子电池进行恒压充电至满充，并且使满充时充电电流降低至所述充电截止电流，静置；
在所述第一密封腔体上开第二开口，通过所述第二开口对所述第一密封腔体的内部抽真空至预定真空度，
真空热封所述壳体，将所述第一密封腔体分隔成第二密封腔体以及第二气囊袋，所述电芯体以及电解液密封于所述第二密封腔体内，所述第二开口位于所述第二气囊袋上，所述第二气囊袋间隔在所述第二密封腔体与所述第一气囊袋之间；
剪除所述第一气囊、第二气囊，即得封装在所述第二密封腔体内的锂离子电池。
由上可见，应用本发明实施例的技术方案，由于本实施例在进行电池化成的过程中，首次给锂离子电池充电时，首先进行超小电流预充电，使电池中的活性物质残留水分以及电解液缓缓反应，在锂离子电池表面形成致密的一层的钝化膜具有超高密度的紧密度，以牢牢地将极片的电极材料包围在钝化膜内；然后以略大的小电流继续充电至满充，进一步强化锂离子电池内活性物质残留水分与电解质的反应，促进气体的释放，使形成的钝化膜具有较高的紧密度，并且在超小电流以及超小电流充电后进行充分的静置处理，有利于电池内部材料反应过程中产生的气体被有效释放，以便在后续的抽真空处理时能更充分将其中的气体抽出，避免气体残留。
另外，应用本实施例技术方案，在进行第一次充电至满充后，进行第一次抽真空，抽出反应过程中的气体；为了进一步避免锂离子电池胀气，本实施例在第一次充放电循环之后，还进一步进行了第二次充放电循环，在第二次充放电循环后，还进行第三次充电，以便最大程度的促进锂离子电池中活性物质残留水分与电解质的反应，以使残留水分反应完全变成气体被充分释出。在第三次充电后还进一步进行第二次抽真空处理，抽出其中的反应气体，以防止锂离子电池在应用过程中发生胀气而带来安全隐患，故应用本实施例技术方案有利于提高锂离子电池的稳定性、安全性，有利于延长锂离子电池的寿命。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明实施例1提供的一种软包锂离子电池注液密封之后的化成方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
本实施例提供了一种软包锂离子电池注液密封之后的化成方法，参见图1所示，该方法主要包括以下流程：
步骤101：超小电流预充电。
以第一充电电流对注液密封壳体后的锂离子电池充电至预定的未满充状态。譬如，可以采用0.3-0.05倍率之任一的超小电流对锂离子电池进行预充电，直到锂离子电池的容量达到总容量的60-70％左右为止。
在本实施例的试验中，发明人具体是0.05倍率的电流对锂离子电池进行充电260分钟，使其容量达到总容量的30％。
在本实施例中采用该超小电流充电有利于使锂离子电池内部电极材料与电解液之间的反应缓缓进行，在电极表面形成致密度较高的膜层。
步骤102：静置。
在步骤101预充电之后，静置该锂离子电池，在本实施例中的具体静置时间为10分钟。但并不仅限于此，还可以静置更长的时间。
在步骤101后进行本步骤处理有利于使经过步骤101超小电流充电过程中，电极材料、残留的水分以及电解液发生产生的气体：譬如二氧化碳、有绩效分子气体等被有效充分从电解液中释放出来。
步骤103：小电流充电至满充状态。
以第二充电电流对经过步骤102处理的锂离子电池继续充电至满充，其中锂离子电池的满充状态由各锂离子电池的电极材料确定。电池处于满充状态时的电压略高于该锂离子电池的充电截止电压。
在经过步骤101的超小电流充电之后，再进行本步骤以较大充电电流对该锂离子电池进行充电，有利于进一步强化锂离子电池内电解液、水分以及活性物质之间的化学反应，进一步有利于电极表面膜层的形成以及水分的充分反应。
在本实施例的试验中，发明人具体是以0.1倍率的电流对锂离子电池进行继续充电至满充。
步骤104：静置。
步骤105：第一次抽真空，热封。
在锂离子电池外部的软包壳体的一侧开一小口，记为第一开口，通过第一开口对壳体的内部抽真空至预定的真空度，真空热封壳体的一侧边，从而在该软包壳体形成第一密封腔体以及第一气囊袋。
其中电芯体以及电解液密封于第一密封腔体上，第一开口位于第一气囊袋上。此时，不剪除该第一气囊，留用。
步骤106：对锂离子电池放电至放电截止电压。
锂离子电池的放电截止电压由锂离子电池的正极材料性质确定。
在本实施例的试验中，本发明人具体是以0.5倍率的恒流放电电流，对该锂离子电池进行放电至放电截止电压。
经过步骤101-105的处理，该锂离子电池完成一个充放电循环，为了使锂离子电池的性能更加稳定，使其内部的水分充分反应，本实施例还进行以下的进一步处理。
步骤107：恒流充电至截止电压。
以第三充电电流对锂离子电池进行恒流充电至充电截止电压，其中第三充电电流的电流值大于第二充电电流。
在本实施例的试验中，本发明人具体是以0.5倍率的充电电流对锂离子电池进行恒流充电，且在恒流充电的过程中逐渐提高充电电压直到锂离子电池的电压达到充电截止电压为止。
其中，各锂离子电池的充电截止电压由锂离子电池的正极材料性质确定。
步骤108：恒压充电至满充，满充时，充电电流降低至充电截止电流。
在步骤107后，以充电截止电压对该锂离子电池进行恒压充电补电至满充，在恒压充电过程中逐渐降低充电电流，直到充电至满充时，充电电流降低到充电截止电流。
本发明人在本实施例试验过程中发现该充电截止电流为0.02倍率。
步骤109：静置。
其原理以及作用与步骤102、104同理。
在本实施的试验中，本发明人具体是静置10分钟，但是不限于此，还可以静置更长的时间。
步骤110：对锂离子电池放电至放电截止电压。
锂离子电池的放电截止电压由锂离子电池的正极材料性质确定。
在本实施例的试验中，本发明人具体是以0.5倍率的恒流放电电流，对该锂离子电池进行放电至放电截止电压。
至此，该锂离子电池完成两个充放电循环。
为了使锂离子电池的性能更加稳定，使其内部的水分充分反应，本实施例还进行以下的进一步处理。
步骤111：恒流充电至截止电压。
与步骤107同理，具体可以参见107的处理执行。
步骤112：恒压充电至满充，满充时，充电电流降低至充电截止电流。
步骤113：静置。
步骤114：第二次抽真空，热封。
在所述第一密封腔体上开第二开口，通过所述第二开口对所述第一密封腔体的内部抽真空至预定真空度，并且在抽真空过程中真空热封壳体，使在第一密封腔体上形成第二密封腔体以及第二气囊袋。
其中，电芯体以及电解液密封于第二密封腔体内，第二开口位于第二气囊袋上，第二气囊袋间隔在第二密封腔体与第一气囊袋之间。
步骤115：剪除气囊袋，即得封装在所述第二密封腔体内的锂离子电池。
由上可见，应用本发明实施例的技术方案，由于本实施例在进行电池化成的过程中，首次给锂离子电池充电时，首先进行超小电流预充电，使电池中的活性物质残留水分以及电解液缓缓反应，在锂离子电池表面形成致密的一层的钝化膜具有超高密度的紧密度，以牢牢地将极片的电极材料包围在钝化膜内；然后以略大的小电流继续充电至满充，进一步强化锂离子电池内活性物质残留水分与电解质的反应，促进气体的释放，使形成的钝化膜具有较高的紧密度，并且在超小电流以及超小电流充电后进行充分的静置处理，有利于电池内部材料反应过程中产生的气体被有效释放，以便在后续的抽真空处理时能更充分将其中的气体抽出，避免气体残留。
另外，应用本实施例技术方案，在进行第一次充电至满充后，进行第一次抽真空，抽出反应过程中的气体；为了进一步避免锂离子电池胀气，本实施例在第一次充放电循环之后，还进一步进行了第二次充放电循环，在第二次充放电循环后，还进行第三次充电，以便最大程度的促进锂离子电池中活性物质残留水分与电解质的反应，以使残留水分反应完全变成气体被充分释出。在第三次充电后还进一步进行第二次抽真空处理，抽出其中的反应气体，以防止锂离子电池在应用过程中发生胀气而带来安全隐患，故应用本实施例技术方案有利于提高锂离子电池的稳定性、安全性，有利于延长锂离子电池的寿命。
本实施例技术方案特别适用于以吸水性较强的钛酸锂为负极的软包装锂离子电池，有利于推进钛酸锂在动力锂离子电池的广泛应用。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种软包锂离子电池的化成方法，其特征是，包括：
以第一充电电流对注液密封壳体后的锂离子电池充电至预定的未满充状态，静置，所述第一充电电流为0.3-0.05倍率之任一的电流；
以第二充电电流对所述锂离子电池继续充电至满充，其中所述第二充电电流的电流值大于所述第一充电电流，静置，所述第二充电电流为0.1倍率的电流；
在所述锂离子电池的壳体侧开第一开口，通过所述第一开口对所述壳体的内部抽真空至预定真空度，真空热封所述壳体，将所述壳体上分隔成第一密封腔体以及第一气囊袋，电芯体以及电解液密封于所述第一密封腔体上，所述第一开口位于所述第一气囊袋上；
对所述锂离子电池放电至放电截止电压；
以第三充电电流对所述锂离子电池进行恒流充电至充电截止电压，其中所述第三充电电流的电流值大于所述第二充电电流，所述第三充电电流为0.5倍率的电流；
以所述充电截止电压对所述锂离子电池进行恒压充电至满充，并且使满充时充电电流降低至充电截止电流，静置；
对所述锂离子电池放电至放电截止电压；
以所述第三充电电流对所述锂离子电池进行恒流充电至充电截止电压，
以所述充电截止电压对所述锂离子电池进行恒压充电至满充，并且使满充时充电电流降低至所述充电截止电流，静置；
在所述第一密封腔体上开第二开口，通过所述第二开口对所述第一密封腔体的内部抽真空至预定真空度，
真空热封所述壳体，将所述第一密封腔体分隔成第二密封腔体以及第二气囊袋，所述电芯体以及电解液密封于所述第二密封腔体内，所述第二开口位于所述第二气囊袋上，所述第二气囊袋间隔在所述第二密封腔体与所述第一气囊袋之间；
剪除所述第一气囊、第二气囊，即得封装在所述第二密封腔体内的锂离子电池。
2.根据权利要求1所述一种软包锂离子电池的化成方法，其特征是，
所述第一充电电流为0.05倍率的电流；
所述第二充电电流为0.1倍率的电流；
所述第三充电电流为0.5倍率的电流；
对所述锂离子电池放电至放电截止电压，具体为：
以0.5倍率的电流对所述锂离子进行恒流放电至所述锂离子电池的电压下降到所述放电截止电压。
3.根据权利要求1所述一种软包锂离子电池的化成方法，其特征是，
所述充电截止电流为0.02倍率的电流。
4.根据权利要求1或2所述一种软包锂离子电池的化成方法，其特征是，
所述预定的未满充状态具体为：所述锂离子电池的容量达到额定容量的30％-70％的任一。
5.根据权利要求1或2所述一种软包锂离子电池的化成方法，其特征是，
所述预定真空度为：小于或者等于-88kPa的任一。
6.根据权利要求1或2所述一种软包锂离子电池的化成方法，其特征是，
在步骤：以第一充电电流对注液密封壳体后的锂离子电池充电至预定的未满充状态之后，静置的时间具体为10分钟。
7.根据权利要求1或2所述一种软包锂离子电池的化成方法，其特征是，
在步骤：以第一充电电流对注液密封壳体后的锂离子电池充电至预定的未满充状态之后，静置的时间具体为等于或者大于10分钟。
8.根据权利要求1或2所述一种软包锂离子电池的化成方法，其特征是，
在步骤：以第二充电电流对所述锂离子电池继续充电至满充之后，静置的时间具体为等于或者大于4小时。
9.根据权利要求1或2所述一种软包锂离子电池的化成方法，其特征是，
所述锂离子电池为以钛酸锂为负极的锂离子电池。
10.根据权利要求1或2所述一种软包锂离子电池的化成方法，其特征是，
真空热封所述壳体时，用于热封的刀模的上模、下模的温度均为200℃，抽气真空度为-88kPa，热压时间为3秒。
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