CN103560280A

CN103560280A - 锂离子电池的化成方法

Info

Publication number: CN103560280A
Application number: CN201310474218.6A
Authority: CN
Inventors: 孙怀兵; 胡清平; 冯洪亮; 冯岸柏; 杨禹超; 冯艺丰
Original assignee: HYB BATTERY CO Ltd
Current assignee: HYB BATTERY CO Ltd
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2033-10-11
Also published as: CN103560280B

Abstract

一种锂离子电池的化成方法，包括如下步骤：恒流充电至锂离子电池的可逆容量的20%～60%；静置4小时～25小时；接着恒流恒压充电至锂离子电池的截止电压为3.8伏～4.1伏，截止电流为0.01C。上述锂离子电池的化成方法能够有效地改善高能量密度锂离子电池的循环性能。

Description

锂离子电池的化成方法

技术领域

本发明锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池的化成方法。

背景技术

锂离子电池主要以碳素材料为负极材料，以含锂的化合物为正极材料。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极；而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时，嵌入在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极，回正极的锂离子越多，放电容量越高。随着智能手机和平板电脑的出现，人们对锂离子电池的容量要求越来越高，特别要求电池的使用时间越来越长。然而，在有限的电池壳体体积下，电池的容量越高，电池的循环就会越差。

一般地，开发高容量电池的方法是将锂离子电池负极片压实和使用高能量密度材料，但是负极片压实后，负极片表面的空隙就很少，电解液就很难浸润到极片内部去，严重影响锂离子电池的保液量；且导致电解液的渗透的速度太慢，造成电池化成时浓差极化非常大，严重影响锂离子电池的循环、倍率和低温性能。

化成是锂离子电池制作的关键工序，是获得良好电化学性能和安全性能的锂离子电池的重要保障，然而，由于高能量密度锂离子电池的负极普遍压实和面密度较高，造成电解液渗透不足或固体电解质界面膜（SEI）没有完全形成而造成电池循环性能变差，特别是高能量密度的聚合物锂离子电池，这在很大程度上制约了高能量密度电池的应用。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种锂离子电池的化成方法，能够有效地改善高能量密度的锂离子电池的循环性能。

一种锂离子电池的化成方法，包括如下步骤：

恒流充电至锂离子电池的可逆容量的20%～60%；

静置4小时～25小时；及

接着恒流恒压充电至所述锂离子电池的截止电压为3.8伏～4.1伏，截止电流为0.01C。

在其中一个实施例中，所述恒流充电的电流为0.01C～1C。

在其中一个实施例中，所述恒流充电至锂离子电池的可逆容量的30%～45%。

在其中一个实施例中，所述静置的时间为6小时～25小时。

在其中一个实施例中，所述静置的时间为10小时～20小时。

在其中一个实施例中，所述静置的时间为15小时。

在其中一个实施例中，所述恒流恒压充电的电流为0.1C～0.5C。

在其中一个实施例中，所述恒流恒压充电的电流为0.1C。

在其中一个实施例中，所述恒流恒压充电至所述锂离子电池的截止电压为3.95～4.05伏。

在其中一个实施例中，所述恒流恒压充电至所述锂离子电池的截止电压为3.95伏。

上述锂离子电池的化成方法，通过先对锂离子电池恒流充电至电池的可逆容量的20%～60%，然后通过静置4小时～25小时，能够使高能量密度的锂离子电池的电解液充分浸润阳极材料，并形成完整的SEI膜和增加保液量，并通过接下来再对锂离子电池恒流恒压充电，稳定电极材料表面的SEI膜，从而有效地改善了高能量密度的锂离子电池因过度压实而导致电解液渗透不足，造成固体电解质界面膜（SEI）没有完全形成而造成电池循环性能变差，因此，上述锂离子电池的化成方法能够有效地改善高能量密度锂离子电池的循环性能。

附图说明

图1为一实施方式的锂离子电池的化成方法的流程图。

具体实施方式

下面主要结合附图及具体实施例对锂离子电池的化成方法作进一步详细的说明。

如图1所示，一实施方式的锂离子电池的化成方法，包括如下步骤：

步骤S110：恒流充电至锂离子电池的可逆容量的20%～60%。

其中，锂离子电池可以为本领域常用的锂离子电池，例如，高能量密度锂离子电池、方形电池等。优选为高能量密度锂离子电池，且该高能量密度锂离子电池包括阴极、阳极、电解液以及隔膜，其中，隔膜间隔于阴极和阳极之间。其中，阳极的活性物质可以为无定型碳材料、石墨及硅碳复合材料中的至少一种；阴极的活性物质可以为锂镍钴锰、磷酸亚铁锂、锰酸锂、磷酸钒锂及钴酸锂中的至少一种。

通过先对锂离子电池恒流充电，从而充分激活阴阳极活性材料，使电极材料与电解液在固液相界面上发生反应，开始生成固体电解质界面膜（SEI）。

充电至锂离子电池的可逆容量的20%～60%，可以使电池内部杂质，水分与电解液开始反应，并生成SEI膜的主要成份。优选地，恒流充电至锂离子电池的可逆容量的30%～45%，因为该电量下电池副反应较为激烈，电池的产气量最大。其中，恒流充电的电流为0.01C～1C，以小电流充电是为了使SEI膜成份比较完整。

步骤S120：静置4小时～25小时。通过静置4小时～25小时，电解液充分的浸润电极的活性材料，在电极材料的表面初步形成固体电解质界面膜（SEI），且在静置的过程中不断渗透到电极的活性材料中，使电池的内部不断的反应，从而使电池内部的化学反应趋于稳定。

优选的，静置的时间为6小时～25小时，时间太短，电解液渗透不足，时间太长，会使制造周期变成，增加成本。更优选的，静置的时间为10小时～20小时；进一步优选的，静置时间为15小时。

步骤S130：接着恒流恒压充电至锂离子电池的截止电压为3.8伏～4.1伏，且截止电流为0.01C。

其中，恒流恒压充电的电流为0.1C～0.5C。优选的，恒流恒压充电的电流为0.1C。其中，恒流恒压充电的电压为截止电压。

优选的，恒流恒压充电至锂离子电池的截止电压为3.95～4.05伏。更优选的，恒流恒压充电至锂离子电池的截止电压为3.95伏。

且上述锂离子电池的化成方法，工艺简单，无需对化成设备等资源进行研发投资，无需更换设备，能够立刻实现工业化生产，且具有较高的效率，具有良好的应用前景。

以下为具体实施例部分：其中，实施例1～8和对比例1～2均为高能量密度型软包锂离子电池，能量密度在520Wh/L左右，阳极活性物质采用天然石墨，阴极活性物质采用钴酸锂（LiCoO₂）。测试条件为：电池的容量以1C循环2次后的结果为电池初始容量；电池的循环测试以1C电流，在3.0伏～4.2伏间进行充放电循环。测试电池高温储存前后的厚度及压降，高温储存条件为：将锂离子电池充电到限制电压4.2V，限制电流0.01C，然后将电池放入60℃的恒温恒湿箱中储存7天。

实施例1

本实施例的锂离子电池的化成方法如下：

先以0.05C的恒定电流充电至锂离子电池的可逆容量的30%，然后静置10小时，接着以0.1C的电流恒流恒压充电至截止电压为3.95伏，截止电流0.01C，化成结束。

对本实施例的锂离子电池进行性能测试，测试锂离子电池的容量和100周循环后容量的保持率，以及高温储存前后锂离子的厚度和压降，测试结果见表1。

实施例2

本实施例的锂离子电池的化成方法如下：

先以0.05C的恒定电流充电至锂离子电池的可逆容量的30%，然后静置15小时，接着以0.1C的电流恒流恒压充电至截止电压为3.95伏，截止电流0.01C，化成结束。

实施例3

本实施例的锂离子电池的化成方法如下：

先以0.05C的恒定电流充电至锂离子电池的可逆容量的45%，然后静置10小时，接着以0.1C的电流，恒流恒压充电至截止电压为4.05伏，截止电流0.01C，化成结束。

实施例4

本实施例的锂离子电池的化成方法如下：

先以0.05C的恒定电流充电至锂离子电池的可逆容量的45%，然后静置15小时，接着以0.1C的电流，恒流恒压充电至截止电压为4.05伏，截止电流0.01C，化成结束。

对本实施例的锂离子电池进行性能测试测试锂离子电池的容量和100周循环后容量的保持率，以及高温储存前后锂离子的厚度和压降，测试结果见表1。

实施例5

本实施例的锂离子电池的化成方法如下：

先以0.05C的恒定电流充电至锂离子电池的可逆容量的45%，然后静置20小时，接着以0.1C的电流恒流恒压充电至截止电压为4.05伏，截止电流0.01C，化成结束。

实施例6

本实施例的锂离子电池的化成方法如下：

先以0.01C的恒定电流充电至锂离子电池的可逆容量的20%，然后静置25小时，接着以0.1C的电流，恒流恒压充电至截止电压为3.8伏，截止电流0.01C，化成结束。

实施例7

本实施例的锂离子电池的化成方法如下：

先以0.05C的恒定电流充电至锂离子电池的可逆容量的60%，然后静置4小时，接着以0.5C的电流恒流恒压充电至截止电压为4.1伏，截止电流0.01C，化成结束。

实施例8

本实施例的锂离子电池的化成方法如下：

先以0.05C的恒定电流充电至锂离子电池的可逆容量的60%，然后静置10小时，接着以0.5C的电流恒流恒压充电至截止电压为4.1伏，截止电流0.01C，化成结束。

对比例1

对比例1的锂离子电池的化成方法如下：

先以0.05C的恒定电流充电至锂离子电池的可逆容量的30%，接着以0.1C的电流，恒流恒压充电至截止电压为3.95伏，截止电流0.01C，化成结束。

对对比例1的锂离子电池进行性能测试，测试锂离子电池的容量和100周循环后容量的保持率，以及高温储存前后锂离子的厚度和压降，测试结果见表1。

对比例2

对比例2的锂离子电池的化成方法如下：

先以0.05C的恒定电流充电至锂离子电池的可逆容量的45%，接着以0.1C的电流，恒流恒压充电至截止电压为4.05伏，截止电流0.01C，化成结束。

对对比例2的锂离子电池进行性能测试，测试锂离子电池的容量和100周循环后容量的保持率，以及高温储存前后锂离子的厚度和压降，测试结果见表1。

表1表示的是实施例1～实施例8和对比例1～对比例2的锂离子电池的各性能的测试结果。

表1

从表1中可以看出，采用本发明的化成方法的锂离子电池的平均容量均高于对比例1的锂离子电池的平均容量；且100周循环后，实施例1～8化成的锂离子电池的容量保持率明显远高于对比例1～2的锂离子电池的容量保持率；高温储存后，实施例1～8化成的锂离子电池的膨胀率明显远低于对比例1～2的锂离子电池的膨胀率，且其压降也明显远低于对比例1～2。也就是说，将实施例1～8的化成的锂离子电池与对比例1～2对比，本发明的化成方法得到的锂离子电池具有较高的平均容量、优良的循环性能以及优越的高温储存性能，因此，采用本发明的锂离子电池的化成方法，不仅能够有效地改善锂离子电池的循环性能，还能够明显改善高能量密度电池的高温储存性能。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种锂离子电池的化成方法，其特征在于，包括如下步骤：

恒流充电至锂离子电池的可逆容量的20%～60%；

静置4小时～25小时；及

2.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，所述恒流充电的电流为0.01C～1C。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，所述恒流充电至锂离子电池的可逆容量的30%～45%。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，所述静置的时间为6小时～25小时。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，所述静置的时间为10小时～20小时。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，所述静置的时间为15小时。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，所述恒流恒压充电的电流为0.1C～0.5C。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，所述恒流恒压充电的电流为0.1C。

9.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，所述恒流恒压充电至所述锂离子电池的截止电压为3.95～4.05伏。

10.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，所述恒流恒压充电至所述锂离子电池的截止电压为3.95伏。