CN103996876A - 锂离子电池化成方法以及制备方法 - Google Patents

锂离子电池化成方法以及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种锂离子电池化成方法以及制备方法。化成方法包括：采用预定的化成电流对锂离子电池进行恒流充电化成，至锂离子电池的电压达到3.0V-3.5V为止，化成电流不大于0.2C；垂直于锂离子电池的表面，压制锂离子电池的电芯体，保持电芯体被压制状态，从锂离子电池的气囊对锂离子电池进行抽气，抽出其中的气体，当抽气至预定程度时，保持抽气状态密封气囊上的抽气口，在密封时预留足够的气囊空间；继续对锂离子电池进行充电化成，至锂离子电池的电压达到3.90-3.95V为止，化成结束。应用该方法有利于提高锂离子电池的循环性能。

Description

锂离子电池化成方法以及制备方法
技术领域
本发明涉及电子领域，尤其涉及一种锂离子电池化成方法以及制备方法。
背景技术
离子电池是20世纪90年代出现的绿色高能环保电池，具有能量密度高、对环境无污染、无记忆效应、循环寿命长、自放电少等突出的优点。
化成是锂电池生产过程中的重要工序，化成时在负极表面形成一层钝化层：固体电解质界面膜(solid electrolyte interface，简称SEI膜)，SEI膜的好坏直接影响到电池的循环寿命、稳定性、自放电性、安全性等电化学性能，而不同的化成工艺及工序对形成的SEI膜有所不同，对电池的性能影响也存在很大差异。均一，致密的SEI膜密实的SEI膜能提升电池的综合性能(尤其是循环)。
发明内容
本发明实施例目的在于提供一种锂离子电池化成方法以及制备方法,应用该方法有利于提高锂离子电池的循环性能。
本发明实施例提供的一种锂离子电池化成方法，包括：
采用预定的化成电流对锂离子电池进行恒流充电化成，至所述锂离子电池的电压达到3.0V-3.5V为止，所述化成电流不大于0.2C；
垂直于所述锂离子电池的表面，压制所述锂离子电池的电芯体，保持所述电芯体被压制状态，从锂离子电池的气囊对所述锂离子电池进行抽气，抽出其中的气体，
当抽气至预定程度时，保持抽气状态密封所述气囊上的抽气口，在密封时预留足够的气囊空间；
继续对所述锂离子电池进行充电化成，至所述锂离子电池的电压达到3.90-3.95V为止，化成结束。
可选地，在压制所述锂离子电池的电芯体前，具体是采用预定的化成电流对锂离子电池进行恒流充电化成，至所述锂离子电池的电压达到3.2±0.5V为止。
可选地，在压制所述锂离子电池的电芯体后，具体是继续采用所述化成电流对锂离子电池进行恒流化成，至所述锂离子电池的电压达到3.95V为止。
可选地，具体是当抽气至真空度达-0.085Mpa时，保持抽气状态密封所述气囊上的抽气口，在密封时预留足够的气囊空间。
可选地，保持抽气状态密封所述气囊上的抽气口，具体是，
下降所述热压封头，使所述热压封头热压在所述气囊上，所述热压封头在所述气囊上形成的热压线与所述气囊的两垂直正交边缘分别相交构成一与电芯体相隔离的三角形区域，所述抽气口位于所述三角形区域上。
本实施例提供的一种锂离子电池的制备方法，包括：
采用预定的化成电流对锂离子电池进行恒流充电化成，至所述锂离子电池的电压达到3.0V-3.5V为止，所述化成电流不大于0.2C；
垂直于所述锂离子电池的表面，压制所述锂离子电池的电芯体，保持所述电芯体被压制状态，从锂离子电池的气囊对所述锂离子电池进行抽气，抽出其中的气体，
当抽气至预定程度时，保持抽气状态密封所述气囊上的抽气口，在密封时预留足够的气囊空间；
继续对所述锂离子电池进行充电化成，至所述锂离子电池的电压达到3.90-3.95V为止，化成结束；
对锂离子电池的所述气囊进行抽气，当抽气至预定程度时，保持抽气状态沿所述电芯体的边缘密封所述锂离子电池，使所述气囊与所述锂离子电池的电芯体相互隔离，剪除所述气囊，即得所述锂离子电池。
可选地，在压制所述锂离子电池的电芯体前，具体是采用预定的化成电流对锂离子电池进行恒流充电化成，至所述锂离子电池的电压达到3.2±0.5V为止。
可选地，在压制所述锂离子电池的电芯体后，具体是继续采用所述化成电流对锂离子电池进行恒流化成，至所述锂离子电池的电压达到3.95V为止。
可选地，具体是当抽气至真空度达-0.085Mpa时，保持抽气状态密封所述气囊上的抽气口，在密封时预留足够的气囊空间。
可选地，保持抽气状态密封所述气囊上的抽气口，具体是，
下降所述热压封头，使所述热压封头热压在所述气囊上，所述热压封头在所述气囊上形成的热压线与所述气囊的两垂直正交边缘分别相交构成一与电芯体相隔离的三角形区域，所述抽气口位于所述三角形区域上。
由上可见，应用本实施例技术方案，相对于现有技术的一次化成后抽气封装的技术方案，采用本实施例二次充电化成二次抽气的技术方案，电池的循环性能更佳，电池克容量发挥更彻底。特别地，当在第一次小电流充电化成充电至3.2V后暂停，然后进行压制抽气热封后继续化成抽真空密封的技术方案可以取得意想不到的突变效果。
附图说明
图1为本实施例1中提供的锂离子电池化成方法流程示意图。
图2为本实施例1中提供的压制封装设备的结构示意图。
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：
参见图1所示，本实施例提供的一种锂离子电池化成方法主要包括以下步骤：
步骤101：一次小电流充电化成。
采用预定的化成电流对锂离子电池进行恒流化成，至锂离子电池的电压达到3.0V为止。
其中，化成电流为不超过0.2C(即0.2*化成电池容量)的小电流。譬如，当前化成电流为0.05C，其中C代表电池容量，当前容量值为1000mA*H，则当前的电池化成电流为0.05*1000＝50mA。
步骤102：压制锂离子电池的电芯体，保持电芯体被压制状态，对锂离子电池的气囊207进行抽气，密封气囊207上的抽气口，在密封时预留足够的气囊207空间。
垂直于锂离子电池的表面，压制锂离子电池。在本实施例中可以但不限于采用图1所示的压制设备对锂离子电池进行压制。
作为本实施例的示意，参见图2所示，本实施例的压制封装设备包括：压制平台201、压板202、第一驱动装置(本实施例以第一气缸203示意)、封头装置。其连接关系是压板202设置在压制平台201的正上方；第一驱动装置固定在压板202的顶部，压板202在第一驱动装置的驱动下可升降运动。
封头装置设置在压制平台201的上方，封头装置位于压板202外，封头装置包括：连接件204、以及用于压制位于压制平台201上的锂离子电池铝塑膜进行铝塑膜热封的热压封头205，连接件204的上端连接有第二驱动装置206，连接件204的底部与热压封头205连接，在第二驱动装置206(本实施例以第二气缸206示意)的驱动下，热压封头205可升降运动，当热压封头205下降时与压制平台201的顶面接触，用于对伸出在压板202外的气囊的抽气口进行热压密封。
具体是，在步骤101的化成后，将锂离子电池平放在图1所示设备的压制平台201上，然后，启动与上压板202相连接的第一气缸203，在第一气缸203的驱动下使压板302下降压制位于压制平台201上的锂离子电池，锂离子电池上预留的气囊207伸出在压板202外。在压板202向下的压力的作用下，电芯体中的气体被排挤至锂离子电池壳体上的气囊207，使电芯体中各极片之间的层间距更小、更为均匀，有利于形成均一的致密的SEI膜。
保持压板202对电芯体的压制，采用抽气设备(譬如真空泵)插入电池的气囊207的一角，进行抽气，电芯体在化成过程中产生的气体通过气囊207被抽出，当抽气达到预定的程度(譬如真空度达到-0.085mpa)后，持续抽气预定时间(譬如持续抽气4秒)。保持压板202对电芯体的压制，保持抽气状态，密封锂离子电池气囊207上的抽气口。具体是，启动第二气缸206，在第二气缸206的带动下，热压封头205下降压制在压制平台201上的锂离子电池的气囊207上使气囊207上的抽气口位于热压封头205的热压线外，热压封头205的高温使其下被压住的铝塑膜处于热熔状态而融合在一起。在本次热封时，预留足够的气囊207空间，以便有足够的空间进行二次热封。
为了预留足够多的气囊207空间，本实施例的热压封头205在水平方向上呈斜线状，使当热压封头205压制在压制平台201的顶面时，热压封头205在压制平台201顶面形成的压制线、或者压制线的延长线分别与压制平台201顶面的两垂直相交边缘2011、2012相交，具体参见图2所示可以使热压封头205的热封部与压制平台201两相交的垂直边缘2011、2012均成钝角，从而在压制时，热压封头205在气囊207上压制形成一相对于气囊207的两垂直边缘均相交的压制线，气囊位于压制线外的区域呈三角形状(图中2071标示)，气囊207上的抽气口被热封在该三角形2071外。在应用时，可以将抽气口设置在气囊207最外端的转角处(图中2072)，在热封时，仅仅需要热封气囊207的一三角转角区域即可实现气囊207的封装，而确保在封装后气囊207仍然具有较大的空间，节约铝塑膜。
作为本实施例的示意，可以将压板202的一转角设置为三角形缺角(图中未画出)，从而正好在该缺角位置设置热压封头205，使热压封头205刚好位于压板202的缺角边缘外，热压封头205与压板202的缺角的边缘相互平行，与该边缘具有确定的距离。使在压制时，热压封头205刚好可从该缺角处下降，对从压板202伸出在该缺角空间的气囊207进行斜线热压密封。
作为本实施例的示意，热压封头205的下端的至少有一段呈以下形状：压制封头在热压封头205末端的压制面处的宽度最窄，压制封头的宽度由其末端往上逐渐变宽(如图中2051标示)。该设置一方面有利于操作人员对气囊207热压位置的观察，还有利于热压封头205上的热量向末端传导，提高热压效果。
作为本实施例的示意，可以将热压封头205的宽度设置为其上端的宽度大于下端的宽度。譬如如图2所示的上宽下窄的T形(图中2052标示)。以有利于热量向下传导，提高热压效果。
作为本实施例的示意，连接在第二气缸206与热压封头205之间的连接件204由隔热材料制成，避免热压封头205上的热量的传导，提高热压效果。
作为本实施例的示意，在压制平台201上至少位于热压封头205的正下方设置有一硅胶层，该硅胶层一方面能利于热量的传导，使被压的铝塑膜受热均匀，另一方面耐高温提高设备的使用寿命，还由于其具有一定的弹性而有利于保护热压封头205，提高设备的使用寿命。
由上可见，采用本实施例技术方案能够在步骤步骤101的化成后，压制、抽气以及气囊207密封均在本实施例的压制设备上一次性完成，操作方便，有利于提高生产效率。
步骤103：取下锂离子电池，再次上化成柜。
驱动第二气缸、第一气缸，使锂离子电池从压制设备上取出，将锂离子电池再次上化成柜。
步骤104：二次小电流化成，至锂离子电池的电压达到3.90V为止，化成结束。
此处的化成电流与步骤101中的化成电流一致，均不大于0.2C。
步骤105：第二次抽气。在第二次抽气后，保持抽气状态，对锂离子电池进行真空热封，热封线沿着电芯体的边缘，将气囊与电芯体相互隔离，然后剪除位于热封线外的气囊，即得成本锂离子电池。本步骤可以但不限于按照现有技术执行。
实施例2：
本实施例与实施例的不同之处在于如下：
在步骤101的第一次小电流充电化成时，充电至3.10V为止。
在步骤104的第二次小电流化成时，充电至3.95V为止。
实施例3：
本实施例与实施例的不同之处在于如下：
在步骤101的第一次小电流充电化成时，充电至3.15V为止。
在步骤104的第二次小电流化成时，充电至3.95V为止。
实施例4：
本实施例与实施例的不同之处在于如下：
在步骤101的第一次小电流充电化成时，充电至3.2V为止。
在步骤104的第二次小电流化成时，充电至3.95V为止。
实施例5：
本实施例与实施例的不同之处在于如下：
在步骤101的第一次小电流充电化成时，充电至3.25V为止。
在步骤104的第二次小电流化成时，充电至3.95V为止。
实施例6：
本实施例与实施例的不同之处在于如下：
在步骤101的第一次小电流充电化成时，充电至3.3V为止。
在步骤104的第二次小电流化成时，充电至3.95V为止。
实施例7：
本实施例与实施例的不同之处在于如下：
在步骤101的第一次小电流充电化成时，充电至3.4V为止。
在步骤104的第二次小电流化成时，充电至3.95V为止。
实施例8：
本实施例与实施例的不同之处在于如下：
在步骤101的第一次小电流充电化成时，充电至3.5V为止。
在步骤104的第二次小电流化成时，充电至3.95V为止。
对照例1：
步骤101：小电流充电化成至3.95V为止，化成结束。
步骤102：抽真空，在抽真空后，保持抽真空状态，对锂离子电池进行真空热封，热封线沿着电芯体的边缘，将气囊与电芯体相互隔离，然后剪除位于热封线外的气囊，即得成本锂离子电池。本步骤可以但不限于按照现有技术执行。
对照例2：
本实施例与实施例的不同之处在于如下：
在步骤101的第一次小电流充电化成时，充电至2.6V为止。
在步骤104的第二次小电流化成时，充电至3.95V为止。
对照例3：
本实施例与实施例的不同之处在于如下：
在步骤101的第一次小电流充电化成时，充电至2.8V为止。
在步骤104的第二次小电流化成时，充电至3.95V为止。
对照例4：
本实施例与实施例的不同之处在于如下：
在步骤101的第一次小电流充电化成时，充电至3.6V为止。
在步骤104的第二次小电流化成时，充电至3.95V为止。
对比例5：
本实施例与实施例的不同之处在于如下：
在步骤101的第一次小电流充电化成时，充电至3.7V为止。
在步骤104的第二次小电流化成时，充电至3.95V为止。
实验分析数据对比：
分别随机抽气实施例1-8、对比例1-5中得到的10颗锂离子电池作为测试样品，对其进行循环性能测试，得到下表一所示的实验数据平均值：
表一：循环性能参数表
由表一可见，相对于现有技术的一次化成后抽气封装的技术方案，采用本实施例二次充电化成二次抽气的技术方案，电池的循环性能更佳，电池克容量发挥更彻底。特别地，当在第一次小电流充电化成充电至3.2V后暂停，然后进行压制抽气热封后继续化成抽真空密封的技术方案可以取得意想不到的突变效果。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池化成方法，其特征是，包括：
采用预定的化成电流对锂离子电池进行恒流充电化成，至所述锂离子电池的电压达到3.0V-3.5V为止，所述化成电流不大于0.2C；
垂直于所述锂离子电池的表面，压制所述锂离子电池的电芯体，保持所述电芯体被压制状态，从锂离子电池的气囊对所述锂离子电池进行抽气，抽出其中的气体，
当抽气至预定程度时，保持抽气状态密封所述气囊上的抽气口，在密封时预留足够的气囊空间；
继续对所述锂离子电池进行充电化成，至所述锂离子电池的电压达到3.90-3.95V为止，化成结束。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池化成方法，其特征是，
在压制所述锂离子电池的电芯体前，具体是采用预定的化成电流对锂离子电池进行恒流充电化成，至所述锂离子电池的电压达到3.2±0.5V为止。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池化成方法，其特征是，
在压制所述锂离子电池的电芯体后，具体是继续采用所述化成电流对锂离子电池进行恒流化成，至所述锂离子电池的电压达到3.95V为止。
4.根据权利要求1或2所述的锂离子电池化成方法，其特征是，
具体是当抽气至真空度达-0.085Mpa时，保持抽气状态密封所述气囊上的抽气口，在密封时预留足够的气囊空间。
5.根据权利要求1或2所述的锂离子电池化成方法，其特征是，
保持抽气状态密封所述气囊上的抽气口，具体是，
下降所述热压封头，使所述热压封头热压在所述气囊上，所述热压封头在所述气囊上形成的热压线与所述气囊的两垂直正交边缘分别相交构成一与电芯体相隔离的三角形区域，所述抽气口位于所述三角形区域上。
6.一种锂离子电池的制备方法，其特征是，包括：
采用预定的化成电流对锂离子电池进行恒流充电化成，至所述锂离子电池的电压达到3.0V-3.5V为止，所述化成电流不大于0.2C；
垂直于所述锂离子电池的表面，压制所述锂离子电池的电芯体，保持所述电芯体被压制状态，从锂离子电池的气囊对所述锂离子电池进行抽气，抽出其中的气体，
当抽气至预定程度时，保持抽气状态密封所述气囊上的抽气口，在密封时预留足够的气囊空间；
继续对所述锂离子电池进行充电化成，至所述锂离子电池的电压达到3.90-3.95V为止，化成结束；
对锂离子电池的所述气囊进行抽气，当抽气至预定程度时，保持抽气状态沿所述电芯体的边缘密封所述锂离子电池，使所述气囊与所述锂离子电池的电芯体相互隔离，剪除所述气囊，即得所述锂离子电池。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池的制备方法，其特征是，
在压制所述锂离子电池的电芯体前，具体是采用预定的化成电流对锂离子电池进行恒流充电化成，至所述锂离子电池的电压达到3.2±0.5V为止。
8.根据权利要求6或7所述的锂离子电池的制备方法，其特征是，
在压制所述锂离子电池的电芯体后，具体是继续采用所述化成电流对锂离子电池进行恒流化成，至所述锂离子电池的电压达到3.95V为止。
9.根据权利要求6或7所述的锂离子电池的制备方法，其特征是，
具体是当抽气至真空度达-0.085Mpa时，保持抽气状态密封所述气囊上的抽气口，在密封时预留足够的气囊空间。
10.根据权利要求6或7所述的锂离子电池的制备方法，其特征是，
保持抽气状态密封所述气囊上的抽气口，具体是，
下降所述热压封头，使所述热压封头热压在所述气囊上，所述热压封头在所述气囊上形成的热压线与所述气囊的两垂直正交边缘分别相交构成一与电芯体相隔离的三角形区域，所述抽气口位于所述三角形区域上。
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