CN104409780B - 钛酸锂电池的化成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钛酸锂电池的化成方法，包括以下步骤：S1、在第一预设温度T1下，将电池搁置第一预设时间t1后，对电池以第一预设电流I1恒流充电至第一截止电压U1，并以U1恒压充电第二预设时间t2；S2、在第一预设温度T1下，将电池搁置第三预设时间t3后，对电池以第二预设电流I2恒流放电至第二截止电压U2，并以U2恒压放电第四预设时间t4；S3、在第二预设温度T2下，将电池老化第六预设时间t6，减压抽气；以及S4、重复执行预设次数的步骤S1‑S3，然后对电池的注液口做密封处理。本发明的钛酸锂电池的化成方法，使得电池内的水分充分消耗，生成气体排出电池外部，可保证电池容量，改善钛酸锂电池的循环性能。

Description

钛酸锂电池的化成方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池制造领域，特别是涉及一种钛酸锂电池的化成方法。
背景技术
目前，锂离子电池负极材料多为嵌锂碳材料，但嵌锂后碳电极电位与金属锂电位接近，在电池充电时碳电极表面容易析出金属锂，从而与电解液发生反应产生可燃性气体，产生很大的安全隐患，因此采用安全可靠的新型负极材料成为锂离子电池发展的关键。以钛酸锂为负极材料制备的锂离子电池因其循环寿命长，倍率性能好、快充性能好及安全性好等优点引起了研究者们的广泛的关注，已成为目前关注的热点。
在钛酸锂电池实际研究中，由于钛酸锂的嵌锂电位高，在1伏以上，按照以往的化成方法，不会在化成时产生电解质膜。在实际使用中，由于钛酸锂易吸水，在一定条件下钛酸锂、电解质等与水发生反应产生气体，出现胀气问题，进而影电池的容量及循环性能。
目前研究者们大多采用在电解质溶液中添加某些添加剂或添加吸气材料以改善钛酸锂胀气问题，虽有一定作用，但因其添加剂等对纯度有很高的要求，同时可能会带来能量密度降低及分散不均匀等问题，不利于在产业化中的实际应用。
发明内容
针对上述现有技术现状，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种钛酸锂电池的化成方法，减少电池内的水分，减少胀气，能够保证容量，有效地改善钛酸锂电池的循环性能。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种钛酸锂电池的化成方法，包括以下步骤：
S1、在第一预设温度T1下，将电池搁置第一预设时间t1后，对电池以第一预设电流I1恒流充电至第一截止电压U1，并以所述第一截止电压U1恒压充电第二预设时间t2；
S2、在第一预设温度T1下，将电池搁置第三预设时间t3后，对所述电池以第二预设电流I2恒流放电至第二截止电压U2，并以所述第二截止电压U2恒压放电第四预设时间t4；
S3、在第二预设温度T2下，将所述电池老化第六预设时间t6，然后减压抽气；以及
S4、重复执行预设次数的步骤S1-S3，然后对所述电池的注液口做密封处理。
在其中一个实施例中，所述T1为60～120℃。
在其中一个实施例中，所述t1为5min～2h，所述t3为5min～1h。
在其中一个实施例中，所述I1为0.2～2C，所述U1为2.6～3.0V。
在其中一个实施例中，所述t2为2h～4h。
在其中一个实施例中，所述I2为0.2～3C，所述U1为1.4～1.8V。
在其中一个实施例中，步骤S2中，所述t4为2h～4h。
在其中一个实施例中，所述T2为30～100℃，所述t6为4～48h。
在其中一个实施例中，所述的预设次数为2-6次。
在其中一个实施例中，所述的钛酸锂电池的化成方法包括以下步骤：
S1a、在第一预设温度T1下，将电池搁置第一预设时间t1后，对电池以第一预设电流I1a恒流充电至第一截止电压U1a，并以所述第一截止电压U1a恒压充电第二预设时间t2a；
S2a、在第一预设温度T1下，将电池搁置第三预设时间t3后，对所述电池以第二预设电流I2a恒流放电至第二截止电压U2a，并以所述第二截止电压U2a恒压放电第四预设时间t4a；
S3a、在第二预设温度T2下，将所述电池老化第六预设时间t6a，然后减压抽气；
S4a、重复执行预设次数的步骤S1a-S3a；
S1b、在第一预设温度T1下，将电池搁置第一预设时间t1后，对所述电池以第一预设电流I1b恒流充电至第一截止电压U1b，并以所述第一截止电压U1b恒压充电第二预设时间t2b，其中，所述I1b＞所述I1a；
S2b、在第一预设温度T1下，将电池搁置第三预设时间t3后，对所述电池以第二预设电流I2b恒流放电至第二截止电压U2b，并以所述第二截止电压U2b恒压放电第四预设时间t4b，其中，所述I2b＞所述I2a；
S3b、在第二预设温度T2下，将所述电池老化第六预设时间t6b，然后减压抽气；
S4b、重复执行预设次数的步骤S1b-S3b，然后对所述电池的注液口做密封处理。
与现有技术相比，本发明的钛酸锂电池的化成方法，在化成阶段将对电池恒流恒压充电，恒流恒压放电，高温老化，减压抽气，多次循环，使得电池内的水分充分消耗，生成气体排出电池外部，可保证电池容量，改善钛酸锂电池的循环性能。
本发明附加技术特征所具有的有益效果将在本说明书具体实施方式部分进行说明。
附图说明
图1为本发明钛酸锂电池的化成方法的流程图；
图2为本发明实施例一与对比实施例的常温循环曲线图；
图3为本发明实施例二与对比实施例的常温循环曲线图；
图4为本发明实施例三与对比实施例的常温循环曲线图。
具体实施方式
下面参考附图并结合实施例对本发明进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下各实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，本发明其中一个实施例中的钛酸锂电池的化成方法包括以下步骤：
步骤S1、在第一预设温度T1下，将电池搁置第一预设时间t1后，对电池以第一预设电流I1恒流充电至第一截止电压U1，并以所述第一截止电压U1恒压充电第二预设时间t2。所述T1优选为60～120℃，进一步优选为60℃、80℃、120℃；所述t1优选为5min～2h，进一步优选为5min、1h、2h。所述I1优选为0.2～2C，进一步优选为0.2C、1C、2C；所述U1优选为2.6～3.0V，进一步优选为2.6V、2.9V、3.0V；所述t2优选为2h～4h，进一步优选为2h、3h、4h。
步骤S2、在第一预设温度T1下，将电池搁置第三预设时间t3后，对所述电池以第二预设电流I2恒流放电至第二截止电压U2，并以所述第二截止电压U2恒压放电第四预设时间t4。所述t3优选为5min～1h，进一步优选为5min、10min、1h；所述I2优选为0.2～3C，进一步优选为0.2C、1C、3C；所述U1优选为1.4～1.8V，进一步优选为1.4V、1.7V、1.8V；所述t4优选为2h～4h，进一步优选为2h、3h、4h。
步骤S3、在第二预设温度T2下，将所述电池老化第六预设时间t6，然后减压抽气。所述T2优选为30～100℃，进一步优选为30℃、60℃、100℃；所述t6优选为4～48h，进一步优选为4h、10h、48h。
步骤S4、重复执行预设次数的步骤S1-S3，然后对所述电池的注液口做密封处理。所述的循环次数优选为2-6次。
本发明另一个实施例的钛酸锂电池的化成方法包括以下步骤：
步骤S1a、在第一预设温度T1下，将电池搁置第一预设时间t1后，对电池以第一预设电流I1a恒流充电至第一截止电压U1a，并以所述第一截止电压U1a恒压充电第二预设时间t2a。其中，I1a与上述实施例中I1的取值范围相同，U1a与上述实施例中U1的取值范围相同，t2a与上述实施例中t2的取值范围相同。
步骤S2a、在第一预设温度T1下，将电池搁置第三预设时间t3后，对所述电池以第二预设电流I2a恒流放电至第二截止电压U2a，并以所述第二截止电压U2a恒压放电第四预设时间t4a。其中，I2a与上述实施例中I2的取值范围相同，U2a与上述实施例中U2的取值范围相同，t4a与上述实施例中t4的取值范围相同。
步骤S3a、在第二预设温度T2下，将所述电池老化第六预设时间t6a，然后减压抽气。其中，t6a与上述实施例中t6的取值范围相同。
步骤S4a、重复执行预设次数的步骤S1a-S3a。所述的循环次数优选为2-6次。
步骤S1b、在第一预设温度T1下，将电池搁置第一预设时间t1后，对所述电池以第一预设电流I1b恒流充电至第一截止电压U1b，并以所述第一截止电压U1b恒压充电第二预设时间t2b，其中，所述I1b与上述实施例中I1的取值范围相同，并大于所述I1a，所述U1b与上述实施例中U1的取值范围相同，所述t2b与上述实施例中t2的取值范围相同。
步骤S2b、在第一预设温度T1下，将电池搁置第三预设时间t3后，对所述电池以第二预设电流I2b恒流放电至第二截止电压U2b，并以所述第二截止电压U2b恒压放电第四预设时间t4b，其中，所述I2b与上述实施例中I2的取值范围相同，并大于所述I2a，所述U2b与上述实施例中U2的取值范围相同，所述t4b与上述实施例中t4的取值范围相同。
步骤S3b、在第二预设温度T2下，将所述电池老化第六预设时间t6b，然后减压抽气，其中，所述t6b与上述实施例中t6的取值范围相同。
步骤S4b、重复执行预设次数的步骤S1b-S3b，然后对所述电池的注液口做密封处理。所述的循环次数优选为2-6次。
下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例一
以镍钴锰酸锂为正极材料，钛酸锂为负极材料。
把电池放置在化成柜内进行化成，调整温度到60℃，恒温静置5min，然后以0.2C的电流恒流充电至2.6V，再恒压充电4h，静置10min，以0.2C的电流恒流放电至1.4V，再恒压放电4h，静置10min，再高温30℃老化20h，减压排气，循环2次；恒温静置5min，然后以1C的电流恒流充电至2.9V，再恒压充电2h，静置5min，以1C的电流恒流放电至1.7V，再恒压放电2h，高温30℃老化10h，减压排气，循环3次，密封，活化完毕。
实施例二
以镍钴锰酸锂为正极材料，钛酸锂为负极材料。
把电池放置在化成柜内进行化成，调整温度到80℃，恒温静置1h，然后以1C的电流恒流充电至2.9V，再恒压充电2h，静置10min，以1C的电流恒流放电至1.7V，再恒压放电2h，高温40℃老化10h，减压排气，循环4次，密封，活化完毕。
实施例3
以镍钴锰酸锂为正极材料，钛酸锂为负极材料。
把电池放置在化成柜内进行化成，调整温度到120℃，恒温静置2h，然后以1C的电流恒流充电至2.9V，再恒压充电2h，静置1h，以2C的电流恒流放电至1.7V，再恒压放电4h，高温60℃老化4h，减压排气，循环3次，密封，活化完毕。
对比实施例
以镍钴锰酸锂为正极材料，钛酸锂为负极材料。
把电池放置在化成柜上进行化成，静置10min，然后以1C的电流恒流充电至截止电压，再以1C的电流恒流放电至截止电压，活化完毕。
将上述实施例一、二、三和对比实施例化成后的电池进行循环测试，实施例一、二、三均无胀气现象发生，且循环1500次后电池容量保持率均在97％以上。对比实施例在循环1000次后开始容量明显衰减，循环1500次，容量保持率低于80％(见图2、图3和图4)。这表明采用该化成工艺可以减少胀气，保证容量，改善电池的循环性能。
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。

Claims (6)

1.一种钛酸锂电池的化成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在第一预设温度T1下，将电池搁置第一预设时间t1后，对电池以第一预设电流I1恒流充电至第一截止电压U1，并以所述第一截止电压U1恒压充电第二预设时间t2；
S2、在第一预设温度T1下，将电池搁置第三预设时间t3后，对所述电池以第二预设电流I2恒流放电至第二截止电压U2，并以所述第二截止电压U2恒压放电第四预设时间t4；
S3、在第二预设温度T2下，将所述电池老化第六预设时间t6，然后减压抽气；
S4、重复执行预设次数的步骤S1-S3；
S1b、在第一预设温度T1下，将电池搁置第一预设时间t1后，对所述电池以第一预设电流I1b恒流充电至第一截止电压U1b，并以所述第一截止电压U1b恒压充电第二预设时间t2b，其中，所述I1b＞所述I1；
S2b、在第一预设温度T1下，将电池搁置第三预设时间t3后，对所述电池以第二预设电流I2b恒流放电至第二截止电压U2b，并以所述第二截止电压U2b恒压放电第四预设时间t4b，其中，所述I2b＞所述I2；
S3b、在第二预设温度T2下，将所述电池老化第六预设时间t6b，然后减压抽气；
S4b、重复执行预设次数的步骤S1b-S3b，然后对所述电池的注液口做密封处理；
所述T1为60～120℃，所述T2为30～100℃；所述t1为5min～2h，所述t3为5min～1h，所述t6为4～48h。
2.根据权利要求1所述的钛酸锂电池的化成方法，其特征在于，所述I1为0.2～2C，所述U1为2.6～3.0V。
3.根据权利要求1所述的钛酸锂电池的化成方法，其特征在于，所述t2为2h～4h。
4.根据权利要求1所述的钛酸锂电池的化成方法，其特征在于，所述I2为0.2～3C，所述U1为1.4～1.8V。
5.根据权利要求1所述的钛酸锂电池的化成方法，其特征在于，步骤S2中，所述t4为2h～4h。
6.根据权利要求1所述的钛酸锂电池的化成方法，其特征在于，所述的预设次数为2-6次。
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