CN104716387B - 一种软包锂离子电池的化成方法 - Google Patents

一种软包锂离子电池的化成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种软包锂离子电池的化成方法，本发明的软包锂离子电池化成方法包括预充电化成、预抽气和循环充放电化成三个阶段，首先，通过预充电化成和预抽气阶段可以有效排除软包锂离子电池中的气体，使得正负极与隔膜充分接触，有利于负极表面SEI膜的形成，达到改善负极界面状态的效果；更重要的是，通过引入循环充放电化成阶段，可以提高锂离子电池的保液量，最终在一定程度上改善电池的循环性能。

Description

一种软包锂离子电池的化成方法
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种软包锂离子电池的化成方法。
背景技术
随着能源危机与环境危机的日趋严重，人类对于可再生、绿色能源的需求日显迫切。锂离子电池，作为一种二次化学电源，由于具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长、环保无污染、无记忆效应等优点，被广泛应用于EV、HEV、移动电源、平板电脑、智能手机、可穿戴设备等领域。
锂离子电池（锂电池），主要由正极、负极、电解液、隔膜及其它封装附件，组装而成。锂离子电池工作时，电解液和隔膜作为通道，锂离子在正负极材料之间进行嵌入/脱出反应，从而完成锂电池的充放电过程。在锂电池充放电过程中，电解液会不可避免地与正负极材料、电池中含有的少量水分发生副反应，电解液因被消耗而逐渐减少，负极材料因与电解液发生反应导致材料结构被破坏，继而影响到锂电池的循环寿命。
锂离子电池，尤其是软包锂离子电池的制程过程中，如果可以有效地排除其中的气体，保证正负极与隔膜充分接触，促使负极表面形成更加致密稳定的SEI膜，可以达到改善负极界面状态的效果；同时，如果可以提高锂离子电池的保液量，则可以在一定程度上改善电池的循环性能。
为了改善锂离子电池中负极界面状态，并提高锂离子电池的保液量，优化锂离子电池的化成工艺，便是其中一个有效的途径。
发明内容
为了改善软包锂离子电池中负极界面状态，并提高软包锂离子电池的保液量，本发明提供一种软包锂离子电池的化成方法。
本发明解决其技术问题的解决方案是：一种软包锂离子电池的化成方法，包括如下三个阶段：预充电化成阶段、预抽气阶段和循环充放电化成阶段。
本发明方案中的三个阶段，并不一定完全按照描述的顺序依次进行，可以交替进行，如对于预充电化成和预抽气阶段，由于通常预充电化成阶段都是分段进行充电的，故预充电化成和预抽气阶段可以交替进行，即在每一段预充电完成后分别进行抽气，如预充电化成阶段是分三步完成的，那么可以在每一步预充电化成后进行抽气，也可以在三步预充电化成都完成后再进行预抽气。
优选地，所述循环充放电化成阶段，依次包括如下步骤：
步骤31：静置1min-10min，用0.01C-1C电流，恒流充电到满电电压或存储电压，截止时间30min-90min；
步骤32：在满电电压-3.0V之间进行循环充放电，循环充放电次数为N次，当N=0时，步骤31中恒流充电到存储电压；当N≥1时，步骤31中恒流充电到满电电压；
步骤33：用0.1C-1C电流，恒流恒压充电到电池的存储电压，截止时间60min-600min，截止电流0.01C-0.02C。
循环充放电化成阶段可以通过增加循环充放电次数，有效提高锂离子电池的循环寿命。因为当电池充电至满电电压时，电池已被完全活化，经初次活化后，电池内部正负极界面尚不稳定；在此时通过增加循环充放电过程，有利于电池对电解液进行充分吸收，提高锂离子电池的保液量，从而为提高电池的循环寿命提供进一步的保障。
进一步优选地，所述步骤32中，循环充放电的次数N为0-5，单次循环充放电过程依次包括如下步骤：
步骤321：用0.01C-1C电流，恒流恒压充电到满电电压，截止电流0.01C-0.02C，截止时间60min-600min；
步骤322：静置1min-10min；
步骤323：用0.1C-1C电流，恒流放电到3.0V，截止时间60min-600min；
步骤324：静置1min-10min。
所述满电电压，优选地，≥4.2V；进一步优选地，为4.2V-5.0V，但并不限于此。
所述存储电压，优选地，≥3.0V；进一步优选地，为3.0V-5.0V，但并不限于此。
作为上述方案的进一步改进，所述预抽气阶段，是在预充电化成阶段完全结束后，才进行的，这样可以简化程序，便于生产控制。即，所述的软包锂离子电池化成方法，依次包括如下三个阶段：
预充电化成阶段；
预抽气阶段；
循环充放电化成阶段。
优选地，所述预充电化成阶段，可以分阶段进行，依次包括如下步骤：
步骤11：静置1min-10min，用10mA-50mA的固定电流1，恒流充电到3.8V-4.1V，截止时间30min-90min；
步骤12：用0.01C-1C的电流2，恒流充电到3.8V-4.1V，截止时间30min-180min；
步骤13：用0.01C-1C的电流3，恒流充电到3.8V-4.1V，截止时间60min-600min。
这样，首先采用固定的小电流1进行预充电，这对于锂离子电池尤其是高容量的锂离子电池（容量＞5000mAh），更有利于缓慢形成稳定致密的SEI膜；然后通过较大的电流2和电流3进行先后预充电，这样，在激活锂离子的移动的同时，有利于进一步形成稳定致密的SEI膜。
更进一步优选地，为了更有利于形成稳定致密的SEM膜，所述电流3大于电流2。
本发明的有益效果是：本发明的软包锂离子电池化成方案包括预充电化成、预抽气和循环充放电化成三个阶段，首先，通过预充电化成和预抽气阶段可以有效排除软包锂离子电池中的气体，使得正负极与隔膜充分接触，有利于负极表面SEI膜的形成，达到改善负极界面状态的效果；更重要的是，通过引入循环充放电化成阶段，可以提高锂离子电池的保液量，最终在一定程度上改善电池的循环性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
图1是本发明一实施方式的软包锂离子电池的化成方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，提供了一种本发明的软包锂离子电池的化成方法的较佳的实施方案，依次包括如下三个阶段：
第一阶段：预充电化成阶段，依次包括以下步骤：
S11：在电池内注入电解液并静置1min-10min，用10mA-50mA的固定电流1，恒流充电到3.8V-4.1V，截止时间30min-90min；
S12：用0.01C-1C的电流2，恒流充电到3.8V-4.1V，截止时间30min-180min；
S13：用0.01C-1C的电流3，恒流充电到3.8V-4.1V，截止时间60min-600min。
第二阶段：预抽气阶段。
抽气的方式由本领域技术人员采用现有技术已知的方式进行，在此不做限定。
第三阶段：循环充放电化成阶段，依次包括以下步骤：
S31：静置1min-10min，用0.01C-1C电流，恒流充电到满电电压或存储电压，截止时间30min-90min；
S32：在满电电压-3.0V之间进行循环充放电；即先充电至满电电压，然后再放电至3.0V，反复循环，循环次数为N，当N=0时，步骤S31中恒流充电到存储电压，当N≥1时，步骤S31中恒流充电到满电电压；优选地，循环次数N为0-5，依次包括如下步骤：
步骤321：用0.01C-1C电流，恒流恒压充电到满电电压，截止电流0.01C-0.02C，截止时间60min-600min；
步骤322：静置1min-10min；
步骤323：用0.1C-1C电流，恒流放电到3.0V，截止时间60min-600min；
步骤324：静置1min-10min。
S33：用0.1C-1C电流，恒流恒压充电到电池的存储电压，截止时间60min-600min，截止电流0.01C-0.02C。
本发明方案中提到的满电电压一般≥4.2V，优选地为4.2V-5.0V，如4.2V、4.35V、4.4V等，但并不限于此。
本发明方案中提到的存储电压一般≥3.0V，优选地为3.0V-5.0V，如3.0V、3.9V、4.2V等，但并不限于此。
当然本发明的实施方式，即各阶段的实施顺序并不限于此，本领域技术人员可以根据需要或实际生产的需要，对各阶段的顺序进行调整。
以下针对上述优选地实施方案，提供3个具体的实施例，以对本发明提供的技术方案进行详细说明。
实施例1~3均为软包锂离子电池，正极材料为高电压钴酸锂，负极材料为天然石墨，电池的能量密度约为560Wh/L，化成过程均包括三个阶段，第一阶段预充电化成和第二阶段预抽气阶段相同。其中，第一阶段预充电化成步骤包括，静置5min，用30mA的固定电流1，将锂离子电池恒流充电到3.9V，截止时间60min；用0.05C的电流2，恒流充电到3.9V，截止时间60min；用0.1C的电流3，恒流充电到3.9V，截止时间600min；第二阶段预抽气阶级即将电池内的气体抽出。
实施例中的锂离子电池的电解液保液量，为电解液的注液量与抽出量的差值。本发明中的电池在制作过程中，涉及到质量称重的过程，均采用扫码将相关的称重数据，录入电池信息系统；每个电池的保液量数据，可在电芯信息系统中直接查询得到。实施例中的锂离子电池的保液量数据见表1。
实施例中的锂离子电池的循环性能测试条件为：在3.0V~4.35V的电压范围内，以1C进行充放电，一次完整的充放电过程，记为一次循环。以第三次循环中的放电容量作为初始容量，后续循环过程中的放电容量与初始容量的百分比，视为该循环的容量保持率。具体地，一个电池的第500次循环过程的放电容量与初始容量的百分比，即为该电池循环500次后的容量保持率。
实施例1：
本实施例中，锂离子电池的第三阶段 — 循环充放电化成阶段，依次包括以下步骤：
第一步，静置5min，用0.1C电流，恒流充电至存储电压3.90V，截止时间60min；
第二步，静置10min；用0.5C电流，恒流恒压充电至存储电压3.90V，截止电流为0.01C，截止时间360min。
对本实施例的锂离子电池进行循环性能测试，测试结果见表1。
实施例2：
本实施例中，锂离子电池的第三阶段 — 循环充放电化成阶段，依次包括以下步骤：
第一步，静置5min，用0.1C电流，恒流充电至满电电压4.35V，截止时间60min；
第二步，用0.5C电流，恒流恒压充电至满电电压4.35V，截止电流为0.01C，截止时间360min；
第三步，静置10min；
第四步，用0.5C电流，恒流放电至3.0V，截止时间180min；
第五步，静置10min；
第六步，用0.5C电流，恒流恒压充电至存储电压3.9V，截止电流为0.01C，截止时间360min。
对本实施例的锂离子电池进行循环性能测试，测试结果见表1。
实施例3：
本实施例中，锂离子电池的第三阶段 — 循环充放电化成阶段，依次包括以下步骤：
第一步，静置5min，用0.1C电流，恒流充电至满电电压4.35V，截止时间60min；
第二步，用0.5C电流，恒流恒压充电至满电电压4.35V，截止电流为0.01C，截止时间360min；
第三步，静置10min；
第四步，用0.5C电流，恒流放电至3.0V，截止时间180min；
第五步，静置10min；
第六步，用0.5C电流，恒流恒压充电至满电电压4.35V，截止电流为0.01C，截止时间360min；
第七步，静置10min；
第八步，用0.5C电流，恒流放电至3.0V，截止时间180min；
第九步，静置10min；
第十步，用0.5C电流，恒流恒压充电至存储电压3.9V，截止电流为0.01C，截止时间360min。
对本实施例的锂离子电池进行循环性能测试，测试结果见表1。
下表1是实施例1~3得到的锂离子电池的保液量和500次循环后容量保持率的测试结果。
实施例1~3，在第三阶段循环充放电化成过程中，循环充放电次数N依次为0、1、2。从表1中数据比较可以看出，与实施例1相比，实施例2和实施例3中的保液量和500次循环的容量保持率均有明显提高。与实施例2相比，实施例3中的保液量和500次循环的容量保持率均有小幅度提高。由此可见，采用本发明的化成方法，在循环充放电化成阶段中，增加充放电循环次数，有利于提高软包锂离子电池的保液量，提高电池的循环寿命。
以上实施例中，为了便于比较说明增加充放电循环次数，有利于提高软包锂离子电池的保液量，提高电池的循环寿命，固定了每阶段充放电电流的大小，和截止时间等参数，但本发明的方案并不局限于此，如在第一阶段，预充电化成阶段中，可以采用静置1min、3min、8min或10min等，用10mA、20mA、40mA或50mA等固定电流1，将锂离子电池恒流充电到3.8V、4.0V或4.1V等，截止时间为30min、50min、70min或90min等；然后用0.01C、0.07C、0.3C、0.5C、0.7C和0.9C等的电流2，恒流充电到3.8V、4.0V或4.1V等，截止时间30min、90min、120min、150min或180min等；最后，用0.01C、0.07C、0.3C、0.5C、0.7C和0.9C等的电流3，恒流充电到3.8V、4.0V或4.1V等，截止时间为60min、120min、180min、400min或500min等；优选地，电流3大于电流2；第二阶段预抽气阶级即将电池内的气体抽出，可采用已知的任意抽气技术抽出电池中的气体；第三阶段循环充放电化成阶段中，可以采用静置1min、3min、8min或10min等，用0.01C、0.07C、0.3C、0.5C、0.7C或0.9C等电流，恒流充电至满电电压，截止时间为30min、50min、70min或90min等；然后进行若干次充放电循环，最后用0.1C、0.2C、0.4C、0.7C或0.9C等电流，恒流恒压充电到电池的存储电压，截止时间60min、120min、200min、400min或600min等；充放电循环步骤中，充电时，可以采用0.01C、0.07C、0.2C、0.4C、0.7C或0.9C等电流，恒流恒压充电至满电电压，截止电流为0.01C或0.02C，截止时间为60min、120min、200min、400min或600min等；放电时，可以采用0.1C、0.2C、0.4C、0.7C或0.9C等电流，恒流放电到3.0 V，截止时间为60min、120min、200min、400min或600min等；每次充电完成，或者放电完成后，可以静置1min、3min、6min或8min等。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，包括如下三个阶段：预充电化成阶段、预抽气阶段和循环充放电化成阶段，所述预充电化成阶段，包括如下步骤：
步骤11：静置1min-10min，用10mA-50mA的固定电流1，恒流充电到3.8V-4.1V，截止时间30min-90min；
步骤12：用0.01C-1C的电流2，恒流充电到3.8V-4.1V，截止时间30min-180min；
步骤13：用0.01C-1C的电流3，恒流充电到3.8V-4.1V，截止时间60min-600min；
所述循环充放电化成阶段，依次包括如下步骤：
步骤31：静置1min-10min，用0.01C-1C电流，恒流充电到存储电压或满电电压，截止时间30min-90min；
步骤32：在满电电压-3.0V之间进行循环充放电；循环充放电次数为N次，当N=0时，步骤31中恒流充电到存储电压；当N≥1时，步骤31中恒流充电到满电电压；
步骤33：用0.1C-1C电流，恒流恒压充电到电池的存储电压，截止时间60min-600min，截止电流0.01C-0.02C。
2.根据权利要求1所述的软包锂离子电池的化成方法，其特征在于：所述的满电电压≥4.2V。
3.根据权利要求2所述的软包锂离子电池的化成方法，其特征在于：所述的满电电压为4.2V-5.0V。
4.根据权利要求1所述的软包锂离子电池的化成方法，其特征在于：所述存储电压≥3.0V。
5.根据权利要求3所述的软包锂离子电池的化成方法，其特征在于：所述存储电压为3.0V-5.0V。
6.根据权利要求1所述的软包锂离子电池的化成方法，其特征在于：所述步骤32中，循环充放电的次数N为0-5，单次充放电循环过程依次包括如下步骤：
步骤321：用0.01C-1C电流，恒流恒压充电到满电电压，截止电流0.01C-0.02C，截止时间60min-600min；
步骤322：静置1min-10min；
步骤323：用0.1C-1C电流，恒流放电到3.0V，截止时间60min-600min；
步骤324：静置1min-10min。
7.根据权利要求1~6任一项所述的软包锂离子电池的化成方法，其特征在于：所述预抽气阶段，是在预充电化成阶段完全结束后，才进行的；即，所述化成方法依次包括如下三个阶段：
预充电化成阶段；
预抽气阶段；
循环充放电化成阶段。
8.根据权利要求7所述的软包锂离子电池的化成方法，其特征在于：所述电流3大于电流2。
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