CN104900930A - 一种锂离子电池高效化成的方法 - Google Patents

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张瀚
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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池高效化成的方法，其方法如下：（1）初始以0.01-0.2C的倍率恒流充电30min；（2）在3.95V的电压下，以0.2-1C倍率进行恒流充电；（3）在3.95V的电压下，恒压充电至电流小于0.01-0.1C时停止充电。本发明通过改变化成第二阶段充电电流倍率，缩短电池化成整体时间，提高化成效率。本发明所得到的化成电池安全性与原工厂化成工艺所化成电池无差别，阻抗也无明显变化，循环性能达到要求，但是显著缩短了商业化电池化成时间，大大提高了生产效率。该方法简单易行，可以缩短锂离子电池化成时间，有效提高生产效率，重现性好，适用于工业化生产。

Description

一种锂离子电池高效化成的方法
技术领域
本发明属于商业锂离子电池应用技术领域，涉及一种商业锂离子电池高效化成的方法。
背景技术
锂离子电池相对于传统的铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等二次电池有着高能量密度、高输出电压、低自放电、记忆效应小和环境友好等优点，近年来得到了广泛的应用与研究。锂离子电池的制备工艺繁杂，包括搅拌、涂布、干燥、裸电芯制备、封装和化成等，其中，化成工艺是锂电池制备工艺过程中不可或缺的工序，对锂电池的性能起到至关重要的作用。锂离子电池在第一次充放电过程中在负极材料表面形成固体电解质界面膜（SEI膜），SEI膜的形态和厚度等会直接影响到锂离子电池的安全性能和循环性能。为使电池形成良好的SEI膜，工厂化成锂离子电池时初始使用小倍率电流充电，并以低倍率对电池进行2次充放电，完成电池化成工艺。
目前，锂电池的化成工艺都是将裸电芯入壳封装，再定量注入电解液，通过一段时间的静置后再化成。但是，这种化成工艺过程繁杂，需要控制的因素较多，整个化成工艺需要大量的时间和操作人员，增加了生产成本。
发明内容
针对商业锂离子电池在化成工艺中存在的化成时间长、占用机器多、场地大的问题，本发明提供了一种商业化的锂离子电池高效化成方法，该方法简单易行，可以缩短锂离子电池化成时间，有效提高生产效率，重现性好，适用于工业化生产。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种锂离子电池高效化成的方法，包括以下步骤：
锂离子电池在工厂制作好，注入电解液后，在武汉蓝电电池测试仪或新威电池测试仪上进行化成测试，所述方法为分段充电化成，可以分为三段或更多的区间，以三段为例，具体化成过程为：
（1）初始以0.01-0.2C的倍率恒流充电30min；
（2）在3.95V的电压下，以0.2-1C倍率进行恒流充电；
（3）在3.95V的电压下，恒压充电至电流小于0.01-0.1C时停止充电。
测试完成后进行分容及封装工序。
本发明中，可以根据不同材料，如钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、镍钴锰三元材料等材料设置不同化成电压，进行分段化成。
本发明中，可以对不同类型、不同形状的锂离子电池，如钢壳锂离子电池、铝壳锂离子电池、软包锂离子电池等进行分段化成。
本发明中，商业锂离子电池化成过程中的工作环境温度在15-35℃之间。
本发明中，商业锂离子电池化成过程中的工作环境相对湿度不能高于80%。
本发明通过改变化成第二阶段充电电流倍率，缩短电池化成整体时间，提高化成效率，具有如下优点：
（1）本发明化成的电池不会引起电池安全性和循环性能的恶化。
（2）本发明显著提升了锂离子电池的化成效率和循环稳定性，工艺稳定可靠。
（3）本发明的锂离子电池化成方法在室温条件下进行的，反应均匀，操作简单，重现性好，适用于推广至工业化生产。
（4）在保证电池安全性和循环稳定性的前提下，缩短电池化成时间，提高电池化成效率。
（5）本发明所得到的化成电池安全性与原工厂化成工艺所化成电池无差别，阻抗也无明显变化，循环性能达到要求，但是显著缩短了商业化电池化成时间，大大提高了生产效率。
附图说明
图1为未经化成的商业锂电池正极极片的SEM图；
图2为未经化成的商业锂电池负极极片的SEM图；
图3为化成后循环300次商业锂电池正极极片的SEM图；
图4为化成后循环300次商业锂电池负极极片的SEM图；
图5为化成后循环发生短路的商业锂电池正极极片的SEM图；
图6为化成后循环发生短路的商业锂电池负极极片的SEM图；
图7为化成后循环300次商业锂电池的电化学循环性能图示；
图8为实施例与对比例中段化成电流倍率的商业锂电池的首次时间-充电曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1：
本实施例提供了一种商业锂离子电池的高效化成方法，其实施步骤如下：
（1）初始以0.05C的倍率恒流充电30min；
（2）在3.95V的电压下，0.3C倍率进行恒流充电；
（3）在3.95V的电压下，恒压充电至电流小于0.02C时停止充电。
由图7中电化学循环性能可见，上述的化成方法具有良好的循环性能，材料的首次放电容量1469.9mAh ，首次充放电效率为99% ，300次循环之后放电容量为1396.8 mAh，容量保持在1390 mAh以上，首次化成充电时间为4小时31分52秒，具有优异的性能。
实施例2：
本实施例提供了一种商业锂离子电池的高效化成方法，其实施步骤如下：
（1）初始以0.05C的倍率恒流充电30min；
（2）在3.95V的电压下，0.4C倍率进行恒流充电；
（3）在3.95V的电压下，恒压充电至电流小于0.02C时停止充电。
由图7中电化学循环性能可见，上述的化成方法具有良好的循环性能，材料的首次放电容量1474.6mAh，首次充放电效率为99% ，300次循环之后放电容量为1405.4mAh ，容量保持在1400mAh以上，首次化成充电时间为4小时3分44秒，具有优异的性能。
实施例3：
本实施例提供一种了商业锂离子电池的高效化成方法，其实施步骤如下：
（1）初始以0.03C的倍率恒流充电30min；
（2）在4.00V的电压下，0.5C倍率进行恒流充电；
（3）在4.00V的电压下，恒压充电至电流小于0.02C时停止充电。
由图7中电化学循环性能可见，上述的化成方法具有良好的循环性能，材料的首次放电容量1472.9mAh，首次充放电效率为99% ，287次循环之后放电容量为1385.9mAh，容量保持在1385mAh以上，首次化成充电时间为3小时52分17秒，具有优异的性能。
由图3、图4可见，相对于图1、图2中未循环化成和循环的正负极材料，经化成后循环300次正负极材料的变化后而言，材料颗粒变化不特别明显。从图5、图6可以发现，相对于电池发生短路后，电池的正负极材料结构也发生了变化，材料颗粒明显变碎，尤其负极材料变化特别明显。说明用此方法进行化成和循环过程对材料结构的破坏作用小，可以很好地保持电池安全性和循环性能。
由图8可见，相对于对比例，本实施例可以明显缩短首次化成充电时间，提高化成效率。
实施例4：
本实施例提供了一种商业锂离子电池的高效化成方法，其实施步骤如下：
（1）初始以0.05C的倍率恒流充电30min；
（2）在3.95V的电压下，0.7C倍率进行恒流充电；
（3）在3.95V的电压下，恒压充电至电流小于0.02C时停止充电。
由图5中电化学循环性能可见，上述的化成方法具有良好的循环性能，材料的首次放电容量1472.3mAh，首次充放电效率为100% ，275次循环之后放电容量为1396.6mAh，容量保持在1395mAh以上，首次化成充电时间为3小时57分43秒，具有优异的性能。
实施例5：
本实施例提供了一种商业锂离子电池的高效化成方法，其实施步骤如下：
（1）在3.95V的电压下，初始以0.05C的倍率进行恒流充电；
（2）在3.95V的电压下，0.8C倍率进行恒流充电；
（3）在3.95V的电压下，恒压充电至电流小于0.02C时停止充电。
由图5中电化学循环性能可见，上述的化成方法具有良好的循环性能，材料的首次放电容量1468.3mAh ，首次充放电效率为100% ，300次循环之后放电容量为1379.5mAh，容量保持在1379mAh以上，首次化成充电时间为3小时57分17秒，具有优异的性能。
实施例6：
本实施例提供了一种商业锂离子电池的高效化成方法，其实施步骤如下：
（1）在3.95V的电压下，初始以0.05C的倍率进行恒流充电；
（2）在3.95V的电压下，0.9C倍率进行恒流充电；
（3）在3.95V的电压下，恒压充电至电流小于0.02C时停止充电。
由图5中电化学循环性能可见，上述的化成方法具有良好的循环性能，材料的首次放电容量1470.5mAh，首次充放电效率为100% ，300次循环之后放电容量为1396.0mAh，容量保持在1395mAh以上，首次化成充电时间为3小时38分5秒，具有优异的性能。
对比例为在3.95V的电压下，初始以0.05C的倍率进行充电，中间以0.2C倍率进行充电，再恒压充电至电流小于0.02C时停止充电。由图5中充放电曲线的电化学循环性能可见，材料的首次充电容量为1465.9mAh，300次循环后充电容量为1392.6mAh，首次充放电效率为100%。
由图6可见，相对于对比例，本实施例可以明显缩短首次化成充电时间，提高化成效率，相对于实施例3，本实施例电池首次充电时间减少约20分钟，提高了化成效率。
以上实施例中的锂离子电池分别为方型正极为钴酸锂，负极为石墨材料的容量约为1400-1500mAh的锂离子二次电池各实施例首次化成充电时间对比如表1所示，循环性能对比如表2所示。
表1各实施例首次化成充电时间对比
表2各实施例各化成方法循环性能对比

Claims (5)

1.一种锂离子电池高效化成的方法，其特征在于所述锂离子电池化成方法如下：
（1）初始以0.01-0.2C的倍率恒流充电30min；
（2）在3.95V的电压下，以0.2-1C倍率进行恒流充电；
（3）在3.95V的电压下，恒压充电至电流小于0.01-0.1C时停止充电。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池高效化成的方法，其特征在于所述锂离子电池的材料为钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂或镍钴锰三元材料。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池高效化成的方法，其特征在于所述锂离子电池为钢壳锂离子电池、铝壳锂离子电池或软包锂离子电池。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池高效化成的方法，其特征在于所述锂离子电池化成过程中的工作环境温度在15-35℃之间。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池高效化成的方法，其特征在于所述锂离子电池化成过程中的工作环境相对湿度不能高于80%。
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