CN105070963A - 高倍率动力锂离子电池sei膜的优化方法 - Google Patents

高倍率动力锂离子电池sei膜的优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于高倍率动力锂离子电池制造技术领域。高倍率动力锂离子电池SEI膜的优化方法，步骤为：电池注液后常温下搁置一段时间，待电芯和隔膜充分浸润后上化成柜；采用电流A分3个工步对电池充电至满电态，搁置一段时间后再用0.5C电流对电池放电至截止电压；再进行容量筛选和低压检测，对最终合格电池采用0.5C电流充电至半电态，下柜后入库。本发明可以增强SEI膜的稳固性，明显改善锂电池的循环性能，减少锂电池的内阻值，工艺规范、操作方便。

Description

高倍率动力锂离子电池SEI膜的优化方法
技术领域
本发明属于高倍率动力锂离子电池制造技术领域，具体涉及一种高倍率动力锂离子电池SEI膜的优化方法。
背景技术
锂离子电池是近年来发展起来的一种新型电源，与其他可充电二次电池相比，锂离子电池具有电压高，比能量高，充放电寿命长，无记忆效应，无污染等优点，因此它不仅在便携式电子设备上（如移动电话、数码摄像机和手提电脑等）得到广泛应用，也在电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备领域有广阔的应用前景，是目前世界各国争相研究开发的热点。
液态锂离子电池在首次充放电过程中，电极材料与电解液在固液相界面上发生反应，形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。这种钝化层是一种界面层，具有固体电解质的特征，是电子绝缘体却是Li+的优良导体，Li+可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出，因此这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”(solidelectrolyteinterface)，简称SEI膜。在金属锂蓄电池中，覆盖在锂电极表面的这层SEI膜性能直接控制着锂电极的电化学行为，电池的循环寿命强烈地依赖于锂的溶解/沉积过程中的不可逆容量，SEI膜的形成过程在其中起着重要的作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种高倍率动力锂离子电池SEI膜的优化方法，以增强SEI膜的稳固性，改善锂电池的循环性能，减少锂电池的内阻值，工艺规范、易控。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
高倍率动力锂离子电池SEI膜的优化方法，包括以下步骤：
步骤S01：电池注液后常温下搁置一段时间T，待电芯和隔膜充分浸润后上化成柜；
步骤S02：采用电流A分3个工步对电池充电至满电态，搁置一段时间T1后再用0.5C电流对电池放电至截止电压；
步骤S03：容量筛选，大于等于电池型号标称容量为合格电池，其余电池通过0.5C电流重新分容，初选和复选合格的电池常温下搁置72h；
步骤S04：对上述合格电池进行低压检测，大于等于低压标准值的为最终合格电池，其余电池搁置96h后再次进行低压检测，符合低压2次检测标准值也为最终合格电池；
步骤S05：对最终合格电池采用0.5C电流充电至半电态，即采用恒流充电至储存电压值，下柜后入库。
步骤S01中，所述一段时间T为18~24h。
步骤S02中，所述电流A为0.05~0.2C。
步骤S02中，所述一段时间T1为15min。
步骤S02中，所述采用0.05~0.2C电流分3个工步对电池充电至满电态，包括：第1和第2个工步对电池充电采用恒流充电，第3个工步对电池充电采用恒流恒压充电至满电态。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明高倍率动力锂离子电池SEI膜的优化方法可以增强SEI膜的稳固性，明显改善锂电池的循环性能，减少锂电池的内阻值，工艺规范、操作方便，适用于批量生产，能保证产品质量要求。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
本实施例高倍率动力锂离子电池SEI膜的优化方法，可按以下步骤进行：
步骤S01：电池注液后常温下搁置一段时间T，待电芯和隔膜充分浸润后上化成柜；
步骤S02：采用电流A分3个工步对电池充电至满电态，搁置一段时间T1后再用0.5C电流对电池放电至截止电压；
步骤S03：容量筛选，大于等于电池型号标称容量为合格电池，其余电池通过0.5C电流重新分容，初选和复选合格的电池常温下搁置72h；
步骤S04：对上述合格电池进行低压检测，大于等于低压标准值的为最终合格电池，其余电池搁置96h后再次进行低压检测，符合低压2次检测标准值也为最终合格电池；
步骤S05：对最终合格电池采用0.5C电流充电至半电态，即采用恒流充电至储存电压值，下柜后入库。
在一个实施例中，步骤S01中，所述一段时间T为18~24h，可以是18h、20h或24h，最有优选为24h。
在一个实施例中，步骤S02中，所述电流A为0.05~0.2C。
在一个实施例中，步骤S02中，所述一段时间T1为15min。
在一个实施例中，步骤S02中，所述采用0.05~0.2C电流分3个工步对电池充电至满电态，包括：第1个和第2个工步对电池充电采用恒流充电，第3个工步对电池充电采用恒流恒压充电至满电态。
下面以制作圆柱型锂离子电池18650为例进一步阐述本发明。
实施例1
以制作高倍率动力圆柱型锂离子电池18650为例，放电电流为0.5C，容量为2000mAh。电池的化成、分容和筛选低压工步都在分容柜上进行，按如下步骤进行；
S01：电池注液后常温下搁置24h，待电芯和隔膜充分浸润后上化成柜；
S02：化成工步：
恒流充电：0.05C充电，截止电压3.30V，截止时间240min；
恒流充电：0.1C充电，截止电压3.90V，截止时间240min；
恒流恒压充电：0.2C充电，截止电压4.20V，截止电流0.02C；
搁置15min；
恒流放电：0.5C放电，截止电压2.75V，放电时间150min；
结束；
S03：分容工步：
恒流恒压充电：0.5C充电，截止电压4.2V，截止电流0.02C，充电时间180min；
搁置：15min；
恒流放电：0.5C放电，截止电压2.75V，放电时间150min；
结束；
放电工步合格电池筛选容量≥标称容量为合格，不合格电池重回分容工步重分容，重分容后合格按正常流程下转，不合格报废。
常温搁置72h；
S04：筛选电压工步：
将常温搁置72h合格电池进行电压筛选检测，电压低于3.15V为低压电池，电压不低于3.15V电池为合格电池，正常下转；不合格电池重回分容工步至此工步再次挑选低压，电压低于3.15V为低压电池，电压不低于3.15V电池为合格电池，正常下转；不合格电池报废；
S05：恒流恒压充电：0.5C充电，截止电压3.95V，截止时间100min；
结束；
入库存储。
对比例1
制作高倍率动力圆柱型锂离子电池18650，与本发明实施例的区别在于，化成工步为：
a、静置5min；
b、恒流充电：电流0.02C充电，截止电压值为4.20V；
c、静置5min；
d、恒流放电：电流0.2C放电，截止电压值为2.75V；
至此对锂离子电池的化成过程完成。
对比例2
制作高倍率动力圆柱型锂离子电池18650，与本发明实施例的区别在于，化成工步为：
a、静置5min。
b、恒流充电：0.05C充电，截止电压3.4V，截止时间480分钟；
c、恒流恒压充电：0.2C充电，截止电压4.2V，截止电流0.05C；
c、静置30min；
d、恒流放电：10C放电截止电压3.0V，放电时间90min；
e、静置：5min；
f、恒流恒压充电：1C充电，截止电压4.2V，截止电流0.05C，充电时间90min；
g、静置：5min；
h、恒流放电：10C放电，截止电压3.0V，放电时间90min；
i、静置：5min；
至此对锂离子电池的化成过程完成。
性能测试
对本发明实施例1、对比例2、3所得电池的容量、内阻值及循环容量保持率进行检测，如表1所示。
表1电池性能测试结果
表中，自放电率：在室温和标准湿度下，电池放置一个月，电池容量的降低量与初始容量的百分比。比容量保持率（%）：每进行一次充电和放电即为一次循环（一周循环），对锂离子电池进行n（n>1，整数）次循环充放电，将计算n次循环后的容量与首次循环的容量比值。
由表1可知，与对比例1和对比例2方法化成的电池相比，采用本发明方法化成的电池的循环性能得到明显改善，第70周时，本发明锂电池的比容量保持率为96.11%，均明显高于对比例1和对比例2，这说明本发明方法可以明显改善SEI膜的形成条件，有利于形成更加均匀和稳定的SEI膜。
下面列举更多的实验例及相关数据，以说明本发明的改进性。
对比例3
除S01步骤与本发明实施例1不同外，其余步骤均相同；其中，S01步骤为电池注液完毕后直接上化成柜。
对本发明实施例1及对比例3制备的两组电池，分别检测其内阻值和充放电循环性能，以比较两组电池性能的优劣，如表2、表3所示。表中，每组电池均检测了不同时期制备的两批次电池，表中数据为均值。
表2内阻值的检测结果
由表2可以看出，电池在注液后，不进行搁置而直接上柜，所制备的电池，内阻值明显高于本发明所得电池的内阻值，即电池注液后搁置24小时，对减小18650型锂电池的内阻值是非常有益的。
表3比容量保持率的检测结果
由表3可以看出，对比例3所得电池的首次容量略小于本发明的实施例1，同时比容量保持率也呈现一定的规律性。在20周循环时，本发明的比容量保持率小于对比例3，但是50周和70周循环时，本发明电池的比容量保持率则要明显高于对比例3，即，本发明锂电池在循环前期容量衰减较快，而后期则明显放缓，在循环过程中，锂电池的循环性能随着循环的进行而逐渐改善。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的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，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.高倍率动力锂离子电池SEI膜的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S01：电池注液后常温下搁置一段时间T，待电芯和隔膜充分浸润后上化成柜；
步骤S02：采用电流A分3个工步对电池充电至满电态，搁置一段时间T1后再用0.5C电流对电池放电至截止电压；
步骤S03：容量筛选，大于等于电池型号标称容量为合格电池，其余电池通过0.5C电流重新分容，初选和复选合格的电池常温下搁置72h；
步骤S04：对上述合格电池进行低压检测，大于等于低压标准值的为最终合格电池，其余电池搁置96h后再次进行低压检测，符合低压2次检测标准值也为最终合格电池；
步骤S05：对最终合格电池采用0.5C电流充电至半电态，即采用恒流充电至储存电压值，下柜后入库。
2.如权利要求1所述的高倍率动力锂离子电池SEI膜的优化方法，其特征在于：步骤S01中，所述一段时间T为18~24h。
3.如权利要求1所述的高倍率动力锂离子电池SEI膜的优化方法，其特征在于：步骤S02中，所述电流A为0.05~0.2C。
4.如权利要求1所述的高倍率动力锂离子电池SEI膜的优化方法，其特征在于：步骤S02中，所述一段时间T1为15min。
5.如权利要求1所述的高倍率动力锂离子电池SEI膜的优化方法，其特征在于：步骤S02中，所述采用0.05~0.2C电流分3个工步对电池充电至满电态，包括：第1和第2个工步对电池充电采用恒流充电，第3个工步对电池充电采用恒流恒压充电至满电态。
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