CN105406129A - 一种锂离子电池的化成方法 - Google Patents

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Abstract

一种锂离子电池的化成方法，步骤如下：将陈化到点的电池放入化成设备中在高温加压环境下进行化成，充电时先采用0.1～0.5CmA电流进行充电，充电至截止电压3.7V，然后再采用0.5C～2.0CmA电流进行充电，充电至截止电压4.0V；将温度提高，压力保持不变，对电池进行保温保压；将温度及压力下降，对电池进行冷却降温；对完成冷却的电池进行抽真空、二次封口，化成完毕。本发明将电芯放置于高温及一定的压力条件下进行大电流充电化成，缩短了制程时间、提高了生产效率，而且减少了操作人员对锂离子电芯的接触，降低了外观不良、损坏等带来的成本问题；电池的厚度、容量、极片界面状态一致性更好，循环能力得到提高。

Description

一种锂离子电池的化成方法
技术领域
本发明属于聚合物锂离子电池制造技术领域，尤其涉及一种可以改善锂离子电池正、负极片界面状态和解决液态电解液凝胶化的化成方法。
背景技术
电池在使用前需经过化成工序，以便于激活电池正、负极的活性物质，从而使电池达到最佳的充放电状态，电池的化成一般指对电池进行首次充电。化成工艺关系到电池容量的高低、循环寿命的长短及安全性能等多方面的品质，因此，化成工艺在一定程度上决定了电池性能的好坏。
现有的化成工艺一般是在常温下恒流或恒流恒压对电池进行连续充电。如采用0.02～0.05CmA的小电流对电池进行预充处理，然后再对电池进行高温加压放置整形硬化。虽然该方法得到的电池的正、负极界面相对较好，然而其生产过程比较繁杂，主要流程为：第一次老化--化成--第二次老化--冷却，加上所有的操作过程，整个制程的时间大概在45h左右，且生产过程所需人员较多，耗时耗力；加上在生产过程中，由于人为接触电池次数较多，容易造成对锂离子电池的损坏和报废，不但生产效率低，而且额外增加了生产成本，尤其对面积较大的电池来说，化成后的电池负极极片表面状态不均衡，很多区域因接触不紧密导致化成程度不够，杂质分解反应不彻底，造成极片局部黑斑、析锂，严重影响电池的安全性能。
后来出现了高温大电流的化成工艺，高温大电流化成的主要流程为：在高温条件下对电池进行大电流化成，然后对化成后的电池进行降温冷却。此工艺虽然提高了生产效率，降低了制程过程中对电池的人为接触次数，然而因为高电压电池所使用的隔离膜涂覆了聚偏二氟乙烯(PVDF)和陶瓷，采用此方法生产的电芯正负极片界面状态一致性不好，存在正负极片涂料被隔离膜粘料脱落和陶瓷脱落粘在极片上的情况，而且此方法在制程中容易出现电池硬度不足及隔离膜上PVDF与电解液凝胶化形成凸点导致的电芯外观凹凸不平。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以改善锂离子电池正负极片界面状态和解决液态电解液凝胶化的锂离子电池的化成方法，。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：
一种锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
步骤1、将陈化到点的电池放入化成设备中在高温加压环境下进行化成，充电时先采用0.1～0.5CmA电流进行充电，充电至截止电压3.7V，然后再采用0.5C～2.0CmA电流进行充电，充电至截止电压4.0V；
步骤2、将温度提高，压力保持不变，对电池进行保温保压；
步骤3、将温度及压力下降，对电池进行冷却降温；
步骤4、对完成冷却的电池进行抽真空、二次封口，化成完毕。
进一步的，所述步骤1中化成设备的温度为40～70℃，压力为0.1～2.0Mpa。
进一步的，所述步骤2中保温保压的时间为10～60min。
进一步的，所述步骤2中将温度提升至80～100℃。
进一步的，所述步骤3中冷却的时间为1～30min。
进一步的，所述步骤3中将温度降至20～30℃，压力降至0.1～1.0Mpa。
由以上技术方案可知，本发明的化成方法在化成过程中使电芯在高温及一定压力的条件下进行大电流充电，将老化和化成步骤相结合，缩短工艺周期，提高生产效率，然后对电芯进行升温加压整形硬化，解决了隔膜涂胶因溶胀而形成的PVDF凝胶不良带来的电解液凝胶化形成凸点造成的外观凹凸不平的问题，使电池的长期循环能力及电池容量得到提升，同时可以改善电池正、负极界面状态的一致性，最后对电芯进行降温冷却处理，使电芯的厚度一致，拥有更好的硬度。本发明方法解决了传统化成技术化成周期长、工序操作多、流程繁琐的缺点，可以减少电芯报废及降低人为接触电池次数，降低电芯的外观不良率和报废率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1为采用本发明方法得到的电池与对比例电池的循环曲线对比图；
图2为将采用本发明方法得到的电池与对比例电池满电拆解后的负极片对比图。
具体实施方式
为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，并配合所附图示，做详细说明如下。
本发明方法的基本思路是：将电池放入高温加压化成设备中进行化成，在高温加压条件下分为两步对电池进行充电：先采用0.1～0.5CmA电流进行充电，充电至电压为3.7V时停止充电，然后再采用0.5C～2.0CmA电流进行充电，充电至电压为4.0V时停止充电；然后升温，压力保持不变，保温保压一段时间后，对电池进行冷却降温，最后对电池进行抽真空二次封口，化成完成。
以上是本发明的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明化成方法的步骤如下：
步骤1、将陈化到点的电池放入温度为40～70℃，压力为0.1～2.0Mpa的化成设备中进行高温加压化成，充电时先采用0.1～0.5CmA电流进行充电，充电至截止电压3.7V，然后再采用0.5C～2.0CmA电流进行充电，充电至截止电压4.0V；
步骤2、将温度升至80～100℃，压力保持不变，对电池进行保温保压，时间为10～60min；
步骤3、对电池进行冷却降温，将温度降至20～30℃，压力降至0.1～1.0Mpa，冷却时间为1～30min；
步骤4、对完成冷却的电池进行抽真空、二次封口，化成完毕。
本发明的化成方法将电芯放置于高温及一定的压力条件下进行大电流充电化成，将化成与老化合并，缩短了制程时间、提高了生产效率，而且减少了操作人员对锂离子电芯的接触，降低了外观不良、损坏等带来的成本问题；对充电后的电芯进行升温加压整形硬化，使电池厚度、容量、极片界面状态一致性更好，循环能力得到提高，而且解决了隔膜PVDF与电解液形成的凝胶而造成的电池表面凸点带来的外观不良问题。
下面以一个具体实施例对本发明的锂离子电池的化成方法进行详细说明：
本实施例锂电池正极的制备过程如下：按照常规的聚合物锂离子电池的制造流程，以钴酸锂为正极材料，加入导电剂和粘接剂配成浆料，将配制好的浆料连续、均匀地涂覆在以铝箔为集流体的基材表面，并进行烘干处理，将涂布烘烤后的极片进行辊压并分切成条和焊接极耳，做成正极极片；
本实施例锂电池负极的制备过程如下：按照常规的聚合物锂离子电池的制造流程，以石墨为负极材料，加入导电剂和粘接剂和其他辅料配成浆料，将配制好的浆料连续、均匀地涂覆在义铜箔为集流体的基材表面，并进行烘干处理，将涂布烘烤后的极片进行辊压并分切成条和焊接极耳，做成负极极片；
将以上步骤制得的正、负极与涂覆有陶瓷及PVDF的隔膜卷绕成电芯，将极耳与极片焊接后放入电池壳体内，密封后，将电解液(1mol/L的LiPF6/(EC+EMC+DEC))注入电池壳体中，然后将电池放在温度为25℃的环境中进行陈化24h；
化成时，将陈化好的电池放入温度为68℃、压力为0.47Mpa的化成设备中进行高温加压化成，充电时先采用0.2CmA电流进行充电，充电至截止电压3.7V，然后再采用0.5CmA电流进行充电，充电至截止电压4.0V，化成过程用时80min；
将温度升至80℃，压力保持不变，对电池进行保温保压，时间为20min；
对电池进行冷却降温，将温度降至25℃，压力降至0.39Mpa，冷却时间为3min；
对完成冷却的电池进行抽真空二次封口，化成完毕。
经测试，本实施例制得的电池的容量均值为3206mAh，厚度均值为4.19mm，1C充电/1C放电常温25℃长循环1000次容量保持率为88％。
对比例1
选取前述实施例同一型号同一批次陈化到点的电池，采用传统的化成工艺进行化成，本对比例及下一对比例制备的电池与实施例制备的电池不同的地方仅在于化成方法不同，其原料及电芯的生产过程均相同。
化成方法如下：进行化成前的一次老化，老化温度为60℃，时间2h，压力0.24Mpa，然后进行常温化成，化成过程分为两步：先采用0.02C充电至截止电压3.0V，再采用0.05CmA电流充电至截止电压4.0V，化成过程用时20h，最后进行化成后的二次老化整形硬化，温度为85℃，压力为0.39Mpa，时间为4h，之后对电池进行抽真空二次封口，化成完毕。
经测试，电池厚度及长循环性能如下：电池容量均值为3165.3mAh，厚度均值为4.21mm，1C充电/1C放电常温25℃长循环1000次容量保持率为89％。
对比例2
同样选取同一型号同一批次陈化到点的电池放入温度为75℃，压力为0.39Mpa的化成设备中采用0.5CmAh电流充电至电池电量的70％，然后进行冷却处理，温度为25℃，压力为0.31Mpa，时间为3min，冷却后对电池进行抽真空二次封口，化成完毕。
经测试，电池厚度及长循环性能如下：电池容量均值为3191.5mAh，厚度均值为4.22mm，1C充电/1C放电常温25℃长循环1000次容量保持率为86％。
分别从实施例、对比例1、对比例2制得的电池中各选取两粒电池进行长循环容量保持率测试，循环曲线图如图1所示。从图1可以看出，采用本发明方法化成后制得的电池的长循环能力与传统化成方法(对比例1)制得的电池的长循环能力相当，但本发明整个化成过程时间大大缩短，克服了传统化成技术周期长、工序操作多、流程繁琐的缺点；与采用高温大电流化成工艺(对比例2)制备的电池相比，其长循环能力更优。
同样分别从实施例、对比例1、对比例2制得的电池中选取两粒电池进行满电拆解，拆解后负极片的示意图如图2所示。从图2可以看出，采用本发明方法化成后制得的电芯拥有更好的硬度，解决了隔膜PVDF与电解液形成的凝胶而造成的电池表面凸点带来的外观不良问题，降低了外观不良率和损坏率，本发明化成方法得到的电池厚度、容量、极片界面状态一致性更好。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (6)

1.一种锂离子电池的化成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将陈化到点的电池放入化成设备中在高温加压环境下进行化成，充电时先采用0.1～0.5CmA电流进行充电，充电至截止电压3.7V，然后再采用0.5C～2.0CmA电流进行充电，充电至截止电压4.0V；
步骤2、将温度提高，压力保持不变，对电池进行保温保压；
步骤3、将温度及压力下降，对电池进行冷却降温；
步骤4、对完成冷却的电池进行抽真空、二次封口，化成完毕。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于：所述步骤1中化成设备的温度为40～70℃，压力为0.1～2.0Mpa。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于：所述步骤2中保温保压的时间为10～60min。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于：所述步骤2中将温度提升至80～100℃。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于：所述步骤3中冷却的时间为1～30min。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于：所述步骤3中将温度降至20～30℃，压力降至0.1～1.0Mpa。
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