CN105489943A - 一种锂离子电池化成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池化成方法，包括以下步骤：电池注酸后常温搁置12～25小时；用0.035～0.21C电流分4个阶段恒流充电至3850mV；测开路电压及内阻，将未化成、大内阻或低电压不良品挑出；筛选后合格品进入干燥房静置；测开路电压及内阻，将大内阻，低电压不良品挑出；将最终合格的电池采用恒流恒压充电至满电压4200mV，截止电流为0.01C，恒流放电至3750mV，通过电池的充放电使电池完全化成，形成更稳定的SEI膜。本发明具有的优点和积极效果是：采用本发明可有效地改善高能量密度锂离子电池的循环性能，工艺规范，操作方便，适用批量生产，能保证产品质量要求。

Description

一种锂离子电池化成方法
技术领域
本发明属于锂电池生产领域，尤其是涉及一种锂离子电池化成方法。
背景技术
目前，锂离子电池主要以碳素材料为负极材料，以含锂的化合物为正极材料。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极；而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时，嵌入在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极，回正极的锂离子越多，放电容量越高。随着智能手机和平板电脑的出现，人们对锂离子电池的容量要求越来越高，特别要求电池的使用时间越来越长。然而，在有限的电池壳体体积下，电池的容量越高，电池的循环就会越差。一般地，开发高容量电池的方法是将锂离子电池负极片压实和使用高能量密度材料，但是负极片压实后，负极片表面的空隙就很少，电解液就很难浸润到极片内部去，严重影响锂离子电池的保液量；且导致电解液的渗透的速度太慢，造成电池化成时浓差极化非常大，严重影响锂离子电池的循环、倍率和低温性能。化成是锂离子电池制作的关键工序，是获得良好电化学性能和安全性能的锂离子电池的重要保障，市面公开的锂离子电池化成方法是用不同电流阶段性的恒流恒压一种电流充到4.2V，结束电流为0.01C。然而，由于高能量密度锂离子电池的负极普遍压实和面密度较高，造成电解液渗透不足或固体电解质界面膜(SEI)没有完全形成而造成电池循环性能变差，特别是高能量密度的聚合物锂离子电池，这在很大程度上制约了高能量密度电池的应用。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种锂离子电池化成方法，能够有效地改善高能量密度的锂离子电池的循环性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种锂离子电池化成方法，包括以下步骤：
步骤A：电池注酸后常温搁置12～25小时，待极片和隔膜充分浸润后上化成柜；通过静置12～25小时，能够使高能量密度的锂离子电池的电解液充分浸润阳极材料，并形成完整的SEI膜和增加保液量，并通过接下来再对锂离子电池恒流恒压充电，稳定电极材料表面的SEI膜，从而有效地改善了高能量密度的锂离子电池因过度压实而导致电解液渗透不足，造成固体电解质界面膜(SEI膜)没有完全形成而造成电池循环性能变差，因此，上述锂离子电池的化成方法能够有效地改善高能量密度锂离子电池的循环性能。
步骤B：用0.035～0.21C电流分4个阶段恒流充电至3850mV；
步骤C：测开路电压及内阻，将未化成、内阻大于20mΩ或电压小于3700mV的电池筛选出来，其余为合格品，其中未化成的电池重复步骤B的流程，内阻大于20mΩ或电压小于3700mV的电池为不良品；
步骤D：筛选后合格品进入干燥房静置；
步骤E：测开路电压及内阻，将内阻大于20mΩ或电压小于3800mV的电池筛选出来，为不良品，其余为最终合格的电池；
步骤F：将最终合格的电池采用恒流恒压充电至满电压4200mV，截止电流为0.01C，恒流放电至3750mV，通过电池的充放电使电池完全化成，形成更稳定的SEI膜。
进一步，所述步骤B中，包括：
步骤a：0.035～0.045C电流充电30分钟；
步骤b：0.04～0.06C电流充电120分钟；
步骤c：0.09～0.11C电流充电60分钟；
步骤d：0.19～0.21C电流充电220分钟，电压充至3850mV。使用不同阶梯小电流充电是为了降低浓差极化，充分将电能转化为化学能，并储存。
进一步，所述步骤B中，保护电压设置为3850mV。在充电过程中可以起到对锂电池的保护作用，避免压力过高。
进一步，所述步骤D中，静置时间为35～36小时，温度为45～50℃。此过程温度时实监控，将温度稳定控制在45～50℃之内。干燥房静置是为了将SEI膜部分分解，后期形成更稳定更致密更均匀的SEI膜，并将电池内部副反应进行完全反应。
进一步，所述步骤F中，恒流恒压0.49～0.51C充至4200mV，静置14-16分钟，恒流0.49～0.51C放电至3750mV。使电池完全化成，形成更稳定的SEI膜，形成电池容量，查看电池容量达标状况。空电保存，可以更有效更安全的保存。
进一步，所述步骤B中，包括：
步骤a：0.035C电流充电30分钟；
步骤b：0.04C电流充电120分钟；
步骤c：0.09C电流充电60分钟；
步骤d：0.19C电流充电220分钟，电压充至3850mV。此时的锂离子电池的循环性能最优。
进一步，所述步骤D中，静置时间为36小时。该静置时间可使后期形成的SEI膜稳定性、致密性和均匀度最佳，且电池内部副反应进行的完全程度最佳。
进一步，所述步骤F中，静置时间为15分钟。使电池的化成最完全，形成的SEI膜最稳定。
本发明具有的优点和积极效果是：采用本发明可有效地改善高能量密度锂离子电池的循环性能，工艺规范，操作方便，适用批量生产，能保证产品质量要求。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为实施例1～3和对比组的化成方法后的锂离子电池的循环性能曲线的比较图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
实施例1
一种锂离子电池化成方法，包括以下步骤：
步骤A：电池注酸后常温搁置25小时，待极片和隔膜充分浸润后上化成柜；
步骤B：保护电压设置为3850mV，分4个阶段恒流充电至3850mV，其中：
步骤a：0.035C电流充电30分钟；
步骤b：0.04C电流充电120分钟；
步骤c：0.09C电流充电60分钟；
步骤d：0.19C电流充电220分钟，电压充至3850mV。
步骤C：测开路电压及内阻，将未化成、内阻大于20mΩ或电压小于3700mV的电池筛选出来，其余为合格品，其中未化成的电池重复步骤B的流程，内阻大于20mΩ或电压小于3700mV的电池为不良品；
步骤D：筛选后合格品进入干燥房静置，静置时间为36小时，温度为45℃；
步骤E：测开路电压及内阻，将内阻大于20mΩ或电压小于3800mV的电池筛选出来，为不良品，其余为最终合格的电池；
步骤F：将最终合格的电池采用恒流恒压0.49C充电至满电压4200mV，截止电流为0.01C，静置15分钟，恒流0.49C放电至3750mV，通过电池的充放电使电池完全化成，形成更稳定的SEI膜。
实施例2
一种锂离子电池化成方法，包括以下步骤：
步骤A：电池注酸后常温搁置12小时，待极片和隔膜充分浸润后上化成柜；
步骤B：保护电压设置为3850mV，分4个阶段恒流充电至3850mV，其中：
步骤a：0.04C电流充电30分钟；
步骤b：0.05C电流充电120分钟；
步骤c：0.1C电流充电60分钟；
步骤d：0.2C电流充电220分钟，电压充至3850mV。
步骤C：测开路电压及内阻，将未化成、内阻大于20mΩ或电压小于3700mV的电池筛选出来，其余为合格品，其中未化成的电池重复步骤B的流程，内阻大于20mΩ或电压小于3700mV的电池为不良品；
步骤D：筛选后合格品进入干燥房静置，静置时间为35小时，温度为50℃；
步骤E：测开路电压及内阻，将内阻大于20mΩ或电压小于3800mV的电池筛选出来，为不良品，其余为最终合格的电池；
步骤F：将最终合格的电池采用恒流恒压0.5C充电至满电压4200mV，截止电流为0.01C，静置14分钟，恒流0.5C放电至3750mV，通过电池的充放电使电池完全化成，形成更稳定的SEI膜。
实施例3
一种锂离子电池化成方法，包括以下步骤：
步骤A：电池注酸后常温搁置20小时，待极片和隔膜充分浸润后上化成柜；
步骤B：保护电压设置为3850mV，分4个阶段恒流充电至3850mV，其中：
步骤a：0.045C电流充电30分钟；
步骤b：0.06C电流充电120分钟；
步骤c：0.11C电流充电60分钟；
步骤d：0.21C电流充电220分钟，电压充至3850mV。
步骤C：测开路电压及内阻，将未化成、内阻大于20mΩ或电压小于3700mV的电池筛选出来，其余为合格品，其中未化成的电池重复步骤B的流程，内阻大于20mΩ或电压小于3700mV的电池为不良品；
步骤D：筛选后合格品进入干燥房静置，静置时间为35.5小时，温度为47℃；
步骤E：测开路电压及内阻，将内阻大于20mΩ或电压小于3800mV的电池筛选出来，为不良品，其余为最终合格的电池；
步骤F：将最终合格的电池采用恒流恒压0.51C充电至满电压4200mV，截止电流为0.01C，静置16分钟，恒流0.51C放电至3750mV，通过电池的充放电使电池完全化成，形成更稳定的SEI膜。
对比例1中的恒流充电过程为：保护电压设置为3850mV，分2个阶段恒流充电至3850mV，其中：
步骤a：恒流0.2C电流充电420分钟，电压设置在3850mV，休眠1分钟；
步骤b：恒流恒压0.2C电流充电35分钟，电压充至3850mV。
结束电流为0.5C。
本专利的技术方案及对比例的技术方案均适用于18650锂电池，常规容量为2200mA。
图1为采用本方案中实施例1～3和对比组的化成方法后的锂离子电池进行恒流恒压一种电流充到4.2V、结束电流为0.01C后的循环性能曲线的比较图。图1中自上而下分别是实施例1、实施例2、实施例3和对比组的化成方法。由图1可知，实施例1～3相对于对比组均能够有效地改善高能量密度锂离子电池的循环性能。实施例1为最优值，即采用实施例1中的化成方法是最有效地改善高能量密度锂离子电池的循环性能的方法。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种锂离子电池化成方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤A：电池注酸后常温搁置12～25小时，待极片和隔膜充分浸润后上化成柜；
步骤B：用0.035～0.21C电流分4个阶段恒流充电至3850mV；
步骤C：测开路电压及内阻，将未化成、内阻大于20mΩ或电压小于3700mV的电池筛选出来，其余为合格品，其中未化成的电池重复步骤B的流程，内阻大于20mΩ或电压小于3700mV的电池为不良品；
步骤D：筛选后合格品进入干燥房静置；
步骤E：测开路电压及内阻，将内阻大于20mΩ或电压小于3800mV的电池筛选出来，为不良品，其余为最终合格的电池；
步骤F：将最终合格的电池采用恒流恒压充电至满电压4200mV，截止电流为0.01C，恒流放电至3750mV，通过电池的充放电使电池完全化成，形成更稳定的SEI膜。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池化成方法，其特征在于：所述步骤B中，包括：
步骤a：0.035～0.045C电流充电30分钟；
步骤b：0.04～0.06C电流充电120分钟；
步骤c：0.09～0.11C电流充电60分钟；
步骤d：0.19～0.21C电流充电220分钟，电压充至3850mV。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池化成方法，其特征在于：所述步骤B中，保护电压设置为3850mV。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池化成方法，其特征在于：所述步骤D中，静置时间为35～36小时，温度为45～50℃。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池化成方法，其特征在于：所述步骤F中，恒流恒压0.49～0.51C充至4200mV，静置14-16分钟，恒流0.49～0.51C放电至3750mV。
6.根据权利要求2所述的锂离子电池化成方法，其特征在于：所述步骤B中，包括：
步骤a：0.035C电流充电30分钟；
步骤b：0.04C电流充电120分钟；
步骤c：0.09C电流充电60分钟；
步骤d：0.19C电流充电220分钟，电压充至3850mV。
7.根据权利要求4所述的锂离子电池化成方法，其特征在于：所述步骤D中，静置时间为36小时。
8.根据权利要求5所述的锂离子电池化成方法，其特征在于：所述步骤F中，静置时间为15分钟。
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