CN105845986A - 一种提高钛酸锂电池循环性能的化成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高钛酸锂电池循环性能的化成方法，该方法采用高温夹具化成，采用化成后预抽气封口，采用高温夹具浮充。本发明从工艺上解决了钛酸锂电池的胀气问题，提高了钛酸锂电池的循环寿命。本发明有利于钛酸锂与电解液的副反应充分发生，形成稳定的钛酸锂/电解液界面和紧凑的电池界面，进而提高了电池的循环性能，适用于负极材料为钛酸锂材料的锂离子电池。

Description

一种提高钛酸锂电池循环性能的化成方法
技术领域
本发明属于锂电池领域，具体涉及一种提高钛酸锂电池循环性能的化成方法。
背景技术
钛酸锂作为一种锂离子电池负极材料，相比较于传统的石墨类负极，有很多优点：1）循环性能优异，石墨类负极循环次数在300-2000次左右，而钛酸锂负极的循环寿命在2万次以上，这主要是由于钛酸锂充电前后晶胞大小几乎无变化，是一种零应变材料；2）可快充，钛酸锂属于尖晶石结构，具有三位的锂离子通道，锂离子扩散速度快，在10-8～10-9cm2/s之间，比石墨高1～2个数量级；3）高安全，钛酸锂的嵌锂电位在1.55V左右，远高于锂枝晶析出电位，无析锂风险。由于钛酸锂具有众多的优点，因此成为了当前锂离子电池研究中的热点。
在钛酸锂应用过程中，人们普遍发现，钛酸锂电池在高温环境下存在严重的胀气问题，这极大制约了钛酸锂的大规模推广和应用。为了解决这一问题，通常采用材料包覆、电解液配方改善、结构设计优化等方法，但这些措施还是很难彻底解决胀气问题。
钛酸锂的胀气问题限制了在软包装电池中的应用，但软包装电池具有安全性好、电池形状可根据需要任意设计等优点，也成为了锂离子电池发展的趋势。软包装电池中，电池一旦胀气，正负极极片之间出现空隙，电池发生变形，内阻增大，界面变差；同时胀气消耗大量的电解液，导致离子通道阻断，电池容量、循环性能等急剧恶化。因此针对软包装钛酸锂电池的胀气问题，非常有必要必要另辟蹊径，采用全新的方法去克服这一难题。
基于以上原因，本发明的主要目的是提供一种通过工艺来解决钛酸锂胀气问题的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提高钛酸锂电池循环性能的化成方法，来解决钛酸锂由于胀气原因导致的循环寿命下降的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明包括以下步骤：
（1）所述锂离子电池采用高温夹具化成，将所述高温夹具的温度设置成45~70℃，加热时间设置为12~36小时，电池面压设置为0.6~1.0MPa，以0.02C~0.5C的电流对所述锂离子电池进行恒流充电至2.5~3.3V，然后再恒压充电至截止电流；
（2）所述锂离子电池进行第一次预抽气封口；
（3）将所述锂离子电池用高温夹具进行二次夹持化成，所述高温夹具的温度设置成45~70℃，电池面压设置为0.6~1.0MPa，加热时间设置为12~36小时，用0.02C~0.1C的电流对电池进行充电至2.5~3.3V，循环次数10~100次；
（4）对所述锂离子电池进行抽气封口，完成后对所述锂离子电池进行分容测试。
进一步地，所述锂离子电池正极活性物质为镍钴锰酸锂材料、磷酸亚铁锂材料、镍酸锂材料、锰酸锂材料、富锂锰基材料、磷酸锰铁锂材料、镍钴铝材料和镍锰酸锂材料中的一种或几种。
上述技术方案中，步骤（1）、（2）的作用是完成对电池活性物质的活化，并形成紧凑的电池界面；
上述技术方案中，步骤（3）、（4）的作用是促进钛酸锂与电解液的副反应充分进行，并将最终产生的气体除去，以形成稳定的钛酸锂/电解液界面和紧凑的电池界面。
本发明的有益效果是：
本发明有利于钛酸锂与电解液的副反应充分发生，形成稳定的钛酸锂/电解液界面和紧凑的电池界面，进而提高了电池的循环性能，适用于负极材料为钛酸锂材料的锂离子电池。
附图说明
图1 是实施例和对比例电池在3C充放电电流下的循环性能曲线；
图2是本发明的流程示意图。
具体实施方式
具体实施例对本发明作进一步的描述，但这些实施例不构成对本发明的任何限制。
实施例1：
正极的制备：将镍锰酸锂、纳米碳粉导电剂Super P、片状石墨导电剂KS-6：粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照93：2：2:3的质量比混合，溶解在氮-甲基吡咯烷酮里，均匀搅拌制成正极浆料，然后按照单面120g/m2 的面密度涂布于铝箔双面上，100℃真空干燥10 小时，然后碾压、裁切制成锂离子电池的正极片。
负极的制备：将钛酸锂、纳米碳粉导电剂Super P、片状石墨导电剂KS-6：粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照90：3：3:4的质量比混合，溶解在氮-甲基吡咯烷酮里，均匀搅拌制成负极浆料，然后按照单面110g/m2 的面密度涂布于铝箔双面上，100℃真空干燥10 小时，然后碾压、裁切制成锂离子电池的负极片。
锂离子电池电池的制备：
将负极、正极、隔膜经叠片制作成锂离子电池电芯，装入到已冲壳的铝塑复合膜中，然后将电池进行顶侧封，85度16小时烘烤，注入电解液。
电池化成：
（1）将锂离子电池采用高温夹具化成，将高温夹具的温度设置成65℃，加热时间设置为12小时，电池面压设置为0.6MPa，以0.2C的电流对电池进行恒流充电至2.8V，然后再压下充电至截止电流；
（2）对锂离子电池进行第一次预抽气封口；
（3）将锂离子电池用高温夹具进行二次夹持化成，将高温夹具温度设置成65℃，加热时间设置为12小时，电池面压设置为0.6MPa，用0. 2C的电流对电池进行充电至2.8V，循环次数100次；
（4）对经过步骤（3）的电池进行抽气封口，完成后对电池进行分容测试。
常规电池化成：
1）以0.02C的电流对电池进行恒流充电至3.0V，然后再恒压充电至截止电流；
2）对经过步骤（1）后的电池进行抽气封口，抽气封口后的电池进行分容测试。
电池测试：
如图2所示，将实施例和对比例电池在常温下以3C的充放电电流进行循环测试，经过电池测试，发现经过二次高温化成和老化的锂电池相对于常规电池具有较高的容积保持率，使电池内部钛酸锂和电解液的副反应充分进行，并将最终产生的气体抽出，以形成稳定的钛酸锂/电解液界面和紧凑的电池界面，可以避免锂电池在后续的使用过程中产生胀气问题，从而提高了钛酸锂电池的循环性能。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种提高钛酸锂电池循环寿命的化成方法，其特征在于：
包括以下步骤：
将所述锂离子电池采用高温夹具化成，将所述高温夹具的温度设置成45~70℃，加热时间设置为12~36小时，电池面压设置为0.6~1.0MPa，以0.02C~0.5C的电流对所述锂离子电池进行恒流充电至2.5~3.3V，然后再恒压充电至截止电流；
（2）所述锂离子电池进行第一次预抽气封口；
（3）将所述锂离子电池用高温夹具进行二次夹持化成，所述高温夹具的温度设置成45~70℃，电池面压设置为0.6~1.0MPa，加热时间设置为12~36小时，用0.02C~0.1C的电流对电池进行充电至2.5~3.3V，循环次数10~100次；
（4）对所述锂离子电池进行抽气封口，完成后对所述锂离子电池进行分容测试。
2.根据权利要求1所述的一种提高钛酸锂电池循环寿命的化成方法，其特征在于：所述锂离子电池正极活性物质为镍钴锰酸锂材料、磷酸亚铁锂材料、镍酸锂材料、锰酸锂材料、富锂锰基材料、磷酸锰铁锂材料、镍钴铝材料和镍锰酸锂材料中的一种或几种。
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