CN106299476A - 锂离子电池的化成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电池的化成方法，包括步骤：获取预设电压值；将锂离子电池以预设电压值为起始电压进行过充测试；判断锂离子电池是否通过过充测试；及若通过过充测试，则以预设电压值为锂离子电池的充电上限电压进行化成；若没有通过过充测试，则重新获取预设电压值进行上述过充测试，直到通过过充测试，以此时获取的预设电压值为锂离子电池的充电上限电压进行化成。上述锂离子电池的化成方法，适当降低预设电压值，使锂离子电池快速通过过充测试，从而得到锂离子电池合适的充电上限电压对锂离子电池进行化成，在基本不影响电池容量和倍率性能的情况下有效解决了锂离子电池过充的问题，不需要在电解液中加入过充添加剂，操作简单、经济有效。
Description
技术领域
本发明涉及到锂离子电池领域，特别是一种锂离子电池的化成方法。
背景技术
电池过充电，主要是指电池充电达到充满状态后，还继续充电。过充电可能导致发生电池内压升高、电池变形、漏液、发热爆炸等损坏，电池的性能也会显著降低。目前，解决锂离子电池过充电常用的方法是在电解液中加入过充添加剂，如环己基苯和二甲苯，这两种添加剂会在在一定电位下发生聚合，聚合后的聚合物几乎全部覆盖隔膜表面，阻断了反应，有效防止电池的过充电。然而添加剂的加入会使电池的阻抗增加，严重影响电池容量。
发明内容
基于此，有必要提供一种不影响电池容量、经济有效的锂离子电池的化成方法。
一种锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
获取预设电压值，其中第一次获取的所述预设电压值为4.2V～4.15V；
将所述锂离子电池以所述预设电压值为起始电压进行过充测试；
判断所述锂离子电池是否通过过充测试；及
若所述锂离子电池通过过充测试，则以所述预设电压值为所述锂离子电池的充电上限电压对所述锂离子电池进行化成；若所述锂离子电池没有通过过充测试，则重新获取预设电压值，所述重新获取的预设电压值略小于上一次获取的预设电压值，将所述锂离子电池以所述重新获取的预设电压值为起始电压进行过充测试，直到所述锂离子电池通过过充测试，以此时获取的预设电压值为所述锂离子电池的充电上限电压对所述锂离子电池进行化成。
上述锂离子电池的化成方法，适当地降低锂离子电池的预设电压值，使锂离子电池快速通过过充测试，从而得到锂离子电池合适的充电上限电压对锂离子电池进行化成，在基本不影响电池容量和倍率性能的情况下有效解决了锂离子电池过充的问题，不需要在电解液中加入过充添加剂，操作简单、经济有效。
在其中一个实施例中，所述将锂离子电池以所述预设电压值为起始电压进行过充测试的步骤具体为：将所述锂离子电池以所述预设电压值为起始电压进行恒流充电，所述恒流充电以电压达到限定电压或者以恒流充电时间达到限定时间截止，其中所述限定电压高于所述预设电压值。
在其中一个实施例中，所述恒流充电的电流为1C，所述限定电压为所述预设电压值的2倍，所述限定时间为开始过充1小时。
在其中一个实施例中，所述以所述预设电压值为所述锂离子电池的充电上限电压对所述锂离子电池进行化成的步骤包括：
在所述锂离子电池的电压低于阈值时，将所述锂离子电池以不大于0.1C的电流进行涓流充电；
在所述锂离子电池的电压达到所述阈值时，将所述锂离子电池以0.2C～1.0C的电流进行恒流充电；及
当所述锂离子电池的电压达到所述预设电压值时，将所述锂离子电池进行恒压充电，所述恒压充电以充电电流达到最小电流或者以恒压充电时间达到预定时间截止，终止充电，化成结束。
在其中一个实施例中，所述涓流充电的阈值为3V，所述涓流充电的电流为0.1C，所述恒流充电的电流为1.0C，所述最小电流的范围为0.02C～0.07C，所述预定时间为开始恒压充电2小时。
在其中一个实施例中，所述将所述锂离子电池以不大于0.1C的电流进行涓流充电后，还包括步骤：将所述锂离子电池进行真空封装工序，抽走所述锂离子电池内部化成过程产生的气体。
在其中一个实施例中，所述锂离子电池上设有泄压阀，通过所述泄压阀抽走所述锂离子电池内部化成过程产生的气体。
在其中一个实施例中，所述预设电压的范围为4.2V～4.15V。
在其中一个实施例中，所述重新获取的预设电压值比上一次获取的预设电压值略小0.01～0.05V。
在其中一个实施例中，采用所述锂离子电池的化成方法前后，所述锂离子电池的标称容量变化不大于5％。
附图说明
图1为一实施方式的锂离子电池的化成方法的流程图；
图2为实施例1的锂离子电池的化成方法的过充测试得到的温度和时间曲线以及电压和时间曲线图；
图3为图2所示的电压和时间曲线在电压范围为4V～5V的放大曲线图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
参照图1，一实施方式的锂离子电池的化成方法，包括步骤：
S100：获取预设电压值。
电池的充电上限电压又称满电电压，即电池充满电时的电压。如果达到充电上限电压仍不停止充电，则表现为过充。而过充的最直接表现是：电池发热或者电池内压升高，如果电池发热过大、或者电池内压升高过大，则会给电池带来永久性的损伤。
一般来说，锂离子电池的充电上限电压为4.2V，不同电池的充电上限电压有所不同。电池的充电上限电压的数值影响电池的容量，因此应该考虑尽可能少的影响电池的容量。
特别地，第一次获取的预设电压值为预设电压，所述预设电压应该为4.2V或最接近4.2V的数值。在其中一个实施例中，预设电压的范围为4.2V～4.15V。
特别地，预设电压值的改变导致锂离子电池的标称容量的变化，即采用该锂离子电池的化成方法前后，锂离子电池的标称容量变化不大于5％。
S200：将锂离子电池以预设电压值为起始电压进行过充测试。
特别地，过充测试的具体步骤为：将锂离子电池以预设电压值为起始电压进行恒流充电，恒流充电以电压达到限定电压或者以恒流充电时间达到限定时间截止，其中限定电压高于预设电压值。
在其中一个实施例中，恒流充电的电流为1C。
在其中一个实施例中，限定电压为预设电压值的2倍，限定时间为开始过充1小时。
S300：判断所述锂离子电池是否通过过充测试。
特别地，通过过充测试的标准是锂离子电池不爆炸、不起火。即若过充测试中，锂离子电池不爆炸、不起火，锂离子电池则通过过充测试；若过充测试中，锂离子电池发生爆炸或起火，锂离子电池则没有通过过充测试。
S400：若锂离子电池通过过充测试，则以预设电压值为锂离子电池的充电上限电压对锂离子电池进行化成；若锂离子电池没有通过过充测试，则回到步骤S100，重新获取预设电压值，重新获取的预设电压值略小于上一次获取的预设电压值，将锂离子电池以重新获取的预设电压值为起始电压进行过充测试，直到锂离子电池通过过充测试，以此时获取的预设电压值为锂离子电池的充电上限电压对锂离子电池进行化成。
特别地，重新获取的预设电压值略小于上一次获取的预设电压值，且优选的预设电压值应尽可能少地影响锂离子电池的容量。更特别地，重新获取的预设电压值比上一次获取的预设电压值略小0.01～0.05V。
特别地，采用的锂离子电池为同一种电池，重新获取预设电压值，进行上述步骤。
在其中一个实施例中，所述以预设电压值为锂离子电池的充电上限电压对锂离子电池进行化成的步骤包括：
在锂离子电池的电压低于阈值时，将锂离子电池以不大于0.1C的电流进行涓流充电；
在锂离子电池的电压达到阈值时，将锂离子电池以0.2C～1.0C的电流进行恒流充电；及
当锂离子电池的电压达到预设电压值时，将锂离子电池进行恒压充电，恒压充电以充电电流达到最小电流或者以恒压充电时间达到预定时间截止，终止充电，化成结束。
其中，1C表示电池充放电时电流为1000mA。
特别地，涓流充电的阈值为3V，涓流充电的电流为0.1C，恒流充电的电流为1.0C。
特别地，最小电流的范围为0.02C～0.07C，预定时间为开始恒压充电2小时终止充电。
在其中一个实施例中，所述将所述锂离子电池以不大于0.1C的电流进行涓流充电后，还包括步骤：将锂离子电池进行真空封装工序，抽走锂离子电池内部化成过程产生的气体。
在其中一个实施例中，锂离子电池上设有泄压阀，通过泄压阀抽走锂离子电池内部化成过程产生的气体。
上述锂离子电池的化成方法，适当地降低锂离子电池的预设电压值，使锂离子电池快速通过过充测试，从而得到锂离子电池合适的充电上限电压对锂离子电池进行化成，在基本不影响电池容量和倍率性能的情况下有效解决了锂离子电池过充的问题，不需要在电解液中加入过充添加剂，操作简单、经济有效。
以下为具体实施例。
实施例1
电池的型号为方形2614891锂离子电池。
获取预设电压值为4.15V。
将锂离子电池以4.15V为起始电压进行过充测试，具体步骤为：将锂离子电池使用1C的电流进行恒流充电，恒流充电以电压达到9.30V或恒流充电时间达到限定时间4000s截止。锂离子电池没有通过过充测试。
采用同一种电池重新获取预设电压值为4.10V。
将锂离子电池以4.10V为起始电压进行过充测试，具体步骤为：将锂离子电池使用1C的电流进行恒流充电，恒流充电以电压达到9.30V或恒流充电时间达到限定时间4000s截止。锂离子电池通过过充测试。
以预设电压值为锂离子电池的充电上限电压对锂离子电池进行化成的具体步骤为：在锂离子电池电压低于3V时，将锂离子电池以0.1C的电流进行涓流充电；将锂离子电池进行真空封装工序，通过述锂离子电池上的泄压阀抽走锂离子电池内部化成过程产生的气体。在锂离子电池电压达到3V时，将锂离子电池以1.0C的电流进行恒流充电；及当锂离子电池电压达到4.10V时，将锂离子电池进行恒压充电，恒压充电以充电电流达到0.02C截止，终止充电。
将实施例1中的两个过充过程进行比较可知：
参照图2，其中a、b分别为以4.15V、4.10V为起始电压进行过充得到的电压和时间曲线，c、d分别为以4.15V、4.10V为起始电压进行过充得到的温度和时间曲线。结合a、c曲线可知，以4.15V起始电压进行过充，电压达到9.8V，过充以锂离子电池电压达到2倍的预设电压值截止，随后电池起火爆炸，温度瞬间上升至320℃，锂离子电池没有通过过充测试，则重新获取预设电压值。结合b、d曲线可知，以4.10V起始电压进行过充，锂离子电池电压最高达到4.7V，过充以时间截止，最高温度90℃，锂离子电池没有起火、没有爆炸，通过过充测试，因此以此时获取的预设电压值4.10V为锂离子电池的充电上限电压对锂离子电池进行化成，化成结束。
另外，充电上限电压为4.15V时，锂离子电池的标称容量为28Ah。充电上限电压为4.10V时，锂离子电池的标称容量为27Ah。相比充电上限电压为4.15V时的标称容量，锂离子电池在充电上限电压为4.10V时的标称容量仅降低了3.5％。
为了进一步分析不同的预设电压值为起始电压的过充过程，将图2中4V～5V电压和时间曲线放大，如图3所示，在4V到5V之间电池出现两个不同压降，一般认为在该过充测试过程中四个阶段原理如下：
第1阶段：此过程仍有锂离子从正极脱嵌，负极锂离子嵌入，导致电压和内阻缓慢上升，产生焦耳热，温度缓慢上升。
第2阶段：正极锂离子已经全部脱出，正极结构坍塌，导致电池压下降。
第3阶段：继续充电，正极电位不断升高，正极界面处的电解液不断反应及SEI膜分解等电池内部副反应，使温度上升。
其中，SEI膜(solid electrolyte interface，固体电解质界面膜)是指在液态锂离子电池首次充放电过程中，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，该层钝化膜能有效地阻止溶剂分子的通过，锂离子却可经过该钝化层自由地嵌入和脱出。
第4阶段：正极界面处的电解液不断分解，导致正极电位下降。
结合a、b曲线可知，预设电压值为4.15V和预设电压值为4.10V的两次过充测试，不同之处在于，相比预设电压值为4.15V时的过充测试，预设电压值为4.10V时过充测试的每个阶段都要滞后200s，所以过充测试截止时，电解液没有分解完成。另外，预设电压值为4.15V时过充测试的第4阶段，锂离子电池电压下降到一定电位后突然上升，正是由于电解液已几乎消耗完，导致电池内阻突然升高，锂离子电池电压达到9.8V使电池电压不小于上限电压的两倍，过充测试截止。因此，上述锂离子电池的化成方法，适当地降低锂离子电池的预设电压值，使锂离子电池快速通过过充测试，从而得到锂离子电池合适的充电上限电压对锂离子电池进行化成，在基本不影响电池容量和倍率性能的情况下有效解决了锂离子电池过充的问题，不需要在电解液中加入过充添加剂，操作简单、经济有效。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种锂离子电池的化成方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取预设电压值；
将所述锂离子电池以所述预设电压值为起始电压进行过充测试；
判断所述锂离子电池是否通过过充测试；及
若所述锂离子电池通过过充测试，则以所述预设电压值为所述锂离子电池的充电上限电压对所述锂离子电池进行化成；若所述锂离子电池没有通过过充测试，则重新获取预设电压值，所述重新获取的预设电压值略小于上一次获取的预设电压值，将所述锂离子电池以所述重新获取的预设电压值为起始电压进行过充测试，直到所述锂离子电池通过过充测试，以此时获取的预设电压值为所述锂离子电池的充电上限电压对所述锂离子电池进行化成。
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，所述将锂离子电池以所述预设电压值为起始电压进行过充测试的步骤具体为：将所述锂离子电池以所述预设电压值为起始电压进行恒流充电，所述恒流充电以电压达到限定电压或者以恒流充电时间达到限定时间截止，其中所述限定电压高于所述预设电压值。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，所述恒流充电的电流为1C，所述限定电压为所述预设电压值的2倍，所述限定时间为开始过充1小时。
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，所述以所述预设电压值为所述锂离子电池的充电上限电压对所述锂离子电池进行化成的步骤包括：
在所述锂离子电池的电压低于阈值时，将所述锂离子电池以不大于0.1C的电流进行涓流充电；
在所述锂离子电池的电压达到所述阈值时，将所述锂离子电池以0.2C～1.0C的电流进行恒流充电；及
当所述锂离子电池的电压达到所述预设电压值时，将所述锂离子电池进行恒压充电，所述恒压充电以充电电流达到最小电流或者以恒压充电时间达到预定时间截止，终止充电，化成结束。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，所述涓流充电的阈值为3V，所述涓流充电的电流为0.1C，所述恒流充电的电流为1.0C，所述最小电流的范围为0.02C～0.07C，所述预定时间为开始恒压充电2小时。
6.根据权利要求4所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，所述将所述锂离子电池以不大于0.1C的电流进行涓流充电后，还包括步骤：将所述锂离子电池进行真空封装工序，抽走所述锂离子电池内部化成过程产生的气体。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，所述锂离子电池上设有泄压阀，通过所述泄压阀抽走所述锂离子电池内部化成过程产生的气体。
8.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，所述预设电压的范围为4.2V～4.15V。
9.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，所述重新获取的预设电压值比上一次获取的预设电压值略小0.01～0.05V。
10.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，采用所述锂离子电池的化成方法前后，所述锂离子电池的标称容量变化不大于5％。
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