CN106384853B - 一种锂离子电池分步化成及一致性筛选方法 - Google Patents

一种锂离子电池分步化成及一致性筛选方法 Download PDF

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Abstract

一种锂离子电池分步化成及一致性筛选方法，第一步预充电；第二步高温搁置；第三步二次充电；第四步高温搁置；第五步电压内阻筛选；第六步三次充电；第七步高温搁置；第八步放电容量筛选；第九步高温搁置；第十步反弹电压筛选测试；第十一步分容配组。化成过程采用分步三次充电，且每次充电都采用相应的温度搁置，使电解液浸润更彻底，有效提高的化成过程中形成SEI膜的稳定性，显著改善电池的循环性能。利用化成过程中的放电余电电量判断电池自放电情况，更准确有效且有效的减少了传统的充放电过程。通过放电后电池的反弹电压来筛选电池，进一步提高了一致性筛选效果。

Description

一种锂离子电池分步化成及一致性筛选方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种锂离子电池分步化成及一致性筛选方法。
背景技术
目前锂离子电池成熟体系有磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、镍钴锰酸锂电池、镍钴铝铝酸锂电池等，由于锂离子电池具有能量密度高、自放电小、循环性能优越等优点，锂离子电池广泛应用于备用电源、储能设备、电动汽车、电动自行车、电动工具中。通常锂离子电池都需要进行初次充电激活，也称为化成，在化成过程中电池以小电流充电，使负极形成SEI膜，进而改善电池的充放电性能、循环等电性能。但初次充电过程中电流大小、环境温度及充电工艺对SEI膜的影响较大。电池在化成后进行分容，再通过搁置来筛选电池的一致性，中间搁置时间较长达1个月或更长的时间。需要解决SEI膜形成不稳定的问题和电池一致性筛选周期长、生产效率低的问题。
发明内容
本发明提供一种锂离子电池分步化成及一致性筛选方法，采用分步三次充电提高SEI膜的致密性、稳定性，并利用电池容量自耗情况和反弹电压特点相结合快速筛选一致性。解决SEI膜形成不稳定和电池一致性筛选周期长的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
锂离子电池分步化成及一致性筛选方法包括以下步骤：
第一步预充电，电池注液封口后搁置4~6h，采用0.02C~0.1C电流充电1h。
第二步高温搁置，首先35~40℃搁置24~36h，然后45~50℃搁置24~36h。
第三步二次充电，采用0.1~0.3C电流充电至设计容量的50~60%。
第四步高温搁置，搁置温度为40~45℃，搁置时间为36~72h。
第五步电压内阻筛选，对电池进行电压内阻筛选。
第六步三次充电，采用0.4~0.6C电流充电至设计容量的70~85%。
第七步高温搁置，搁置温度为40~45℃，搁置时间为168~192h。
第八步放电容量筛选，在25~28℃环境下，采用0.4~0.6C电流放电至2.0~2.5V，根据放电容量进行筛选。
第九步高温搁置，搁置温度为40~45℃，搁置时间为24~72h。
第十步反弹电压筛选测试，对放电结束搁置电池反弹后的电压进行筛选测试。
第十一步分容配组，采用0.5~1C电流进行充满电，再采用0.5~1C进行放电，再采用0.5~1C充至30~60%电量。以该步放电容量进行容量分档。
通过以上方法来完成电池的分步化成和一致性筛选，最多需要18天的时间。在上述一些步骤中的详细方法如下：
在第五步电压内阻筛选方式为：选取110只电池测试电压内阻，电压筛选按照，其中≤10mV，，指去掉最高电压5只电池数据，去掉最低电压5只电池数据，计算出剩余100只电池电压平均值。内阻筛选按照其中k≤0.18，，指去掉最高内阻5只电池数据，去掉最低内阻5只电池数据，计算出剩余100只电池内阻平均值。
在第八步放电容量筛选，要求放电容量≥为合格电池， ，其中为第一步至第六步总的充电量，为自放电率，≤10%。为平均放电效率，，即在第六步三次充电结束时选取110只电池，进行放电至2.0~2.5V，计算出电池的放电效率，并去掉最高和最低效率值各5组数据，计算剩余100只电池平均值。
在第十步反弹电压筛选测试，电压筛选按照，其中≤50mV，，指取110只电池测试电压，去掉最高电压5只电池数据，去掉最低电压5只电池数据，计算出剩余100只电池电压平均值。
本方法适合的锂离子电池主要类型是，锂离子电池正极材料体系为磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂或锰酸锂，负极材料体系为石墨或硅-碳复合材料。
本发明的有益技术效果是:
1、化成过程采用分步三次充电，且每次充电都采用相应的温度搁置，使电解液浸润更彻底，有效提高的化成过程中形成SEI膜的稳定性，显著改善电池的循环性能。
2、利用化成过程中的放电余电电量判断电池自放电情况，更准确有效且有效的减少了传统的充放电过程。
3、通过放电后电池的反弹电压来筛选电池，进一步提高了一致性筛选效果。
4、将化成、内阻、电压筛选、分容有效结合最多需要18天时间，大大缩短了流程时间，提高了效率、节约了成本。
具体实施方式
实施例1
以圆柱型18650-2.2Ah-3.6V电池为例，正极材料镍钴锰酸锂、负极材料为石墨。其分步化成及一致性筛选过程如下：
第一步预充电，电池注液封口后搁置5h，采用0.05C电流充电1h。
第二步高温搁置，首先35℃搁置36h，然后45℃搁置24h。
第三步二次充电，采用0.2C电流充电至设计容量的50%。
第四步高温搁置，搁置温度为40~45℃，搁置时间为48h。
第五步电压内阻筛选，对电池进行电压内阻筛选。根据该型号电池电压特点取=7mV，k=0.12根据表1计算出，。则电池电压筛选范围为：3.695V≤U≤3.709V；内阻筛选范围为：14.12mΩ≤R≤17.98mΩ。
表1
第六步三次充电，采用0.5C电流充电至设计容量的85%。
第七步高温搁置，搁置温度为40~45℃，搁置时间为192h。
第八步放电容量筛选，在25~28℃环境下，采用0.5C电流放电至2.5V，根据放电容量进行筛选。第一步到第六步总的充电量为1870mAh，取=5%，根据表2计算出平均放电效率，则，即放电容量≥1576mAh为该步骤容量筛选的条件。
表2
第九步高温搁置，搁置温度为40~45℃，搁置时间为48h。
第十步反弹电压筛选测试，对放电结束搁置电池反弹后的电压进行筛选测试。
根据该型号电池电压特点取=20mV，根据表3计算出，电池反弹电压筛选范围为：3.278V≤Uo≤3.318V；
第十一步分容配组，采用0.5C电流充满电，再采用0.5C进行放电至2.5V，再采用0.5C充至50%电量。以该步放电容量进行容量分档容量差为20mAh。
通过以上方法来完成电池的分步化成和一致性筛选，供需15天的时间。
表3

Claims (5)

1.一种锂离子电池分步化成及一致性筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步预充电，电池注液封口后搁置4~6h，采用0.02C~0.1C电流充电1h，
第二步高温搁置，首先35~40℃搁置24~36h，然后45~50℃搁置24~36h，
第三步二次充电，采用0.1~0.3C电流充电至设计容量的50~60%，
第四步高温搁置，搁置温度为40~45℃，搁置时间为36~72h，
第五步电压内阻筛选，对电池进行电压内阻筛选，
第六步三次充电，采用0.4~0.6C电流充电至设计容量的70~85%，
第七步高温搁置，搁置温度为40~45℃，搁置时间为168~192h，
第八步放电容量筛选，在25~28℃环境下，采用0.4~0.6C电流放电至2.0~2.5V，根据放电容量进行筛选，
第九步高温搁置，搁置温度为40~45℃，搁置时间为24~72h，
第十步反弹电压筛选测试，对放电结束搁置电池反弹后的电压进行筛选测试，
第十一步分容配组，采用0.5~1C电流进行充满电，再采用0.5~1C进行放电，再采用0.5~1C充至30~60%电量，以该步放电容量进行容量分档。
2.根据权利要求1所述一种锂离子电池分步化成及一致性筛选方法，其特征在于，第五步电压内阻筛选方式为：选取110只电池测试电压内阻，电压筛选按照，其中≤10mV，，指去掉最高电压5只电池数据，去掉最低电压5只电池数据，计算出剩余100只电池电压平均值，内阻筛选按照其中k≤0.18，，指去掉最高内阻5只电池数据，去掉最低内阻5只电池数据，计算出剩余100只电池内阻平均值。
3.根据权利要求1所述一种锂离子电池分步化成及一致性筛选方法，其特征在于，第八步放电容量筛选，要求放电容量≥为合格电池， ，其中为第一步至第六步总的充电量，为自放电率，≤10%，为平均放电效率，，即在第六步三次充电结束时选取110只电池，进行放电至2.0~2.5V，计算出电池的放电效率，并去掉最高和最低效率值各5组数据，计算剩余100只电池放电效率平均值。
4.根据权利要求1所述一种锂离子电池分步化成及一致性筛选方法，其特征在于，第十步反弹电压筛选测试，电压筛选按照，其中≤50mV，，指取110只电池测试电压，去掉最高电压5只电池数据，去掉最低电压5只电池数据，计算出剩余100只电池电压平均值。
5.根据权利要求1所述一种锂离子电池分步化成及一致性筛选方法，其特征在于，所述锂离子电池正极材料体系为磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂或锰酸锂，负极材料体系为石墨或硅-碳复合材料。
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