CN106532141A - 一种电池的化成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池的化成方法，所述电池的化成工艺一方面使得电池电化学性能稳定，电池封日后鼓壳率明显降低，另一方面使得SEI膜性质和组成稳定；并且本发明电池的化成工艺与传统工艺相比，增加了充放电的次数，缩短了充放电的时间，其化成时间维持在40h以内，从而缩短了生产周期，降低了工作人员的劳动强度，提高生产效率，降低了生产成本；另外，以本发明电池的化成工艺得到的电池能放出较高的初容量，并且有较好的充电接受能力，提高了电池使用寿命及电池的循环性能。

Description

一种电池的化成方法
技术领域
本发明涉及氢氧化镍碱性电池的加工领域，特别是涉及一种电池的化成方法。
背景技术
近年来，随着新能源研究的持续发展，电池成为了被广泛认可的未来具有广阔前景的新能源。但目前电池的工业化生产过程中易出现鼓壳、电池容量离散性偏大、电池外观差等质量问题。产生上述问题的一个重要原因在于，首次化成生成的充电过程产生负极极化现象，进而引起溶剂发生电化学还原而产生气体。气体的存在必然会导致电池的鼓胀、电解液的外溢、电池外观被腐蚀、容量偏低。
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，然后再对电池进行后处理。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，严重影响电池的安全性能。
因此，化成是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电池的重要保障。故开发一种优化工艺的电池化成工艺，以保障化成效果，达到改善电池的性能是研发的重要环节。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种电池的化成方法，该方法能够以保障化成效果，该方法具有投资小，化成工序时间短、化成效率高的优点，该化成方法还有助于提高电池的电化学性能，提高电池的安全性能和电池的充放电性能和循环性能、容量性能。
为实现上述目的，本发明是通过如下方案实现的：
一种电池的化成方法，具体为：在电池内注入电解液并在常温下搁置一段时间后，待极片和隔膜充分浸润后开始充电，采用0.05C-0.3C电流对电池进行预充电,充电后SOC保持在5%-15%之间；再以0.2C-O.5C的电流对电池进行充电，至SOC保持在30%-60%之间，再将电池置于40-70℃高温环境下搁置24-64小时，最后对电池进行化成；所述化成由多次的充放电步骤组成，第一次充电：先以0.4C的电流对电池进行充电2h，然后以0.6C的电流对电池进行充电5h；第一次放电：以0.5C的电流对电池进行放电0.5h；第二次充电：以0.5C的电流对电池进行充电1.5h；第二次放电：以0.7C的电流对电池进行放电0.5h；第三次充电：以0.7C的电流对电池进行充电2.5h；第三次放电：以0.8C的电流对电池进行放电1h；第四次充电：以0.5C的电流对电池进行充电3.5h；第四次放电：将电池使用0.05C-0.2C电流深度放电至截止电压为1.0V；最后以0.05C的恒定电流充电至电池的可逆容量的30-35%，然后静置12-18小时，接着以O.1C的电流恒流充电至截止电压为1.4-1.45伏，化成结束；
其中，所述电池为碱性电池，具体组成为在外包装罐内具备碱性电解液和电极组，所述电极组由以储氢合金为负极活性物质的储氢合金负极、以氢氧化镍为主要正极活性物质的镍正极、和隔膜构成，其中，所述储氢合金以通式Ce1-xZrxMgNiy-a-bAlaMb,其中，M为Co、Mn、Zn中的一种，0.1≤x≤0.3，3.0≤y≤3.8，0.1≤a≤0.3，0.1≤x≤0.5；所述氢氧化镍正极活性物质中固溶有选自钴(Co)、锌(Zn)、锰(Mn )、银(Ag)、镁(Mg)以及铝(Al)元素中的至少一种元素；所述碱性电解液以氢氧化钾(KOH)为主材料，且包含氢氧化钠(NaOH)，且碱性电解液中添加有钨化合物、钼化合物、铌化合物中的一种和多种，所述碱性电解液的比重约为1.3；所述隔膜为织布无纺布、合成树脂微多孔膜的一种，其单位面积重量为55g/m2以下。
其中，所述深度放电进行4-5次，且放电至相同的截止电压。
所述在电池内注入电解液并在常温下搁置的时间为28-40小时。
所述碱性电解液的比重为1.3；所述隔膜为织布无纺布、合成树脂微多孔膜的一种，其单位面积重量为50g/m2以下。
另外，本发明还要求保护一种碱性电池的制备方法，包括上述所述电池的化成方法。
本发明的有益效果是：（1）本发明电池的化成工艺，一方面使得电池电化学性能稳定，电池封日后鼓壳率明显降低；（2）本发明电池的化成工艺与传统工艺相比，增加了充放电的次数，缩短了充放电的时间，其化成时间维持在40h以内，从而缩短了生产周期，降低了工作人员的劳动强度，提高生产效率，降低了生产成本；（3）以本发明电池的化成工艺得到的电池能放出较高的初容量，并且有较好的充电接受能力，提高了电池使用寿命及电池的循环性能。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种电池的化成方法，具体为：在电池内注入电解液并在常温下搁置28小时后，待极片和隔膜充分浸润后开始充电，采用0.15C电流对电池进行预充电,充电后SOC保持在10%之间；再以0.3C的电流对电池进行充电，至SOC保持在50%之间，再将电池置于50℃高温环境下搁置38小时，最后对电池进行化成；所述化成由多次的充放电步骤组成，第一次充电：先以0.4C的电流对电池进行充电2h，然后以0.6C的电流对电池进行充电5h；第一次放电：以0.5C的电流对电池进行放电0.5h；第二次充电：以0.5C的电流对电池进行充电1.5h；第二次放电：以0.7C的电流对电池进行放电0.5h；第三次充电：以0.7C的电流对电池进行充电2.5h；第三次放电：以0.8C的电流对电池进行放电1h；第四次充电：以0.5C的电流对电池进行充电3.5h；第四次放电：将电池使用0.1C电流深度放电至截止电压为1.0V；最后以0.05C的恒定电流充电至电池的可逆容量的30%，然后静置16小时，接着以O.1C的电流恒流充电至截止电压为1.45伏，化成结束。
实施例2
一种电池的化成方法，具体：在电池内注入电解液并在常温下搁置33小时后，待极片和隔膜充分浸润后开始充电，采用0.2C电流对电池进行预充电,充电后SOC保持在12%之间；再以0.4C的电流对电池进行充电，至SOC保持在55%之间，再将电池置于60℃高温环境下搁置24小时，最后对电池进行化成；所述化成由多次的充放电步骤组成，第一次充电：先以0.4C的电流对电池进行充电2h，然后以0.6C的电流对电池进行充电5h；第一次放电：以0.5C的电流对电池进行放电0.5h；第二次充电：以0.5C的电流对电池进行充电1.5h；第二次放电：以0.7C的电流对电池进行放电0.5h；第三次充电：以0.7C的电流对电池进行充电2.5h；第三次放电：以0.8C的电流对电池进行放电1h；第四次充电：以0.5C的电流对电池进行充电3.5h；第四次放电：将电池使用0.05C电流深度放电至截止电压为1.0V；最后以0.05C的恒定电流充电至电池的可逆容量的32%，然后静置15小时，接着以O.1C的电流恒流充电至截止电压为1.42伏，化成结束。
实施例3
一种电池的化成方法，具体为：在电池内注入电解液并在常温下搁置40小时后，待极片和隔膜充分浸润后开始充电，采用0.3C电流对电池进行预充电,充电后SOC保持在15%之间；再以O.5C的电流对电池进行充电，至SOC保持在60%之间，再将电池置于50℃高温环境下搁置64小时，最后对电池进行化成；所述化成由多次的充放电步骤组成，第一次充电：先以0.4C的电流对电池进行充电2h，然后以0.6C的电流对电池进行充电5h；第一次放电：以0.5C的电流对电池进行放电0.5h；第二次充电：以0.5C的电流对电池进行充电1.5h；第二次放电：以0.7C的电流对电池进行放电0.5h；第三次充电：以0.7C的电流对电池进行充电2.5h；第三次放电：以0.8C的电流对电池进行放电1h；第四次充电：以0.5C的电流对电池进行充电3.5h；第四次放电：将电池使用0.2C电流深度放电至截止电压为1.0V；最后以0.05C的恒定电流充电至电池的可逆容量的35%，然后静置18小时，接着以O.1C的电流恒流充电至截止电压为1.45伏，化成结束。
性能测试：
（1）电池的制备：对通过聚合物隔膜分隔的正极和负极进行层叠、卷绕，从而构成电极组。在电极组的上部，将正极集电板焊接在正极的镍烧结基板的露出部分。另外，在电极组的下部，将负极集电板焊接在负极的冲孔金属基板的露出部分。然后，将电极组收纳在相应尺寸的电池外壳内，把负极集电板的中心点焊在电池外壳的底部。接着在电池外壳内注入碱性电解液。然后，在电极组的上部放置上部绝缘板，用边缘部具备密封垫圈的封口板封口电池外壳的开口部，其中封口板上装有安全阀和正极端子。值得注意的是:在封口前，应将正极集电板和正极帽进行电连接。这样，便制成了密闭电池。
其中，上述电池的正极是以氢氧化镍为主要正极活性物质的镍正极，氢氧化镍正极活性物质中固溶有钴(Co)、锌(Zn)、锰(Mn )三种元素；负极为储氢合金负极，储氢合金以通式Ce0.7Zr0.3MgNi3Al0.2M0.3,其中，M为Zn；碱性电解液以氢氧化钾(KOH)为主材料，且包含氢氧化钠(NaOH)，且碱性电解液中添加有铌化合物铌酸钠。
其中，上述电池的正极是以氢氧化镍为主要正极活性物质的镍正极，氢氧化镍正极活性物质中固溶有钴(Co)、锌(Zn)、锰(Mn )三种元素；负极为储氢合金负极，储氢合金以通式Ce0.7Zr0.3MgNi3Al0.2M0.3,其中，M为Zn；碱性电解液以氢氧化钾(KOH)为主材料，且包含氢氧化钠(NaOH)，且碱性电解液中添加有铌化合物铌酸钠。其中，电极的具体制备过程参见现有技术文献CN103457001A。
上述电池采用实施例1-3的化成工艺进行化成。
对采用实施例1-3的化成工艺进行化成的电池进行性能测试，结果见表1：
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种电池的化成方法，其特征在于：在电池内注入电解液并在常温下搁置一段时间后，待极片和隔膜充分浸润后开始充电，采用0.05C-0.3C电流对电池进行预充电,充电后SOC保持在5%-15%之间；再以0.2C-O.5C的电流对电池进行充电，至SOC保持在30%-60%之间，再将电池置于40-70℃高温环境下搁置24-64小时，最后对电池进行化成；所述化成由多次的充放电步骤组成，第一次充电：先以0.4C的电流对电池进行充电2h，然后以0.6C的电流对电池进行充电5h；第一次放电：以0.5C的电流对电池进行放电0.5h；第二次充电：以0.5C的电流对电池进行充电1.5h；第二次放电：以0.7C的电流对电池进行放电0.5h；第三次充电：以0.7C的电流对电池进行充电2.5h；第三次放电：以0.8C的电流对电池进行放电1h；第四次充电：以0.5C的电流对电池进行充电3.5h；第四次放电：将电池使用0.05C-0.2C电流深度放电至截止电压为1.0V；最后以0.05C的恒定电流充电至电池的可逆容量的30-35%，然后静置12-18小时，接着以O.1C的电流恒流充电至截止电压为1.4-1.45伏，化成结束；
其中，所述电池为碱性电池，具体组成为在外包装罐内具备碱性电解液和电极组，所述电极组由以储氢合金为负极活性物质的储氢合金负极、以氢氧化镍为主要正极活性物质的镍正极、和隔膜构成，其中，所述储氢合金以通式Ce1-xZrxMgNiy-a-bAlaMb,其中，M为Co、Mn、Zn中的一种，0.1≤x≤0.3，3.0≤y≤3.8，0.1≤a≤0.3，0.1≤b≤0.5；所述氢氧化镍正极活性物质中固溶有选自钴(Co)、锌(Zn)、锰(Mn )、银(Ag)、镁(Mg)以及铝(Al)元素中的至少一种元素；所述碱性电解液以氢氧化钾(KOH)为主材料，且包含氢氧化钠(NaOH)，且碱性电解液中添加有钨化合物、钼化合物、铌化合物中的一种和多种，所述碱性电解液的比重约为1.3；所述隔膜为织布无纺布、合成树脂微多孔膜的一种，其单位面积重量为55g/m2以下。
2.根据权利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述深度放电进行4-5次，且放电至相同的截止电压。
3.根据权利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述在电池内注入电解液并在常温下搁置的时间为28-40小时。
4.根据权利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述碱性电解液的比重为1.3；所述隔膜为织布无纺布、合成树脂微多孔膜的一种，其单位面积重量为50g/m2以下。
5.一种碱性电池的制备方法，其特征在于，包括上述权利要求1-4所述电池的化成方法。
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