CN106684457B - 一种高电压锂离子软包电池的化成方法 - Google Patents

一种高电压锂离子软包电池的化成方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高电压锂离子软包电池的化成方法，涉及锂离子电池技术领域。本发明化成方法包括：将注液完成的软包电芯进行开口真空搁置8‑24h，然后封口，再安装夹具，调整压力、温度，以第一电流为充电至第一截止电压，搁置；再调整压力、温度，经过两次充电，再放电，再充电，最后再放电，化成结束。本发明高电压锂离子软包电池的化成方法能够在电极表面形成较为均匀的固体电解质相界面膜（SEI膜），解决电池胀气问题，改善电池的循环性能。

Description

一种高电压锂离子软包电池的化成方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，涉及一种高电压锂离子软包电池的化成方法。
背景技术
近年来，随着锂离子电池在新能源汽车上的推广应用，高电压软包锂离子动力电池因其具有更高的能量密度，更长的续航里程，促使了高电压软包锂离子电池的向高能量密度及高安全性方向发展的市场需求。而且，人们对于高电压软包锂离子电池的电性能，安全性及成本越来越关注，同时也给电池生产企业提出了更高的要求。
对于高电压软包锂离子电池的生产，其化成方法非常关键，直接影响电池的一致性及电性能，决定了锂电池的容量发挥及循环寿命。锂离子电池在首次充电过程中会在电极表面形成一层固体电解质相界面膜，即：SEI膜，它可以有效阻止电解液与电极表面材料的反应，改善循环。高镍三元材料及富锂材料因其具有较高的克容量，被使用制作高能量密度的锂离子电池，在新能源汽车领域具有广阔的应用前景。
但是，目前高镍材料及富锂材料在电池制作过程中易吸水，电池中残留的水分易与电解液发生反应，产生气体，最终导致电池胀气，影响了电池的循环寿命及安全性能，制约了高电压锂离子软包电池的应用，而且，现有技术高电压软包锂离子电池化成过程中的温度及压力得不到有效的控制，也对电池的产气有很大影响，不利于实现电池的一致性。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种高电压锂离子软包电池的化成方法，解决了现有技术中电压锂离子软包电池容易产生气体，导致电池胀气的技术问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高电压锂离子软包电池的化成方法，包括以下步骤：
S1、将注液完成的软包电芯进行开口真空搁置8-24h，然后封口，再安装夹具，在压力为0.05-0.12MPa，温度为40-50℃下，以第一电流为0.01-0.02C充电至第一截止电压为3.5-4.0v，搁置8-12min；
S2、在步骤S1的基础上，调整夹具压力为0.03-0.06MPa，温度为40-50℃下，以第二电流为0.03-0.05C充电至第二截止电压为4.2-4.6v，搁置8-12min；
S3、在步骤S2的基础上，调整夹具压力为0.01-0.02MPa，温度为50-60℃下，以第三电流为0.05-0.1C充电至满电态电压为4.5-4.85v，搁置8-12min；
S4、在步骤S3的基础上，调整夹具压力为0.01-0.03MPa，温度为40-50℃下，以第二电流为0.03-0.05C放电至空电态电压为1.8-2.75v，搁置8-12min；
S5、在步骤S4的基础上，调整夹具压力为0.04-0.06MPa，温度为20-30℃下，以第二电流为0.03-0.05C充电至满电态电压为4.5-4.85v，搁置8-12min；
S6、在步骤S5的基础上，维持步骤S5的压力和温度，以第二电流为0.03-0.05C放电至截止电压3.85v或50-70％SOC荷电状态，保持压力不变，温度为25-40℃，搁置1-6h，化成完成。
优选的，步骤S1所述压力为0.1MPa，温度为45℃下，以第一电流为0.01-0.02C充电至第一截止电压为3.8v，搁置10min。
优选的，步骤S2所述调整夹具压力为0.05MPa，温度为45℃下，以第二电流为0.03-0.05C充电至第二截止电压为4.4v，搁置10min。
优选的，步骤S3所述夹具压力为0.02MPa，温度为55℃，搁置时间为10min。
优选的，步骤S4所述夹具压力为0.02MPa，温度为45℃，搁置时间为10min。
优选的，步骤S5所述夹具压力为0.05MPa，温度为25℃，搁置时间为10min。
本发明提供一种高电压锂离子软包电池的化成方法，与现有技术相比优点在于：
1.本发明高电压锂离子软包电池的化成方法能够在电极表面形成较为均匀的固体电解质相界面膜(SEI膜)，解决电池胀气问题，改善电池的循环性能，本发明采用电池注液完成后开口真空搁置8-24小时，有利于电解液充分的浸润，在真空条件下可以使电池内气体充分的排出，同时可以保证电池一封后的保液量及硬度；
2.本发明在首次充电时采用高温及高压有利于气体的产生，在不断调整压力的过程中可以使气体快速的从极片表面排出，减少气体对极片表面SEI的影响，使SEI可以均匀生成；
3.本发明在化成至满电态时，降低压力，升高温度有利于SEI膜的稳定性，此时，电池的状态已处在高电压条件下，由于电解液在高电压情况易分解产生气体，而稳定的SEI膜可以抑制其分解，在化成结束后选在一定压力及温度条件下搁置，有利于稳定SEI，提高电池的电性能及安全性；
4.本发明采用两种充满电的方式，化成结束采用放电至一定截止电压或50-70％SOC荷电状态，可以使气体的产生集中在化成阶段，有利于改善电池的产气情况，二次封口之后电池的分容及循环性能，具有较好的一致性及循环稳定性。
附图说明
图1为本发明高电压锂离子软包电池的化成方法的流程图；
图2为本发明不同化成方法得到的高电压锂离子软包电池的电池循环性能对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合实施例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作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。
实施例中所使用的电芯封口设备为锂离子软包电池封口的专业设备。
实施例1：
本实施例高电压锂离子软包电池的化成方法，包括以下步骤：
S1、将注液完成的软包电芯进行开口真空搁置12h，然后进行抽真空封口，该过程保证了电解液的充分浸润，有利于化成过程的完成，将封口完成的电芯放入可以调节压力的夹具中，设置夹具压力为0.1MPa，温度为45℃下，以第一电流为0.02C充电至第一截止电压为3.8v，搁置10min；
S2、在步骤S1的基础上，调整夹具压力为0.05MPa，温度为45℃下，以第二电流为0.05C充电至第二截止电压为4.4v，搁置10min；
S3、在步骤S2的基础上，调整夹具压力为0.02MPa，温度为55℃下，以第三电流为0.1C充电至满电态电压为4.7v，搁置10min；
S4、在步骤S3的基础上，调整夹具压力为0.02MPa，温度为45℃下，以第二电流为0.05C放电至空电态电压为2.0v，搁置10min；
S5、在步骤S4的基础上，调整夹具压力为0.05MPa，温度为25℃下，以第二电流为0.05C充电至满电态，搁置10min；
S6、在步骤S5的基础上，维持步骤S5的压力0.05MPa和温度25℃，以第二电流为0.05C放电至截止电压3.85v或50-70％SOC荷电状态，保持压力0.05Mpa，35℃搁置6h，化成完成。
将本实施例化成后的电池做循环性能测试，如图2所示，100周循环后容量保持率91.5％。
实施例2：
本实施例高电压锂离子软包电池的化成方法，包括以下步骤：
S1、将注液完成的软包电芯进行开口真空搁置12h，然后进行抽真空封口，该过程保证了电解液的充分浸润，有利于化成过程的完成，将封口完成的电芯放入可以调节压力的夹具中，设置夹具压力为0.05MPa，温度为45℃下，以第一电流为0.02C充电至第一截止电压为3.8v，搁置10min；
S2、在步骤S1的基础上，调整夹具压力为0.05MPa，温度为45℃下，以第二电流为0.05C充电至第二截止电压为4.2v，搁置10min；
S3、在步骤S2的基础上，调整夹具压力为0.02MPa，温度为55℃下，以第三电流为0.1C充电至满电态电压为4.7v，搁置10min；
S4、在步骤S3的基础上，调整夹具压力为0.02MPa，温度为45℃下，以第二电流为0.05C放电至空电态电压为2.0v，搁置10min；
S5、在步骤S4的基础上，调整夹具压力为0.05MPa，温度为25℃下，以第二电流为0.05C充电至满电态电压为4.7v，搁置10min；
S6、在步骤S5的基础上，维持步骤S5的压力和温度，以第二电流为0.05C放电至截止电压3.85v或50-70％SOC荷电状态，保持压力不变，温度为25℃，搁置1h，化成完成。
将本实施例化成后的电池做循环性能测试，如图2所示，100周循环后容量保持率80％。
实施例3：
本实施例高电压锂离子软包电池的化成方法，包括以下步骤：
S1、将注液完成的软包电芯进行开口真空搁置8h，然后进行抽真空封口，该过程保证了电解液的充分浸润，有利于化成过程的完成，将封口完成的电芯放入可以调节压力的夹具中，设置夹具压力为0.05MPa，温度为40℃下，以第一电流为0.01C充电至第一截止电压为3.5v，搁置8min；
S2、在步骤S1的基础上，调整夹具压力为0.03MPa，温度为40℃下，以第二电流为0.03C充电至第二截止电压为4.2v，搁置8min；
S3、在步骤S2的基础上，调整夹具压力为0.01MPa，温度为50℃下，以第三电流为0.05C充电至满电态电压为4.5v，搁置8min；
S4、在步骤S3的基础上，调整夹具压力为0.01MPa，温度为40℃下，以第二电流为0.03C放电至空电态电压为1.8v，搁置8min；
S5、在步骤S4的基础上，调整夹具压力为0.04MPa，温度为20℃下，以第二电流为0.03C充电至满电态电压为4.5v，搁置8min；
S6、在步骤S5的基础上，维持步骤S5的压力和温度，以第二电流为0.03C放电至截止电压3.85v或50％SOC荷电状态，保持压力不变，温度为25℃，搁置3h，化成完成。
实施例4：
本实施例高电压锂离子软包电池的化成方法，包括以下步骤：
S1、将注液完成的软包电芯进行开口真空搁置24h，然后进行抽真空封口，该过程保证了电解液的充分浸润，有利于化成过程的完成，将封口完成的电芯放入可以调节压力的夹具中，设置夹具压力为0.12MPa，温度为50℃下，以第一电流为0.02C充电至第一截止电压为4.0v，搁置12min；
S2、在步骤S1的基础上，调整夹具压力为0.06MPa，温度为50℃下，以第二电流为0.05C充电至第二截止电压为4.6v，搁置12min；
S3、在步骤S2的基础上，调整夹具压力为0.02MPa，温度为60℃下，以第三电流为0.1C充电至满电态电压为4.85v，搁置12min；
S4、在步骤S3的基础上，调整夹具压力为0.03MPa，温度为50℃下，以第二电流为0.05C放电至空电态电压为2.75v，搁置12min；
S5、在步骤S4的基础上，调整夹具压力为0.06MPa，温度为30℃下，以第二电流为0.05C充电至满电态电压为4.85v，搁置12min；
S6、在步骤S5的基础上，维持步骤S5的压力和温度，以第二电流为0.05C放电至截止电压3.85v或70％SOC荷电状态，保持压力不变，温度为40℃，搁置5h，化成完成。
综上所述，本发明高电压锂离子软包电池的化成方法能够在电极表面形成较为均匀的固体电解质相界面膜(SEI膜)，解决电池胀气问题，改善电池的循环性能，本发明采用电池注液完成后开口真空搁置8-24小时，有利于电解液充分的浸润，在真空条件下可以使电池内气体充分的排出，同时可以保证电池一封后的保液量及硬度；
本发明在首次充电时采用高温及高压有利于气体的产生，在不断调整压力的过程中可以使气体快速的从极片表面排出，减少气体对极片表面SEI的影响，使SEI可以均匀生成；
本发明在化成至满电态时，降低压力，升高温度有利于SEI膜的稳定性，此时，电池的状态已处在高电压条件下，由于电解液在高电压情况易分解产生气体，而稳定的SEI膜可以抑制其分解，在化成结束后选在一定压力及温度条件下搁置，有利于稳定SEI，提高电池的电性能及安全性；
本发明采用两种充满电的方式，化成结束采用放电至一定截止电压或50-70％SOC荷电状态，可以使气体的产生集中在化成阶段，有利于改善电池的产气情况，二次封口之后电池的分容及循环性能，具有较好的一致性及循环稳定性；
本发明实施例主要针对高电压软包锂离子电池的化成方法，对于本领域技术人员所公知的化成制度，本发明的方法可以使SEI在高温高压条件下均匀生成，通过调节电流大小、压力及温度等影响因素，可以使SEI稳定生成，改善软包锂离子电池在高电压下的产气情况。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种高电压锂离子软包电池的化成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将注液完成的软包电芯进行开口真空搁置8-24h，然后封口，再安装夹具，在压力为0.05-0.12MPa，温度为40-50℃下，以第一电流为0.01-0.02C充电至第一截止电压为3.5-4.0v，搁置8-12 min；
S2、在步骤S1的基础上，调整夹具压力为0.03-0.06 MPa，温度为40-50℃下，以第二电流为0.03-0.05C充电至第二截止电压为4.2-4.6 v，搁置8-12 min；
S3、在步骤S2的基础上，调整夹具压力为0.01-0.02MPa，温度为50-60℃下，以第三电流为0.05-0.1C充电至满电态电压为4.5-4.85v，搁置8-12 min；
S4、在步骤S3的基础上，调整夹具压力为0.01-0.03MPa，温度为40-50℃下，以第二电流为0.03-0.05C放电至空电态电压为1.8-2.75v，搁置8-12 min；
S5、在步骤S4的基础上，调整夹具压力为0.04-0.06 MPa，温度为20-30℃下，以第二电流为0.03-0.05C充电至满电态电压为4.5-4.85v，搁置8-12 min；
S6、在步骤S5的基础上，维持步骤S5的压力和温度，以第二电流为0.03-0.05C放电至截止电压3.85v或50-70%SOC荷电状态，保持压力不变，温度为25-40℃，搁置1-6h，化成完成。
2.根据权利要求1所述的化成方法，其特征在于：步骤S1所述压力为0.1MPa，温度为45℃下，以第一电流为0.01-0.02C充电至第一截止电压为3.8v，搁置10 min。
3.根据权利要求1所述的化成方法，其特征在于：步骤S2所述调整夹具压力为0.05MPa，温度为45℃下，以第二电流为0.03-0.05C充电至第二截止电压为4.4 v，搁置10 min。
4.根据权利要求1所述的化成方法，其特征在于：步骤S3所述夹具压力为0.02MPa，温度为55℃，搁置时间为10 min。
5.根据权利要求1所述的化成方法，其特征在于：步骤S4所述夹具压力为0.02MPa，温度为45℃，搁置时间为10 min。
6.根据权利要求1所述的化成方法，其特征在于：步骤S5所述夹具压力为0.05 MPa，温度为25℃，搁置时间为10 min。
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