CN107591578A - 一种聚合物锂离子电池夹具化成工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚合物锂离子电池夹具化成工艺，该夹具化成工艺是在整个电池化成的过程中保持恒定的温度和压力下同步进行三步骤较大电流化成，因此相对于传统的夹具化成工艺，三个步骤可以使用更大的电流进行充电，化成时间从原来的8‑12小时缩短到2.5小时之内，缩短了化成的时间，提高了生产的效率，设备利用率大大提高。该工艺从初始化成开始，到化成结束整个过程，在恒定的温度和压力下同步进行化成，可以有效实时地排除化成时电池内部极片、隔离膜间产生的气体，实时保证极片与隔离膜之间界面的稳定性，促进在负极材料表面形成更稳定的SEI膜，确保电池更优异的性能。本发明的工艺简单，适合于大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池制造技术领域，具体涉及到一种聚合物锂离子电池夹具化成工艺。
背景技术
聚合物锂离子电池具有能量密度大、电压高、功率大、轻质、循环寿命长、工作电压范围宽、安全性好、无记忆效应等优点，近年来，智能手机、平板电脑、移动电源、GPS、无人机、电动平衡车等市场领域得到广泛的应用，在迅速发展的电动汽车、电动自行车、电动工具、国防军事装备的电源系统、以及光伏储能系统、储能错峰电站、不间断电源、中小型储能系统等动力和储能领域更具有广泛的应用前途。
聚合物锂离子电池制备工艺繁杂，主要包括搅拌、涂布、制片、卷绕或叠片、封装、真空烘烤、注液、化成和分容等工序，其中化成工艺是聚合物锂离子电池制备工艺过程中不可或缺的关键工序之一，其对聚合物锂离子电池的性能起到至关重要的作用。聚合物锂离子电池在第一次充电（即所谓的化成）过程中会在负极材料如石墨表面形成一层固体电解质界面膜（SEI膜），SEI膜的厚度、致密程度、形态和稳定性等会直接影响到聚合物锂离子电池的电性能（特别是循环性能）和安全性能。为了使电池形成良好稳定的SEI膜，电池工厂往往常规传统地在聚合物锂离子电池化成时初始使用小倍率电流充电，并以低倍率对电池进行2次充放电来完成电池的化成工艺。传统的化成工艺可以使聚合物锂离子电池形成良好稳定的SEI膜，确保电池的性能，但是仅化成时间往往需要8-12小时，化成时间长，致使电池生产周期很长。
另外，在聚合物锂离子电池的制备过程中，现有技术中聚合物锂离子电池的整个夹具化成工艺步骤通常有四步：（1）化成前电池夹具烘烤；（2）电池活化；（3）电池上柜化成；（4）电池下柜上夹具烘烤。上述四步工艺步骤在不同的设备或夹具上进行，并且需要来回逐一地对电池进行装卸，四个步骤总计生产时间在48小时以上，从而不仅耗费大量的人力，并且导致生产效率的下降，大大增加了电池的生产周期。
发明内容
本发明的目的旨在商业化的高温夹具压力化成机的基础上提供一种与高温夹具压力化成机配套的聚合物锂离子电池夹具化成工艺，大大地缩短聚合物锂离子电池的化成时间，并且在一定程度上改善聚合物锂离子电池的性能。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种聚合物锂离子电池夹具化成工艺，该聚合物锂离子电池化成工艺在高温夹具压力化成机上实现并包括以下工艺步骤：
（1）首先，以0.1C的倍率恒流充电10-20min，并设置高温夹具压力化成机电池夹板压力0.2MPa，电池夹板温度55±5℃，充电上限限制电压为3.45V；
（2）再次，以0.2C的倍率恒流充电20-40min，并设置高温夹具压力化成机电池夹板压力0.4MPa，电池夹板温度55±5℃，充电上限限制电压为3.95V；
（3）最后，以0.5C的倍率恒流充电60-90min，并设置高温夹具压力化成机电池夹板压力0.2MPa，电池夹板温度55±5℃，充电上限限制电压为4.00V。
作为优选的，上述的聚合物锂离子电池夹具化成工艺中的聚合物锂离子电池的正极材料为钴酸锂、镍钴锰酸锂三元材料、锰酸锂或三者的任意混合正极材料。
作为优选的，上述的聚合物锂离子电池夹具化成工艺中的聚合物锂离子电池化成过程中的工作环境相对湿度不高于80%。
作为优选的，上述的聚合物锂离子电池夹具化成工艺中的所述的高温夹具压力化成机电池夹板压力是通过气缸实现的。
本发明的有益效果是：
（1）本发明的夹具化成工艺将传统聚合物锂离子电池夹具化成几个工艺步骤整合在高温夹具压力化成机上一个工艺步骤来完成夹具化成，大大地缩短了电池的化成时间，降低了人力成本，提高了电池化成的效率；
（2）本发明的夹具化成工艺从初始化成开始，到化成结束整个过程，就在恒定的温度和压力下同步进行化成，可以有效实时地排除化成时电池内部极片、隔离膜间产生的气体，实时保证极片与隔离膜之间界面的稳定性，促进在负极材料表面形成更稳定的SEI膜，确保电池更优异的性能；
（3）本发明的夹具化成工艺由于在整个电池化成的过程中保持恒定的温度和压力下同步进行化成，因此相对于传统的夹具化成工艺，三个步骤可以使用更大的电流进行充电，化成时间从原来的8-12小时缩短到2.5小时之内，进一步缩短了化成的时间，提高了生产的效率；同时设备利用率大大提高；
（4）本发明的工艺简单，适合于大规模工业化生产。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
为便于比较，本发明实施例1-3和比较例1全部采用型号为3469140，标称容量为3000mAh的聚合物锂离子电池进行。
实施例1：
实施例1的聚合物锂离子电池化成工艺在高温夹具压力化成机上实现并包括以下工艺步骤：
（1）首先，以0.1C的倍率恒流充电10min，并设置高温夹具压力化成机电池夹板压力0.2MPa，电池夹板温度55±5℃，充电上限限制电压为3.45V；
（2）再次，以0.2C的倍率恒流充电40min，并设置高温夹具压力化成机电池夹板压力0.4MPa，电池夹板温度55±5℃，充电上限限制电压为3.95V；
（3）最后，以0.5C的倍率恒流充电90min，并设置高温夹具压力化成机电池夹板压力0.2MPa，电池夹板温度55±5℃，充电上限限制电压为4.00V。
实施例2：
实施例1的聚合物锂离子电池化成工艺在高温夹具压力化成机上实现并包括以下工艺步骤：
（1）首先，以0.1C的倍率恒流充电20min，并设置高温夹具压力化成机电池夹板压力0.2MPa，电池夹板温度55±5℃，充电上限限制电压为3.45V；
（2）再次，以0.2C的倍率恒流充电40min，并设置高温夹具压力化成机电池夹板压力0.4MPa，电池夹板温度55±5℃，充电上限限制电压为3.95V；
（3）最后，以0.5C的倍率恒流充电60min，并设置高温夹具压力化成机电池夹板压力0.2MPa，电池夹板温度55±5℃，充电上限限制电压为4.00V。
实施例3：
实施例1的聚合物锂离子电池化成工艺在高温夹具压力化成机上实现并包括以下工艺步骤：
（1）首先，以0.1C的倍率恒流充电15min，并设置高温夹具压力化成机电池夹板压力0.2MPa，电池夹板温度55±5℃，充电上限限制电压为3.45V；
（2）再次，以0.2C的倍率恒流充电30min，并设置高温夹具压力化成机电池夹板压力0.4MPa，电池夹板温度55±5℃，充电上限限制电压为3.95V；
（3）最后，以0.5C的倍率恒流充电75min，并设置高温夹具压力化成机电池夹板压力0.2MPa，电池夹板温度55±5℃，充电上限限制电压为4.00V。
比较例：
比较例的聚合物锂离子电池化成工艺采用目前目前聚合物锂离子电池行业中常规通用的现有技术，包括以下工艺步骤：
（1）化成前电池上夹具烘烤，烘烤温度85±5℃，烘烤时间4小时；
（2）电池活化，即烘烤后的电池下夹具后搁置8小时；
（3）电池上柜化成：0.05C恒流充电2小时，再0.1C恒流充电6小时
（4）电池下柜上夹具烘烤：电池下柜后先静置4小时以上，再上夹具烘烤，烘烤温度85±5℃，烘烤时间6小时，烘烤完毕后将聚合物锂离子电池从夹具上取下即可。
表1为各实施例和比较例总化成时间对比。
表1为各实施例和比较例电池的首次充放电效率和循环性能对比。
本发明的夹具化成工艺将传统聚合物锂离子电池夹具化成几个工艺步骤整合在高温夹具压力化成机上一个工艺步骤来完成夹具化成，大大地缩短了电池的化成时间，降低了人力成本，提高了电池化成的效率。
本发明的夹具化成工艺从初始化成开始，到化成结束整个过程，就在恒定的温度和压力下同步进行化成，可以有效实时地排除化成时电池内部极片、隔离膜间产生的气体，实时保证极片与隔离膜之间界面的稳定性，促进在负极材料表面形成更稳定的SEI膜，确保电池更优异的性能。
本发明的夹具化成工艺由于在整个电池化成的过程中保持恒定的温度和压力下同步进行化成，因此相对于传统的夹具化成工艺，三个步骤可以使用更大的电流进行充电，化成时间从原来的8-12小时缩短到2.5小时之内，进一步缩短了化成的时间，提高了生产的效率；同时设备利用率大大提高。
本发明的工艺简单，适合于大规模工业化生产。
应当理解的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明技术特征的范围，都包括在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种聚合物锂离子电池夹具化成工艺，其特征在于，所述的聚合物锂离子电池化成工艺在高温夹具压力化成机上实现并包括以下工艺步骤：
（1）首先，以0.1C的倍率恒流充电10-20min，并设置高温夹具压力化成机电池夹板压力0.2MPa，电池夹板温度55±5℃，充电上限限制电压为3.45V；
（2）再次，以0.2C的倍率恒流充电20-40min，并设置高温夹具压力化成机电池夹板压力0.4MPa，电池夹板温度55±5℃，充电上限限制电压为3.95V；
（3）最后，以0.5C的倍率恒流充电60-90min，并设置高温夹具压力化成机电池夹板压力0.2MPa，电池夹板温度55±5℃，充电上限限制电压为4.00V。
2.根据权利要求1所述的聚合物锂离子电池夹具化成工艺，其特征在于所述的聚合物锂离子电池的正极材料为钴酸锂、镍钴锰酸锂三元材料、锰酸锂或三者的任意混合正极材料。
3.根据权利要求1所述的聚合物锂离子电池夹具化成工艺，其特征在于所述的聚合物锂离子电池化成过程中的工作环境相对湿度不高于80%。
4.根据权利要求1所述的聚合物锂离子电池夹具化成工艺，其特征在于所述的高温夹具压力化成机电池夹板压力是通过气缸实现的。
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