CN107634268A - 一种锂离子电池的负压化成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电池的负压化成方法，通过设置多组参数值，并按照设定的组别顺序，以不同倍率对锂离子电池恒流充电一定时间，并同步抽气至一定负压并保压，在达到设定条件时泄压至一定压力，整个工作过程中经过多次循环，可根据需求灵活组合工作步骤。本发明可有效杜绝电池内部气体的残留，避免气体残留对电池安全及性能的影响。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池的负压化成方法。
背景技术
锂离子电池在生产过程中容易出现鼓壳、电池容量离散性偏大等质量问题。产生以上问题的一个重要原因在于，首次化成生成SEI膜的充电过程中产生发生电化学还原反应产生气体。导致电池的鼓胀、电解液的外溢，导致电池内部的正、负极片和隔膜接触不紧密，影响了化成效果及电池性能。为了排出电池内部产生的气体，常见的做法为：
1、采用常规化成工艺方法即化成结束再对电池进行抽真空处理，此过程采用小电流充电，电池化成结束后再抽真空处理，化成时间长，工序多，生产周期长，且仅是将电池内部剩余的气体抽出，对电池化成效果没有作用。
2、采用常压开口化成的方式，存在电解液的外溢及发挥，造成电池外观腐蚀及车间环境的恶化，开口化成需要在无水环境中进行，一般通过建干燥房控制环境解决该问题，往往需要较大的资金投入。
3、采用恒压负压化成的方式。例如公布号为101908647、名称为《锂离子电池的负压化成方法及其电池》的中国专利，控制电池在一定负压值的真空度范围内、以设定的电流范围进行充电，充电结束后恢复常压，该负压化成方法存在电解液外溢，抽气不彻底导致电池极片产生黑斑，对电芯结构和装配方式要求较高，工艺适应性较差等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池的负压化成方法，用于解决现有负压化成技术抽气不彻底导致电池极片产生黑斑的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出一种锂离子电池的负压化成方法，包括以下步骤：
(1)至少设定两组参数值，每组参数值包括负压值、充电倍率、设定时间、泄压的压力和循环次数；每组参数值之间的负压值和/或充电倍率不同；
(2)控制锂离子电池根据设定的参数值的组别顺序，依次按照每一组参数值中的相应参数，在相应的负压值下以相应的充电倍率进行充电，达到相应的设定时间后将锂离子电池泄压至相应的压力，相应的循环次数至少为一次。
按照所述负压值和/或充电倍率从小到大设定所述参数值的组别顺序。
当按照负压值从小到大设定所述参数值的组别顺序时，对于参数值中负压值相等的组别，按照充电倍率从小到大设定负压值相等的参数值的组别顺序。
当按照充电倍率从小到大设定所述参数值的组别顺序时，对于参数值中充电倍率相等的组别，按照负压值从小到大设定充电倍率相等的参数值的组别顺序。
步骤(2)所述组别顺序中的最后一组参数值的设定时间为两个时间段，第一个时间段是在相应的负压值下以相应的充电倍率对锂离子电池恒流充电至设定电压值的时间，第二个时间段是以所述设定电压值对锂离子电池恒压充电至设定的电流范围的时间。
设定电压值的范围为3.6～4.5V，设定的电流范围为0.01～0.05C。
所述参数值为五组，
第一组参数值的范围为：负压值的范围为-30～-80Kpa、充电倍率的范围为0.01～0.1C、设定时间的范围为30～60min、泄压的压力的范围为0～-10Kpa，循环次数为1～6次；
第二组参数值的范围为：负压值的范围为-50～-90Kpa、充电倍率的范围为0.05～0.2C、设定时间的范围为30～60min、泄压的压力的范围为0～-10Kpa，循环次数为1～6次；
第三组参数值的范围为：负压值的范围为-50～-90Kpa、充电倍率的范围为0.1～0.3C、设定时间的范围为5～30min、泄压的压力的范围为0～-30Kpa，循环次数为1～6次；
第四组参数值的范围为：负压值的范围为-50～-90Kpa、充电倍率的范围为0.2～0.5C、设定时间的范围为5～30min、泄压的压力的范围为0～-30Kpa，循环次数为1～6次；
第五组参数值的范围为：负压值的范围为-80～-90Kpa、充电倍率的范围为0.3～0.8C、泄压的压力的范围为0～10Kpa。
本发明的有益效果是：
本发明通过设置多组参数值，并按照设定的组别顺序，依次对锂电池在相应的负压值下以相应的充电倍率进行充电，达到相应的设定时间后将锂离子电池泄压至相应的压力，相应的循环次数至少为一次，电池经过至少两次的充电、泄压，保证了将电池中的所有气体全部排出，杜绝电池内气体残留，避免电池电极产生黑斑、花斑，及造成电解液外溢。
进一步，本法按照参数值的不同设置了组别先后顺序，根据负压值和/或充电倍率从小到大对参数值进行排序，按照顺序依次对锂电池进行负压恒流充电再泄压的过程，进一步避免了电池内的气体残留的同时保证了电池性能。
进一步，对于最后一组参数值，将其设定值分为两个时间段，第一个时间段用于进行恒流充电，第二个时间段用于恒压充电，进一步提高了电池性能。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
实施例1：
至少设定两组参数值，每组参数值包括负压值、充电倍率、设定时间、循环次数和泄压的压力。每组参数值之间至少有一个参数不同，不同的参数为负压值和/或充电倍率。控制锂离子电池根据设定的参数值的组别顺序，依次对每一组参数值中的相应参数，在相应的负压值下以相应的充电倍率进行充电，达到相应的设定时间后将锂离子电池泄压至相应的压力，然后对每一组参数值，按照设定的循环次数进行上述步骤的循环，直到根据所有组别的参数值都进行完负压充电再泄压的过程。
本发明通过设置多组参数值，并按照设定的组别顺序，依次对锂电池在相应的负压值下以相应的充电倍率进行充电，达到相应的设定时间后将锂离子电池泄压至相应的压力，电池经过至少两次的充电、泄压，保证了将电池中的所有气体全部排出，杜绝电池内气体残留，避免电池电极产生黑斑、花斑，及造成电解液外溢。
实施例2：
设定五组参数值，设置的组别顺序依次为第一组参数值、第二组参数值、第三组参数值、第四组参数值和第五组参数值。基于五组参数值对锂离子电池进行以下负压恒流充电再泄压的步骤：
步骤一，对于第一组参数值，将锂离子电池以充电倍率C1进行充电，并在负压值P1下同步进行抽气操作，在时间T1结束时进行泄压至P1′，此过程循环1～6次。第一组参数值中，充电倍率C1范围为0.01C～0.1C，负压值P1范围为-30～-80Kpa，泄压值P1′范围为0～-10Kpa，时间T1范围为30～60min。
步骤二，对于第二组参数值，再将锂离子电池以充电倍率C2进行充电，并在负压值P2下同步进行抽气操作，在时间T2结束时进行泄压至P2′，此过程循环1～6次。第二组参数值中，充电倍率C2范围为0.05C～0.2C，负压值P1范围为-50～-90Kpa，泄压值P1′范围为0～-10Kpa，时间T1范围为30～60min。
步骤三，对于第三组参数值，再将锂离子电池以充电倍率C3进行充电，并在负压值P3下同步进行抽气操作，在时间T3结束时进行泄压至P3′，此过程循环1～6次。第三组参数值中，充电倍率C3范围为0.1C～0.3C，负压值P3范围为-50～-90Kpa，泄压值P3′范围为0～-30Kpa，时间T3范围为5～30min。
步骤四，对于第四组参数值，再将锂离子电池以充电倍率C4进行充电，并在负压值P4下同步进行抽气操作，在时间T4结束时进行泄压至P4′，此过程循环1～6次。第四组参数值中，充电倍率C4范围为0.2C～0.5C，负压值P4范围为-50～-90Kpa，泄压值P4′范围为0～-30Kpa，时间T4范围为5～30min。
步骤五，为了提高电池性能，对于第五组参数值，步骤四完成后，对锂离子电池进行恒流充电和恒压充电的步骤。也就是，先对电池以充电倍率C5进行恒流充电，并在负压值P5下同步进行抽气操作，在时间T51结束时，电池充电至电压值V5，然后对电池以该电压值V5进行恒压充电，在时间T52结束时，电池的电流为设定电流值C6，然后泄压至P5′。第五组参数值中，充电倍率C5范围为0.3C～0.8C，负压值P5范围为-80～-90Kpa，泄压值P5′范围为0～10Kpa，时间T5包括两个时间段T51和T52，其中，T51根据恒流充电的设定电压值V5确定，电压值V5范围为3.6～4.5V，T52根据恒压充电的设定电流值C6确定，电流值C6范围为0.01C～0.05C。
上述组别顺序的设置是根据负压值从小到大和充电倍率从小到大将参数值进行排序设定的。排序过程中，可以按照以下情况之一进行：
情况一，按照负压值从小到大设定所述参数值的组别顺序，对于参数值中负压值相等的组别，按照充电倍率从小到大设定负压值相等的参数值的组别顺序。
情况二，按照充电倍率从小到大设定所述参数值的组别顺序，对于参数值中充电倍率相等的组别，按照负压值从小到大设定充电倍率相等的参数值的组别顺序。
情况三，单独按照负压值从小到大，或者单独按照充电倍率从小到大将参数值的组别进行排序。
作为其他实施方式，也可以单独使用第一组到第四组任意一组参数值的组别与第五组参数值的组别进行排序。
对于循环次数的设定，除了最后一组参数值(第五组参数值)不循环，即循环次数设为一次外，第一组到第四组参数值的循环次数可以根据需要进行设定，但是，第一组到第四组的参数值至少循环一次。
为了提高电池的排气效果，上述步骤一到步骤五中电池抽气后需恒压静置1～10min，泄压后需常压静置1～10min。
本发明通过设置五组参数值，并按照设定的组别顺序，依次对锂电池在负压值下进行恒流充电，充电完成再泄压，如此循环若干次，直到按照所有组别的参数值依次完成电池充电泄压过程，有效排出了电池中的所有气体，杜绝电池内气体残留，避免电池电极产生黑斑、花斑，及造成电解液外溢，同时保证了电池性能。
实施例3：
一种锂离子电池的负压化成方法，以68AH电池为例。包括以下步骤：
以0.05C倍率对锂离子电池恒流充电60min，同步抽气至-50Kpa压力下保压，以0.1C倍率对锂离子电池恒流充电60min，同步抽气至-80Kpa压力下保压，时间结束时泄压至0Kpa。以0.2C倍率对锂离子电池恒流充电10min，同步抽气至-90Kpa压力下保压，时间结束时泄压至0Kpa，循环6次。以0.3C倍率对锂离子电池恒流充电至3.65V，并同步抽气至-90Kpa压力下保压，恒压结束至电流为0.05C时泄压至0Kpa，实验结果如表1所示。
表1
| 编号 | CC/CV | 首效 | 极片状态 | 荷电保持率 | 判定 |
| A01 | 98.5％ | 90.8％ | 正常 | 97.7％ | 合格 |
| A02 | 98.7％ | 90.5％ | 正常 | 97.3％ | 合格 |
| A03 | 98.7％ | 90.5％ | 正常 | 97.1％ | 合格 |
| A04 | 98.6％ | 90.8％ | 正常 | 97.6％ | 合格 |
| A05 | 98.5％ | 90.3％ | 正常 | 97.3％ | 合格 |
| A06 | 98.6％ | 90.4％ | 正常 | 97.8％ | 合格 |
| A07 | 98.4％ | 90.6％ | 正常 | 97.8％ | 合格 |
| A08 | 98.6％ | 90.7％ | 正常 | 97.9％ | 合格 |
实施例4：
以68AH电池为例。负压化成方法步骤为，以0.1C倍率对锂离子电池恒流充电60min，同步抽气至-80Kpa压力下保压，时间结束时泄压至0Kpa。以0.15C倍率对锂离子电池恒流充电10min，同步抽气至-90Kpa压力下保压，时间结束时泄压至0Kpa，循环4次。以0.3C倍率对锂离子电池恒流充电至3.65V，并同步抽气至-90Kpa压力下保压，恒压结束至电流为0.05C时泄压至0Kpa。结果如下表所示。
表2
| 编号 | CC/CV | 首效 | 极片状态 | 荷电保持率 | 判定 |
| B01 | 98.3％ | 90.3％ | 正常 | 97.3％ | 合格 |
| B02 | 98.6％ | 90.5％ | 正常 | 97.4％ | 合格 |
| B03 | 98.7％ | 90.4％ | 正常 | 97.4％ | 合格 |
| B04 | 98.7％ | 90.6％ | 正常 | 97.5％ | 合格 |
| B05 | 98.8％ | 90.3％ | 正常 | 97.4％ | 合格 |
| B06 | 98.5％ | 90.5％ | 正常 | 97.5％ | 合格 |
| B07 | 98.3％ | 90.7％ | 正常 | 97.7％ | 合格 |
| B08 | 98.8％ | 90.4％ | 正常 | 97.5％ | 合格 |
实施例5：
以72AH电池为例。负压化成方法步骤为，以0.1C倍率对锂离子电池恒流充电60min，同步抽气至-80Kpa压力下保压，时间结束泄压至0Kpa。以0.2C倍率对锂离子电池恒流充电10min，同步抽气至-80Kpa压力下保压，时间结束时泄压至0Kpa，循环3次。以0.5C倍率对锂离子电池恒流充电至4.2V，并同步抽气至-80Kpa压力下保压，恒压结束至电流为0.05C时泄压至0Kpa。实验结果如下表所示。
表3
| 编号 | CC/CV | 首效 | 极片状态 | 荷电保持率 | 判定 |
| C01 | 97.5％ | 91.1％ | 正常 | 96.8％ | 合格 |
| C02 | 97.5％ | 91.1％ | 正常 | 96.9％ | 合格 |
| C03 | 97.4％ | 91.3％ | 正常 | 96.6％ | 合格 |
| C04 | 97.6％ | 91.0％ | 正常 | 96.7％ | 合格 |
| C05 | 97.5％ | 91.0％ | 正常 | 96.6％ | 合格 |
| C06 | 97.6％ | 91.2％ | 正常 | 96.5％ | 合格 |
| C07 | 97.4％ | 90.9％ | 正常 | 96.6％ | 合格 |
| C08 | 97.4％ | 91.2％ | 正常 | 96.8％ | 合格 |
对比例1：
以68AH电池为例。其步骤为，以0.05C倍率对锂离子电池恒流充电60min，以0.1C倍率对锂离子电池恒流充电60min，以0.3C倍率对锂离子电池恒流充电至3.65V，恒压结束至电流为0.05C，整个过程中以-80Kpa恒定负压持续抽真空，流程结束时泄压至0Kpa，结果如下表所示。
表4
| 编号 | CC/CV | 首效 | 极片状态 | 荷电保持率 | 判定 |
| D01 | 97.4％ | 88.7％ | 黑斑 | 96.1％ | 不合格 |
| D02 | 97.0％ | 88.5％ | 黑斑 | 95.8％ | 不合格 |
| D03 | 97.1％ | 88.9％ | 黑斑 | 96.1％ | 不合格 |
| D04 | 97.8％ | 89.3％ | 黑斑 | 96.4％ | 不合格 |
| D05 | 97.3％ | 88.4％ | 黑斑 | 95.3％ | 不合格 |
| D06 | 97.7％ | 89.4％ | 黑斑 | 96.3％ | 不合格 |
| D07 | 97.9％ | 89.3％ | 黑斑 | 96.5％ | 不合格 |
| D08 | 97.3％ | 88.6％ | 黑斑 | 95.9％ | 不合格 |
对比例2：
以72AH电池为例。其步骤为，以0.1C倍率对锂离子电池恒流充电60min，以0.2C倍率对锂离子电池恒流充电30min，以0.5C倍率对锂离子电池恒流充电至4.2V，恒压结束至电流为0.05C，整个过程中以-80Kpa恒定负压持续抽真空，流程结束时泄压至0Kpa，结果如下表所示。
表5
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体例子对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适合于帮助理解本发明事实例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种锂离子电池的负压化成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)至少设定两组参数值，每组参数值包括负压值、充电倍率、设定时间、泄压的压力和循环次数；每组参数值之间的负压值和/或充电倍率不同；
(2)控制锂离子电池根据设定的参数值的组别顺序，依次按照每一组参数值中的相应参数，在相应的负压值下以相应的充电倍率进行充电，达到相应的设定时间后将锂离子电池泄压至相应的压力，相应的循环次数至少为一次。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池的负压化成方法，其特征在于，按照所述负压值和/或充电倍率从小到大设定所述参数值的组别顺序。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池的负压化成方法，其特征在于，当按照负压值从小到大设定所述参数值的组别顺序时，对于参数值中负压值相等的组别，按照充电倍率从小到大设定负压值相等的参数值的组别顺序。
4.根据权利要求2所述的锂离子电池的负压化成方法，其特征在于，当按照充电倍率从小到大设定所述参数值的组别顺序时，对于参数值中充电倍率相等的组别，按照负压值从小到大设定充电倍率相等的参数值的组别顺序。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池的负压化成方法，其特征在于，步骤(2)所述组别顺序中的最后一组参数值的设定时间为两个时间段，第一个时间段是在相应的负压值下以相应的充电倍率对锂离子电池恒流充电至设定电压值的时间，第二个时间段是以所述设定电压值对锂离子电池恒压充电至设定的电流范围的时间。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池的负压化成方法，其特征在于，设定电压值的范围为3.6～4.5V，设定的电流范围为0.01～0.05C。
7.根据权利要求1-5任一项所述的锂离子电池的负压化成方法，其特征在于，所述参数值为五组，
第一组参数值的范围为：负压值的范围为-30～-80Kpa、充电倍率的范围为0.01～0.1C、设定时间的范围为30～60min、泄压的压力的范围为0～-10Kpa，循环次数为1～6次；
第二组参数值的范围为：负压值的范围为-50～-90Kpa、充电倍率的范围为0.05～0.2C、设定时间的范围为30～60min、泄压的压力的范围为0～-10Kpa，循环次数为1～6次；
第三组参数值的范围为：负压值的范围为-50～-90Kpa、充电倍率的范围为0.1～0.3C、设定时间的范围为5～30min、泄压的压力的范围为0～-30Kpa，循环次数为1～6次；
第四组参数值的范围为：负压值的范围为-50～-90Kpa、充电倍率的范围为0.2～0.5C、设定时间的范围为5～30min、泄压的压力的范围为0～-30Kpa，循环次数为1～6次；
第五组参数值的范围为：负压值的范围为-80～-90Kpa、充电倍率的范围为0.3～0.8C、泄压的压力的范围为0～10Kpa。
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