CN108321436B - 一种负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法 - Google Patents

一种负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108321436B
CN108321436B CN201711430774.8A CN201711430774A CN108321436B CN 108321436 B CN108321436 B CN 108321436B CN 201711430774 A CN201711430774 A CN 201711430774A CN 108321436 B CN108321436 B CN 108321436B
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery cell
formation
battery
temperature
lithium ion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711430774.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108321436A (zh
Inventor
张宝
张开
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Gotion High Tech Power Energy Co Ltd
Original Assignee
Hefei Guoxuan High Tech Power Energy Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Guoxuan High Tech Power Energy Co Ltd filed Critical Hefei Guoxuan High Tech Power Energy Co Ltd
Priority to CN201711430774.8A priority Critical patent/CN108321436B/zh
Publication of CN108321436A publication Critical patent/CN108321436A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108321436B publication Critical patent/CN108321436B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法，包括如下步骤：将注液老化后未封口的电芯上柜进行化成得到第一电芯；将第一电芯进行高温老化处理得到第二电芯；将第二电芯转入注液房，排气，补液，静置得到第三电芯；将第三电芯上柜进行分容得到第四电芯；将第四电芯抽真空排气，补液，封口，搁置。本发明提出的锂离子电池化成分容方法，能够有效的缓解并排除化成过程中的产气，避免前几步循环过程中的电解液损失，减少电池在充放电过程中的膨胀，提升电池的循环性能。

Description

一种负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法。
背景技术
锂离子电池具有长循环寿命、工作温度范围宽、工作电压范围宽、低自放电率、高效率及高比能量、以及无记忆效应等优点，已在电子、汽车等众多行业得到了广泛的应用。锂离子电池的化成步骤是制造电池的重要阶段，化成关系到电池的容量高低、循环寿命长短、安全性能等多方面的品质。在电池生产的诸多工序中，化成是尤其重要的一环，其主要目的就是在首次充电过程中，在电极材料表面形成一层固体电解质膜(SEI膜)，SEI膜的性能将直接决定电池的循环性能和电池的一致性。
化成是指对电池进行首次充电的过程。现有的锂离子二次电池的化成主要有两种方式，密封化成和开口化成。密封化成是在注完电解液后将注液孔密封，然后进行电池化成，在化成的过程中有乙烯、二乙烯、氟化磷、氟化氢等气体产生，这些气体在电池内部积聚会造成电池膨胀，外壳发鼓、变形，甚至会导致电池发生爆炸。为了克服这一问题，现有技术中通常采用开口化成的方式进行化成，即在电池注液孔未密封的情况下进行电池化成，待电池化成之后再密封，目前开口化成技术，在方形铝壳电芯上已实现大规模应用，不存在技术障碍。
锂离子电池的化成主要有两方面作用：一是锂离子电池中的活性物质借助第一次充电进行活化，转化成具有正常电化学作用的物质；二是使电极表面，主要是负极表面生成致密的钝化膜(SEI膜)。影响化成效果的重要条件包括化成时间、电流和化成温度。具体来说，在电池的化成过程中，有机电解液会在碳负极表面发生还原、分解，形成一层电子绝缘、锂离子可导的钝化层SEI膜(Surface Electrolyte Interface)。由于锂离子的嵌入过程必然经由覆盖在碳负极上的SEI膜，因此SEI膜的特性对整个锂离子电池的电化学性能，如电池容量、电池的法拉第效率、循环寿命、自放电性能(存储寿命)、低温性能、稳定性以及安全性等均有很大的影响，均匀和稳定的SEI膜能很好地适应锂离子的嵌入和脱出，形成均匀和稳定的SEI膜对电池的各种电化学性能都是有利的，SEI膜的特性则直接取决于锂离子电池的化成方法的得当与否。
目前，硅基负极材料因其具有较高的比容量，成为锂离子电池研发应用的热点。然而由于硅基负极材料充放电过程中体积膨胀较大，造成SEI膜的不断破裂、生成，从而造成电解液的不断消耗、电池的鼓胀及循环性能严重衰退。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法，能够有效的缓解并排除化成过程中的产气，避免前几步循环过程中的电解液损失，减少电池在充放电过程中的膨胀，提升电池的循环性能。
本发明提出的一种负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法，包括如下步骤：
S1、将注液老化后未封口的电芯上柜进行化成得到第一电芯；
S2、将第一电芯进行高温老化处理得到第二电芯；
S3、将第二电芯转入注液房，排气，补液，静置得到第三电芯；
S4、将第三电芯上柜进行分容得到第四电芯；
S5、将第四电芯抽真空排气，补液，封口，搁置。
优选地，S1中，化成的具体操作如下：将注液老化后未封口的电芯采用小电流化成，再采用大电流化成。
优选地，S1的小电流化成过程中，充电倍率为0.01～0.02C，小电流化成时间为4～6h。
优选地，S1的大电流化成过程中，充电倍率为0.18～0.25C，大电流化成时间为2～4h。
优选地，S1的化成过程中，温度大于等于25℃，露点温度小于等于-10℃。
优选地，S2中，高温老化处理的温度为40～50℃，高温老化处理的真空度-60～-100kPa，高温老化处理的时间为10～15h。
优选地，S3中，静置环境为常温，静置时间为10～20h。
优选地，S4的分容过程中，以满充满放的形式进行三次充放电，充放电倍率为0.2～0.5C；优选地，采用铁锂材料的电芯作为正极，则充放电电压区间为2～3.65V；优选地，采用三元材料的电芯作为正极，则充放电电压区间为3～4.2V。
优选地，S4的分容过程中，温度大于等于25℃，露点温度小于等于-20℃。
优选地，S5中，搁置环境为常温，搁置时间为22～26h。
本发明通过创新的化成分容工艺，可以有效的缓解电池的体积膨胀，并且通过敞口化成分容、延迟封口的方法，补充了前几周充放电过程中消耗的电解液，提升了电池的循环性能，本发明能够有效的缓解并排除化成过程中的产气，避免前几步循环过程中的电解液损失，减少电池在充放电过程中的体积膨胀，提升电池的循环性能。
附图说明
图1为本发明实施例1所得铁锂电芯与对比例1所得铁锂电芯循环性能对比图。
图2为本发明实施例2所得三元电芯与对比例2所得三元电芯循环性能对比图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法，包括如下步骤：
S1、将注液老化后未封口的铁锂电芯上柜进行化成；其中化成过程中温度大于等于25℃，露点温度小于等于-10℃；化成具体操作如下：先采用小电流化成4h，充电倍率为0.02C，再采用大电流化成2h，充电倍率为0.2C，得到第一电芯；
S2、将第一电芯进行高温老化处理12h，高温老化处理的温度为45℃，高温老化处理的真空度-90kPa，得到第二电芯；
S3、将第二电芯转入注液房，排气，补液，常温静置12h得到第三电芯；
S4、将第三电芯上柜进行分容，分容过程中温度大于等于25℃，露点温度小于等于-20℃，以满充满放的形式进行三次充放电，充放电倍率为0.3C，充放电电压区间为2～3.65V，得到第四电芯；
S5、将第四电芯抽真空排气，补液，封口，常温搁置24h。
实施例2
一种负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法，包括如下步骤：
S1、将注液老化后未封口的三元电芯上柜进行化成；其中化成过程中温度大于等于25℃，露点温度小于等于-10℃；化成具体操作如下：先采用小电流化成4h，充电倍率为0.02C，再采用大电流化成2h，充电倍率为0.2C，得到第一电芯；
S2、将第一电芯进行高温老化处理12h，高温老化处理的温度为45℃，高温老化处理的真空度-90kPa，得到第二电芯；
S3、将第二电芯转入注液房，排气，补液，常温静置12h得到第三电芯；
S4、将第三电芯上柜进行分容，分容过程中温度大于等于25℃，露点温度小于等于-20℃，以满充满放的形式进行三次充放电，充放电倍率为0.3C，充放电电压区间为3～4.2V，得到第四电芯；
S5、将第四电芯抽真空排气，补液，封口，常温搁置24h。
对比例1
一种负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法，包括如下步骤：
S1、将注液老化后未封口的铁锂电芯上柜进行化成；其中化成过程中温度大于等于25℃，露点温度小于等于-10℃；化成具体操作如下：先采用小电流化成4h，充电倍率为0.02C，再采用大电流化成2h，充电倍率为0.2C，得到第一电芯；
S2、将第一电芯进行高温老化处理，高温老化处理的温度为45℃，得到第二电芯；
S3、将第二电芯转入注液房，排气，补液，常温静置12h得到第三电芯；
S4、将第三电芯上柜进行分容，分容过程中温度大于等于25℃，以满充满放的形式进行三次充放电，充放电倍率为0.3C，充放电电压区间为2～3.65V。
对比例2
一种负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法，包括如下步骤：
S1、将注液老化后未封口的三元电芯上柜进行化成；其中化成过程中温度大于等于25℃，露点温度小于等于-10℃；化成具体操作如下：先采用小电流化成4h，充电倍率为0.02C，再采用大电流化成2h，充电倍率为0.2C，得到第一电芯；
S2、将第一电芯进行高温老化处理，高温老化处理的温度为45℃，得到第二电芯；
S3、将第二电芯转入注液房，排气，补液，常温静置12h得到第三电芯；
S4、将第三电芯上柜进行分容，分容过程中温度大于等于25℃，以满充满放的形式进行三次充放电，充放电倍率为0.3C，充放电电压区间为3～4.2V。
将实施例1所得铁锂电芯与对比例1所得铁锂电芯进行循环试验(循环试验温度为25℃)，如图1所示，图1为本发明实施例1所得铁锂电芯与对比例1所得铁锂电芯循环性能对比图。由图1可知：本发明相对于现有技术可有效提升电池的循环性能。
将实施例2所得三元电芯与对比例2所得三元电芯进行循环试验(循环试验温度为25℃)，如图2所示，图2为本发明实施例2所得三元电芯与对比例2所得三元电芯循环性能对比图。由图2可知：本发明相对于现有技术可有效提升电池的循环性能。
综上所述，本发明能够有效的缓解并排除化成过程中的产气，避免前几步循环过程中的电解液损失，减少电池在充放电过程中的体积膨胀，提升电池的循环性能。通过创新的化成、分容工艺，有效的缓解电池的体积膨胀，并且通过延迟封口的方法，补充了前几周充放电过程中消耗的电解液，提升了电池的循环性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将注液老化后未封口的电芯上柜进行化成得到第一电芯；
S2、将第一电芯进行高温老化处理得到第二电芯；
S3、将第二电芯转入注液房，排气，补液，静置得到第三电芯；
S4、将第三电芯上柜进行分容得到第四电芯；
S5、将第四电芯抽真空排气，补液，封口，搁置；
S2中，高温老化处理的温度为40～50℃，高温老化处理的真空度-60～-100kPa，高温老化处理的时间为10～15h；S4的分容过程中，温度大于等于25℃，露点温度小于等于-20℃；S5中，搁置环境为常温，搁置时间为22～26h；
其中，S4的分容过程中，以满充满放的形式进行三次充放电，充放电倍率为0.2～0.5C；当采用铁锂材料的电芯作为正极时，则充放电电压区间为2～3.65V；当采用三元材料的电芯作为正极时，则充放电电压区间为3～4.2V。
2.根据权利要求1所述负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法，其特征在于，S1中，化成的具体操作如下：将注液老化后未封口的电芯采用小电流化成，再采用大电流化成。
3.根据权利要求2所述负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法，其特征在于，S1的小电流化成过程中，充电倍率为0.01～0.02C，小电流化成时间为4～6h。
4.根据权利要求2或3所述负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法，其特征在于，S1的大电流化成过程中，充电倍率为0.18～0.25C，大电流化成时间为2～4h。
5.根据权利要求1或2所述负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法，其特征在于，S1的化成过程中，温度大于等于25℃，露点温度小于等于-10℃。
6.根据权利要求1或2所述负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法，其特征在于，S3中，静置环境为常温，静置时间为10～20h。
CN201711430774.8A 2017-12-26 2017-12-26 一种负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法 Active CN108321436B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711430774.8A CN108321436B (zh) 2017-12-26 2017-12-26 一种负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711430774.8A CN108321436B (zh) 2017-12-26 2017-12-26 一种负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108321436A CN108321436A (zh) 2018-07-24
CN108321436B true CN108321436B (zh) 2021-02-26

Family

ID=62892679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711430774.8A Active CN108321436B (zh) 2017-12-26 2017-12-26 一种负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108321436B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109659597A (zh) * 2018-12-03 2019-04-19 中兴高能技术有限责任公司 一种锂离子电池的化成分容方法
CN111600062B (zh) * 2019-03-22 2021-08-24 骆驼集团新能源电池有限公司 一种改善硅碳软包锂离子电池循环寿命的化成方法
CN110534811A (zh) * 2019-09-04 2019-12-03 梅州市量能新能源科技有限公司 一种软包锂离子电池的制备方法
CN113451673B (zh) * 2021-06-29 2023-01-31 惠州市赛能电池有限公司 锂电池的化成方法、锂电池及其制备方法
CN113745664B (zh) * 2021-08-25 2023-05-09 大连中比动力电池有限公司 一种全极耳钢壳圆柱电池的开口化成方法
CN114284587A (zh) * 2021-12-27 2022-04-05 惠州亿纬锂能股份有限公司 一种电芯化成分容方法
CN114335691A (zh) * 2022-01-05 2022-04-12 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种锂离子电池化成方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015176771A (ja) * 2014-03-14 2015-10-05 トヨタ自動車株式会社 二次電池の製造方法および二次電池
CN106711507A (zh) * 2015-11-16 2017-05-24 襄阳博富能电子实业有限公司 一种圆柱钢壳钛酸锂电池的化成及产气清除方法
CN107230799A (zh) * 2017-07-10 2017-10-03 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种钛酸锂电池的化成方法
CN107464956A (zh) * 2017-08-17 2017-12-12 云南锡业集团（控股）有限责任公司 一种锂离子电池新型制作工艺方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102074740A (zh) * 2010-12-06 2011-05-25 华明电源(深圳)有限公司 锂离子电池主动排气的化成方法
CN103855431B (zh) * 2014-03-24 2016-06-29 四川剑兴锂电池有限公司 一种提高锂离子电池循环性能的化成方法
CN106299463A (zh) * 2016-10-19 2017-01-04 江苏海四达电源股份有限公司 方型锂电池的成化方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015176771A (ja) * 2014-03-14 2015-10-05 トヨタ自動車株式会社 二次電池の製造方法および二次電池
CN106711507A (zh) * 2015-11-16 2017-05-24 襄阳博富能电子实业有限公司 一种圆柱钢壳钛酸锂电池的化成及产气清除方法
CN107230799A (zh) * 2017-07-10 2017-10-03 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种钛酸锂电池的化成方法
CN107464956A (zh) * 2017-08-17 2017-12-12 云南锡业集团（控股）有限责任公司 一种锂离子电池新型制作工艺方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108321436A (zh) 2018-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108321436B (zh) 一种负极采用硅碳的锂离子电池化成分容方法
CN101330158B (zh) 一种锂离子二次电池的化成方法
CN106785052B (zh) 一种钛酸锂电池的化成方法
CN108493482B (zh) 锂离子电池及其成化方法
CN101286578A (zh) 一种运用真空系统的锂离子二次电池的化成方法
CN111554991B (zh) 一种负压化成方法以及电池
KR101924529B1 (ko) 비수전해액 이차 전지의 제조 방법
CN110994037A (zh) 一种软包装锂离子电池满电电压化成方法及设备
CN111276756B (zh) 一种高低温锂离子电池的化成方法
CN110148729A (zh) 一种碳包覆氧化亚硅材料的制备方法及应用
CN108511825B (zh) 三元软包电芯化成方法
CN107528093A (zh) 一种磷酸铁锂动力电池的老化工艺
CN112290104B (zh) 一种锂离子电池高温负压化成方法
CN116780005A (zh) 一种电池化成方法
CN111799520A (zh) 一种锂离子电池的化成方法
CN113728488A (zh) 二次电池化成方法
CN115498287B (zh) 一种预嵌锂石墨负极极片及其制备方法和应用
CN114335739A (zh) 高电压高比能软包锂离子电池化成工艺
CN112164782B (zh) 一种混合负极的锂离子电池及其化成方法
CN115064796A (zh) 一种软包锂离子电池的化成工艺
CN113659207A (zh) 一种锂离子电池的化成方法
CN113540595A (zh) 一种改善高镍三元材料电芯界面的化成方法
KR100555034B1 (ko) 리튬 이차 전지의 후처리 방법
CN108962613B (zh) 一种减小锂离子电容器漏电流的方法
CN112054258A (zh) 一种动力锂离子电池的化成方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant