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

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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。
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