CN108493482A - 锂离子电池及其成化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池及其化成方法。所述锂离子电池化成方法包括的步骤有：第一阶段小电流充放电循环处理、对锂离子电池进行大电流充电处理、第二阶段小电流充放电循环处理。本发明锂离子电池化成方法在电极SEI膜形成的充电容量区间范围内采用小电流充放电循环，而在其他充电容量区间内采用大电流充电，确保电极形成的SEI膜致密且稳定，从而改善SEI膜质量和锂离子电池性能，同时不增加化成时间。另外，所述锂离子电池化成方法简化了电池活化工艺，条件易控，有效保证了化成效果，保证了锂离子电池循环性和低自放电。

Description

锂离子电池及其成化方法
技术领域
本发明属于电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池及其成化方法。
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。
随着现代社会的不断发展，移动设备如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、摄像机、以及混合电动车和纯电动车等将会越来越广泛运用电池，特别是锂离子电池。随着移动设备的不断进步，人们对电池的如比容量、高安全和长循环性能以及低成本等的要求越来越高。
在锂离子电池的制作工艺过程中，电极材料确定的情况下，化成方法是决定整个电池性能最关键的步骤。电池化成是指，对新生产的电池初次充电之过程，就是用小电流对封装完成的锂离子电池进行充电激活材料活性，它的目的在于在负极表面形成一层钝化层，以保护整个化学界面。
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引起的体积改变，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。
现有常规的化成方法是先采用小电流(如0.05C～0.2C)充电1～8h，再采用0.2～1C充满的方法。虽然理论上讲初次充电电流越小对电池性能越有利，但常规的这种小电流充电会延长制程时间，而且这种常规化成方法不利于SEI膜的生成，容易导致生成的SEI膜质量如均匀性和稳定性不理想，从而导致锂离子电池的循环性、自放电性能和安全性不理想。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种锂离子电池化成方法和由锂离子电池化成方法后的锂离子电池，以克服现有采用小电流的锂离子电池化成方法导致锂离子电池的循环性和自放电性能不理想的技术问题。
为了实现上述发明目的，一方面，本发明提供了一种锂离子电池化成方法。所述锂离子电池化成方法包括如下步骤：
将需要进行化成处理的锂离子电池于不大于0.1C下进行第一充电处理，直至所述锂离子电池的充电容量不大于所述锂离子电池初次充电容量的15％，然后于不大于0.1C下进行第一放电处理至所述锂离子电池的截止放电电压，重复由所述第一充电处理和第一放电处理构成的充放电循环若干次，完成第一阶段充放电循环处理；
将经所述第一阶段充放电循环处理后的所述锂离子于0.1～1C下进行充电处理直至所述锂离子电池初次充电容量的80～90％；
将被所述0.1～1C下进行充电处理的所述锂离子电池于不大于0.1C下进行第二充电处理，直至所述锂离子电池初次充电容量的100％，然后于不大于0.1C下进行第二放电处理至所述锂离子电池初次充电容量的80～90％，重复由所述第二充电处理和第二放电处理构成的充放电循环若干次，完成第二阶段充放电循环处理。
另一方面，本发明提供了一种锂离子电池。所述锂离子电池经过本发明锂离子电池化成方法进行成化处理。
与现有技术相比，本发明锂离子电池化成方法在电极SEI膜形成的充电容量区间范围内采用小电流充放电循环，而在其他充电容量区间内采用大电流充电，确保电极形成的SEI膜致密且稳定，从而改善SEI膜质量和锂离子电池性能，同时不增加化成时间。
本发明锂离子电池采用本发明锂离子电池化成方法成化处理，从而使得本发明锂离子电池循环性和自放电性能得到改善。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例锂离子电池活化方法的流程图；
图2是本发明实施例1-3与对比例1在1C进行充放的循环性能曲线图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例与附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种锂离子电池化成方法。本发明实施例锂离子电池化成方法的流程如图1所述，其包括如下步骤：
步骤S01.第一阶段小电流充放电循环处理：
将需要进行化成处理的锂离子电池于不大于0.1C下进行第一充电处理，直至所述锂离子电池的充电容量不大于所述锂离子电池初次充电容量的15％，然后于不大于0.1C下进行第一放电处理至所述锂离子电池的截止放电电压，重复由所述第一充电处理和第一放电处理构成的充放电循环若干次，完成第一阶段充放电循环处理；
步骤S02.对锂离子电池进行大电流充电处理：将经所述第一阶段充放电循环处理后的所述锂离子于0.1～1C下进行充电处理直至所述锂离子电池初次充电容量的80～90％；
步骤S03.第二阶段小电流充放电循环处理：将被所述0.1～1C下进行充电处理的所述锂离子电池于不大于0.1C下进行第二充电处理，直至所述锂离子电池初次充电容量的100％，然后于不大于0.1C下进行第二放电处理至所述锂离子电池初次充电容量的80～90％，重复由所述第二充电处理和第二放电处理构成的充放电循环若干次，完成第二阶段充放电循环处理。
其中，上述步骤S01的需要进行化成处理的锂离子电池可以是注液密封或者未密封即是开口的锂离子电池。
该步骤S01中的第一阶段充放电循环处理中，通过采用小电流的第一充电处理和小电流的第一放电处理，如第一充电处理的电流不大于0.1C，并控制充电容量的控制如充电容量不大于所述锂离子电池初次充电容量的15％；第一放电处理的电流不大于0.1C。在一实施例中，对所述锂离子电池进行第一充电处理的电流为0.02～0.1C，在该充电电流下，直至对所述锂离子电池的充电容量为所述锂离子电池初次充电容量的3～15％。在另一实施例中，对所述锂离子电池进行第一放电处理的电流为0.02～0.1C。在另一实施例中，重复由该第一充电处理和第一放电处理构成的充放电循环的次数为2～10次。
另外，该步骤S01中的小电流充放电优选是恒定电流条件下进行。
采用步骤S01中小电流对锂离子电池继续若干次的充电处理，使得在负极材料表面初步形成均匀致密的SEI膜。
上述步骤S02的采用大电流对经步骤S01处理后的锂离子电池进行充电处理，使得负极材料表面继续形成均匀致密的SEI膜。在优选实施例中，在步骤S02的大电流充电过程中，优选采用恒流对所述锂离子电池进行充电。
上述步骤S03再次对步骤S02充电处理的锂离子电池采用小电流充放电进行若干次循环处理，从而使得正极材料表面形成的SEI膜更稳定。
通过在正负极材料表面SEI形成的荷电状态区间内采用小电流充放电循环的方式进行化成，保证了正负极SEI膜的稳定性，降低电池阻抗，提升电池综合性能。
其中，一实施例中，对所述锂离子电池进行第二充电处理的电流为0.02～0.1C。一实施例中，对所述锂离子电池进行第二放电处理的电流为0.02～0.1C。在另一实施例中，重复由该第二充电处理和第二放电处理构成的充放电循环的次数为2～10次。
另外，该步骤S03中的小电流充放电优选是恒定电流条件下进行。
待上述步骤S03中第二阶段充放电循环处理后的锂离子电池可以如于0.5～1C下进行充放电，测试所述锂离子电池的容量。
另外，所述的锂离子电池化成方法没有不限定锂离子电池材料体系，如锂离子电池的正极材料可以是钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂及其组合，负极材料可以是石墨、软硬碳、锡硅氧化物及其组合。
因此，上述锂离子电池化成方法在电极SEI膜形成的充电容量区间范围内采用小电流充放电循环，而在其他充电容量区间内采用大电流充电，确保电极形成的SEI膜致密且稳定，从而改善SEI膜质量和锂离子电池性能，同时不增加化成时间。另外，所述锂离子电池化成方法简化了电池活化工艺，条件易控，有效保证了化成效果，保证了锂离子电池循环性和低自放电，而且有效缩短了化成时间，从而有效降低了生产成本。
另一方面，在上文所述锂离子电池化成方法的基础上，本发明实施例还提供了一种锂离子电池。所述锂离子电池经过上文所述的锂离子电池化成方法进行成化处理。这样，本发明锂离子电池电极表面形成有致密均匀的SEI膜，从而使得本发明锂离子电池循环性和自放电性能提高。
现以锂离子电池及其化成方法为例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种锂离子电池及其化成方法。所述锂离子电池化成方法包括如下步骤：
S1：将需要进行化成处理的锂离子电池于0.02C下进行恒流充电处理，直至所述锂离子电池的充电容量为所述锂离子电池初次充电容量的15％；然后于0.02C放电至电池截止放电电压，此为一个低电压段小电流充放电循环；
S2：按照S1中的操作重复10个循环；
S3：将S2中循环充放电处理后的锂离子电池于0.2C恒流充电至电池初次充电容量的80％；
S4：将S3中大电流充电处理的锂离子电池于0.02C下进行恒流充电处理，直至所述锂离子电池初次充电容量的100％；然后于0.02C下进行放电处理至所述锂离子电池初次充电容量的80％，此为一个高电压段的小电流充放电循环；
S5：按照S4中的操作重复10个循环。
实施例2
本实施例提供了一种锂离子电池及其化成方法。所述锂离子电池化成方法包括如下步骤：
S1：将需要进行化成处理的锂离子电池于0.1C下进行恒流充电处理，直至所述锂离子电池的充电容量为所述锂离子电池初次充电容量的3％；然后于0.1C放电至电池截止放电电压，此为一个低电压段小电流充放电循环；
S2：按照S1中的操作重复2个循环；
S3：将S2中循环充放电处理后的锂离子电池于1C恒流充电至电池初次充电容量的90％；
S4：将S3中大电流充电处理的锂离子电池于0.1C下进行恒流充电处理，直至所述锂离子电池初次充电容量的100％；然后于0.1C下进行放电处理至所述锂离子电池初次充电容量的90％，此为一个高电压段的小电流充放电循环；
S5：按照S4中的操作重复2个循环。
实施例3
本实施例提供了一种锂离子电池及其化成方法。所述锂离子电池化成方法包括如下步骤：
S1：将需要进行化成处理的锂离子电池于0.05C下进行恒流充电处理，直至所述锂离子电池的充电容量为所述锂离子电池初次充电容量的10％；然后于0.05C放电至电池截止放电电压，此为一个低电压段小电流充放电循环；
S2：按照S1中的操作重复5个循环；
S3：将S2中循环充放电处理后的锂离子电池于0.5C恒流充电至电池初次充电容量的90％；
S4：将S3中大电流充电处理的锂离子电池于0.05C下进行恒流充电处理，直至所述锂离子电池初次充电容量的100％；然后于0.05C下进行放电处理至所述锂离子电池初次充电容量的90％，此为一个高电压段的小电流充放电循环；
S5：按照S4中的操作重复5个循环。
对比例1
按照常规先采用小电流(如0.05C)充电2h，再采用0.5C充满的化成方法对需要进行化成处理的锂离子电池进行化成处理。
锂离子电池相关性能测试：
实施例1-3和对比例1为同一批次的相同产品，不同的是化成方法不同。对实施例1-3和对比例1化成处理后的锂离子电池分别按常规1C进行充放电，测试锂离子电池的循环性能、常温和高温自放电性能。
常温和高温自放电性能测试结果见表1，实施例1-3与对比例1在1C进行充放的循环性能如图2所示。
表1
表1结果显示，本发明实施例提供的锂离子电池化成方法能够有效降低电池的自放电率。从图2中可看出，与对比例相比，采用本发明的实施例能大幅提升电池循环性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种锂离子电池化成方法，包括如下步骤：
将需要进行化成处理的锂离子电池于不大于0.1C下进行第一充电处理，直至所述锂离子电池的充电容量不大于所述锂离子电池初次充电容量的15％，然后于不大于0.1C下进行第一放电处理至所述锂离子电池的截止放电电压，重复由所述第一充电处理和第一放电处理构成的充放电循环若干次，完成第一阶段充放电循环处理；
将经所述第一阶段充放电循环处理后的所述锂离子于0.1～1C下进行充电处理直至所述锂离子电池初次充电容量的80～90％；
将被所述0.1～1C下进行充电处理的所述锂离子电池于不大于0.1C下进行第二充电处理，直至所述锂离子电池初次充电容量的100％，然后于不大于0.1C下进行第二放电处理至所述锂离子电池初次充电容量的80～90％，重复由所述第二充电处理和第二放电处理构成的充放电循环若干次，完成第二阶段充放电循环处理。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池化成方法，其特征在于：对所述锂离子电池进行第一充电处理的电流为0.02～0.1C，直至所述锂离子电池的充电容量为所述锂离子电池初次充电容量的3～15％。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池化成方法，其特征在于：对所述锂离子电池进行第一放电处理的电流为0.02～0.1C。
4.根据权利要求1或2所述的锂离子电池化成方法，其特征在于：重复由所述第一充电处理和第一放电处理构成的充放电循环的次数为2～10次。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池化成方法，其特征在于：对所述锂离子电池进行第二充电处理的电流为0.02～0.1C。
6.根据权利要求1、2或5所述的锂离子电池化成方法，其特征在于：对所述锂离子电池进行第二放电处理的电流为0.02～0.1C。
7.根据权利要求1、2或5所述的锂离子电池化成方法，其特征在于：重复由所述第一充电处理和第一放电处理构成的充放电循环的次数为2～10次。
8.根据权利要求1、2或5所述的锂离子电池化成方法，其特征在于：对所述锂离子电池完成所述第二阶段充放电循环处理后，于0.5～1C下进行充放电，测试所述锂离子电池的容量。
9.一种锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池经过权利要求1-8任一所述的锂离子电池化成方法进行成化处理。
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