CN108565498A - 一种软包锂离子电池的化成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种软包锂离子电池的化成方法。该化成方法包括：在高于室温以及对电池两侧面施加面压的条件下，采用0.01C～2C的电流恒流充电至初始截止电压；在室温条件下，采用0.1C～0.5C的电流恒流恒压充电至设定截止电压和设定截止电流。该化成方法首先在高于室温和施加面压的条件下进行充电化成，有利于对电芯进行整形硬化，降低电池在充电过程中的极化；然后在室温和不施加面压的条件下进行充电化成，有利于利用温度和面压变化，提高电解液对电极材料的渗透、浸润，及时排除电极表面成膜反应产生的气体，减小电极表面电流分布的差异性，从而可以提高预充化成界面的一致性，提高电池的电性能一致性和循环寿命。

Description

一种软包锂离子电池的化成方法
技术领域
本发明属于软包锂离子电池的制造领域，具体涉及一种软包锂离子电池的化成方法。
背景技术
近年来，软包锂离子电池的需求量不断上升，已经广泛应用到笔记本电脑、智能手机、平板电脑、摄像机、电动自行车、电动汽车和军事国防领域。随着市场需求的不断增强，生产企业对软包锂离子电池的生产效率和生产质量有了越来越高的要求。
锂离子电池化成是指锂离子电池第一次充电的过程，目的是使电池具有电化学活性。化成是在负极表面形成一层固体电解质界面膜(SEI膜)，SEI膜具有固体电解质性质，是电子绝缘体。但这种SEI膜却是Li+的优良导体，Li+能够自由地通过SEI膜。SEI膜的主要成分是Li2CO3、LiF、LiOH、ROCO2Li、ROLi等物质。SEI膜的质量与化成的工艺具有很大的相关性，如果化成制度不好，就不能形成高品质的SEI膜，进而会对电池的循环寿命和电化学性能产生不利影响。
传统的化成方式是将锂离子主体平放，在常温、常压下采用长时间小电流充电方式使形成的SEI膜良好。该方式的化成时间一般需要10-15h左右，且往往会因电池界面接触不紧密而造成SEI膜的质量欠佳，化成完成后仍需对电池进行排气和整形，进一步延长了化成时间。总之，现有的锂离子电池的化成方法耗时较长，SEI膜的成膜一致性差，容易出现局部过充，导致电解液分解和负极表面产生花斑、析锂等异常，严重影响电池的容量及电池间的一致性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种软包锂离子电池的化成方法，从而解决现有化成方法存在的SEI膜的成膜一致性差的问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种软包锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
1)在高于室温以及对电池两侧面施加面压的条件下，采用0.01C～2C的电流恒流充电至初始截止电压；
2)在室温条件下，采用0.1C～0.5C的电流恒流恒压充电至设定截止电压和设定截止电流。
本发明提供的软包锂离子电池的化成方法，首先在高于室温和施加面压的条件下进行充电化成，有利于对电芯进行整形硬化，降低电池在充电过程中的极化，同时保证极片的平行度，避免电芯极片在化成过程中反弹，使得电芯厚度变薄，外观更加平整；然后在室温和不施加面压的条件下进行充电化成，有利于利用温度和面压变化，提高电解液对电极材料的渗透、浸润，及时排除电极表面成膜反应产生的气体，减小电极表面电流分布的差异性，从而可以提高预充化成界面的一致性，提高电池的电性能一致性和循环寿命。
步骤1)中，所述高于室温的温度为35～70℃。对电池两侧面施加面压的大小为0.2～1.0Mpa。采用上述范围的温度和面压条件，不仅易于实现，且可以获得较佳的化成效果。
步骤1)中，所述初始截止电压为3.5～3.7V。优选的，所述恒流充电至初始截止电压包括：先采用0.01～0.1C的电流恒流充电至第一截止电压，再采用0.1～0.5C的电流恒流充电至第二截止电压，然后采用0.2C～2C的电流恒流充电至所述初始截止电压；第一截止电压、第二截止电压、初始截止电压的大小依次增加。所述第一截止电压为2.5～2.8V，所述第二截止电压为3.5～3.7V。该步骤中，采用不同电流分段充电，可进一步增强SEI膜的成膜一致性，缩短充电化成耗时。
步骤1)和步骤2)中，初始截止电压、设定截止电压与所使用的电极材料有关，可依据所使用的电极材料的类型灵活选择初始截止电压、设定截止电压的大小。
步骤2)中，所述设定截止电压为4.0V。所述设定截止电流为0.02C～0.1C。
步骤2)中，恒流恒压充电后，将电池在45～60℃的条件下进行老化。所述老化的时间为12h～48h。该化成方法将老化和化成步骤相结合，可以显著缩短工艺周期，提高生产效率，提高SEI膜的成膜一致性。
附图说明
图1为实施例1的化成方法所得锂离子电池的循环曲线；
图2为实施例2的化成方法所得锂离子电池的循环曲线；
图3为实施例3的化成方法所得锂离子电池的循环曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。
实施例1
本实施例的软包锂离子电池的化成方法，采用以下步骤：
1)将待化成的电池置于高温加压化成设备上，保持电芯温度为40℃，电芯两侧面受到的面压为0.4Mpa，先采用0.01C的电流恒流充电至第一截止电压2.8V，再采用0.1C的电流恒流充电至第二截止电压3.5V，然后采用0.5C的电流恒流充电至初始截止电压3.65V；
2)在室温以及不施加面压的条件下，采用0.1C的电流恒流恒压充电至设定截止电压为4.0V，截止电流为0.01C，化成结束；
3)将化成结束后的电池在45℃下老化36h。
实施例2
本实施例的软包锂离子电池的化成方法，采用以下步骤：
1)将待化成的电池置于高温加压化成设备上，保持电芯温度为60℃，电芯两侧面受到的面压为0.7Mpa，先采用0.05C的电流恒流充电至第一截止电压2.8V，再采用0.3C的电流恒流充电至第二截止电压3.5V，然后采用1.0C的电流恒流充电至初始截止电压3.65V；
2)在室温以及不施加面压的条件下，采用0.2C的电流恒流恒压充电至设定截止电压为4.0V，截止电流为0.02C，化成结束；
3)将化成结束后的电池在50℃下老化24h。
实施例3
本实施例的软包锂离子电池的化成方法，采用以下步骤：
1)将待化成的电池置于高温加压化成设备上，保持电芯温度为70℃，电芯两侧面受到的面压为1.0Mpa，先采用0.1C的电流恒流充电至第一截止电压2.8V，再采用0.5C的电流恒流充电至第二截止电压3.5V，然后采用2.0C的电流恒流充电至初始截止电压3.65V；
2)在室温以及不施加面压的条件下，采用0.5C的电流恒流恒压充电至设定截止电压为4.0V，截止电流为0.05C，化成结束；
3)将化成结束后的电池在60℃下老化12h。
试验例
本试验例检测采用实施例1～实施例3的化成方法得到的软包锂离子电池的循环性能，检测在室温下进行，充放电电流为2C/2C，结果如图1～图3所示。
由图可以看出，采用实施例1的化成方法得到的软包锂离子电池，在循环1400周时，容量保持率为90％，在循环2300周时，容量保持率在86％以上；采用实施例2的化成方法得到的软包锂离子电池，在循环1000周时，容量保持率为92％，在循环2000周时，容量保持率在87％以上；采用实施例3的化成方法得到的软包锂离子电池，在循环800周时，容量保持率为96％，在循环1900周时，容量保持率在85％以上。由此可见，采用本发明的化成方法得到的锂离子电池由于提高了预充化成界面的一致性，有利于提高电池的电性能一致性和循环寿命。

Claims (8)

1.一种软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在高于室温以及对电池两侧面施加面压的条件下，采用0.01C～2C的电流恒流充电至初始截止电压；
2)在室温条件下，采用0.1C～0.5C的电流恒流恒压充电至设定截止电压和设定截止电流。
2.如权利要求1所述的软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，步骤1)中，所述高于室温的温度为35～70℃。
3.如权利要求1或2所述的软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，步骤1)中，对电池两侧面施加面压的大小为0.2～1.0Mpa。
4.如权利要求1所述的软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，步骤1)中，所述初始截止电压为3.5～3.7V。
5.如权利要求1或4所述的软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，步骤1)中，所述恒流充电至初始截止电压包括：先采用0.01～0.1C的电流恒流充电至第一截止电压，再采用0.1～0.5C的电流恒流充电至第二截止电压，然后采用0.2～2C的电流恒流充电至所述初始截止电压；第一截止电压、第二截止电压、初始截止电压的大小依次增加。
6.如权利要求5所述的软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，所述第一截止电压为2.5～2.8V，所述第二截止电压为3.5～3.7V。
7.如权利要求1所述的软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，步骤2)中，所述设定截止电压为4.0V。
8.如权利要求1所述的软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，步骤2)中，恒流恒压充电后，将电池在45～60℃的条件下进行老化。
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