CN109216806A - 一种锂离子电池的化成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池过程中的化成方法，通过在不同阶段使用不同电流的循环以及在特定电位的脉冲电流刺激，从而充分激活正负极的活性物质嵌入/脱嵌锂的性能，而通过电池在不同电流大小下的多次循环，形成更加致密稳定的SEI膜，提高了正负极在电解液中的稳定性，通过本发明的化成方法，能够得到性能稳定的锂离子电池。

Description

一种锂离子电池的化成方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种锂离子电池的化成方法。
背景技术
随着油价的不断上涨和城市环境压力的增大，寻求新能源来替代传统能源的浪潮逐渐显现。电动汽车走入了人们的视野，动力电池作为电动汽车的核心部件之一，其性能优劣直接影响整车的性能，而其循环寿命是对电动汽车的经济性能最重要影响因素。由上可知，由于动力电池的循环寿命对电池的性能有重要影响，如何提高电池的循环寿命是一个研究热点。
发明内容
本发明提供了一种锂离子电池过程中的化成方法，通过在不同阶段使用不同电流的循环以及在特定电位的脉冲电流刺激，从而充分激活正负极的活性物质嵌入/脱嵌锂的性能，而通过电池在不同电流大小下的多次循环，形成更加致密稳定的SEI膜，提高了正负极在电解液中的稳定性，通过本发明的化成方法，能够得到性能稳定的锂离子电池。
具体的方案如下：
一种锂离子电池的化成方法，所述方法包括以下步骤：
1)、以0.02-0.05C的电流脉冲式充电至第一电压，所述脉冲时间为5-20s，间隔3-5s；
2)、以0.1-0.5C的电流恒流充电至第二电压；
3)、以0.1-0.5C的电流恒流放电至第三电压；
4)循环步骤2、步骤3 0-3次；
5)、静置10-20h；
6)、以0.2-1C的电流恒流充电至第二电压；
7)、以第二电压恒压充电，直至充电电流小于0.02C。
进一步的，所述第一电压为3.4-3.6V。
进一步的，所述第二电压为4.2-4.3V。
进一步的，其中所述第三电压为2.7-2.8V。
进一步的，所述步骤6的电流大于步骤2和步骤3中的电流。
一种锂离子电池的化成和分容方法，其中包括上述的化成方法，以及测量电池的容量并将电池分容。
进一步的，所述化成分容方法，所述方法包括以下步骤：
1)、按照上述化成方法对锂离子电池进行化成；
2)、测量化成后的锂离子电池的容量，按照容量大小将锂离子电池分容；
3)、测量分容后的电池内阻，计算每一容量档中电池的内阻平均值，挑出电池内阻超过其所在容量档的内阻平均值第一预定值的电池；
4)、对步骤3挑选出的电池进行激活；
5)、测量激活后的电池的容量，按照容量大小重新将电池分容。
进一步的，所述激活步骤包括：
1)、将电池置入超声波振荡装置中；
2)、所述电池进行超声波振荡；
3)、更换步骤2得到的电池的电解液；
4)、对步骤3得到的电池进行脉冲电流激活；
5)、测量步骤4得到的电池的容量；
6)、根据步骤5的容量对电池进行分容。
进一步的，步骤3中的更换过程包括，通过电解液注入阀注入电解液，然后抽真空将电解液抽出，然后重新注入新的电解液，密封。
进一步的，其中所述步骤4中，所述脉冲电流激活的过程包括：
A)、将电池放电至截至电压，截至电压为2.7-2.8V；
B)、将电池温度调整至40-50℃，采用交替正负脉冲对电池进行激活，激活时间为10-30min，脉冲电流大小为1-2C，正脉冲时间与负脉冲时间相等，为3-5s，间隔1-2s；
C)、将电池充电至截至电压，截至电压为4.2-4.3V；
D)、将电池温度调整至40-50℃，采用交替正负脉冲对电池进行激活，激活时间为10-30min，脉冲电流大小为3-5C，正脉冲时间与负脉冲时间相等，为10-20s，间隔3-5s；
E)、重复步骤A-D 0-5次；
本发明具有如下有益效果：
1、通过初期的脉冲充电，从而缓解了浓差极化，有利于初期形成均匀覆盖电极的SEI膜；
2、并且通过循环充放电激活电池，从而使形成的SEI膜更加致密；
3、通过静置老化从而使电池的性能更加稳定；
4、通过在同一容量档中挑选出内阻较大的电池，从而挑选出存在容量提高可能的电池。通过对电池进行激活，降低电池内阻，提高电池的容量；
5、通过对电池进行短时间的超声波振动，将沉积在电极表面的电解质盐震落，并且通过为电池更换电解液，从而清除电池在工作中产生的杂质，过在适当温度下，充放电端点电位的脉冲激活，从而活化正负极的活性物质，降低内阻。
具体实施方式
本发明下面将通过具体的实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例，实施例中各具有100个单体锂离子电池。所述锂离子电池包括钴酸锂正极，人造石墨负极，电解液包括1.0mol/L的六氟磷酸锂电解质盐，体积比为1：1：1的EC+DMC+DEC的混合溶液，以及5体积％的VC。
实施例1
1)、以0.02C的电流脉冲式充电至3.4V，所述脉冲时间为5s，间隔3s；
2)、以0.1C的电流恒流充电至4.2V；
3)、以0.1C的电流恒流放电至2.7V；
4)、循环步骤2、步骤3 1次；
5)、静置10h；
6)、以0.2C的电流恒流充电至4.2V；
7)、以4.2V恒压充电，直至充电电流小于0.02C；
8)、测量化成后的锂离子电池的容量，按照容量大小将锂离子电池分容，所述分容包括，将待分容电池的容量的最高值到最低值排序，按照(最高值-最低值)/3的容量差，将电池分为3个容量档；
9)、测量分容后的电池内阻，计算每一容量档中电池的内阻平均值，挑出电池内阻超过其所在容量档的内阻平均值10％的电池；
10)、将步骤9的电池置于超声波振荡器中，然后对所述电池进行超声波振荡；所述超声波振荡的频率为10kHz，超声波时间为200s；
11)、通过电解液注入阀向步骤10得到的电池注入新的电解液，然后抽真空将电解液抽出，然后重新注入新的电解液，密封，所述新的电解液包括1.0mol/L的六氟磷酸锂电解质盐，体积比为1：1：1的EC+DMC+DEC的混合溶液，以及5体积％的VC；
12)、对步骤11得到的电池进行脉冲电流激活；所述脉冲电流激活的过程包括：
A)、将电池放电至截至电压，截至电压为2.7V；
B)、将电池温度调整至40℃，采用交替正负脉冲对电池进行激活，激活时间为30min，脉冲电流大小为1C，正脉冲时间与负脉冲时间相等，为5s，间隔2s；
C)、将电池充电至截至电压，截至电压为4.2V；
D)、将电池温度调整至40℃，采用交替正负脉冲对电池进行激活，激活时间为30min，脉冲电流大小为3C，正脉冲时间与负脉冲时间相等，为20s，间隔5s；
E)、重复步骤A-D 3次；
13)、测量步骤12得到的电池的容量，根据所述容量将电池置于相应容量档。
实施例2
1)、以0.03C的电流脉冲式充电至3.5V，所述脉冲时间为10s，间隔4s；
2)、以0.2C的电流恒流充电至4.25V；
3)、以0.2C的电流恒流放电至2.75V；
4)、循环步骤2、步骤3 3次；
5)、静置15h；
6)、以0.5C的电流恒流充电至4.25V；
7)、以4.25V恒压充电，直至充电电流小于0.02C；
8)、测量化成后的锂离子电池的容量，按照容量大小将锂离子电池分容，所述分容包括，将待分容电池的容量的最高值到最低值排序，按照(最高值-最低值)/3的容量差，将电池分为3个容量档；
9)、测量分容后的电池内阻，计算每一容量档中电池的内阻平均值，挑出电池内阻超过其所在容量档的内阻平均值15％的电池；
10)、将步骤9的电池置于超声波振荡器中，然后对所述电池进行超声波振荡；所述超声波振荡的频率为50kHz，超声波时间为100s；
11)、通过电解液注入阀向步骤10得到的电池注入新的电解液，然后抽真空将电解液抽出，然后重新注入新的电解液，密封，所述新的电解液包括1.0mol/L的六氟磷酸锂电解质盐，体积比为1：1：1的EC+DMC+DEC的混合溶液，以及5体积％的VC；
12)、对步骤11得到的电池进行脉冲电流激活；所述脉冲电流激活的过程包括：
A)、将电池放电至截至电压，截至电压为2.8V；
B)、将电池温度调整至45℃，采用交替正负脉冲对电池进行激活，激活时间为20min，脉冲电流大小为2C，正脉冲时间与负脉冲时间相等，为3s，间隔2s；
C)、将电池充电至截至电压，截至电压为4.3V；
D)、将电池温度调整至45℃，采用交替正负脉冲对电池进行激活，激活时间为30min，脉冲电流大小为5C，正脉冲时间与负脉冲时间相等，为20s，间隔5s；
E)、重复步骤A-D 5次；
13)、测量步骤12得到的电池的容量，根据所述容量将电池置于相应容量档。
实施例3
1)、以0.04C的电流脉冲式充电至3.6V，所述脉冲时间为20s，间隔5s；
2)、以0.4C的电流恒流充电至4.3V；
3)、以0.4C的电流恒流放电至2.8V；
4)、循环步骤2、步骤3 2次；
5)、静置20h；
6)、以1C的电流恒流充电至4.3V；
7)、以4.3V恒压充电，直至充电电流小于0.02C；
8)、测量化成后的锂离子电池的容量，按照容量大小将锂离子电池分容，所述分容包括，将待分容电池的容量的最高值到最低值排序，按照(最高值-最低值)/3的容量差，将电池分为3个容量档；
9)、测量分容后的电池内阻，计算每一容量档中电池的内阻平均值，挑出电池内阻超过其所在容量档的内阻平均值20％的电池；
10)、将步骤9的电池置于超声波振荡器中，然后对所述电池进行超声波振荡；所述超声波振荡的频率为30kHz，超声波时间为200s；
11)、通过电解液注入阀向步骤10得到的电池注入新的电解液，然后抽真空将电解液抽出，然后重新注入新的电解液，密封，所述新的电解液包括1.0mol/L的六氟磷酸锂电解质盐，体积比为1：1：1的EC+DMC+DEC的混合溶液，以及5体积％的VC；
12)、对步骤11得到的电池进行脉冲电流激活；所述脉冲电流激活的过程包括：
A)、将电池放电至截至电压，截至电压为2.7V；
B)、将电池温度调整至50℃，采用交替正负脉冲对电池进行激活，激活时间为20min，脉冲电流大小为2C，正脉冲时间与负脉冲时间相等，为4s，间隔1s；
C)、将电池充电至截至电压，截至电压为4.2V；
D)、将电池温度调整至50℃，采用交替正负脉冲对电池进行激活，激活时间为30min，脉冲电流大小为5C，正脉冲时间与负脉冲时间相等，为20s，间隔5s；
E)、重复步骤A-D 2次；
13)、测量步骤12得到的电池的容量，根据所述容量将电池置于相应容量档。
实施例4
1)、以0.05C的电流脉冲式充电至3.6V，所述脉冲时间为10s，间隔5s；
2)、以0.3C的电流恒流充电至4.2V；
3)、以0.3C的电流恒流放电至2.7V；
4)、循环步骤2、步骤3 1次；
5)、静置15h；
6)、以0.6C的电流恒流充电至4.2V；
7)、以4.2V恒压充电，直至充电电流小于0.02C；
8)、测量化成后的锂离子电池的容量，按照容量大小将锂离子电池分容，所述分容包括，将待分容电池的容量的最高值到最低值排序，按照(最高值-最低值)/3的容量差，将电池分为3个容量档；
9)、测量分容后的电池内阻，计算每一容量档中电池的内阻平均值，挑出电池内阻超过其所在容量档的内阻平均值25％的电池；
10)、将步骤9的电池置于超声波振荡器中，然后对所述电池进行超声波振荡；所述超声波振荡的频率为40kHz，超声波时间为100s；
11)、通过电解液注入阀向步骤10得到的电池注入新的电解液，然后抽真空将电解液抽出，然后重新注入新的电解液，密封，所述新的电解液包括1.0mol/L的六氟磷酸锂电解质盐，体积比为1：1：1的EC+DMC+DEC的混合溶液，以及5体积％的VC；
12)、对步骤11得到的电池进行脉冲电流激活；所述脉冲电流激活的过程包括：
A)、将电池放电至截至电压，截至电压为2.75V；
B)、将电池温度调整至45℃，采用交替正负脉冲对电池进行激活，激活时间为20min，脉冲电流大小为1.5C，正脉冲时间与负脉冲时间相等，为4s，间隔2s；
C)、将电池充电至截至电压，截至电压为4.25V；
D)、将电池温度调整至45℃，采用交替正负脉冲对电池进行激活，激活时间为20min，脉冲电流大小为4C，正脉冲时间与负脉冲时间相等，为15s，间隔4s；
E)、重复步骤A-D 4次；
13)、测量步骤12得到的电池的容量，根据所述容量将电池置于相应容量档。
实施例5
1)、以0.03C的电流脉冲式充电至3.6V，所述脉冲时间为5s，间隔3s；
2)、以0.2C的电流恒流充电至4.2V；
3)、以0.2C的电流恒流放电至2.7V；
4)、循环步骤2、步骤3 2次；
5)、静置20h；
6)、以0.5C的电流恒流充电至4.2V；
7)、以4.2V恒压充电，直至充电电流小于0.02C；
8)、测量化成后的锂离子电池的容量，按照容量大小将锂离子电池分容，所述分容包括，将待分容电池的容量的最高值到最低值排序，按照(最高值-最低值)/3的容量差，将电池分为3个容量档；
9)、测量分容后的电池内阻，计算每一容量档中电池的内阻平均值，挑出电池内阻超过其所在容量档的内阻平均值30％的电池；
10)、将步骤9的电池置于超声波振荡器中，然后对所述电池进行超声波振荡；所述超声波振荡的频率为20kHz，超声波时间为100s；
11)、通过电解液注入阀向步骤10得到的电池注入新的电解液，然后抽真空将电解液抽出，然后重新注入新的电解液，密封，所述新的电解液包括1.0mol/L的六氟磷酸锂电解质盐，体积比为1：1：1的EC+DMC+DEC的混合溶液，以及5体积％的VC；
12)、对步骤11得到的电池进行脉冲电流激活；所述脉冲电流激活的过程包括：
A)、将电池放电至截至电压，截至电压为2.8V；
B)、将电池温度调整至40℃，采用交替正负脉冲对电池进行激活，激活时间为30min，脉冲电流大小为2C，正脉冲时间与负脉冲时间相等，为5s，间隔2s；
C)、将电池充电至截至电压，截至电压为4.2V；
D)、将电池温度调整至40℃，采用交替正负脉冲对电池进行激活，激活时间为30min，脉冲电流大小为5C，正脉冲时间与负脉冲时间相等，为20s，间隔5s；
E)、重复步骤A-D 2次；
13)、测量步骤12得到的电池的容量，根据所述容量将电池置于相应容量档。
测试与结果
按照实施例1-5的方式，记录步骤2中的从高到低各容量档的电池个数，以及步骤7后个容量档的电池个数，由表1实施例1-5可见，经过本发明的方法后，高容量电池的比例明显增多；对实施例1-5的电池进行充放电循环以及高温存储性能测试，记录充放电循环200次后的平均容量保持率，以及50℃存储30天后的容量保持率，可见经过本发明的方法，电池容量保持率也得到极大的提高。
表1
步骤2 步骤7
实施例1 33/34/33 45/35/20
实施例2 36/36/28 46/36/18
实施例3 32/35/32 41/35/24
实施例4 37/38/35 44/28/28
实施例5 39/32/31 44/31/25
表2
循环200次 存储30天
实施例1 94.4％ 95.2％
实施例2 96.5％ 95.3％
实施例3 93.6％ 95.8％
实施例4 95.4％ 95.3％
实施例5 94.1％ 96.9％
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但是应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种锂离子电池的化成方法，所述方法包括以下步骤：
1)、以0.02-0.05C的电流脉冲式充电至第一电压，所述脉冲时间为5-20s，间隔3-5s；
2)、以0.1-0.5C的电流恒流充电至第二电压；
3)、以0.1-0.5C的电流恒流放电至第三电压；
4)循环步骤2、步骤3 0-3次；
5)、静置10-20h；
6)、以0.2-1C的电流恒流充电至第二电压；
7)、以第二电压恒压充电，直至充电电流小于0.02C。
2.如权利要求1所述的方法，所述第一电压为3.4-3.6V。
3.如权利要求1所述的方法，所述第二电压为4.2-4.3V。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第三电压为2.7-2.8V。
5.如权利要求1所述的方法，其中步骤6中的电流大于步骤2和步骤3中的电流。
6.一种锂离子电池的化成和分容方法，其中包括如权利要求1-5任一项所述的化成方法，以及测量电池的容量并将电池分容。
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