CN109411829A - 一种锂离子电池化成工艺及锂离子电池 - Google Patents

一种锂离子电池化成工艺及锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，公开了一种锂离子电池化成工艺。包括以下步骤：电芯注液封口后，以0.05CmA～5CmA的电流对电芯充电10s～60s；静置24‑48h；以0.01CmA～0.2CmA的电流对电芯充电压为3.4‑3.9V；使电芯在40～70℃环境下静置6～24h，常温环境下静置6～24h；对电芯充电至截止电压。本发明提供的锂离子电池化成工艺，简化了锂离子电池化成工艺的流程，缩短了工艺周期，提高了生产效率，而且在不影响电芯其他性能的前提下，提高了锂离子电池的低温循环性能。本发明还公开了一种锂离子电池，采用上述锂离子电池化成工艺，该锂离子电池具有良好的低温循环性能。

Description

一种锂离子电池化成工艺及锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池化成工艺及锂离子电池。
背景技术
锂离子电池相对于传统的铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等二次电池有着能力密度高、高输出电压、低自放电、记忆效应小和环境友好等优点，近年来得到了广泛的应用和研究。
锂离子电池的制备工艺繁杂，包括搅拌、涂布、干燥、裸电芯制备、封装和化成等，其中化成工艺是锂离子电池制备工艺过程中不可或缺的工序，对锂离子电池的性能起到至关重要的作用。目前，锂离子电池的化成工艺都是将裸电芯入壳封装，再定量注入电解液，通过一段时间的静置后，再以小倍率电流充电，并以低倍率对电池进行两次充放电，完成电池化成工艺。但是这种化成工艺过程繁杂，需要控制的因素较多，生产周期长，且锂离子电池的低温循环性能较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池化成工艺及锂离子电池，以解决现有技术中存在的锂离子电池化成工艺过程繁杂，生产周期长，且锂离子电池的低温循环性能差的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种锂离子电池化成工艺，包括以下步骤：
电芯注液封口后，以0.05CmA～5CmA的电流对电芯充电10s～60s；
静置24-48h；
以0.01CmA～0.2CmA的电流对电芯充电至电压为3.4-3.9V；
使电芯在40～70℃环境下静置6～24h，常温环境下静置6～24h；
对电芯充电至截止电压。
作为优选，在以0.05CmA～5CmA的电流对电芯充电10s～60s之后，使电芯在常温环境下静置24-48h。
作为优选，在静置24-48h后，以0.01CmA～0.2CmA的电流恒流对电芯充电至3.6V。
作为优选，以0.01CmA～0.2CmA的电流对电芯充电至电压为3.4-3.9V之后，使电芯在60℃环境下静置24h，常温环境下静置12h。
作为优选，以0.5CmA～3CmA的电流对电芯进行充电至截止电压。
作为优选，所述截止电压为3.8-4.2V。
作为优选，所述常温环境的温度范围为15～35℃。
为实现上述目的，本发明还提供了一种锂离子电池，采用上述所述的锂离子电池化成工艺。
本发明的有益效果：
本发明提供的锂离子电池化成工艺，在电芯注液封口后，以0.05CmA～5CmA的电流对电芯充电10s～60s；随后使电芯静置24-48h；然后以0.01CmA～0.2CmA的电流对电芯充电至电压为3.4-3.9V；再然后使电芯在40～70℃环境下静置6～24h，常温环境下静置6～24h；最后对电芯充电至截止电压。不仅简化了化成工艺的流程，缩短了工艺周期，提高了生产效率，而且在不影响锂离子其他性能的前提下，提高了锂离子电池的低温循环性能。
附图说明
图1是本发明提供的锂离子电池化成工艺的流程图；
图2是本发明提供的锂离子电池化成工艺得到的锂离子电池与对比例中锂离子电池的低温循环性能曲线对比图一；
图3是本发明提供的锂离子电池化成工艺得到的锂离子电池与对比例中锂离子电池的低温循环性能曲线对比图二；
图4是本发明提供的锂离子电池化成工艺得到的锂离子电池与对比例中锂离子电池的低温循环性能曲线对比图三；
图5是本发明提供的锂离子电池化成工艺得到的锂离子电池与对比例中锂离子电池的低温循环性能曲线对比图四；
图6是本发明提供的锂离子电池化成工艺得到的锂离子电池与对比例中锂离子电池的低温循环性能曲线对比图五。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本实施例提供了一种锂离子电池化成工艺，用于对锂离子电池进行化成操作，化成主要由两个方面的作用：一是使电池中活性物质借助于第一次充电转化成具有正常电化学作用的物质；二是使电极主要是负极形成有效的钝化膜或固体电解质界面膜(SEI膜)。
图1是本实施例中锂离子电池化成工艺的流程图，参照图1对该锂离子电池化成工艺进行详细的描述，具体如下：
S1.电芯注液封口后，以0.05CmA～5CmA的电流对电芯充电10s～60s。
电芯注液封口后，电芯在未经过充电就静置时负极的电位很高，一般高于3.0V，会导致电芯的钢壳中的Fe、Ni和Cu溶出而存在于电解液中，导致出现钢壳被电化学腐蚀的情况，而在电芯注液后首先以0.05C～5CmA的电流对电芯预充电10s～60s，降低电芯负极的电位，避免钢壳处出现电化学腐蚀的情况。
在电芯注液封口后，对电芯进行预充的电流可以选择为0.15CmA、0.20CmA、0.45CmA、0.5CmA、1CmA、1.5CmA、2CmA、2.5CmA、3CmA、3.5CmA、4CmA、4.5CmA、5CmA等，充电时间可以选择为10s、15s、20s、25s、30s、35s、40s、45s、50s、55s、60s等。当电流较小时充电的时间可以长一点；电流较大时，充电的时间可以短一点，但是电流和时间并不是一一对应的关系，只要电流在0.05CmA～5CmA范围内，充电时间在10s～60s范围内即可。
S2.静置24-48h。
在经过步骤S1的预处理之后，电芯负极的电位降低，为了使得电解液充分浸润电芯正、负极片，将电芯放置在常温环境下静置24-48h，静置时间可选择为24h、26h、27h、28h、29h、30h、33h、35h、37h、40h、42h、44h、46h、48h等。常温环境的温度范围为15-35℃，优选为20-30℃，例如20℃、22℃、24℃、26℃、28℃、30℃等。
S3.以0.01CmA～0.2CmA的电流对电芯充电至电压为3.4-3.9V。
在经过步骤S2的预处理后，以0.01CmA～0.2CmA的电流对电芯充电至电压为3.4-3.9V,其中电流可以选择为0.01CmA、0.03CmA、0.6CmA、0.07CmA、0.08CmA、0.1CmA、0.12CmA、0.15CmA、0.18CmA、0.2CmA等，电压可以选择为3.4V、3.5V、3.6V、3.7V、3.8V、3.9V等，优选为3.6V，电流和电压并不是一一对应的关系，电压一定时，电流可根据实际需要进行选择。
S4.使电芯在40～70℃环境下静置6～24h，常温环境下静置6～24h。
在经过步骤S3的预处理后，首先将电芯放置在40～70℃环境下静置6～24h，具体温度可选择为40℃、45℃、48℃、50℃、53℃、56℃、60℃、62℃、65℃、68℃、70℃等，静置时间可选择为6h、7h、9h、10h、12h、13h、16h、19h、21h、23h、24h等，优选为在60℃的环境下静置24h。随后将电芯放置在常温环境下静置6～24h，优选为静置12h，其中常温环境的温度范围为15～35℃，优选为20～30℃，例如20℃、22℃、24℃、26℃、28℃、30℃等。
S5.对电芯充电至截止电压。
在经过步骤S4的预处理后，对电芯充电至截止电压。具体而言，以0.5CmA～3CmA的电流对电芯进行充电至3.8-4.2V，也就是截止电压为3.8-4.2V，优选为4.2V。在此步骤中，电流可以选择为0.5CmA、1CmA、1.5CmA、2CmA、2.5CmA、3CmA等。电流和截止电压并不是一一对应的关系，只要电流选择在0.5CmA～3CmA内，截止电压在3.8-4.2V内即可，且截止电压大于步骤S3中的以0.01CmA～0.2CmA的电流对电芯充电后的最终电压。
实验数据分析：
为了进一步说明本实施例相对现有技术的效果,以下分别对采用方案一、二、三、四和五提供的锂离子电池化成工艺的锂离子电池以及采用对比例中的锂离子电池化成工艺的锂离子电池进行对比试验。
方案一
锂离子电池的化成工艺为：
S11.电芯注液封口后，以0.05CmA的电流对电芯充电60s。
S12.静置24h。
S13.以0.05CmA的电流对电芯充电至电压为3.4V。
S14.使电芯在45℃环境下静置24h，常温环境下静置12h。
S15.以1CmA的电流对电芯进行充电至电压为4.2V。
方案二
锂离子电池的化成工艺为：
S111.电芯注液封口后，以0.5CmA的电流对电芯充电60s。
S112.静置24h。
S113.以0.05CmA的电流对电芯充电至电压为3.4V。
S114.使电芯在45℃环境下静置24h，常温环境下静置12h。
S115.以1CmA的电流对电芯进行充电至电压为4.2V。
方案三
锂离子电池的化成工艺为：
S1111.电芯注液封口后，以0.5CmA的电流对电芯充电60s。
S1112.静置24h。
S1113.以0.05CmA的电流对电芯充电至电压为3.6V。
S1114.使电芯在60℃环境下静置24h，常温环境下静置12h。
S1115.以1CmA的电流对电芯进行充电至电压为4.2V。
方案四
锂离子电池的化成工艺为：
S101.电芯注液封口后，以0.5CmA的电流对电芯充电60s。
S102.静置24h。
S103.以0.15CmA的电流对电芯充电至电压为3.6V。
S104.使电芯在60℃环境下静置24h，常温环境下静置12h。
S105.以1CmA的电流对电芯进行充电至电压为4.2V。
方案五
锂离子电池的化成工艺为：
S1001.电芯注液封口后，以0.5CmA的电流对电芯充电60s。
S1002.静置24h。
S1003.以0.15CmA的电流对电芯充电至电压为3.6V。
S1004.使电芯在70℃环境下静置24h，常温环境下静置12h。
S1005.以1CmA的电流对电芯进行充电至电压为4.2V。
对比例
现有技术中锂离子电池的化成工艺为：
S21.电芯注液封口后，在常温环境下静置48h。
S22.以0.01CmA的电流对电芯充电600min。
S23.在45℃环境下静置72h，常温环境下静置12h。
S24.以1CmA的电流对电芯进行充电至电压为4.2V。
图2至图6分别为采用方案一、二、三、四和五中锂离子化成工艺制成的锂离子电池和采用对比例中的锂离子化成工艺制成的锂离子电池在0℃的环境中，充电电流为0.5CmA，放电电流为1CmA，且电压区间为4.2-3V情况下的低温循环性能曲线。由图2至图6中可以看出，采用方案一、二、三、四和五的锂离子化成工艺制成的锂离子电池在容量保持率降到85％时经过的循环次数均在67次左右，而采用对比例中的锂离子电池化成工艺制成的锂离子电池在容量保持率降到85％时经过的循环次数为39次。由此可知，本实施例提供的锂离子电池化成工艺相对于现有技术能够明显的提高锂离子电池的低温循环性能，而且相比于现有技术，本实施例提供的锂离子电池化成工艺明显缩短了工艺周期，提高了化成效率。
本实施例还提供了一种锂离子电池，采用上述锂离子电池化成工艺，该锂离子电池具有良好的低温循环性能，而且其它性能与采用现有化成工艺的锂离子电池的性能没有差别。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂离子电池化成工艺，其特征在于，包括以下步骤：
电芯注液封口后，以0.05CmA～5CmA的电流对电芯充电10s～60s；
静置24-48h；
以0.01CmA～0.2CmA的电流对电芯充电至电压为3.4-3.9V；
使电芯在40～70℃环境下静置6～24h，常温环境下静置6～24h；
对电芯充电至截止电压。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池化成工艺，其特征在于，在以0.05CmA～5CmA的电流对电芯充电10s～60s之后，使电芯在常温环境下静置24-48h。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池化成工艺，其特征在于，在静置24-48h后，以0.01CmA～0.2CmA的电流恒流对电芯充电至3.6V。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池化成工艺，其特征在于，以0.01CmA～0.2CmA的电流对电芯充电至电压为3.4-3.9V之后，使电芯在60℃环境下静置24h，常温环境下静置12h。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池化成工艺，其特征在于，以0.5CmA～3CmA的电流对电芯进行充电至截止电压。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池化成工艺，其特征在于，所述截止电压为3.8-4.2V。
7.根据权利要求1或2所述的锂离子电池化成工艺，其特征在于，所述常温环境的温度范围为15～35℃。
8.一种锂离子电池，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的锂离子电池化成工艺。
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