CN109494407A - 一种钛酸锂电池的化成方法 - Google Patents

一种钛酸锂电池的化成方法 Download PDF

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高峰
张要枫
李晓昆
杨小花
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Abstract

本发明公开了一种钛酸锂电池的化成方法，将钛酸锂电池置于压力化成设备中，在预设温度下和预设时间内对钛酸锂电池施加预设压力，同时逐步采用预设电流对钛酸锂电池运行充放电程序，充放电程序结束后，对化成后的碳酸锂电池的注液口做密封处理。本发明通过在化成阶段将对电池恒流恒压充电，恒流恒压放电，高温老化，减压抽气，多次循环，使得电池内的水分充分消耗，生成气体排出电池外部，可保证电池容量，改善锂离子电池的循环性能；同时也有效的改善了电池的化成质量，使电池性能相对发挥到最优，同时有效保证了电池容量及电压保持的高度一致性，提高了锂离子电池在后续配组使用过程中的效率。

Description

一种钛酸锂电池的化成方法
技术领域
本发明属于锂离子电池制造技术领域，具体涉及一种钛酸锂电池的化成方法。
背景技术
目前，锂离子电池负极材料多为嵌锂碳材料，但嵌锂后碳电极电位与金属锂电位接近，在电池充电时碳电极表面容易析出金属锂，从而与电解液发生反应产生可燃性气体，产生很大的安全隐患，因此采用安全可靠的新型负极材料成为锂离子电池发展的关键；以钛酸锂为负极材料制备的锂离子电池因其循环寿命长，倍率性能好、快充性能好及安全性好等优点引起了研究者们的广泛的关注，已成为目前关注的热点。
在钛酸锂电池实际研究中，由于钛酸锂的嵌锂电位高，在1伏以上，按照以往的化成方法，不会在化成时产生电解质膜。在实际使用中，由于钛酸锂易吸水，在一定条件下钛酸锂、电解质等与水发生反应产生气体，出现胀气问题，进而影电池的容量及循环性能。
目前研究者们大多采用在电解质溶液中添加某些添加剂或添加吸气材料以改善钛酸锂胀气问题，虽有一定作用，但因其添加剂等对纯度有很高的要求，同时可能会带来能量密度降低及分散不均匀等问题，不利于在产业化中的实际应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种钛酸锂电池的化成方法，解决了现有钛酸锂电池内水分含量高、易膨胀、容量小、循环性能差的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种钛酸锂电池的化成方法，该方法为：将钛酸锂电池置于压力化成设备中，在预设温度下和预设时间内对钛酸锂电池施加预设压力，同时逐步采用预设电流对钛酸锂电池进行充放电程序，充放电程序结束后，对化成后的碳酸锂电池的注液口做密封处理。
优选地，该方法具体通过如下步骤实现：
步骤1，将钛酸锂电池置于压力化成设备中，在第一预设温度T1下烘烤第一预设时间t1，获得第一钛酸锂预成品电池；
步骤2，将所述步骤1获得的第一钛酸锂预成品电池在第二预设温度T2下放置第二预设时间t2后，采用第一预设电流I1对其恒流充电至第一截止电压 U1，获得第二钛酸锂预成品电池；
步骤3，在所述第二预设温度T2下，将所述步骤2获得的第二钛酸锂预成品电池放置第三预设时间t3后，采用第二预设电流I2对其恒流充电至第二截止电压U2，并在第二截止电压U2下继续恒压充电第四预设时间t4，获得第三钛酸锂预成品电池；
步骤4，在所述第二预设温度T2下，将所述步骤3获得的第三钛酸锂预成品电池放置第五预设时间t5后，采用第三预设电流I3对其恒流充电至第三截止电压U3，获得第四钛酸锂预成品电池；
步骤5，在所述第二预设温度T2下，将所述步骤4获得的第四钛酸锂预成品电池放置第六预设时间t6后，采用第四预设电流I4对其恒流充电至第四截止电压U4，并在第四截止电压U4下继续恒压充电第七预设时间t7，获得第五钛酸锂预成品电池；
步骤6，在所述第二预设温度T2下，对所述步骤5获得的第五钛酸锂预成品电池进行减压抽气，获得第六钛酸锂预成品电池；
步骤7，在所述第二预设温度T2下，对步骤6获得的第六钛酸锂预成品电池重复执行预设次数的步骤2-6，获得第七钛酸锂预成品电池；
步骤8，在所述第二预设温度T2下，将所述步骤7获得的第七钛酸锂预成品电池放置第七预设时间t8后，采用第五预设电流I5对其恒流充电至第五截止电压U5，并在第五截止电压U5下继续恒压充电至第一截止电流i1，获得第八钛酸锂预成品电池；
步骤9，对所述步骤8获得的第八钛酸锂预成品电池的注液口做密封处理，获得化成后的碳酸锂电池。
优选地，所述步骤1中，所述T1为80～120℃，t1为5min～2h。
优选地，所述步骤2中，所述T2为在60～80℃，所述t2为5min～30min，所述I1为0.2～2A，所述U1为2.6～3.0V。
优选地，所述步骤3中，所述t3为5min～30min，所述I2为0.1～1A，所述 U2为2.6～3.0V，所述t4为2h～4h。
优选地，优选地，所述步骤4中，所述t5为5min～10min，所述I3为0.2～2A，所述U3为1.4～1.8V。
优选地，所述步骤5中，所述t6为5min～10min，I4为0.1～1A，所述U4 为1.4～1.8V，t7为2h～4h。
优选地，所述步骤7中，所述预设次数为2-6次。
优选地，所述步骤8中，所述t8为5min～30min，所述I5为0.2～2A，所述 U5为2.6～3.0V。
优选地，所述步骤8中，所述i1为0.5～3A。
与现有技术相比，本发明一种钛酸锂电池的化成方法，通过在化成阶段将对电池恒流恒压充电，恒流恒压放电，高温老化，减压抽气，多次循环，使得电池内的水分充分消耗，生成气体排出电池外部，可保证电池容量，改善锂离子电池的循环性能；同时也有效的改善了电池的化成质量，使电池性能相对发挥到最优，同时有效保证了电池容量及电压保持的高度一致性，提高了锂离子电池在后续配组使用过程中的效率。
附图说明
图1为本发明一种钛酸锂电池的化成方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。
本发明提供的一种钛酸锂电池的化成方法，该方法为：将钛酸锂电池置于压力化成设备中，在预设温度下和预设时间内对钛酸锂电池施加预设压力，同时逐步采用预设电流对钛酸锂电池运行充放电程序，充放电程序结束后，对化成后的碳酸锂电池的注液口做密封处理。
进一步地，该方法具体通过如下步骤实现：
步骤1，将钛酸锂电池置于压力化成设备中，在80～120℃(T1)下烘烤 5min～2h(t1)，获得第一钛酸锂预成品电池；
步骤2，将步骤1获得的第一钛酸锂预成品电池在60～80℃(T2)下放置 5min～30min(t2)后，采用0.2～2A(I1)的电流对其恒流充电至电压为2.6～3.0V (U1)，获得第二钛酸锂预成品电池；
步骤3，在60～80℃(T2)下，将步骤2获得的第二钛酸锂预成品电池放置5min～30min(t3)后，采用0.1～1A的电流(I2)对其恒流充电至电压为2.6～3.0V (U2)，并在2.6～3.0V(U2)的电压下继续恒压充电2h～4h(t4)，获得第三钛酸锂预成品电池；
步骤4，在60～80℃(T2)下，将步骤3获得的第三钛酸锂预成品电池放置5min～10min(t5)后，采用0.2～2A的电流(I3)对其恒流充电至电压为1.4～1.8V (U3)，获得第四钛酸锂预成品电池；
步骤5，在60～80℃(T2)下，将步骤4获得的第四钛酸锂预成品电池放置5min～10min(t6)后，采用0.1～1A的电流(I4)对其恒流充电至电压为1.4～1.8V (U4)，并在1.4～1.8V(U4)的电压下继续恒压充电2h～4h(t7)，获得第五钛酸锂预成品电池；
步骤6，在60～80℃下(T2)，对步骤5获得的第五钛酸锂预成品电池进行减压抽气，获得第六钛酸锂预成品电池；
步骤7，在60～80℃(T2)下，对步骤6获得的第六钛酸锂预成品电池重复执行2-6次的步骤2-6，获得第七钛酸锂预成品电池；
步骤8，在60～80℃(T2)下，将步骤7获得的第七钛酸锂预成品电池放置5min～30min(t8)后，采用0.2～2A的电流(I5)对其恒流充电至电压为2.6～3.0V (U5)，并在2.6～3.0V(U5)的电压下继续恒压充电至电流为0.5～3A，获得第八钛酸锂预成品电池；
步骤9，对步骤8获得的第八钛酸锂预成品电池的注液口做密封处理，获得化成后的碳酸锂电池。
与现有技术相比，本发明一种钛酸锂电池的化成方法，通过在化成阶段将对电池恒流恒压充电，恒流恒压放电，高温老化，减压抽气，多次循环，使得电池内的水分充分消耗，生成气体排出电池外部，可保证电池容量，改善锂离子电池的循环性能；同时也有效的改善了电池的化成质量，使电池性能相对发挥到最优，同时有效保证了电池容量及电压保持的高度一致性，提高了锂离子电池在后续配组使用过程中的效率。
实施例1
步骤1，将钛酸锂电池置于压力化成设备中，在100℃(T1)下烘烤1h，获得第一钛酸锂预成品电池；
步骤2，将步骤1获得的第一钛酸锂预成品电池在70℃下放置15min后，采用1A的电流对其恒流充电至电压为2.8V，获得第二钛酸锂预成品电池；
步骤3，在70℃下，将步骤2获得的第二钛酸锂预成品电池放置15min(t3) 后，采用0.5A的电流对其恒流充电至电压为2.8V，并在2.8V的电压下继续恒压充电3h，获得第三钛酸锂预成品电池；
步骤4，在70℃下，将步骤3获得的第三钛酸锂预成品电池放置7min后，采用1A的电流对其恒流充电至电压为1.6V，获得第四钛酸锂预成品电池；
步骤5，在70℃下，将步骤4获得的第四钛酸锂预成品电池放置8min8后，采用0.6A的电流对其恒流充电至电压为1.7V，并在1.7V的电压下继续恒压充电2.5h，获得第五钛酸锂预成品电池；
步骤6，在70℃，对步骤5获得的第五钛酸锂预成品电池进行减压抽气，获得第六钛酸锂预成品电池；
步骤7，在70℃下，对步骤6获得的第六钛酸锂预成品电池重复执行2-6 次的步骤2-6，获得第七钛酸锂预成品电池；
步骤8，在70℃下，将步骤7获得的第七钛酸锂预成品电池放置20min后，采用1.5A的电流对其恒流充电至电压为2.7V，并在2.7V的电压下继续恒压充电至电流为0.5～3A，获得第八钛酸锂预成品电池；
步骤9，对步骤8获得的第八钛酸锂预成品电池的注液口做密封处理，获得成化后的碳酸锂电池。
实施例2
步骤1，将钛酸锂电池置于压力化成设备中，在80℃(T1)下烘烤5min，获得第一钛酸锂预成品电池；
步骤2，将步骤1获得的第一钛酸锂预成品电池在60℃下放置5min后，采用0.2A的电流对其恒流充电至电压为2.6V，获得第二钛酸锂预成品电池；
步骤3，在60℃下，将步骤2获得的第二钛酸锂预成品电池放置5min后，采用0.1A的电流对其恒流充电至电压为2.6V，并在2.6V的电压下继续恒压充电2h～4h(t4)，获得第三钛酸锂预成品电池；
步骤4，在60℃下，将步骤3获得的第三钛酸锂预成品电池放置5min后，采用0.2A的电流对其恒流充电至电压为1.4V，获得第四钛酸锂预成品电池；
步骤5，在60℃下，将步骤4获得的第四钛酸锂预成品电池放置5min后，采用0.1A的电流对其恒流充电至电压为1.4V，并在1.4V的电压下继续恒压充电2h，获得第五钛酸锂预成品电池；
步骤6，在60℃下，对步骤5获得的第五钛酸锂预成品电池进行减压抽气，获得第六钛酸锂预成品电池；
步骤7，在60℃下，对步骤6获得的第六钛酸锂预成品电池重复执行2-6 次的步骤2-6，获得第七钛酸锂预成品电池；
步骤8，在60℃下，将步骤7获得的第七钛酸锂预成品电池放置5min后，采用0.2A的电流对其恒流充电至电压为2.6V，并在2.6V的电压下继续恒压充电至电流为0.5～3A，获得第八钛酸锂预成品电池；
步骤9，对步骤8获得的第八钛酸锂预成品电池的注液口做密封处理，获得成化后的碳酸锂电池。
实施例3
步骤1，将钛酸锂电池置于压力化成设备中，在120℃下烘烤2h，获得第一钛酸锂预成品电池；
步骤2，将步骤1获得的第一钛酸锂预成品电池在80℃下放置30min后，采用2A的电流对其恒流充电至电压为3.0V，获得第二钛酸锂预成品电池；
步骤3，在80℃(下，将步骤2获得的第二钛酸锂预成品电池放置30min 后，采用1A的电流对其恒流充电至电压为3.0V，并在3.0V的电压下继续恒压充电4h，获得第三钛酸锂预成品电池；
步骤4，在80℃下，将步骤3获得的第三钛酸锂预成品电池放置10min后，采用2A的电流对其恒流充电至电压为1.8V，获得第四钛酸锂预成品电池；
步骤5，在80℃下，将步骤4获得的第四钛酸锂预成品电池放置10min后，采用1A的电流对其恒流充电至电压为1.8V，并在1.8V的电压下继续恒压充电 4h，获得第五钛酸锂预成品电池；
步骤6，在80℃下，对步骤5获得的第五钛酸锂预成品电池进行减压抽气，获得第六钛酸锂预成品电池；
步骤7，在80℃下，对步骤6获得的第六钛酸锂预成品电池重复执行2-6 次的步骤2-6，获得第七钛酸锂预成品电池；
步骤8，在80℃下，将步骤7获得的第七钛酸锂预成品电池放置30min后，采用2A的电流对其恒流充电至电压为3.0V，并在3.0V的电压下继续恒压充电至电流为0.5～3A，获得第八钛酸锂预成品电池；
步骤9，对步骤8获得的第八钛酸锂预成品电池的注液口做密封处理，获得成化后的碳酸锂电池。
实施例4
步骤1，将钛酸锂电池置于压力化成设备中，在100℃(T1)下烘烤1h，获得第一钛酸锂预成品电池；
步骤2，将步骤1获得的第一钛酸锂预成品电池在70℃下放置15min后，采用1A的电流对其恒流充电至电压为2.8V，获得第二钛酸锂预成品电池；
步骤3，在70℃下，将步骤2获得的第二钛酸锂预成品电池放置15min(t3) 后，采用0.5A的电流对其恒流充电至电压为2.8V，并在2.8V的电压下继续恒压充电3h，获得第三钛酸锂预成品电池；
步骤4，在70℃下，将步骤3获得的第三钛酸锂预成品电池放置7min后，采用1A的电流对其恒流充电至电压为1.6V，获得第四钛酸锂预成品电池；
步骤5，在70℃下，将步骤4获得的第四钛酸锂预成品电池放置5min后，采用0.1A的电流对其恒流充电至电压为1.4V，并在1.4V的电压下继续恒压充电2h，获得第五钛酸锂预成品电池；
步骤6，在70℃下，对步骤5获得的第五钛酸锂预成品电池进行减压抽气，获得第六钛酸锂预成品电池；
步骤7，在70℃下，对步骤6获得的第六钛酸锂预成品电池重复执行2-6 次的步骤2-6，获得第七钛酸锂预成品电池；
步骤8，在70℃下，将步骤7获得的第七钛酸锂预成品电池放置5min后，采用0.2A的电流对其恒流充电至电压为2.6V，并在2.6V的电压下继续恒压充电至电流为0.5～3A，获得第八钛酸锂预成品电池；
步骤9，对步骤8获得的第八钛酸锂预成品电池的注液口做密封处理，获得成化后的碳酸锂电池。
实施例5
步骤1，将钛酸锂电池置于压力化成设备中，在120℃下烘烤2h，获得第一钛酸锂预成品电池；
步骤2，将步骤1获得的第一钛酸锂预成品电池在80℃下放置30min后，采用2A的电流对其恒流充电至电压为3.0V，获得第二钛酸锂预成品电池；
步骤3，在80℃(下，将步骤2获得的第二钛酸锂预成品电池放置30min 后，采用1A的电流对其恒流充电至电压为3.0V，并在3.0V的电压下继续恒压充电4h，获得第三钛酸锂预成品电池；
步骤4，在80℃下，将步骤3获得的第三钛酸锂预成品电池放置10min后，采用2A的电流对其恒流充电至电压为1.8V，获得第四钛酸锂预成品电池；
步骤5，在80℃下，将步骤4获得的第四钛酸锂预成品电池放置5min后，采用0.1A的电流对其恒流充电至电压为1.4V，并在1.4V的电压下继续恒压充电2h，获得第五钛酸锂预成品电池；
步骤6，在80℃下，对步骤5获得的第五钛酸锂预成品电池进行减压抽气，获得第六钛酸锂预成品电池；
步骤7，在80℃下，对步骤6获得的第六钛酸锂预成品电池重复执行2-6 次的步骤2-6，获得第七钛酸锂预成品电池；
步骤8，在80℃下，将步骤7获得的第七钛酸锂预成品电池放置5min后，采用0.2A的电流对其恒流充电至电压为2.6V，并在2.6V的电压下继续恒压充电至电流为0.5～3A，获得第八钛酸锂预成品电池；
步骤9，对步骤8获得的第八钛酸锂预成品电池的注液口做密封处理，获得成化后的碳酸锂电池。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种钛酸锂电池的化成方法，其特征在于，该方法为：将钛酸锂电池置于压力化成设备中，在预设温度下和预设时间内对钛酸锂电池施加预设压力，同时逐步采用预设电流对钛酸锂电池进行充放电程序，充放电程序结束后，对化成后的碳酸锂电池的注液口做密封处理。
2.根据权利要求1所述的一种钛酸锂电池的化成方法，其特征在于，该方法具体通过以下步骤实现：
步骤1，将钛酸锂电池置于压力化成设备中，在第一预设温度T1下烘烤第一预设时间t1，获得第一钛酸锂预成品电池；
步骤2，将所述步骤1获得的第一钛酸锂预成品电池在第二预设温度T2下放置第二预设时间t2后，采用第一预设电流I1对其恒流充电至第一截止电压U1，获得第二钛酸锂预成品电池；
步骤3，在所述第二预设温度T2下，将所述步骤2获得的第二钛酸锂预成品电池放置第三预设时间t3后，采用第二预设电流I2对其恒流充电至第二截止电压U2，并在第二截止电压U2下继续恒压充电第四预设时间t4，获得第三钛酸锂预成品电池；
步骤4，在所述第二预设温度T2下，将所述步骤3获得的第三钛酸锂预成品电池放置第五预设时间t5后，采用第三预设电流I3对其恒流充电至第三截止电压U3，获得第四钛酸锂预成品电池；
步骤5，在所述第二预设温度T2下，将所述步骤4获得的第四钛酸锂预成品电池放置第六预设时间t6后，采用第四预设电流I4对其恒流充电至第四截止电压U4，并在第四截止电压U4下继续恒压充电第七预设时间t7，获得第五钛酸锂预成品电池；
步骤6，在所述第二预设温度T2下，对所述步骤5获得的第五钛酸锂预成品电池进行减压抽气，获得第六钛酸锂预成品电池；
步骤7，在所述第二预设温度T2下，对所述步骤6获得的第六钛酸锂预成品电池重复执行预设次数的步骤2-6，获得第七钛酸锂预成品电池；
步骤8，在所述第二预设温度T2下，将所述步骤7获得的第七钛酸锂预成品电池放置第七预设时间t8后，采用第五预设电流I5对其恒流充电至第五截止电压U5，并在第五截止电压U5下继续恒压充电至第一截止电流|i1|[微软用户1]，获得第八钛酸锂预成品电池；
步骤9，对所述步骤8获得的第八钛酸锂预成品电池的注液口做密封处理，获得化成后的碳酸锂电池。
3.根据权利要求2所述的一种钛酸锂电池的化成方法，其特征在于，所述步骤1中，所述T1为80～120℃，t1为5min～2h。
4.根据权利要求2所述的一种钛酸锂电池的化成方法，其特征在于，所述步骤2中，所述T2为在60～80℃，所述t2为5min～30min，所述I1为0.2～2A，所述U1为2.6～3.0V。
5.根据权利要求2所述的一种钛酸锂电池的化成方法，其特征在于，所述步骤3中，所述t3为5min～30min，所述I2为0.1～1A，所述U2为2.6～3.0V，所述t4为2h～4h。
6.根据权利要求2所述的一种钛酸锂电池的化成方法，其特征在于，所述步骤4中，所述t5为5min～10min，所述I3为0.2～2A，所述U3为1.4～1.8V。
7.根据权利要求2所述的一种钛酸锂电池的化成方法，其特征在于，所述步骤5中，所述t6为5min～10min，I4为0.1～1A，所述U4为1.4～1.8V，t7为2h～4h。
8.根据权利要求2所述的一种钛酸锂电池的化成方法，其特征在于，所述步骤7中，所述预设次数为2-6次。
9.根据权利要求2所述的一种钛酸锂电池的化成方法，其特征在于，所述步骤8中，所述t8为5min～30min，所述I5为0.2～2A，所述U5为2.6～3.0V。
10.根据权利要求2所述的一种钛酸锂电池的化成方法，其特征在于，所述步骤8中，所述i1为0.5～3A 。
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