CN109713358A - 一种电池化成方法及电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池化成方法及电池，方法包括：控制电池的表面压力为第一压力，采用第一电流对电池充电，充电时间为第一充电时长，并在充电后间隔时间保持第一间隔时长，持续脉冲充电，直至电压达到第一电压；控制所述电池的表面压力为第二压力，采用第二电流对所述电池充电，充电时间为第二充电时长，并在充电后间隔时间保持第二间隔时长，持续脉冲充电，直至电压达到第二电压；控制所述电池的表面压力为第三压力，采用第三电流对所述电池充电，充电时间为第三充电时长，并在充电后间隔时间保持第三间隔时长，持续脉冲充电，直至电压达到第三电压。本发明实施例以解决现有化成方法形成的SEI膜不完整且不致密的技术问题。

Description

一种电池化成方法及电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种电池化成方法及电池。
背景技术
近几年，随着家用电器种类迅速增多，其对电池能量密度、重量、自放电、安全性的要求也越发提高，常规的Ni-Cd(镍镉)、Ni-MH(镍氢)等圆柱电池在电性能、规格及其安全性能等已经不能满足市场的需求。锂离子电池采用镀镍钢壳或者复合铝塑膜为外壳，不仅在外形尺寸上有更多的选择而且可以随客户的要求进行改变，相比较其他电池其能量密度更高、重量更轻便，自放电更小、安全性更好，因此锂离子电池在电池市场的占有率也迅速增大。
目前，锂离子电池凭借其高能量密度、低自放电、型号多变以及安全性能良好等特点，已经深入人们日常生活中的各个方面，正是由于其使用普遍性的提高，人们对该类型的电池有了更加严格的要求，除了电池材料以及制作工艺的提高，电池制程方法也在进一步进行优化。
电池在日常普通数码3C产品、便携式电子产品以及玩具等使用越来越广泛，其需求量也在不断增大，因此消费者对电池的使用寿命的要求也越来也高，决定锂离子电池使用寿命的最主要因素在电池负极极片表面SEI膜是否完整与致密，而SEI膜的形成的关键在于电池在化成阶段预充电的工艺与方法，尽管目前生产厂家普遍使用的分阶段由小电流充电到大电流充电的化成方法制程电池的使用寿命可以达到300-500次(保持初始容量的80％以上)，但是随着市场的发展，500次的使用寿命已经远远不能满足消费者的心里预期，因此，有必要提供一种能够形成优质SEI膜的化成方法，提升锂离子电池的循环寿命，加速其市场的推广与扩大。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种电池化成方法，用以解决现有电池化成方法形成的SEI膜不完整且不致密，导致电池的使用寿命没有达到消费者心理预期的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种电池化成方法，所述方法包括：
控制电池的表面压力为第一压力，采用第一电流对所述电池充电，充电时间为第一充电时长，并在充电后间隔时间保持第一间隔时长，持续脉冲充电，直至电压达到第一电压；
控制所述电池的表面压力为第二压力，采用第二电流对所述电池充电，充电时间为第二充电时长，并在充电后间隔时间保持第二间隔时长，持续脉冲充电，直至电压达到第二电压；
控制所述电池的表面压力为第三压力，采用第三电流对所述电池充电，充电时间为第三充电时长，并在充电后间隔时间保持第三间隔时长，持续脉冲充电，直至电压达到第三电压。
优选地，所述第一压力，所述第二压力和所述第三压力依次增大；
和/或，所述第一电流，所述第二电流和所述第三电流依次增大；
和/或，所述第一充电时长，所述第二充电时长和所述第三充电时长依次增大；
和/或，所述第一间隔时长，所述第二间隔时长和所述第三间隔时长依次增大；
和/或，所述第一电压，所述第二电压和所述第三电压依次增大。
优选地，所述第一压力设置在2-4Kg/cm2范围内，所述第二压力设置在4-6Kg/cm2范围内，所述第三压力设置在6-8Kg/cm2范围内；
和/或，所述第一充电时长设置在40-60ms范围内，所述第二充电时长设置在60-80ms范围内，所述第三充电时长设置在80-100ms范围内；
和/或，所述第一电流为设置在0.01-0.07C范围内，所述第二电流设置在0.07-0.15C范围内，所述第三电流设置在0.15-0.25C范围内；
和/或，所述第一间隔时长设置在2-10ms范围内，所述第二间隔时长设置在5-15ms范围内，所述为第三间隔时长设置在10-20ms范围内；
和/或，所述第一电压设置在2.4-2.7V范围内，所述第二电压设置在3.4-3.8V范围内，所述第三电压设置在3.9-4.0V范围内。
所述第一压力为3Kg/cm2，所述第二压力为5Kg/cm2，第三压力为7Kg/cm2；
和/或，所述第一充电时长为50ms，所述第二充电时长为75ms，所述第三充电时长100ms；
和/或，所述第一电流为0.05C，所述第二电流为0.1C，所述第三电流为0.2C；
和/或，所述第一间隔时长为5ms，所述第二间隔时长为10ms，所述第三间隔时长为15ms；
和/或，所述第一电压为2.5V，所述第二电压3.5V，所述第三电压为4.0V。
优选地，所述电池化成时，环境温度控制在30℃-60℃范围内。
优选地，所述电池化成时，环境温度控制在45°±3℃。
另外一方面，本发明公开的实施例还提供了一种电池，所述电池是通过上述的电池化成方法处理得到的。
本发明公开的实施例具有如下优点：
本发明采用高温环境下进行电池的化成，可使电池内部的首次电化学反应更加快速活跃，化成时间更短，效率更高；同时化成时对电池表面施加一定的压力，可以使电池内部正负极极片和隔膜接触面积更大更紧密，首次电化学反应更加充分，并提高电池的硬度与平整度；而不同电流脉冲式分阶段充电的化成方法，先采用小电流短间隔的脉冲式的充电，在负极极片表面SEI膜形成的初期，小电流可以使锂离子更加充分的与电解液发生反应，生成更加致密的初期SEI膜，而短的间隔，可以充分的消除电池在形成SEI膜时电化学反应的电子极化、浓差计划等，使电子、离子更加充分地、有序地、均匀地参与SEI膜的形成电化学反应，同时SEI膜形成时电化学反应产气的不可逆的气体也更加彻底；随后，采用逐步适当的加大电流与延长间隔脉冲式充电，在前一阶段形成的初期SEI膜的基础上，进一步对SEI膜进行完整性与致密性进行修补、填充以及继续生成，直至最后优质SEI膜的完全形成，电池的循环寿命大幅度的提升。
附图说明
图1为本发明公开的实施例的电池化成方法流程示意图；
图2为常规生产方法制成的电池与本发明生产方法制成的电池1C循环对比曲线图；
图3为常规电池生产时化成预充电的电流-时间示意图；
图4为本发明电池生产时化成第一步预充电电流-时间示意图；
图5为本发明电池生产时化成第二步预充电电流-时间示意图；
图6为本发明电池生产时化成第三步预充电电流-时间示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
下面将结合具体的实施例详细描述本发明的技术方案。
针对目前锂离子电池的普遍采用的化成方法是室温下采用0.1C/0.2C/0.5C阶段性充电至4.0V左右，负极片表面形成的SEI膜不够完整与致密，导致电池的使用寿命基本维持在300-500次左右，比较制约其市场的迅速扩大，本发明提供一种新的锂离子电池的化成充电方式，尽可能在不增加电池制程成本的前提下，提高电池负极极片表面SEI膜形成的完整性与致密性，大幅度提升锂离子电池的循环寿命，制作完成一种高循环寿命的锂离子电池。
为达到以上效果，本发明采取的技术方案为：
一种高循环寿命锂离子电池的化成方法，在适当的高温环境中，对锂离子电池表面施加一定的压力，同时对锂离子电池采用多阶段不同时长不同电流脉冲式的充电方式，将电池充到不同的电压的化成方法，其他生产流程与方法不改变，最终制成一种高循环寿命的锂离子电池。
在确定电芯体系以及型号的情况下，按照正常的电芯制作流程，配料、涂布、制作正负极极片，卷绕、封口装配成电芯，烘烤、注液、陈化后等待化成。
如图1所示的一种电池的化成方法，包括：
步骤S01，控制电池的表面压力为第一压力，采用第一电流对所述电池充电，充电时间为第一充电时长，并在充电后间隔时间保持第一间隔时长，持续脉冲充电，直至电压达到第一电压。
在上述步骤S01中，控制电池表面的第一压力设置在为2-4Kg/cm2范围内，优选地，第一压力为3Kg/cm2，采用恒流对电池进行充电的，第一电流设置在在0.01-0.07C范围内，优选地，第一电流为0.05C，持续充电为第一充电时长，第一充电时长设置在40-60ms范围内，优选地，第一充电时长为50ms，先采用小电流短间隔的脉冲式的充电，在负极极片表面SEI膜形成的初期，小电流可以使锂离子更加充分的与电解液发生反应，生成更加致密的初期SEI膜，并在充电后进行短时间的间隔，第一间隔时长设置在2-10ms范围内，优选地，第一间隔时长为5ms，短的时间间隔，可以充分的消除电池在形成SEI膜时电化学反应的电子极化、浓差计划等，然后持续重复上述的充电和间隔步骤，具体的充电电流，充电时长，间隔时间与上述一样，采用脉冲式的充电，直到电压达到第一电压，第一电压设置在2.4-2.7V范围内，优选地，第一电压为2.5V，也就是当第一电压达到2.5V时，可以进行下一步骤。
步骤S02，控制所述电池的表面压力为第二压力，采用第二电流对所述电池充电，充电时间为第二充电时长，并在充电后间隔时间保持第二间隔时长，持续脉冲充电，直至电压达到第二电压。
在上述步骤S02中，控制电池表面的第二压力设置在为4-6Kg/cm2范围内，优选地，第二压力为5Kg/cm2，采用恒流对电池进行充电的，第二电流设置在0.07-0.15C范围内，优选地，第二电流为0.1C，持续充电为第二充电时长，第二充电时长设置在60-80ms范围内，优选地，第二充电时长为75ms，先采用小电流短间隔的脉冲式的充电，在负极极片表面SEI膜形成的初期，小电流可以使锂离子更加充分的与电解液发生反应，生成更加致密的初期SEI膜，并在充电后进行短时间的间隔，第二间隔时长设置在5-15ms范围内，优选地，第二间隔时长为10ms，短的时间间隔，可以充分的消除电池在形成SEI膜时电化学反应的电子极化、浓差计划等，然后持续重复上述的充电和间隔步骤，具体的充电电流，充电时长，间隔时间与上述一样，采用脉冲式的充电，直到电压达到第二电压，第二电压设置在3.4-3.8V范围内，优选地，第二电压为3.5V，也就是当第二电压达到3.5V时，可以进行下一步骤。
步骤S03，控制所述电池的表面压力为第三压力，采用第三电流对所述电池充电，充电时间为第三充电时长，并在充电后间隔时间保持第三间隔时长，持续脉冲充电，直至电压达到第三电压。
在上述步骤S03中，控制电池表面的第三压力设置在6-8Kg/cm2范围内，优选地，第三压力为7Kg/cm2，采用恒流对电池进行充电的，第三电流设置在在0.15-0.25C范围内，优选地，第三电流为0.2C，持续充电为第三充电时长，第三充电时长设置在80-100ms范围内，优选地，第三充电时长为100ms，先采用小电流短间隔的脉冲式的充电，在负极极片表面SEI膜形成的初期，小电流可以使锂离子更加充分的与电解液发生反应，生成更加致密的初期SEI膜，并在充电后进行短时间的间隔，第三间隔时长设置在10-20ms范围内，优选地，第三间隔时长为15ms，短的时间间隔，可以充分的消除电池在形成SEI膜时电化学反应的电子极化、浓差计划等，然后持续重复上述的充电和间隔步骤，具体的充电电流，充电时长，间隔时间与上述一样，采用脉冲式的充电，直到电压达到第三电压，第三电压设置在3.9-4.0V范围内，优选地，第三电压为4.0V，也就是当第三电压达到4.0V时，整的电池的化成步骤结束。
本发明优选地实施例中，第一压力，第二压力和第三压力依次增大；
和/或，第一电流，第二电流和第三电流依次增大；
和/或，第一充电时长，第二充电时长和第三充电时长依次增大；
和/或，第一间隔时长，第二间隔时长和第三间隔时长依次增大；
和/或，第一电压，第二电压和第三电压依次增大。
本发明优选地实施例中，电池化成时，环境温度控制在30℃-60℃范围内，优选地，所述电池化成时，环境温度控制在45°±3℃，但不限于此。
电池化成按照所述化成方法进行化成后，后续二封、整形、老化分容等步骤按照正常电芯的制作方法进行，完整最终的电芯制作。
本发明实施例中，在不增加生产设备以及基本不改变电芯制程流程的基础上，不仅维持了原有电池的制备成本，而且通过改变电芯的化成工艺，电芯负极极片表面SEI膜形成的更加完整与致密，对电池的循环寿命有大幅度的提升。
具体的实施例如下：
确定使用电芯型号503450P-1000mAh聚合物软包装锂离子电池，制作电芯，正极采用钴酸锂、负极采用人造石墨、隔膜采用CELGARD聚丙烯PP隔膜、电解液采用EC/EMC/DEC普通型电解液、DNP113型铝塑膜进行生产；
照正常聚合物软包装锂离子电池的正负极原材料、辅助材料分别搅拌、涂布制作正负极极片、烘烤正负极极片水分、正极/隔膜/负极卷绕成卷芯，铝塑膜冲壳进行封装，然后真空烘烤卷芯28h后注液，常温陈化24h，等待化成；
将电池分成A、B等数量的两组，分别采用常规化成工艺以及本发明实施例提出的化成工艺进行分别生产：
A组电池化成工艺：室温环境化成(25°±3℃)，电池表面无压力施加。
第一步：恒流充电，充电电流为0.1C(100mA)，充电时长为10min，充电电压需达到上限电压4.0V；
第二步：恒流充电，充电电流为0.2C(200mA)，充电时长为30min，充电电压需达到上限电压4.0V；
第三步：恒流充电，充电电流为0.5C(500mA)，充电时长为66min，充电电压需达到上限电压4.0V；
B组电池化成工艺：高温环境化成，具体温度为(45°±3℃)。
第一步：脉冲式充电，充电电流0.05C(50mA)，充电时长50ms，然后间隔时长5ms，重复上述充电和间隔步骤，充电电压需达到上限电压2.5V，电池表面压力控制在3Kg/cm2；
第二步：脉冲式充电，充电电流0.1C(100mA)，充电时长75ms，然后间隔时长10ms，重复上述充电和间隔步骤，充电电压需达到上限电压3.5V，电池表面压力控制在5Kg/cm2；
第三步：脉冲式充电，充电电流0.2C(200mA)，充电时间100ms，然后间隔时长15ms，重复上述充电和间隔步骤，充电电压需达到上限电压4.0V，电池表面压力控制在7Kg/cm2；
化成完成后，将两组同时进行后续电池的二封、整形、老化、分容等一系列生产工序，最终完成电池的所有制作。
具体的常规电池化成示意图和本发明实施例电池化成示意图如图3，图4，图5，图6所示。
电池测试：将制备好的A、B两组电池单体，在室温25°±3℃的环境中，同一分容测试柜上进行1C(1000mA)电流100％DOD的充放电循环测试500周，对比A、B两组电池的容量保持率。
对比A、B两组单体电池的的循环500周的寿命测试如下表，测试结果数值均为除去同组最优与最差值后的中间值：
表一
由表1和图2可以得出，以上A、B两组的1C(1000mA)电流100％DOD的充放电循环测试500周的数据对比可以看出，采用本发明实施例提供的化成方法的B组电池的500周循环后的容量保持初始容量；明显高于常规化成工艺的A组电池的500周循环后的容量保持初始容量。
本发明公开的实施例，采用高温环境下进行锂离子电池的化成，可使电池内部的首次电化学反应更加快速活跃，化成时间更短，效率更高；同时化成时对电池表面施加一定的压力，可以使电池内部正负极极片、隔膜接触面积更大更紧密，首次电化学反应更加充分,并提高电池的硬度与平整度；而不同电流脉冲式分阶段充电的化成方法，先采用小电流短间隔的脉冲式的充电，在负极极片表面SEI膜形成的初期,小电流可以使锂离子更加充分的与电解液发生反应，生成更加致密的初期SEI膜，而短的间隔，可以充分的消除电池在形成SEI膜时电化学反应的电子极化、浓差计划等，使电子、离子更加充分地、有序地、均匀地参与SEI膜的形成电化学反应，同时SEI膜形成时电化学反应产气的不可逆的气体也更加彻底；随后，采用逐步适当的加大电流与延长间隔脉冲式充电，在前一阶段形成的初期SEI膜的基础上，进一步对SEI膜进行完整性与致密性进行修补、填充以及继续生成，直至最后优质SEI膜的完全形成，电池的循环寿命大幅度的提升。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种电池化成方法，其特征在于，所述方法包括：
控制电池的表面压力为第一压力，采用第一电流对所述电池充电，充电时间为第一充电时长，并在充电后间隔时间保持第一间隔时长，持续脉冲充电，直至电压达到第一电压；
控制所述电池的表面压力为第二压力，采用第二电流对所述电池充电，充电时间为第二充电时长，并在充电后间隔时间保持第二间隔时长，持续脉冲充电，直至电压达到第二电压；
控制所述电池的表面压力为第三压力，采用第三电流对所述电池充电，充电时间为第三充电时长，并在充电后间隔时间保持第三间隔时长，持续脉冲充电，直至电压达到第三电压。
2.如权利要求1所述的一种电池化成方法，其特征在于，
所述第一压力，所述第二压力和所述第三压力依次增大；
和/或，所述第一电流，所述第二电流和所述第三电流依次增大；
和/或，所述第一充电时长，所述第二充电时长和所述第三充电时长依次增大；
和/或，所述第一间隔时长，所述第二间隔时长和所述第三间隔时长依次增大；
和/或，所述第一电压，所述第二电压和所述第三电压依次增大。
3.如权利要求1所述的一种电池化成方法，其特征在于，
所述第一压力设置在2-4Kg/cm2范围内，所述第二压力设置在4-6Kg/cm2范围内，所述第三压力设置在6-8Kg/cm2范围内；
和/或，所述第一充电时长设置在40-60ms范围内，所述第二充电时长设置在60-80ms范围内，所述第三充电时长设置在80-100ms范围内；
和/或，所述第一电流设置在0.01-0.07C范围内，所述第二电流设置在0.07-0.15C范围内，所述第三电流设置在0.15-0.25C范围内；
和/或，所述第一间隔时长设置在2-10ms范围内，所述第二间隔时长设置在5-15ms范围内，所述为第三间隔时长设置在10-20ms范围内；
和/或，所述第一电压设置在2.4-2.7V范围内，所述第二电压设置在3.4-3.8V范围内，所述第三电压设置在3.9-4.0V范围内。
4.如权利要求3所述的一种电池化成方法，其特征在于，
所述第一压力为3Kg/cm2，所述第二压力为5Kg/cm2，第三压力为7Kg/cm2；
和/或，所述第一充电时长为50ms，所述第二充电时长为75ms，所述第三充电时长100ms；
和/或，所述第一电流为0.05C，所述第二电流为0.1C，所述第三电流为0.2C；
和/或，所述第一间隔时长为5ms，所述第二间隔时长为10ms，所述第三间隔时长为15ms；
和/或，所述第一电压为2.5V，所述第二电压3.5V，所述第三电压为4.0V。
5.如权利要求1-4任一一项所述的一种电池化成方法，其特征在于，所述电池化成时，环境温度控制在30℃-60℃范围内。
6.如权利要求1-4任一一项所述的一种电池化成方法，其特征在于，所述电池化成时，环境温度控制在45°±3℃。
7.一种电池，其特征在于，所述电池是通过如权利要求1-6任一一项所述的电池化成方法处理得到的。
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