CN109818095B - 一种电池的充放电预处理方法和电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池技术领域，公开了一种电池的充放电预处理方法和电池及其制备方法。该方法包括以下步骤：(1)对化成、分容后的电池进行放电和/或充电，将电池的剩余电量SOC调整至预定SOC值；(2)在预定倍率下，对电池恒流充电第一预定时间，然后在所述预定倍率下恒流放电第二预定时间；(3)循环操作步骤(2)。按照本发明所述的方法对电池进行脉冲预处理，能够促进电池在循环初期大电流放电容量的发挥，提高正极材料的放电比容量、电池的能量密度以及电池的循环一致性，进而提升电池的性能。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种电池的充放电预处理方法和电池及其制备方法。
背景技术
随着不可再生资源的逐年较少，人们越来越关注新能源的发展。近年来，作为新能源汽车的电动汽车得到了飞速发展，已在国内外占据了大量市场。与此同时，电动汽车的发展也存在很明显缺陷，比如动力电池的性能不佳等问题，远远不能满足市场对电动汽车高安全、长续航和长寿命的需求。
为了提高电动汽车电池的性能，人们致力于研究如何提高电池的循环性能。现有技术中，主要通过电池预充、化成工艺，即对装配好的电池进行小电流充电活化，让副反应充分发生，同时形成SEI膜，进而提高电池的循环性能。如专利申请CN108615945A提供了一种锂离子电池的化成方法：首先将注液完成的锂离子电池开口真空搁置，然后进行负压预化成；对负压预化成后的锂离子电池补充电解液，并封口；然后对封口后的锂离子电池进行老化；最后对老化后的锂离子电池进行充电活化，此发明的锂离子电池的化成方法能够在电极表面形成较为均匀的固体电解质相界面膜，改善了电池的循环性能，提高了电池的电性能及安全性。
现有技术通过电池预充、化成等方法提高电池的循环性能，虽然通过这些方法能够提高电池的循环性能，但是由于电池的极化较大，化成后的电池仍有部分容量在大电流放电时发挥不出来，导致电池能量密度较低，并且这种发挥的一致性较差，导致同样的材料，在同一工艺条件下制作的电池首次分容容量参差不齐，且循环过程中电池的容量衰减速率差异较大，从而直接影响配组电池的一致性，导致汽车在使用时易出现电池一致性差报警，出现不必要的均衡负荷，影响电动汽车的正常使用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的对电池预充、化成后，电池仍有部分容量在大电流放电时发挥不出来，使电池能量密度较低，导致同样的材料，在同一工艺条件下制作的电池首次分容容量参差不齐，且循环过程中电池的容量衰减速率差异较大，从而直接影响配组电池的一致性的问题，提供一种电池的充放电预处理方法和电池及其制备方法，通过本发明提供的方法对电池进行脉冲预处理，能够促进电池在循环初期大电流放电容量的发挥，提高正极材料的放电比容量、电池的能量密度以及电池的循环一致性，进而提升电池的性能。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种电池的充放电预处理方法，该方法包括以下步骤：
(1)对电池进行放电和/或充电，将电池的剩余电量SOC调整至预定SOC值；
(2)在预定倍率下，对电池恒流充电第一预定时间，然后在所述预定倍率下恒流放电第二预定时间；
(3)循环操作步骤(2)。
优选地，在步骤(1)中，所述预定SOC值为0-100％。
优选地，在步骤(1)中，对电池进行恒流放电，将电池的SOC调整为0％。
优选地，在步骤(2)中，所述预定倍率为0.1C至0.3C。
优选地，在步骤(2)中，所述第一预定时间为15s至30min。
优选地，在步骤(2)中，所述第二预定时间为15s至30min。
优选地，在步骤(2)中，在0.2C下恒流充电15s，然后在0.2C下恒流放电15s。
优选地，在步骤(3)中，循环操作步骤(2)的次数为2-100次。
另一方面，本发明还提供一种电池的制备方法，该方法包括：将电池进行化成、分容，然后按照前述方法对电池进行充放电预处理，或者在化成和或分容过程中按照前述方法对电池进行充放电预处理。
最后，本发明还提供了一种电池，该电池根据前述电池的制备方法制得。
通过上述技术方案，通过本发明提供的方法对电池进行脉冲充放电预处理，能够促进电池在循环初期大电流放电容量的发挥，提高正极材料的放电比容量、电池的能量密度以及电池的循环一致性，制得的电池的性能得到了明显的提升。
附图说明
图1为不同倍率脉冲对比的电池预处理后充放电循环次数与放电比容量关系图。
图2为不同SOC值处理对比的电池预处理后充放电循环次数与放电比容量关系图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种电池的充放电预处理方法，该方法包括以下步骤：
(1)对电池进行放电和/或充电，将电池的剩余电量SOC调整至预定SOC值；
(2)在预定倍率下，对电池恒流充电第一预定时间，然后在所述预定倍率下恒流放电第二预定时间；
(3)循环操作步骤(2)。
在本发明中，在步骤(1)中，所述预定SOC值为0-100％，该操作的目的是为了在脉冲放电前将电池的SOC值都调整到一个合适的值。
在具体地实施例中，所述预定SOC值可以为0％、20％、40％、60％、80％或100％，优选情况下，所述预定SOC值为40％。
在本发明中，在步骤(1)中，所述对电池进行放电和/或充电，将电池的剩余电量SOC调整至预定SOC值，此处的所述对电池进行放电和/或充电，可以为只放电或只充电或先放电再充电或先充电再放电。
在本发明中，可选地，在步骤(1)中，对电池进行恒流放电，将电池的SOC调整为0％。当电池放电至3.0V时，电池的SOC已经调整为0％。
在本发明中，在步骤(2)中，所述预定倍率为0.1C至0.3C，在具体实施例中，所述预定倍率可以为0.1C、0.2C或0.3C，优选情况下，所述预定倍率为0.2C。
在本发明中，在步骤(2)中，所述第一预定时间为15s至30min，在一定时间内将电池电量充到固定值。
在具体实施例中，所述第一预定时间可以为15s、30s、45s、60s、2min、5min、10min、20min或30min，优选情况下，所述第一预定时间为15s。
在本发明中，在步骤(2)中，所述第二预定时间为15s至30min，在一定时间内将电池电量放到固定值。
在具体实施例中，所述第二预定时间可以为15s、30s、45s、60s、2min、5min、10min、20min或30min，优选情况下，所述第二预定时间为15s
在本发明中，可选地，在步骤(2)中，在0.2C下恒流充电15s，然后在0.2C下恒流放电15s或至电压为3.0V，实现脉冲放电。
在本发明中，在步骤(3)中，循环操作步骤(2)的次数可以为2-100次，在具体实施例中，循环操作步骤(2)的次数可以为2、10、20、30、40、50、60、70、80、90或100次，优选情况下，所述循环操作步骤(2)的次数为100次。
另一方面，本发明还提供一种制备电池的方法，该方法包括：将电池进行化成、分容，接着按照前述方法对电池进行充放电预处理，或者在化成和或分容过程中按照前述方法对电池进行充放电预处理。然后按照以下步骤对电池充放电测试：
(a)在0.5C至1.5C倍率下，对电池恒流充电至目标电压，该目标电压为3-5V；
(b)在所述目标电压下恒压充电至截止电流为0.01C至0.05C；
(c)在0.5C至1.5C倍率下，对电池恒流放电至2.5-3.0V；
(d)循环操作步骤(a)至(c)。
在具体的实施例中，在步骤(a)中，所述预定倍率可以为0.5C、0.8C、1.0C、1.2C或1.5C，优选情况下，所述预定倍率为1.0C。
在具体的实施例中，在步骤(b)中，所述预设截止电流可以为0.01C、0.02C、0.03C、0.04C或0.05C，优选为0.02C。
在本发明中，在步骤(d)中，所述循环操作步骤(a)-(c)的循环次数为2-200次，具体地，例如可以为2、20、50、100、150或200，优选情况下，所述循环操作步骤(4)-(6)的循环次数为200次。
在本发明中，可选地，所述电池为锂电池或铅酸电池或软包电池，在具体实施例中，所述锂电池可以为磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、三元电池，优选情况下，所述电池为磷酸铁锂电池或三元电池。
最后，本发明还提供了一种电池，该电池根据前述电池的制备方法制得。按照本发明中所提供的充放电预处理方法制备的电池，能促进电池在循环初期大电流放电容量的发挥，提高正极材料的放电比容量、电池的能量密度以及电池的循环一致性，所制得的电池的性能明显提升。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
将LFP/C软包电池化成、分容后，(1)在0.1C倍率下对电池进行恒流放电，将电池的剩余电量SOC调整至0％；(2)在0.1C倍率下，对电池恒流充电30s，然后在0.1C倍率下恒流放电30s(电池下限保护电压为2.5V)；(3)循环操作步骤(2)100次；(a)在1C倍率下，对电池恒流充电至电压为3.65V；(b)在3.65V电压下恒压充电至截止电流为0.02C；(c)在1C倍率下，对电池恒流放电至电压为2.5V；(d)循环操作步骤(a)-(c)200次，电池编号为A1。
实施例2
将LFP/C软包电池化成、分容后，(1)在0.2C倍率下对电池进行恒流放电，将电池的剩余电量SOC调整至0％；(2)在0.2C倍率下，对电池恒流充电15s，然后在0.2C倍率下恒流放电15s(电池下限保护电压为2.5V)；(3)循环操作步骤(2)100次；(a)在1C倍率下，对电池恒流充电至电压为3.65V；(b)在3.65V电压下恒压充电至截止电流为0.02C；(c)在1C倍率下，对电池恒流放电至电压为2.5V；(d)循环操作步骤(a)-(c)200次，电池编号为A2。
实施例3
将NCM523/Li扣式电池化成、分容后，(1)在0.1C倍率下对电池进行恒流放电，将电池的剩余电量SOC调整至0％；(2)在0.1C倍率下，对电池恒流充电15s，然后在0.1C倍率下恒流放电15s(电池下限保护电压为3.0V)；(3)循环操作步骤(2)100次；(a)在0.5C倍率下，对电池恒流充电至电压为4.3V；(b)在4.3V电压下恒压充电至截止电流为0.02C；(c)在0.5C倍率下，对电池恒流放电至电压为3.0V；(d)循环操作步骤(a)-(c)200次，电池编号为B1。
实施例4
将NCM523/Li扣式电池化成、分容后，(1)在0.1C倍率下对电池进行恒流放电，再恒流充电2h，将电池的剩余电量SOC调整至20％；(2)在0.2C倍率下，对电池恒流充电15s，然后在0.2C倍率下恒流放电15s(电池下限保护电压为3.0V)；(3)循环操作步骤(2)100次；(a)在0.5C倍率下，对电池恒流充电至电压为4.3V；(b)在4.3V电压下恒压充电至截止电流为0.02C；(c)在0.5C倍率下，对电池恒流放电至电压为3.0V；(d)循环操作步骤(a)-(c)200次，电池编号为B2。
实施例5
将NCM523/Li扣式电池化成、分容后，(1)在0.1C倍率下对电池进行恒流放电，再恒流充电4h，将电池的剩余电量SOC调整至40％；(2)在0.2C倍率下，对电池恒流充电15s，然后在0.2C倍率下恒流放电15s(电池下限保护电压为3.0V)；(3)循环操作步骤(2)100次；(a)在0.5C倍率下，对电池恒流充电至电压为4.3V；(b)在4.3V电压下恒压充电至截止电流为0.02C；(c)在0.5C倍率下，对电池恒流放电至电压为3.0V；(d)循环操作步骤(a)-(c)200次，电池编号为B3。
实施例6
将NCM523/Li扣式电池化成、分容后，(1)在0.1C倍率下对电池进行恒流放电，再恒流充电6h，将电池的剩余电量SOC调整至60％；(2)在0.2C倍率下，对电池恒流充电15s，然后在0.2C倍率下恒流放电15s(电池下限保护电压为3.0V)；(3)循环操作步骤(2)100次；(a)在0.5C倍率下，对电池恒流充电至电压为4.3V；(b)在4.3V电压下恒压充电至截止电流为0.02C；(c)在0.5C倍率下，对电池恒流放电至电压为3.0V；(d)循环操作步骤(a)-(c)200次，电池编号为B4。
实施例7
将NCM523/Li扣式电池化成、分容后，(1)在0.1C倍率下对电池进行恒流放电，再恒流充电8h，将电池的剩余电量SOC调整至80％；(2)在0.2C倍率下，对电池恒流充电15s，然后在0.2C倍率下恒流放电15s(电池下限保护电压为3.0V)；(3)循环操作步骤(2)100次；(a)在0.5C倍率下，对电池恒流充电至电压为4.3V；(b)在4.3V电压下恒压充电至截止电流为0.02C；(c)在0.5C倍率下，对电池恒流放电至电压为3.0V；(d)循环操作步骤(a)-(c)200次，电池编号为B5。
实施例8
将NCM523/Li扣式电池化成、分容后，(1)在0.1C倍率下对电池进行恒流放电，再恒流充电10h，将电池的剩余电量SOC调整至100％；(2)在0.2C倍率下，对电池恒流充电15s，然后在0.2C倍率下恒流放电15s(电池下限保护电压为3.0V)；(3)循环操作步骤(2)100次；(a)在0.5C倍率下，对电池恒流充电至电压为4.3V；(b)在4.3V电压下恒压充电至截止电流为0.02C；(c)在0.5C倍率下，对电池恒流放电至电压为3.0V；(d)循环操作步骤(a)-(c)200次，电池编号为B6。
对比例1
按照实施例2所述的方法制备电池，不同的是，不进行步骤(1)-(3)的操作，电池编号为D1。
对比例2
按照实施例5所述的方法制备电池，不同的是，不进行步骤(1)-(3)的操作，电池编号为D2。
测试例
检测电池A1-A2和D1的放电比容量，测试结果如下图1所示，检测电池B1-B6和D2的放电比容量，测试结果如下图2所示。
通过图1所示的结果可以看出，采用本发明所述的方法对电池预处理后，电池的放电比容量有了明显的提升，且预处理过程中，采用适当的大倍率的效果比采用小倍率的效果好。
通过图2所示的结果可以看出，选择不同的SOC值，所取得效果不同，从测试结果显示的放电比容量来看，优选SOC值依次为40％＞20％＞0％＞60％＞100％＞80％，且不对SOC值做任何调整的电池的性能最差。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种电池的充放电预处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)对化成、分容后的电池进行放电或先放电再充电，将电池的剩余电量SOC调整至预定SOC值为0-40％；
(2)在0.2C下恒流充电15s，然后在0.2C下恒流放电15s；
(3)循环操作步骤(2)10-100次。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，对电池进行恒流放电，将电池的SOC调整为0％。
3.一种电池的制备方法，其特征在于，该方法包括：将电池进行化成、分容，然后按照权利要求1-2中任意一项所述的方法对电池进行充放电预处理。
4.一种电池，其特征在于，该电池根据权利要求3所述的方法制得。
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