CN109950636A - 一种高镍三元锂离子电池化成工艺 - Google Patents

一种高镍三元锂离子电池化成工艺 Download PDF

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张海林
张勍
计结胜
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Jiangsu Nakanai New Energy Co Ltd
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Nanjing Nakanai New Energy Technology Development Co Ltd
Shanghai Cenat New Energy Co Ltd
Guangxi Cenat New Energy Co Ltd
Jiangsu Cenat New Energy Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种高镍三元锂离子电池化成工艺，其依次包括如下步骤：(1)对烘烤后的电芯进行真空注液；(2)预封；(3)高温静置；(4)一次常温化成；(5)真空抽气；(6)二次常温化成；(7)高温老化；(8)冷却降温；(9)终封。本发明可有效提高正、负极表面形成的固态电解质膜的的致密性和稳定性，从而提高锂离子电池的安全性、稳定性、倍率性、循环寿命等电化学性能。

Description

一种高镍三元锂离子电池化成工艺
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术，具体涉及一种高镍三元锂离子电池化成工艺。
背景技术
市场对电动汽车续航里程的要求不断提升，从原来的100公里，到200公里，…，直到需和燃油车相较量的四五百公里以上。归结到动力电池上，即不断的提升电池的能量密度，各个电池厂通过提升正、负极材料克容量来实现。对正极材料而言，从原来的磷酸铁锂、三元111，逐渐倾向于高镍三元材料。
化成是锂离子电池生产工艺中的重要工序，化成时在负极表面形成固态电解质(Solid Electrolyte Interface，简称SEI)膜，SEI膜的好坏，直接影响电池的安全性、稳定性、倍率性、循环寿命等电化学性能。对于高镍三元锂离子电池，电解液中添加额外的正极成膜添加剂，化成时在正极表面亦形成固态电解质(Cathode Electrolyte Interphase，简称CEI)膜，同样的，CEI膜的好坏，也直接影响电池的安全性、稳定性、倍率性、循环寿命等电化学性能。
常规锂离子电池的化成工艺一般为注液、预封、常温静置、化成、抽气终封、常温老化。对于高镍三元锂离子电池，正负极极片涂工量偏大，电芯浸润困难，同时采用新的电解液体系，导致锂离子电池在化成过程中释放较多量气体，而软包锂离子电池硬度较低，锂离子电池产气后未及时排除则无法保证正极、隔膜和负极之间的有效接触，影响SEI膜和CEI膜的致密性。
发明内容
本发明为了解决上述问题，从而提供一种高镍三元锂离子电池化成工艺。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种高镍三元锂离子电池化成工艺，所述化成工艺依次包括如下步骤：
(1)对烘烤后的电芯进行真空注液；
(2)预封；
(3)高温静置；
(4)一次常温化成；
(5)真空抽气；
(6)二次常温化成；
(7)高温老化；
(8)冷却降温；
(9)终封。
在本发明的一个优选实施例中，步骤(3)中的静置温度为35℃～55℃，静置时间为8h～24h。
在本发明的一个优选实施例中，步骤(4)中采用小电流充电，电流大小为0.02C～0.1C，充电时间为1h～5h。
在本发明的一个优选实施例中，步骤(6)中采用大电流充电，电流大小为0.1C～1.0C，充电截止电压为3.59V～3.9V。
在本发明的一个优选实施例中，步骤(7)中采用常压，老化温度为35℃～55℃，老化时间为12h～72h。
在本发明的一个优选实施例中，步骤(4)和步骤(6)中电池采用夹板常温化成，夹板压力为500kgf～71000kgf。
在本发明的一个优选实施例中，步骤(2)、步骤(5)和步骤(9)的真空度小于等于-90KPa。
本发明的有益效果是：
本发明可有效提高正、负极表面形成的固态电解质膜的的致密性和稳定性，从而提高锂离子电池的安全性、稳定性、倍率性、循环寿命等电化学性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1，本发明提供的高镍三元锂离子电池化成工艺，其依次包括如下步骤：
(1)对烘烤后的电芯进行真空注液；
(2)预封；
(3)高温静置；
(4)一次常温化成；
(5)真空抽气；
(6)二次常温化成；
(7)高温老化；
(9)冷却降温；
(10)终封。
步骤(1)中对烘烤后的电芯进行真空注液后，需要再放置于真空状态下30～60秒，这样可以有效排出极片孔隙中空气，有利于电解液浸润极片。
步骤(2)中的预封即为对真空注液的软包电芯进行初次封口。
步骤(3)中，通过对电芯进行高温静置，可以加速极片电解液浸润，使得电池在化成前得到良好浸润，避免浸润不良造成黑斑(化成不良区)。
另外，步骤(3)具体在常压下，静置温度为35℃～55℃，静置时间为8h～24h，这样可实现充分浸润效果。
步骤(4)中具体采用小电流进行充电，电流大小为0.02C～0.1C，充电时间为1h～5h，这样使得电解液在正、负极表面分解成膜，电芯大量产气。
步骤(5)是用于对电芯进行真空抽气，除去一次常温化成形成的气体，提高化成效果。
步骤(6)中具体采用大电流进行充电，电流大小为0.1C～1.0C，充电截止电压为3.59V～3.9V，这样可使得正、负极表面进一步成膜。
另外，步骤(4)的一次常温化成和步骤(6)的二次常温化成过程中，电池采用夹板常温化成，夹板压力为500kgf～71000kgf，这样有利于反应产气，利于成膜反应。
步骤(7)是用于使固态电解质膜自整形，成膜稳定化。
另外，步骤(7)中采用常压，老化温度为35℃～55℃，老化时间为12h～72h。
步骤(8)是用于对将完成高温老化后的电芯，进行冷却降温，快速降至室温，从而便于快速封口，提高效率。
另外，本发明中步骤(2)、步骤(5)和步骤(9)的真空度都小于等于-90KPa。
这样，通过上述工艺可知，在化成前对电芯进行高温静置，在缩短静置时间的前提下改善电芯浸润。一次常温化成后对电芯进行及时真空抽气，去除电芯中大量产气，后再进行二次常温化成，有利于正极、隔膜和负极之间的有效接触，有利于形成致密的固态电解质膜。化成后的高温老化工序，有利于固态电解质膜的自我整形，使固态电解质膜进一步致密化和稳定化。最终，对电芯的电化学性能，尤其是循环寿命明显提高。
另外上述工艺步骤都是本领域技术人员经过无数次试验和付出创造性劳动获得，只有依次采用上述步骤，才能有效提高高镍三元锂离子电池的正、负极表面形成的固态电解质膜的的致密性和稳定性，从而提高锂离子电池的安全性、稳定性、倍率性、循环寿命等电化学性能。
针对上述方案，本申请通过以下具体应用实例和试验对比来进行进一步的说明。
实施例1
本实例通过对烘烤后的高镍三元/石墨电芯依次进行如下化成工艺：
真空注液；
预封；
高温静置；
一次常温化成；
真空抽气；
二次常温化成；
高温老化；
冷却降温；
终封。
在本实施例中，常压下，高温静置工序中，静置温度为35℃，静置时间为12h。
在一次常温化成工序中，充电电流大小为0.1C，充电时间为1h；
在二次常温化成工序中，充电电流大小为0.2C，充电截止电压为3.85V。
在述一次和二次常温化成工序中，电池采用夹板常温化成，夹板压力为500kgf。
在高温老化工序中，常压下，老化温度为35℃，老化时间为72h。
在预封、真空抽气和终封工序时，设置真空度为-90KPa。
对比例1
本实例通过对烘烤后的高镍三元/石墨电芯依次进行如下化成工艺：
真空注液；
预封；
高温静置；
一次常温化成；
二次常温化成；
真空抽气；
高温老化；
冷却降温；
终封。
在本实施例中，一次常温化成后直接进行二次常温化成，再接着进行真空抽气。
在高温静置工序中，常压下，静置温度为35℃，静置时间为12h。
在一次常温化成工序中，充电电流大小为0.1C，充电时间为1h；
在二次常温化成工序中，充电电流大小为0.2C，充电截止电压为3.85V。
在述一次和二次常温化成工序中，电池采用夹板常温化成，夹板压力为500kgf。
在高温老化工序中，常压下，老化温度为35℃，老化时间为72h。
在预封、真空抽气和终封工序时，设置真空度为-90KPa。
对比例2
本实例通过对烘烤后的高镍三元/石墨电芯依次进行如下化成工艺：
真空注液；
预封；
常温静置；
一次常温化成；
真空抽气；
二次常温化成；
高温老化；
冷却降温；
终封。
在本实施例中，未采用高温静置工序，二采用常温静置工序。
在常温静置工序中，常温常压下，静置时间为24h。
在一次常温化成工序中，充电电流大小为0.1C，充电时间为1h；
在二次常温化成工序中，充电电流大小为0.2C，充电截止电压为3.85V。
在述一次和二次常温化成工序中，电池采用夹板常温化成，夹板压力为500kgf。
在高温老化工序中，常压下，老化温度为35℃，老化时间为72h。
在预封、真空抽气和终封工序时，设置真空度为-90KPa。
将按照实施例1、对比例1和对比例2化成工艺化成后分别得到的电池，分别进行常温循环测试，结果如下：
容量保持率 实施例1 对比例1 对比例2
1周 100.0％ 100.0％ 100.0％
201周 99.9％ 97.3％ 98.3％
401周 98.6％ 94.8％ 96.6％
601周 96.2％ 92.7％ 95.5％
由上表可以看出，本发明的化成工艺可以有效提高高镍三元/石墨电芯的常温循环性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种高镍三元锂离子电池化成工艺，其特征在于，所述化成工艺依次包括如下步骤：
(1)对烘烤后的电芯进行真空注液；
(2)预封；
(3)高温静置；
(4)一次常温化成；
(5)真空抽气；
(6)二次常温化成；
(7)高温老化；
(8)冷却降温；
(9)终封。
2.根据权利要求1所述的一种高镍三元锂离子电池化成工艺，其特征在于，步骤(3)中的静置温度为35℃～55℃，静置时间为8h～24h。
3.根据权利要求1所述的一种高镍三元锂离子电池化成工艺，其特征在于，步骤(4)中采用小电流充电，电流大小为0.02C～0.1C，充电时间为1h～5h。
4.根据权利要求1所述的一种高镍三元锂离子电池化成工艺，其特征在于，步骤(6)中采用大电流充电，电流大小为0.1C～1.0C，充电截止电压为3.59V～3.9V。
5.根据权利要求1所述的一种高镍三元锂离子电池化成工艺，其特征在于，步骤(7)中采用常压，老化温度为35℃～55℃，老化时间为12h～72h。
6.根据权利要求1所述的一种高镍三元锂离子电池化成工艺，其特征在于，步骤(4)和步骤(6)中电池采用夹板常温化成，夹板压力为500kgf～71000kgf。
7.根据权利要求1所述的一种高镍三元锂离子电池化成工艺，其特征在于，步骤(2)、步骤(5)和步骤(9)的真空度小于等于-90KPa。
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