CN110459817B - 一种软包高镍三元动力电池化成工艺 - Google Patents

一种软包高镍三元动力电池化成工艺 Download PDF

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Abstract

一种软包高镍三元动力电池快速化成工艺，属于锂离子电池制备工艺技术领域。本发明包括以下步骤：首先在高温高压下以大电池恒流充电到相对较低的电压，然后进行一次真空二封，一次真空二封结束后在同样的高温高压力下以更大的电流充电到相对第一次高的电压，然后进行第二次二封。本发明采用高温高压大电流低电压化成，高温下电解液具有低的粘度和高的电导率，高压力下电池隔膜和电极片之间的紧密接触，高温高压可将化成产生气体及时排到气袋，形成稳定的SEI膜。化成中间过程加入一次抽真空二封，减小高镍三元化成过程产气量对于电池外观及整体性能的影响，可以有效提升电池的循环稳定性、提升电池的制程良率同时可将化成时间缩短到5h以内。

Description

一种软包高镍三元动力电池化成工艺
技术领域
本发明属于锂离子电池制备工艺技术领域，具体涉及的是一种软包高镍三元动力电池化成工艺。
背景技术
随着电动汽车的飞速发展，市场对于高能量密度锂离子电池的需求非常迫切，到2020年，预期单体电芯能量密度需要达到300Wh/kg，高镍三元由于具有高的比容量和低的成本，所以目前成为高能量密度动力电池的主流正极材料。
化成工艺是锂离子电池制造过程中非常关键的工艺步骤，主要目的是对电芯活化，形成稳定的SEI膜，进而确保电池使用过程中具有好的循环稳定性和安全性能。高镍三元在化成过程中容易产气，所产生的气体如果不能及时排出，会在电极材料界面保存，进而影响锂离子的穿梭，恶化化成效果。同时产气过多会对软包电池外观平整度造成较大的影响，有的甚至会导致电池漏液，进而降低制程良率，同时影响设备使用寿命。专利CN109755680提供了一种软包动力锂离子电池的化成方法，但是所用电流较小，时间较长，而且充放电过程较复杂。专利CN109802183A公开一高温夹具化成工艺，但是整个过程所用的压力较大，而且完全靠压力将气体挤出，一方面对设备要求较高，同时过大的压力可能造成电池内短路和电池被挤压变形漏液，对于三元动力电池更甚。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种软包高镍三元动力电池化成工艺，本发明化工工艺简单、高效，可以极大降低化成时间同时提升制程良率，所制备电芯具有好的循环稳定性。
本发明通过以下技术方案予以实现。
一种软包高镍三元动力电池化成工艺，包括以下步骤：
S1、将待化成电芯放入热压化成柜中，设置化成柜的化成温度和化成压力参数，其中化成温度为50~80℃，化成压力大小为0.5~1MPa，留待后续进行第一次化成；
S2、电芯静置后进行首次恒流充电；
S3、将步骤S2充电结束后的电芯从热压化成柜中取出，进行一次真空二封；
S4、将步骤S3一次真空二封结束后的电芯再次放入热压化成柜中，设置化成柜的温度和压力参数，留待后续进行第二次化成；
S5、电芯静置一段时间，然后进行二次恒流充电；
S6、将步骤S5充电结束后的电芯从热压化成柜中取出，进行二次真空二封，软包高镍三元动力电池二次化成工艺结束。
进一步地，在所述步骤S2中，电芯静置时间为3~10min，首次恒流充电的电流为0.1~0.4C，充电截止电压为3.5~3.7V，充电截止时间为90~120min。
进一步地，在所述步骤S3中，一次真空二封条件为：真空度＜-80KPa，封装温度为160~180℃，封装时间为3~6s，封装压力为0.2~0.6MPa。
进一步地，所述步骤S4中第二次化成工艺的参数与步骤S1中化成工艺的参数一致。
进一步地，在所述步骤S5中，电芯静置时间为3~10mmin，二次恒流充电电流为0.5~1C，充电截止电压为3.7V~4.1V，充电截止时间为90~120min。
进一步地，所述步骤S6中二次真空二封的参数与步骤S3中一次真空二封的参数一致。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种软包高镍三元动力电池化成工艺，高温高压条件下确保电极片得到很好浸润，同时可将化成产生气体及时排到气袋，有利于化成过程中离子的穿梭，进而降低极化。化成中间过程加入一次真空二封，可以有效降低气体累积对于电池外观及整体性能的影响。整个化成工艺可以提升电池的制程良率同时将化成时间缩短到5h以内。所得电芯具有较好的循环稳定性。
附图说明
图1为实施例1真空二封结束后软包高镍三元动力电池的外观形貌照片；
图2为实施例2真空二封结束后软包高镍三元动力电池的外观形貌照片；
图3为实施例3真空二封结束后软包高镍三元动力电池的外观形貌照片；
图4为对比例1真空二封结束后软包高镍三元动力电池的外观形貌照片；
图5为对比例2真空二封结束后软包高镍三元动力电池的外观形貌照片；
图6为实施例1至实施例3和对比例1、对比例2的常温循环测试曲线，其中充放电电流为1C。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
在本实施例1中，电芯设计容量为4Ah，电池型号为软包3482B6，正极材料为NCM622，电芯经注液、封口和静置后进行化成。
化成具体流程、参数如下表1所示：
表1. 实施例1化成工艺
Figure DEST_PATH_IMAGE001
本实施例1可将化成时间缩小到5h以内，电池化成结束后外观如图1实施例1外观形貌所示，常温循环如图6。
对比例1
在本对比例1中，电芯设计容量为4Ah，电池型号为软包3482B6，正极材料为NCM622，电芯经注液、封口和静置后进行化成。
化成具体流程、参数如下表2所示：
表2. 对比例1化成工艺
Figure DEST_PATH_IMAGE002
对比例1电池化成结束后外观如图4对比例1外观形貌所示，电芯产气严重，常温循环如图6，循环性能较差。
对比例2
在本对比例2中，电芯设计容量为4Ah，电池型号为软包3482B6，正极材料为NCM622，电芯经注液、封口和静置后进行化成。
化成具体流程、参数如下表3：
表3. 对比例2化成工艺
Figure DEST_PATH_IMAGE003
对比例2电池化成结束后外观如图5对比例2外观形貌所示，电池有轻微产气现象，化成时间较长，接近10h，常温循环如图6所示。
实施例2
在本实施例2中，电芯设计容量为4Ah，电池型号为软包3482B6，正极材料为NCM622，电芯经注液、封口和静置后进行化成。
化成具体流程、参数如下表4所示：
表4. 实施例2化成工艺
Figure DEST_PATH_IMAGE004
本实施例2可将化成时间缩小到5h以内，电池化成结束后外观如图2实施例2外观形貌所示，常温循环如图6。
实施例3
在本实施例3中，电芯设计容量为4Ah，电池型号为软包3482B6，正极材料为NCM622，电芯经注液、封口和静置后进行化成。
化成具体流程、参数如下表5：
表5. 实施例3化成工艺
Figure DEST_PATH_IMAGE005
本实施例3可将化成时间缩小到5h以内，电池化成结束后外观如图3实施例3外观形貌所示，常温循环如图6。
鉴于本发明方案实施例众多，各实施例验证的性能和最终的结论都接近，此处不做一一说明。同时本发明实施例中包括所列举的和未列举的各实验参数仅代表技术方案的一个例子，也即一种可行性方案，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。
以上所述仅为本发明的优选实施例而并不用于限制本发明，在实施例技术方案中对单个或者多个技术参数进行同等替换形成新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；对于本领域的技术人员来说，本发明可以进行各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种软包高镍三元动力电池化成工艺，其特征在于包括以下步骤：
S1、将待化成电芯放入热压化成柜中，设置化成柜的化成温度和化成压力参数，其中化成温度为65~80℃，化成压力大小为0.5~1MPa，留待后续进行第一次化成；
S2、电芯静置后进行首次恒流充电，电芯静置时间为3~10min，首次恒流充电的电流为0.1~0.4C，充电截止电压为3.5~3.7V，充电截止时间为90~120min；
S3、将步骤S2充电结束后的电芯从热压化成柜中取出，进行一次真空二封；
S4、将步骤S3一次真空二封结束后的电芯再次放入热压化成柜中，设置化成柜的温度和压力参数，留待后续进行第二次化成；
S5、电芯静置时间为3~10mmin，然后进行二次恒流充电，二次恒流充电电流为0.5~1C，充电截止电压为3.7V~4.1V，充电截止时间为90~120min；
S6、将步骤S5充电结束后的电芯从热压化成柜中取出，进行二次真空二封，软包高镍三元动力电池二次化成工艺结束。
2.根据权利要求1所述的一种软包高镍三元动力电池化成工艺，其特征在于：在所述步骤S3中，一次真空二封条件为：真空度＜-80KPa，封装温度为160~180℃，封装时间为3~6s，封装压力为0.2~0.6MPa。
3.根据权利要求1所述的一种软包高镍三元动力电池化成工艺，其特征在于：所述步骤S4中第二次化成工艺的参数与步骤S1中化成工艺的参数一致。
4.根据权利要求1所述的一种软包高镍三元动力电池化成工艺，其特征在于：所述步骤S6中二次真空二封的参数与步骤S3中一次真空二封的参数一致。
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