CN110518301A - 一种软包锂离子电池化成方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于锂电池技术领域，尤其涉及一种软包锂离子电池化成方法，包括步骤：‑20～25℃下，对注液好的电池施加0.5～3MPa，搁置10～60min，以0.02～0.2C的恒定电流充电至2.0～3.5V；45～100℃下，对电池施加0.01～0.2MPa，以0.5～2C的恒定电流充电至第一截止电压；‑20～25℃下，对电池施加0.5～3MPa，先以0.1～1C的恒定电流放电至2.0～3.0V，再以0.02～0.2C的恒定电流充电至3.0～3.5V；45～100℃下，对电池施加0.5～3MPa，以0.5～2C的恒定电流充电至第二截止电压。相比现有技术，本发明化成效率高，成膜致密性好，循环性能优良。

Description

一种软包锂离子电池化成方法

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种软包锂离子电池化成方法。

背景技术

锂离子电池是20世纪90年代出现的绿色高能环保电池，具有能量密度高、环境友好、无记忆效应、循环寿命长、自放电少等突出的优点，不仅被广泛应用于移动电话、摄像机、笔记本电脑等便携式设备，还被列为电动汽车、航天、军事及大型储能设备的候选电源，因此，锂离子电池成为近年来电池界广泛研究的热点。

锂离子电池的生产制造过程中，化成作为一道重要的工序，化成的好坏直接影响着电池的性能。其主要作用为在液态锂离子电池首次充放电过程中，电极材料与电解液在固液相界面上发生反应，形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。

传统的软包锂电池化成方法有两种：

1)常温化成。常温下首先进行预化成使电池充分产气，然后进行抽气和预封，排除预化成过程产生的气体，避免产生的气体停留在正负极片表面，导致极片与隔膜接触电阻升高，最后进行主化成和封装，对电芯化成过程形成的SEI膜进一步整形与完善。常温化成的优点在于预化成/主化成电流相对较小，成膜致密，电性能优良，而其缺点在于化成周期长，通常需要20个小时及以上时间，化成效率低。

2)高温夹具化成。将电芯置于高温夹具柜板上，对柜板进行加热处理，从而对电芯进行加热，同时对柜板施加一定压力通常在1.0MPa/pcs左右，加热加压的作用在于，大电流化成过程中，提高化成反应速率，同时降低极化电阻。高温夹具化成的优点在于化成效率高，而缺点在于化成成膜致密性差，电池电性能差。

有鉴于此，确有必要提供一种化成效率高、成膜致密性好且电性能优良的软包锂离子电池化成方法。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种软包锂离子电池化成方法，化成效率高，成膜致密性好，循环性能优良。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种软包锂离子电池化成方法，包括以下步骤：

S1，在-20～25℃的温度下，对注液完成的软包锂离子电池施加0.5～3MPa的压力，搁置10～60min，然后以0.02～0.2C的恒定电流充电至电压为2.0～3.5V；

S2，在45～100℃的温度下，对步骤S1得到的软包锂离子电池施加0.01～0.2MPa的压力，以0.5～2C的恒定电流充电至第一截止电压；

S3，在-20～25℃的温度下，对步骤S2得到的软包锂离子电池施加0.5～3MPa的压力，先以0.1～1C的恒定电流放电至2.0～3.0V，再以0.02～0.2C的恒定电流充电至3.0～3.5V；

S4，在45～100℃的温度下，对步骤S3得到的软包锂离子电池施加0.5～3MPa的压力，以0.5～2C的恒定电流充电至第二截止电压。

作为本发明所述的软包锂离子电池化成方法的一种改进，在步骤S2中，软包锂离子电池进行恒流充电前先搁置10～60min。

作为本发明所述的软包锂离子电池化成方法的一种改进，在步骤S3中，软包锂离子电池进行恒流放电前先搁置10～60min。

作为本发明所述的软包锂离子电池化成方法的一种改进，在步骤S3中，软包锂离子电池恒定电流放电之后，先将软包锂离子电池搁置10～60min，再对软包锂离子电池进行恒定电流充电。

作为本发明所述的软包锂离子电池化成方法的一种改进，在步骤S4中，软包锂离子电池进行恒流充电前先搁置5～60min。

作为本发明所述的软包锂离子电池化成方法的一种改进，在步骤S1中，压力为1～2MPa。压力过大可能引起电芯移位，压力太小可能导致电芯极片与隔膜接触紧密型差，化成极化大，成膜差。

作为本发明所述的软包锂离子电池化成方法的一种改进，在步骤S2中，压力为0.05～0.1MPa。压力过大可能导致极片膨胀不充分，压力太小可能导致电芯极耳接触不好。

作为本发明所述的软包锂离子电池化成方法的一种改进，在步骤S3中，压力为1～2MPa。压力过大可能引起电芯移位，压力太小可能导致电芯电芯极片与隔膜接触紧密型差，化成极化大，成膜差。

作为本发明所述的软包锂离子电池化成方法的一种改进，在步骤S4中，压力为1～2MPa。压力过大可能引起电芯移位，压力太小可能导致电芯平整度及硬度差。

作为本发明所述的软包锂离子电池化成方法的一种改进，所述第一截止电压大于或等于所述第二截止电压。其中，第一截止电压根据电池电压体系而定，一般为额定电压，即电池体系的上限限制电压。而第二截止电压则根据客户需求而定，一般小于或等于额定电压。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

1)在步骤S1中，先对软包锂离子电池进行低温、高压、小电流的恒流充电处理，低温高压使得化成成膜更加致密，高压使化成产生的气体排至铝塑膜气囊袋内。

2)在步骤S2中，对软包锂离子电池进行高温、低压、大电流的恒流充电处理，低压使得软包锂离子电池正、负极片充分膨胀并吸收电解液，高温则可以降低大电流充电所引起的极化阻抗。

3)在步骤S3中，先对软包锂离子电池进行低温、高压的恒流放电处理，放电过程中，正、负极片厚度收缩，高压和低温加强了极片厚度的收缩，而且放电截止电压(2.0～3.0V)是在正常使用的下限截止电压以下，进一步加强了正、负极片厚度的收缩；然后再对软包锂离子电池进行低温、高压的恒流充电处理，由于通过前面工序极片的充分膨胀以及充分收缩使得极片表面的SEI膜部分被破坏，因此，采用低温、高压充电来修复受损SEI膜，降低低温充电极化。

4)在步骤S4中，对软包锂离子电池采用高温、高压、大电流的恒流充电处理，高温高压保证软包锂离子电池的外观平整度和硬度。

5)本发明通过操作简单的各步骤依次配合，提高效率的同时，使得极片表面的SEI膜更加致密，而且降低了充电过程中的极化现象，提高了软包锂离子电池的循环性能。

附图说明

图1是采用实施例1以及对比例1～2的化成方法制得软包锂离子电池的循环曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和说明书附图，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例1

一种软包锂离子电池化成方法，包括以下步骤：

S1，在25℃的温度下，对注液完成的软包锂离子电池施加1MPa的压力，搁置10min，然后以0.05C的恒定电流充电至电压为3.2V；

S2，在80℃的温度下，对步骤S1得到的软包锂离子电池施加0.1MPa的压力，先搁置60min，再以1C的恒定电流充电至4.4V；

S3，在25℃的温度下，对步骤S2得到的软包锂离子电池施加1MPa的压力，先搁置60min，以0.7C的恒定电流放电至2.6V，再先搁置10min，以0.1C的恒定电流充电至3.3V；

S4，在80℃的温度下，对步骤S3得到的软包锂离子电池施加1MPa的压力，先搁置60min，以1C的恒定电流充电至4.0V。

实施例2

一种软包锂离子电池化成方法，包括以下步骤：

S1，在10℃的温度下，对注液完成的软包锂离子电池施加1.5MPa的压力，搁置60min，然后以0.03C的恒定电流充电至电压为3.3V；

S2，在70℃的温度下，对步骤S1得到的软包锂离子电池施加0.1MPa的压力，先搁置60min，再以0.7C的恒定电流充电至4.4V；

S3，在10℃的温度下，对步骤S2得到的软包锂离子电池施加1.5MPa的压力，先搁置60min，以0.5C的恒定电流放电至2.4V，再先搁置5min，以0.05C的恒定电流充电至3.4V；

S4，在70℃的温度下，对步骤S3得到的软包锂离子电池施加1MPa的压力，先搁置60min，以1C的恒定电流充电至4.0V。

实施例3

一种软包锂离子电池化成方法，包括以下步骤：

S1，在0℃的温度下，对注液完成的软包锂离子电池施加2MPa的压力，搁置60min，然后以0.02C的恒定电流充电至电压为3.4V；

S2，在60℃的温度下，对步骤S1得到的软包锂离子电池施加0.1MPa的压力，先搁置60min，再以0.7C的恒定电流充电至4.4V；

S3，在0℃的温度下，对步骤S2得到的软包锂离子电池施加2MPa的压力，先搁置60min，以0.5C的恒定电流放电至2.0V，再先搁置10min，以0.02C的恒定电流充电至3.5V；

S4，在60℃的温度下，对步骤S1得到的软包锂离子电池施加1MPa的压力，先搁置60min，以1C的恒定电流充电至4.0V。

对比例1

一种软包锂离子电池化成方法，包括以下步骤：

S1，将完成注液的软包锂离子电池先搁置5min，以0.02C的恒定电流充电至3.4V，然后搁置5min，再以0.05C的恒定电流充电至3.8V，进行预除气处理，最后以0.1C的恒定电流充电至4.4V；

S2，将步骤S1得到的软包锂离子电池先搁置5min，以0.1C的恒定电流放电至3.0V，然后搁置5min；

S3，将步骤S2得到的软包锂离子电池以0.1C的恒定电流充电至4.0V，完成化成。

需要说明的是，本对比例的以上步骤均是在常温常压下进行。

对比例2

一种软包锂离子电池化成方法，包括以下步骤：

S1，先将完成注液的软包锂离子电池搁置10min，以0.2C的恒定电流充电至3.0V，再搁置5min，以0.5C的恒定电流充电至3.4V，再搁置5min，最后以1C的恒定电流充电至4.4V，再搁置5min；

S2，以1C的恒定电流将步骤S1得到的软包锂离子电池放电至3.0V，然后搁置5min；

S3，以1C的恒定电流将步骤S2得到的软包装锂离子电池充电至4.0V，完成化成。

需要说明的是，本对比例的以上步骤均是在80℃并且对软包锂离子电池施加1MPa的压力的条件下进行的。

性能测试

对采用实施例1～3以及对比例1～2的化成方法得到的软包锂离子电池进行循环性能测试，得到如图1所示的循环曲线图以及表1的测试结果。

表1 测试结果

由表1的测试数据可以看出，采用实施例1～3的化成方法得到的电池其容量保持率一直优于采用对比例1～2的的化成方法得到的电池，特别地，当循环500周之后，实施例1～3的容量保持率明显高于对比例1～2，也就是说，采用本发明的化成方法得到的电池的循环性能明显优于现有技术中的常温化成和高温夹具化成。这是因为，本发明采用了分段化成的方法，第一阶段，采用低温、高压、小电流的恒流充电处理，低温高压使得化成成膜更加致密，高压使得化成产生的气体排至铝塑膜气囊袋内；第二阶段，采用高温、低压、大电流的恒流充电处理，低压使得软包锂离子电池正、负极片充分膨胀并吸收电解液，高温则可以降低大电流充电所引起的极化阻抗；第三阶段，先采用低温、高压的恒流放电处理，放电过程中，正、负极片厚度收缩，高压和低温加强了极片厚度的收缩，而且放电截止电压(2.0～3.0V)是在正常使用的下限截止电压以下，进一步加强了正、负极片厚度的收缩，再采用低温、高压的恒流充电处理，由于通过前面工序极片的充分膨胀以及充分收缩使得极片表面的SEI膜部分被破坏，因此，采用低温、高压充电来修复受损SEI膜，降低低温充电极化；第四阶段，采用高温、高压、大电流的恒流充电处理，高温高压保证软包锂离子电池的外观平整度和硬度。综上，本发明通过分段化成的方式，使得成膜致密性更高，从而提高了电池的循环性能。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种软包锂离子电池化成方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在-20～25℃的温度下，对注液完成的软包锂离子电池施加0.5～3MPa的压力，搁置10～60min，然后以0.02～0.2C的恒定电流充电至电压为2.0～3.5V；

S2，在45～100℃的温度下，对步骤S1得到的软包锂离子电池施加0.01～0.2MPa的压力，以0.5～2C的恒定电流充电至第一截止电压；

S3，在-20～25℃的温度下，对步骤S2得到的软包锂离子电池施加0.5～3MPa的压力，先以0.1～1C的恒定电流放电至2.0～3.0V，再以0.02～0.2C的恒定电流充电至3.0～3.5V；

S4，在45～100℃的温度下，对步骤S3得到的软包锂离子电池施加0.5～3MPa的压力，以0.5～2C的恒定电流充电至第二截止电压。

2.根据权利要求1所述的软包锂离子电池化成方法，其特征在于：在步骤S2中，软包锂离子电池进行恒流充电前先搁置10～60min。

3.根据权利要求1所述的软包锂离子电池化成方法，其特征在于：在步骤S3中，软包锂离子电池进行恒流放电前先搁置10～60min。

4.根据权利要求1所述的软包锂离子电池化成方法，其特征在于：在步骤S3中，软包锂离子电池恒定电流放电之后，先将软包锂离子电池搁置10～60min，再对软包锂离子电池进行恒定电流充电。

5.根据权利要求1所述的软包锂离子电池化成方法，其特征在于：在步骤S4中，软包锂离子电池进行恒流充电前先搁置5～60min。

6.根据权利要求1所述的软包锂离子电池化成方法，其特征在于：在步骤S1中，压力为1～2MPa。

7.根据权利要求1所述的软包锂离子电池化成方法，其特征在于：在步骤S2中，压力为0.05～0.1MPa。

8.根据权利要求1所述的软包锂离子电池化成方法，其特征在于：在步骤S3中，压力为1～2MPa。

9.根据权利要求1所述的软包锂离子电池化成方法，其特征在于：在步骤S4中，压力为1～2MPa。

10.根据权利要求1所述的软包锂离子电池化成方法，其特征在于：所述第一截止电压大于或等于所述第二截止电压。