CN110556588B - 一种锂离子电池的活化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池的新型活化工艺，所述该工艺具体包括以下步骤：1）化成充电：采用限压、限流、限时化成充电，环境温度为23±2℃、湿度≤10％；2）封口：在温度23±2℃，露点‑40度以下的环境中对电池进行真空封口操作；3）预充电：采用限压、限流、限容充电，环境温度为23±2℃；4）电池高温老化：转入高温搁置室进行老化48h,高温搁置室温度为45±2℃；5)化成放电：采用限压、限流、限时化成放电，环境温度为23±2℃；6）压降测试：化成放电结束24h后测量并记录每只单体电池的开路电压，测试完成后，电池放到指定位置进行常温搁置，本发明缩短了工序整体时间及优化了流程，节省了电池上下柜的人工成本以及分容时的能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池活化工艺，具体的说，涉及一种适用于磷酸铁锂离子电池，可以有效缩短锂电池的活化时间，减少电池制作过程中的能耗的一种锂离子电池的活化工艺，属于新能源电池技术领域。
背景技术
目前，石油资源日渐短缺、环境污染日益严重，开发新的能源来替代传统的石化能源迫在眉睫，在此背景下，加速对环境无污染的锂离子电池的开发显得尤为重要。
锂离子电池产业在国家的大力支持下，近几年得到迅猛发展，电池制作步骤虽略有不同，但大体一致：搅拌-涂布-辊压-制片-成芯-焊接-干燥-注液-搁置-化成充电-封口-化成放电-电池老化-OCV测试-分容-挑选-出货。化成充电-封口-化成放电-电池老化-OCV测试-分容可以称为电池的活化阶段。
电池化成的目的是为了让正负极材料进行最初几次的充放电来激活材料，使材料处于最佳的使用状态。
老化的目的主要有：一是电解液的浸润更加良好；二是促使一些副反应的加快进行，例如产气、电解液分解等，让锂电池的电化学性能快速达到稳定；三是老化后的电芯电压、内阻更稳定，便于筛选一致性高的电池。
电池在老化后会进行容量、压降、内阻、厚度挑选，在以往工艺中，电池的老化在化成充放电之后、分容之前，该工艺存在几个缺陷：一是化成放电容量不准确，影响性能判断；二是因为化成之后电池的电压不稳定而造成OCV测量误差；三是整个活化时间较长。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是提供一种适用于磷酸铁锂离子电池，可以有效缩短锂电池的活化时间，减少电池制作过程中能耗的一种锂离子电池的活化工艺。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种锂离子电池的活化工艺，所述该工艺具体包括以下步骤：
1）化成充电：采用限压、限流、限时化成充电，环境要求：温度23±2℃、湿度≤10％；
2）封口：在温度23±2℃，露点-40度以下的环境中对电池进行真空封口操作；
3）预充电：采用限压、限流、限容充电，环境温度保持在23±2℃；
4）电池高温老化：转入高温搁置室进行老化，老化时间为48h,高温搁置室温度为45±2℃；
5)化成放电：采用限压、限流、限时化成放电，温度保持在23±2℃；
6）压降测试：化成放电结束24h后测量并记录每只单体电池的开路电压（OCV1），OCV1测试完成后，电池放到指定位置进行常温搁置。
以下是本发明对上述技术方案的进一步优化：
所述步骤1）中采用的限压、限流、限时化成充电分三个阶段完成：
第一阶段：电池上柜搁置1min，开始用0.02C恒流充电，限压3.2V，时间120min；
第二阶段：用0.05C恒流充电，限压3.2V，时间60min；
第三阶段：继续用0.1C恒流充电，限压3.65V，时间80min；搁置10min。
进一步优化：所述化成充电完成后进行检测电芯电压，若检测电压值≤3200mV为不合格电芯，需要重新上柜化成充电，若电压＞3200mV为合格电芯。
进一步优化：所述步骤2）中将化成充电完成后的电池注液孔处玛拉胶带撕掉，然后进行抽真空，抽真空时间为：使真空度＜-0.09Mpa；抽真空完成后，真空箱内注入氮气（氮气露点-40度以下），将电池取出，放入工装内，根据厚度要求挤压封口。
进一步优化：所述步骤2）中的封口操作需要在化成充电结束后的1～1.5h内完成。
进一步优化：所述步骤3）中进行预充电时首先将电池上柜搁置2min；开始用0.1C恒流充电，限压3.7V，限容1/2电池标称容量；预充电完成后电池搁置1min。
进一步优化：所述步骤3）中预充电流程结束后，检查充电容量是否为1/2标称容量截止，符合要求为合格，转入高温老化工序，不合格电池集中放置。
进一步优化：所述步骤5）中电池采用的限压、限流、限时化成放电分二个阶段完成：
第一阶段：用0.3C恒流充电至3.7V，在3.7V下以恒压充电，截止电流为0.02C；充电结束后静置20min；以0.3C放电至2.5V；静置10min；
第二阶段：以0.3C恒流充电，限压3.7V、限时20min。
进一步优化：所述步骤6）中进行常温搁置时搁置时间：96h，搁置温度：20℃；搁置结束后测量每只电池的开路电压、壳体电压。
进一步优化：所述步骤6）压降测试完毕后，依据标准通过容量、内阻、厚度、外观、壳体电压、压降速率对电池进行挑选分档。
本发明采用上述技术方案，优化了老化时间点，将电池老化工序前移，在保证了SEI膜成型、前期产气等化成重点控制点的前提下，将老化时间点前移到化成放电之前，45±2℃温度下老化48h可以让电池在化成放电前电解液完全浸润，电池内的一些副反应快速完成，电池的电化学性能快速达到稳定，电池的电压、内阻趋于稳定，化成放电时的放电容量准确，可以作为容量标定依据，从而可以省去分容工步，这样缩短了工序整体时间及优化了流程，节省了电池上下柜的人工成本以及分容时的能耗。
下面结合实施例对本发明进一步说明。
具体实施方式
实施例1：
一种锂离子电池的活化工艺，该工艺适用于磷酸铁锂离子电池，所述该工艺具体包括以下步骤：
1）化成充电：采用限压、限流、限时化成充电，环境要求：温度21℃、湿度6％。
所述步骤1）中采用的限压、限流、限时化成充电分三个阶段完成：
第一阶段：电池上柜搁置1min，开始用0.02C恒流充电，限压3.2V，时间120min；
第二阶段：用0.05C恒流充电，限压3.2V，时间60min；
第三阶段：继续用0.1C恒流充电，限压3.65V，时间80min；搁置10min。
所述化成充电完成后进行检测电芯电压，若检测电压值≤3200mV为不合格电芯，需要重新上柜化成“充电”，若电压＞3200mV为合格电芯。
2）封口：在温度21℃，露点-60度的环境中对电池进行真空封口操作。
所述步骤2）中将化成充电完成后的电池注液孔处玛拉胶带撕掉，然后进行45min的抽真空操作，使真空度＜-0.09Mpa；抽真空完成后，真空箱内注入氮气（氮气露点-40度以下），将电池取出，放入工装内，根据厚度要求挤压封口。
所述步骤2）中的封口操作需要在化成充电结束后的1h内完成。
3）预充电：采用限压、限流、限容充电，环境温度保持在21℃；进行预充电时首先将电池上柜搁置2min；开始用0.1C恒流充电，限压3.7V，限容1/2电池标称容量；所述预充电完成后电池搁置1min；
所述步骤3）中预充电流程结束后，检查充电容量是否为1/2标称容量截止，符合要求为合格，转入高温老化工序，不合格电池集中放置。
4）电池高温老化：转入高温搁置室进行老化，老化时间为48h,高温搁置室温度为43℃。
5)化成放电：采用限压、限流、限时化成放电，温度保持在21℃。
所述步骤5）中电池采用的限压、限流、限时化成放电分二个阶段完成：
第一阶段：用0.3C恒流充电至3.7V，在3.7V下以恒压充电，截止电流为0.02C；充电结束后静置20min；以0.3C放电至2.5V；静置10min；
第二阶段：以0.3C恒流充电，限压3.7V、限时20min。
所述步骤5）中化成放电完成后电池依据化成放电容量进行容量标定。
6）压降测试：化成放电结束24h后测量并记录每只单体电池的开路电压（OCV1），OCV1测试完成后，电池放到指定位置进行常温搁置，搁置时间：96h，搁置温度：20℃。搁置结束后测量每只电池的开路电压（OCV2）、壳体电压（正极柱与壳体之间电压）。
7）分档：依据标准通过容量、内阻、厚度、外观、壳体电压、压降速率对电池进行挑选分档。
实施例2：
一种锂离子电池的活化工艺，该工艺适用于磷酸铁锂离子电池，所述该工艺具体包括以下步骤：
1）化成充电：采用限压、限流、限时化成充电，环境要求：温度23℃、湿度8％；化成充电时：首先电池上柜搁置1min；开始用0.02C恒流充电，限压3.2V，时间120min；然后用0.05C恒流充电，限压3.2V，时间60min；继续用0.1C恒流充电，限压3.65V，时间80min；搁置10min。
所述化成充电完成后进行检测电芯电压，若电压≤3200mV，为不合格电芯重新上柜化成“充电”，若电压>3200mv，为合格。
2)封口：将化成充电结束后合格的电池在1.3h内完成电池的封孔，且环境要求保持在温度23℃，露点-50度，然后将化成充电完成后的电池注液孔处玛拉胶带撕掉，然后进行45min的抽真空操作，使真空度＜-0.09Mpa；抽真空完成后，真空箱内注入氮气（氮气露点-40度以下），将电池取出，放入工装内，根据厚度要求挤压封口。
3）预充电：采用限压、限流、限容充电，环境温度保持在23℃；进行预充电时首先将电池上柜搁置2min；然后开始用0.1C恒流充电，限压3.7V，限容1/2电池标称容量；搁置1min；
所述预充电流程结束后，检查充电容量是否为1/2标称容量截止，符合要求为合格，转入高温老化工序，不合格电池集中放置。
4）电池高温老化：转入高温搁置室进行老化，老化时间为48h,高温搁置室温度为45℃。
5)化成放电：环境温度保持在23℃，采用限压、限流、限时化成放电，首先用0.3C恒流充电至3.7V，在3.7V下以恒压充电，截止电流为0.02C；充电结束后静置20min；以0.3C放电至2.5V；静置10min；然后以0.3C恒流充电，限压3.7V、限时20min；所述化成放电完成后电池依据化成放电容量进行容量标定。
6）压降测试：化成放电结束24h后测量并记录每只单体电池的开路电压（OCV1），OCV1测试完成后，电池放到指定位置进行常温搁置，搁置时间：96h，搁置温度：27.5℃；搁置结束后测量每只电池的开路电压（OCV2）、壳体电压（正极柱与壳体之间电压）。
7）分档：依据标准通过容量、内阻、厚度、外观、壳体电压、压降速率对电池进行挑选分档。
实施例3：
一种锂离子电池的活化工艺，该工艺适用于磷酸铁锂离子电池，所述该工艺具体包括以下步骤：
1）化成充电：采用限压、限流、限时化成充电，环境要求：温度25℃、湿度10％；化成充电时：首先电池上柜搁置1min；开始用0.02C恒流充电，限压3.2V，时间120min；然后用0.05C恒流充电，限压3.2V，时间60min；继续用0.1C恒流充电，限压3.65V，时间80min；搁置10min。
所述化成充电完成后进行检测电芯电压，若电压≤3200mV，为不合格电芯重新上柜化成“充电”，若电压>3200mv，为合格。
2）封口：将化成充电结束后合格的电池在1.5h内完成电池的封孔，且环境要求保持在温度25℃，露点-40度，然后将化成充电完成后的电池注液孔处玛拉胶带撕掉，然后进行45min的抽真空操作，使真空度＜-0.09Mpa；抽真空完成后，真空箱内注入氮气（氮气露点-40度以下），将电池取出，放入工装内，根据厚度要求挤压封口。
3）预充电：采用限压、限流、限容充电，环境温度保持在25℃；进行预充电时首先将电池上柜搁置2min；然后开始用0.1C恒流充电，限压3.7V，限容1/2电池标称容量；搁置1min；
所述预充电流程结束后，检查充电容量是否为1/2标称容量截止，符合要求为合格，转入高温老化工序，不合格电池集中放置。
4）电池高温老化：转入高温搁置室进行老化，老化时间为48h,高温搁置室温度为47℃。
5)化成放电：环境温度保持在25℃，采用限压、限流、限时化成放电，首先用0.3C恒流充电至3.7V，在3.7V下以恒压充电，截止电流为0.02C；充电结束后静置20min；以0.3C放电至2.5V；静置10min；然后以0.3C恒流充电，限压3.7V、限时20min；所述化成放电完成后电池依据化成放电容量进行容量标定。
6）压降测试：化成放电结束24h后测量并记录每只单体电池的开路电压（OCV1），OCV1测试完成后，电池放到指定位置进行常温搁置，搁置时间：96h，搁置温度：35℃；搁置结束后测量每只电池的开路电压（OCV2）、壳体电压（正极柱与壳体之间电压）。
7）分档：依据标准通过容量、内阻、厚度、外观、壳体电压、压降速率对电池进行挑选分档。
由上述实施例1～3可知，采用上述锂离子电池的活化工艺，优化了老化时间点，将电池老化工序前移，在保证了SEI膜成型、前期产气等化成重点控制点的前提下，将老化时间点前移到化成放电之前，45±2℃温度下老化48h可以让电池在化成放电前电解液完全浸润，电池内的一些副反应快速完成，电池的电化学性能快速达到稳定，电池的电压、内阻趋于稳定。化成放电时的放电容量准确，可以作为容量标定依据，从而可以省去分容工步。这样缩短了工序整体时间及优化了流程，节省了电池上下柜的人工成本以及分容时的能耗。
且充分考虑到化成时的SEI膜成型、电池内部产气、老化时电解液的浸润及副反应的发生，缩短了整体老化时间及优化老化工步。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种锂离子电池的活化工艺，其特征在于，该工艺具体包括以下步骤：
1）化成充电：采用限压、限流、限时化成充电，环境要求：温度23±2℃、湿度≤10％；
所述步骤1）中采用的限压、限流、限时化成充电分三个阶段完成：
第一阶段：电池上柜搁置1min，开始用0.02C恒流充电，限压3.2V，时间120min；
第二阶段：用0.05C恒流充电，限压3.2V，时间60min；
第三阶段：继续用0.1C恒流充电，限压3.65V，时间80min；搁置10min；
2）封口：在温度23±2℃，露点-40度以下的环境中对电池进行真空封口操作；
所述步骤2）中将化成充电完成后的电池注液孔处玛拉胶带撕掉，然后进行抽真空，抽真空时间为：使真空度＜-0.09Mpa；抽真空完成后，真空箱内注入氮气，氮气露点为-40度，将电池取出，放入工装内，根据厚度要求挤压封口；
3）预充电：采用限压、限流、限容充电，环境温度保持在23±2℃；
所述步骤3）中进行预充电时首先将电池上柜搁置2min；开始用0.1C恒流充电，限压3.7V，限容1/2电池标称容量；预充电完成后电池搁置1min；
4）电池高温老化：转入高温搁置室进行老化，老化时间为48h,高温搁置室温度为45±2℃；
5)化成放电：采用限压、限流、限时化成放电，温度保持在23±2℃；
所述步骤5）中电池采用的限压、限流、限时化成放电分二个阶段完成：
第一阶段：用0.3C恒流充电至3.7V，在3.7V下以恒压充电，截止电流为0.02C；充电结束后静置20min；以0.3C放电至2.5V；静置10min；
第二阶段：以0.3C恒流充电，限压3.7V、限时20min；
6）压降测试：化成放电结束24h后测量并记录每只单体电池的开路电压（OCV1），OCV1测试完成后，电池放到指定位置进行常温搁置。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的活化工艺，其特征在于：所述化成充电完成后进行检测电芯电压，若检测电压值≤3200mV为不合格电芯，需要重新上柜化成充电，若电压＞3200mV为合格电芯。
3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池的活化工艺，其特征在于：所述步骤2）中的封口操作需要在化成充电结束后的1～1.5h内完成。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池的活化工艺，其特征在于：所述步骤3）中预充电流程结束后，检查充电容量是否为1/2标称容量截止，符合要求为合格，转入高温老化工序，不合格电池集中放置。
5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池的活化工艺，其特征在于：所述步骤6）中进行常温搁置时搁置时间：96h，搁置温度：20℃；搁置结束后测量每只电池的开路电压、壳体电压。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池的活化工艺，其特征在于：所述步骤6）压降测试完毕后，依据标准通过容量、内阻、厚度、外观、壳体电压、压降速率对电池进行挑选分档。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20201021 Address after: 261000 No.2 workshop, No.9, hatching 1st lane, Yuqing community, Xincheng street, high tech Zone, Weifang City, Shandong Province Patentee after: Shandong Juneng lithium battery technology Co., Ltd Patentee after: Weifang Energy-accumulating Battery Co.,Ltd. Address before: 261000 Bohai Road, Yangzi Street, Binhai District, Weifang City, Shandong Province, and the intersection of Dongerjie, Xiangjiang Patentee before: Weifang Energy-accumulating Battery Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: An activation process of lithium ion battery Effective date of registration: 20210525 Granted publication date: 20200710 Pledgee: Weifang Bank Co.,Ltd. Xincheng sub branch Pledgor: Weifang Energy-accumulating Battery Co.,Ltd. Registration number: Y2021980003994 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |