CN111180800A - 一种锂离子电池的化成工艺及锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池的化成工艺，包括以下步骤：S1、将含有烷基磺酸酯的电解液通过注液口注入，然后注入正极活性物质和负极活性物质；S2、对锂离子电池进行挤压；S3、将锂离子电池放入密封的化成箱中，并将化成箱内压力置于负压环境中，随后将锂离子电池与化成电路连接对电池进行化成；S4、在0.05‑0.1C充电电流范围内，以阶梯分段充电方式对锂离子电池进行充电，完成对锂离子电池的化成处理；S5、锂离子电池化成完成后，将化成箱置于保护性气体氛围中，打开化成箱，用掺铂铝塑复合膜对锂离子电池外壳进行封装。本发明提供的一种新的锂离子电池化成工艺，提高化成效果，缩短化成时间，提升了电池倍率性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种属于锂电池的技术领域，尤其是一种锂离子电池的化成工艺及锂离子电池。
背景技术
离子电池由于具有高比能量和高比功率特征，无论是对需求高比功率电池的混合电动车，还是要求能量功率兼顾型电池的插电式混合电动车，或者要求高比能量电池的纯电动汽车，均是目前最理想的选择。动力锂离子电池因此而成为现今新能源汽车计划实施中的关键技术和核心产业，越来越多的汽车厂家选择采用锂离子电池作为电动汽车的动力电池。
化成是新生产的电池初次充电激活的过程，是电池生产中必不可少的工艺，它是保证电池寿命的重要环节，化成时在负极表面形成一层钝化层，即固体电解质面膜(SEI膜)，SEI膜的好坏直接影响到电池的循环寿命、稳定性、自放电性、安全性等电化学性能。锂离子电池在化成过程中会产生气体，对于气体产生的机理，一般认为，化成时负极表面形成一层钝化层，即固体电质界面膜(SEI膜)。
目前实际工艺为：电池注液后，室温静置24h，45℃静置24h，然后常温化成，化成后45℃静置24h，再二次补液，最后分容，目前化成工序生产周期长，设备使用率低，锂电池生产效率低，化成过程产气，电池鼓胀，反应界面较差，影响电池性能。
因此，针对以上现状，迫切需要开发一种锂离子电池的化成工艺，以克服当前实际应用中的不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池的化成工艺及锂离子电池，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种锂离子电池的化成工艺，包括以下步骤：
S1、在锂离子电池外壳上留设注液口，在二氧化碳气氛下将含有烷基磺酸酯的电解液通过注液口注入，然后注入正极活性物质和负极活性物质，随后将注液口密封；
S2、对锂离子电池进行挤压以提高锂电池内部极片、隔膜和电解液之间的接触面积，使正极活性物质、负极活性物质与电解液进行充分混合；
S3、将锂离子电池放入密封的化成箱中，并将化成箱内压力置于负压环境中，随后将锂离子电池与化成电路连接对电池进行化成；
S4、在0.05-0.1C充电电流范围内，以阶梯分段充电方式对锂离子电池进行充电，完成对锂离子电池的化成处理；
S5、锂离子电池化成完成后，将化成箱置于保护性气体氛围中，打开化成箱，用掺铂铝塑复合膜对锂离子电池外壳进行封装。
作为本发明进一步的方案：步骤S1中，所述正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍锰钴酸锂中的一种或多种。
作为本发明进一步的方案：步骤S1中，所述负极活性物质为钛酸锂。
作为本发明进一步的方案：步骤S2中，挤压工序为采用圆柱形的挤压辊沿平行于锂离子电池表面的方向进行滚动挤压。
作为本发明进一步的方案：步骤S3中，负压环境的压强为-20KPa至-105KPa。
作为本发明进一步的方案：步骤S4中，阶梯分段充电方式包括以下步骤：
S41、先在0.05-0.06C的充电电流下充电1.5-2.5h，完成锂离子电池充电量的1-10％；
S42、然后在0.06-0.08C下充电2-3.5h，完成锂离子电池充电量的10-25％；
S43、最后在0.08-0.1C下充电6-12h，完成锂离子电池充电量的25-45％。
作为本发明进一步的方案：步骤S4中，阶梯分段充电方式包括以下步骤：
S41、先在0.05C的充电电流下充电2h，完成锂离子电池充电量的5％；
S42、然后在0.07C下充电3h，完成锂离子电池充电量的20％；
S43、最后在0.1C下充电8h，完成锂离子电池充电量的40％。
作为本发明进一步的方案：步骤S5中，所述保护性气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气中的一种或多种。
作为本发明进一步的方案：步骤S1和步骤S42结束后均采用超声振动，步骤S1的超声波振动频率高于步骤S42的超声波振动频率。
一种锂离子电池，采用所述的锂离子电池的化成工艺制成。
一种锂离子电池电解液，包括以下按重量份组成的原料：碳酸甲乙酯3-12份、碳酸丙烯酯2-8份、碳酸乙烯酯1-5份、二甲基碳酸酯2-4份、乙基丙基碳酸酯4-7份、烷基磺酸酯0.5份-1份、四氟硼酸锂5-12份、三正丁胺1-3份、三乙胺2-4份和亚磷酸三甲酯3-5份。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种新的锂离子电池化成工艺，可提高化成效果，缩短化成时间，大大降低了电池的生产周期，提升了设备使用率，提高了锂电池生产效率，并且化成后电池无黑斑、黑点，界面反应良好，电池界面明显改善，提升了电池倍率性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种锂离子电池的化成工艺，包括以下步骤：
S1、在锂离子电池外壳上留设注液口，在二氧化碳气氛下将含有烷基磺酸酯的电解液通过注液口注入，然后注入正极活性物质和负极活性物质，随后将注液口密封；
S2、对锂离子电池进行挤压以提高锂电池内部极片、隔膜和电解液之间的接触面积，使正极活性物质、负极活性物质与电解液进行充分混合；
S3、将锂离子电池放入密封的化成箱中，并将化成箱内压力置于负压环境中，随后将锂离子电池与化成电路连接对电池进行化成；
S4、在0.05-0.1C充电电流范围内，以阶梯分段充电方式对锂离子电池进行充电，完成对锂离子电池的化成处理；
S5、锂离子电池化成完成后，将化成箱置于保护性气体氛围中，打开化成箱，用掺铂铝塑复合膜对锂离子电池外壳进行封装。
具体的，本实施例步骤S1中，所述正极活性物质为钴酸锂。
具体的，本实施例步骤S1中，所述负极活性物质为钛酸锂。
具体的，本实施例步骤S2中，挤压工序为采用圆柱形的挤压辊沿平行于锂离子电池表面的方向进行滚动挤压。
具体的，本实施例步骤S3中，负压环境的压强为-20KPa。
具体的，本实施例步骤S4中，阶梯分段充电方式包括以下步骤：
S41、先在0.05C的充电电流下充电1.5h，完成锂离子电池充电量的1％；
S42、然后在0.06C下充电2h，完成锂离子电池充电量的10％；
S43、最后在0.08C下充电6h，完成锂离子电池充电量的25％。
具体的，本实施例步骤S5中，所述保护性气体为氮气。
实施例2
一种锂离子电池的化成工艺，包括以下步骤：
S1、在锂离子电池外壳上留设注液口，在二氧化碳气氛下将含有烷基磺酸酯的电解液通过注液口注入，然后注入正极活性物质和负极活性物质，随后将注液口密封；
S2、对锂离子电池进行挤压以提高锂电池内部极片、隔膜和电解液之间的接触面积，使正极活性物质、负极活性物质与电解液进行充分混合；
S3、将锂离子电池放入密封的化成箱中，并将化成箱内压力置于负压环境中，随后将锂离子电池与化成电路连接对电池进行化成；
S4、在0.05-0.1C充电电流范围内，以阶梯分段充电方式对锂离子电池进行充电，完成对锂离子电池的化成处理；
S5、锂离子电池化成完成后，将化成箱置于保护性气体氛围中，打开化成箱，用掺铂铝塑复合膜对锂离子电池外壳进行封装。
具体的，本实施例步骤S1中，所述正极活性物质为锰酸锂。
具体的，本实施例步骤S1中，所述负极活性物质为钛酸锂。
具体的，本实施例步骤S2中，挤压工序为采用圆柱形的挤压辊沿平行于锂离子电池表面的方向进行滚动挤压。
具体的，本实施例步骤S3中，负压环境的压强为-105KPa。
具体的，本实施例步骤S4中，阶梯分段充电方式包括以下步骤：
S41、先在0.06C的充电电流下充电2.5h，完成锂离子电池充电量的10％；
S42、然后在0.08C下充电3.5h，完成锂离子电池充电量的25％；
S43、最后在0.1C下充电12h，完成锂离子电池充电量的45％。
具体的，本实施例步骤S5中，所述保护性气体为氦气。
实施例3
一种锂离子电池的化成工艺，包括以下步骤：
S1、在锂离子电池外壳上留设注液口，在二氧化碳气氛下将含有烷基磺酸酯的电解液通过注液口注入，然后注入正极活性物质和负极活性物质，随后将注液口密封；
S2、对锂离子电池进行挤压以提高锂电池内部极片、隔膜和电解液之间的接触面积，使正极活性物质、负极活性物质与电解液进行充分混合；
S3、将锂离子电池放入密封的化成箱中，并将化成箱内压力置于负压环境中，随后将锂离子电池与化成电路连接对电池进行化成；
S4、在0.05-0.1C充电电流范围内，以阶梯分段充电方式对锂离子电池进行充电，完成对锂离子电池的化成处理；
S5、锂离子电池化成完成后，将化成箱置于保护性气体氛围中，打开化成箱，用掺铂铝塑复合膜对锂离子电池外壳进行封装。
具体的，本实施例步骤S1中，所述正极活性物质为镍锰钴酸锂。
具体的，本实施例步骤S1中，所述负极活性物质为钛酸锂。
具体的，本实施例步骤S2中，挤压工序为采用圆柱形的挤压辊沿平行于锂离子电池表面的方向进行滚动挤压。
具体的，本实施例步骤S3中，负压环境的压强为-80KPa。
具体的，本实施例步骤S4中，阶梯分段充电方式包括以下步骤：
S41、先在0.05的充电电流下充电2.5h，完成锂离子电池充电量的1％；
S42、然后在0.06C下充电3.5h，完成锂离子电池充电量的10％；
S43、最后在0.08C下充电12h，完成锂离子电池充电量的25％。
具体的，本实施例步骤S5中，所述保护性气体为氖气。
实施例4
一种锂离子电池的化成工艺，包括以下步骤：
S1、在锂离子电池外壳上留设注液口，在二氧化碳气氛下将含有烷基磺酸酯的电解液通过注液口注入，然后注入正极活性物质和负极活性物质，随后将注液口密封，使用频率为80KHz的超声波发生器进行超声波振荡；
S2、对锂离子电池进行挤压以提高锂电池内部极片、隔膜和电解液之间的接触面积，使正极活性物质、负极活性物质与电解液进行充分混合；
S3、将锂离子电池放入密封的化成箱中，并将化成箱内压力置于负压环境中，随后将锂离子电池与化成电路连接对电池进行化成；
S4、在0.05-0.1C充电电流范围内，以阶梯分段充电方式对锂离子电池进行充电，完成对锂离子电池的化成处理；
S5、锂离子电池化成完成后，将化成箱置于保护性气体氛围中，打开化成箱，用掺铂铝塑复合膜对锂离子电池外壳进行封装。
具体的，本实施例步骤S1中，所述正极活性物质为钴酸锂。
具体的，本实施例步骤S1中，所述负极活性物质为钛酸锂。
具体的，本实施例步骤S2中，挤压工序为采用圆柱形的挤压辊沿平行于锂离子电池表面的方向进行滚动挤压。
具体的，本实施例步骤S3中，负压环境的压强为-100KPa。
具体的，本实施例步骤S4中，阶梯分段充电方式包括以下步骤：
S41、先在0.06C的充电电流下充电1.5h，完成锂离子电池充电量的10％；
S42、然后在0.08C下充电2h，完成锂离子电池充电量的25％；
S43、最后在0.1C下充电6h，完成锂离子电池充电量的45％。
具体的，本实施例步骤S4中，阶梯分段充电方式包括以下步骤：
S41、先在0.05C的充电电流下充电2h，完成锂离子电池充电量的5％；
S42、然后在0.07C下充电3h，完成锂离子电池充电量的20％，再次使用频率为40KHz的超声波发生器进行超声波振荡；
S43、最后在0.1C下充电8h，完成锂离子电池充电量的40％。
具体的，本实施例步骤S5中，所述保护性气体为氪气。
本实施例中采用了频率不同的两种超声波，利用超声波高频变换的空化作用，让电解液反复渗透到活性物质当中，加速成流反应，提高化成效率。
实施例5
一种锂离子电池的化成工艺，包括以下步骤：
S1、在锂离子电池外壳上留设注液口，在二氧化碳气氛下将含有烷基磺酸酯的电解液通过注液口注入，然后注入正极活性物质和负极活性物质，随后将注液口密封；
S2、对锂离子电池进行挤压以提高锂电池内部极片、隔膜和电解液之间的接触面积，使正极活性物质、负极活性物质与电解液进行充分混合；
S3、将锂离子电池放入密封的化成箱中，并将化成箱内压力置于负压环境中，随后将锂离子电池与化成电路连接对电池进行化成；
S4、在0.05-0.1C充电电流范围内，以阶梯分段充电方式对锂离子电池进行充电，完成对锂离子电池的化成处理；
S5、锂离子电池化成完成后，将化成箱置于保护性气体氛围中，打开化成箱，用掺铂铝塑复合膜对锂离子电池外壳进行封装。
具体的，本实施例步骤S1中，所述正极活性物质为镍锰钴酸锂。
具体的，本实施例步骤S1中，所述负极活性物质为钛酸锂。
具体的，本实施例步骤S2中，挤压工序为采用圆柱形的挤压辊沿平行于锂离子电池表面的方向进行滚动挤压。
具体的，本实施例步骤S3中，负压环境的压强为90KPa。
具体的，本实施例步骤S4中，阶梯分段充电方式包括以下步骤：
S41、先在0.05C的充电电流下充电2h，完成锂离子电池充电量的5％；
S42、然后在0.07C下充电3h，完成锂离子电池充电量的20％；
S43、最后在0.1C下充电8h，完成锂离子电池充电量的40％。
具体的，本实施例步骤S5中，所述保护性气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气和氡气。
S1中，锂离子电池电解液，包括以下按重量份组成的原料：碳酸甲乙酯12份、碳酸丙烯酯8份、碳酸乙烯酯5份、二甲基碳酸酯4份、1,3-丙烯磺酸内酯0.5份、碳酸亚乙烯酯0.5份、乙基丙基碳酸酯7份、四氟硼酸锂12份、三正丁胺3份、三乙胺4份和亚磷酸三甲酯5份。
实施例6
一种锂离子电池，采用实施例1-5任一所述的锂离子电池的化成工艺制成。
实施例7
一种锂离子电池电解液，包括以下按重量份组成的原料：碳酸甲乙酯3份、碳酸丙烯酯2份、碳酸乙烯酯1份、二甲基碳酸酯2份、乙基丙基碳酸酯4份、1,4-丁烷磺酸内酯0.5份、四氟硼酸锂5份、三正丁胺1份、三乙胺2份和亚磷酸三甲酯3份。
实施例7
一种锂离子电池电解液，包括以下按重量份组成的原料：碳酸甲乙酯12份、碳酸丙烯酯8份、碳酸乙烯酯5份、二甲基碳酸酯4份、1,3-丙烯磺酸内酯0.5份、碳酸亚乙烯酯0.5份、乙基丙基碳酸酯7份、四氟硼酸锂12份、三正丁胺3份、三乙胺4份和亚磷酸三甲酯5份。
实施例8
一种锂离子电池电解液，包括以下按重量份组成的原料：1,4-丁烷磺酸内酯0.5份、碳酸甲乙酯8份、碳酸丙烯酯6份、碳酸乙烯酯4份、二甲基碳酸酯3份、乙基丙基碳酸酯6份、四氟硼酸锂6份、三正丁胺2份、三乙胺3份和亚磷酸三甲酯4份。
本发明提供的一种新的锂离子电池化成工艺，采用特定的电解液和特定的化成方式，可缩短传统化成时间的四分之一左右，大大降低了电池的生产周期。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (9)
1.一种锂离子电池的化成工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在锂离子电池外壳上留设注液口，在二氧化碳气氛下将含有烷基磺酸酯的电解液通过注液口注入，然后注入正极活性物质和负极活性物质，随后将注液口密封；
S2、对锂离子电池进行挤压以提高锂电池内部极片、隔膜和电解液之间的接触面积，使正极活性物质、负极活性物质与电解液进行充分混合；
S3、将锂离子电池放入密封的化成箱中，并将化成箱内压力置于负压环境中，随后将锂离子电池与化成电路连接对电池进行化成；
S4、在0.05-0.1C充电电流范围内，以阶梯分段充电方式对锂离子电池进行充电，完成对锂离子电池的化成处理；
S5、锂离子电池化成完成后，将化成箱置于保护性气体氛围中，打开化成箱，用掺铂铝塑复合膜对锂离子电池外壳进行封装。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成工艺，其特征在于，步骤S1中，所述正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍锰钴酸锂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成工艺，其特征在于，步骤S1中，所述负极活性物质为钛酸锂。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成工艺，其特征在于，步骤S1中，所述电解液包括以下按重量份组成的原料：碳酸甲乙酯3-12份、碳酸丙烯酯2-8份、碳酸乙烯酯1-5份、二甲基碳酸酯2-4份、乙基丙基碳酸酯4-7份、烷基磺酸酯0.5份-1份、四氟硼酸锂5-12份、三正丁胺1-3份、三乙胺2-4份和亚磷酸三甲酯3-5份。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成工艺，其特征在于，步骤S2中，挤压工序为采用圆柱形的挤压辊沿平行于锂离子电池表面的方向进行滚动挤压。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成工艺，其特征在于，步骤S3中，负压环境的压强为-20KPa至-105KPa。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成工艺，其特征在于，步骤S4中，阶梯分段充电方式包括以下步骤：
S41、先在0.05-0.06C的充电电流下充电1.5-2.5h，完成锂离子电池充电量的1-10％；
S42、然后在0.06-0.08C下充电2-3.5h，完成锂离子电池充电量的10-25％；
S43、最后在0.08-0.1C下充电6-12h，完成锂离子电池充电量的25-45％。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池的化成工艺，其特征在于，步骤S5中，所述保护性气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气中的一种或多种。
9.一种锂离子电池，其特征在于，采用权利要求1-8中任一所述的锂离子电池的化成工艺制成。
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