CN111276756B - 一种高低温锂离子电池的化成方法 - Google Patents

一种高低温锂离子电池的化成方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高低温锂离子电池的化成方法，所述锂离子电池的电解液中包含添加剂，所述添加剂包括甲基二磺酸亚甲酯(MMDS)，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)和苯砜(PS)三种添加剂的组合，其中甲基二磺酸亚甲酯(MMDS)的含量为2.2‑2.4体积％，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)的含量为1.8‑2.0体积％；苯砜(PS)的含量为0.8‑1体积％；所述化成方法包括低温化成步骤和高温化成步骤，经过本发明的化成方法得到的电池，具有良好的高温循环性能以及低温循环性能。

Description

一种高低温锂离子电池的化成方法
技术领域
本发明涉及一种高低温锂离子电池的化成方法。
背景技术
面对目前复杂的电池使用环境，电池经常在高温和低温状态下交替使用，而目前的添加剂大多分为高温添加剂和低温添加剂两种，适合高温使用的锂离子电池往往低温性能较差，反之亦然，因此，需要研究一种新的电池，能够同时在高温和低温环境下具有良好的表现性能。
发明内容
本发明提供了一种高低温锂离子电池的化成方法，所述锂离子电池的电解液中包含添加剂，所述添加剂包括甲基二磺酸亚甲酯(MMDS)，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)和苯砜(PS)三种添加剂的组合，其中甲基二磺酸亚甲酯(MMDS)的含量为2.2-2.4体积％，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)的含量为1.8-2.0体积％；苯砜(PS)的含量为0.8-1体积％；所述化成方法包括低温化成步骤和高温化成步骤，经过本发明的化成方法得到的电池，具有良好的高温循环性能以及低温循环性能。具体的方案如下：
一种高低温锂离子电池的化成方法，所述锂离子电池的电解液中包含添加剂，所述添加剂包括甲基二磺酸亚甲酯(MMDS)，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)和苯砜(PS)三种添加剂的组合，其中甲基二磺酸亚甲酯(MMDS)的含量为2.2-2.4体积％，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)的含量为1.8-2.0体积％；苯砜(PS)的含量为0.8-1体积％；所述化成方法包括：
1)将组装好的电芯放入电池壳体中，然后注入电解液，静置；
2)小电流恒流充电至充电截止电压；
3)降低电池温度至第一预定温度，所述第一预定温度为-5～5℃；
4)在充电截止电压和第一预定电压之间进行小电流恒流充放电循环；
5)放电至第二预定电压；
6)调整电池温度至第二预定温度，所述第二预定温度为40-50℃；
7)在第二预定电压和放电截止电压之间进行小电流恒流充放电循环；
8)调整电池至室温，在充电截止电压和放电截止电压之间恒流充放电循环若干次；
9)抽真空，封口。
进一步的，其中第一预定电压为4.10-4.15V；第二预定电压为2.85-2.95V。
进一步的，所述充电截止电压为4.30V；所述放电截止电压为2.70V。
进一步的，步骤2，4，7中的所述小电流为0.01-0.02C。
进一步的，所述电解液中的有机溶剂由DMC，EC和PC组成。
进一步的，甲基二磺酸亚甲酯(MMDS)的含量为2.3体积％，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)的含量为1.9体积％；苯砜(PS)的含量为0.9体积％。
进一步的，所述电池的正极为钴酸锂，负极为天然石墨。
本发明具有如下有益效果：
1)、本发明的发明人发现，将添加剂甲基二磺酸亚甲酯(MMDS)，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)和苯砜(PS)以特定的含量组合，能够同时提高电池的高温性能和低温性能。
2)、电解液溶剂中含有DMC，能够使电解液具有较好的导电性能，提高低温性能，而PC溶剂与添加剂具有较好的共溶性，提高添加剂在电解液中的相容性。
3)、发明人发现，在该电解液体系下，使用在高压下的低温小电流循环，以及在低压下的高温小电流循环，能够进一步的有助于该电解液体系在电池中形成稳定的SEI膜。
具体实施方式
本发明下面将通过具体的实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。
提供的正极的活性材料为LiCoO2；电解液包括1M的六氟磷酸锂，体积比1:2:1的DMC+EC+PC；负极的活性材料为天然石墨负极。
实施例1
1)将组装好的电芯放入电池壳体中，然后注入电解液，其中甲基二磺酸亚甲酯(MMDS)的含量为2.2体积％，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)的含量为1.8体积％；苯砜(PS)的含量为0.8体积％，静置2h；
2)0.01C恒流充电至4.30V；
3)降低电池温度至-5℃；
4)在4.30V和4.10V之间以0.01C恒流充放电循环5次；
5)0.02C放电至2.85V；
6)调整电池温度至40℃；
7)在2.85V和2.70V之间以0.01C恒流充放电循环5次；
8)调整电池至25℃，在4.30V和2.70V之间0.2C恒流充放电循环3次；
9)抽真空，封口。
实施例2
1)将组装好的电芯放入电池壳体中，然后注入电解液，其中甲基二磺酸亚甲酯(MMDS)的含量为2.4体积％，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)的含量为2.0体积％；苯砜(PS)的含量为1体积％，静置2h；
2)0.02C恒流充电至4.30V；
3)降低电池温度至5℃；
4)在4.30V和4.15V之间以0.02C恒流充放电循环5次；
5)0.02C放电至2.95V；
6)调整电池温度至50℃；
7)在2.95V和2.70V之间以0.02C恒流充放电循环5次；
8)调整电池至25℃，在4.30V和2.70V之间0.2C恒流充放电循环3次；
9)抽真空，封口。
实施例3
1)将组装好的电芯放入电池壳体中，然后注入电解液，其中甲基二磺酸亚甲酯(MMDS)的含量为2.3体积％，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)的含量为1.9体积％；苯砜(PS)的含量为0.9体积％，静置2h；
2)0.01C恒流充电至4.30V；
3)降低电池温度至0℃；
4)在4.30V和4.10V之间以0.01C恒流充放电循环5次；
5)0.02C放电至2.9V；
6)调整电池温度至45℃；
7)在2.9V和2.70V之间以0.02C恒流充放电循环5次；
8)调整电池至25℃，在4.30V和2.70V之间0.2C恒流充放电循环3次；
9)抽真空，封口。
对比例1
1)将组装好的电芯放入电池壳体中，然后注入电解液，其中甲基二磺酸亚甲酯(MMDS)的含量为2.3体积％，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)的含量为1.9体积％；苯砜(PS)的含量为0.9体积％，静置2h；
2)在4.30V和2.70V之间0.2C恒流充放电循环3次；
3)抽真空，封口。
对比例2
所述电解液中仅含有甲基二磺酸亚甲酯(MMDS)作为添加剂，含量为2.3体积％，其他工艺参数与实施例3相同。
对比例3
所述电解液中仅含有碳酸乙烯亚乙酯(VEC)作为添加剂，含量为1.9体积％，其他工艺与实施例3相同。
对比例4
所述电解液中苯砜(PS)作为添加剂，含量为0.9体积％，其他工艺与实施例3相同。
对比例5
所述电解液中仅含有甲基二磺酸亚甲酯(MMDS)和碳酸乙烯亚乙酯(VEC)作为添加剂，含量与实施例3相同，其他工艺参数与实施例3相同。
对比例6
所述电解液中仅含有苯砜(PS)和碳酸乙烯亚乙酯(VEC)作为添加剂，含量与实施例3相同，其他工艺参数与实施例3相同。
对比例7
所述电解液中仅含有甲基二磺酸亚甲酯(MMDS)和苯砜(PS)作为添加剂，含量与实施例3相同，其他工艺参数与实施例3相同。
实验与数据
按照实施例1-3和对比例1-7的化成方法分别得到的电池，分别在零下5℃和45℃下充放电循环100次，测试容量保持率，结果见下表。本发明的电池在低温和高温环境下均有较高的循环寿命，由对比例2-7可见，两种添加剂混合后的效果并未得到明显改善，甚至低于单一添加剂的效果，而三种添加剂共同添加后，高低温循环寿命得到明显改善，并且化成方式对于提高寿命性能也具有显著影响。
表1
低温(％) 高温(％)
实施例1 88.5 95.6
实施例2 89.1 96.3
实施例3 89.6 97.2
对比例1 86.1 93.9
对比例2 77.1 92.6
对比例3 83.2 84.3
对比例4 81.9 82.5
对比例5 79.8 90.1
对比例6 82.9 83.1
对比例7 80.2 89.4
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但是应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种高低温锂离子电池的化成方法，所述锂离子电池的电解液中包含添加剂，所述添加剂包括甲基二磺酸亚甲酯(MMDS)，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)和苯砜(PS)三种添加剂的组合，其中甲基二磺酸亚甲酯(MMDS)的含量为2.2-2.4体积％，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)的含量为1.8-2.0体积％；苯砜(PS)的含量为0.8-1体积％；所述化成方法包括：
1)将组装好的电芯放入电池壳体中，然后注入电解液，静置；
2)小电流恒流充电至充电截止电压，所述小电流为0.01-0.02C；
3)降低电池温度至第一预定温度，所述第一预定温度为-5～5℃；
4)在充电截止电压和第一预定电压之间进行小电流恒流充放电循环，所述小电流为0.01-0.02C；
5)放电至第二预定电压，其中第一预定电压为4.10-4.15V；第二预定电压为2.85-2.95V；
6)调整电池温度至第二预定温度，所述第二预定温度为40-50℃；
7)在第二预定电压和放电截止电压之间进行小电流恒流充放电循环，所述小电流为0.01-0.02C；
8)调整电池至室温，在充电截止电压和放电截止电压之间恒流充放电循环若干次，所述充电截止电压为4.30V；所述放电截止电压为2.70V；
9)抽真空，封口。
2.如上述权利要求1所述的方法，所述电解液中的有机溶剂由DMC，EC和PC组成。
3.如上述权利要求1所述的方法，甲基二磺酸亚甲酯(MMDS)的含量为2.3体积％，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)的含量为1.9体积％；苯砜(PS)的含量为0.9体积％。
4.如上述权利要求1所述的方法，所述电池的正极为钴酸锂，负极为天然石墨。
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