CN111313115B - 一种锂离子电池化成方法及锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种锂离子电池化成方法，包括以下步骤：第一次注液：对锂离子电池进行注液，注液完成后封口；烘烤：将完成所述第一次注液步骤后的所述锂离子电池进行烘烤，通过高温热解反应使所述锂离子电池的正负极表面均形成LiF膜；第二次注液：所述烘烤步骤完成后，再次对所述锂离子电池进行注液，注液完成后抽气封口。本发明还公开了采用上述锂离子电池化成方法化成的锂离子电池。本发明提供的锂离子电池化成方法及锂离子电池，有效解决锂离子电池高温循环性能低和电池高温鼓胀的问题。

Description

一种锂离子电池化成方法及锂离子电池

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及锂离子电池化成方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池自上世纪90年代取得商业化应用以来，凭借其高能量密度、电压平台高、循环寿命长、自放电率低等优点获得了广泛的应用。目前锂离子电池在3C数码产品、储能设备和电动新能源汽车等领域，具有极大的市场需求。化成是锂离子电池制造工艺中极为重要的一道工序，化成时锂离子电池在首次充电过程中，负极表面会产生一层固态电解质膜(SEI膜)，SEI膜的性质会直接影响到电池的电化学性能和安全性。目前锂离子电池工业生产过程中大多开始使用电化学化成，即在首次充电过程中利用电化学反应促使电解液在负极表面还原分解形成烷基碳酸锂和无机锂盐氟化锂、碳酸锂、氧化锂等混合物，负极表面的SEI膜具有导离子不导电子的作用，抑制电解液的分解。但是，其中的有机锂盐处于亚稳态，在高温下容易分解破坏表面的SEI膜，导致锂离子电池析气，容量衰减和安全隐患。

其次，常规的电化学化成只能在负极表面形成致密的SEI膜，但是正极表面无法有效形成SEI膜。电池长期循环过程中容易导致正极活性物质中的过渡金属溶解析出，高温环境下尤为突出，电池容量衰减极快。

发明内容

本发明旨在提供一种锂离子电池化成方法及锂离子电池，有效解决锂离子电池高温循环性能低和电池高温鼓胀的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明公开的锂离子电池化成方法，包括以下步骤：

第一次注液：对锂离子电池进行注液，注液完成后封口；

烘烤：将完成所述第一次注液步骤后的所述锂离子电池进行烘烤，通过高温热解反应使所述锂离子电池的正负极表面均形成LiF膜；

第二次注液：所述烘烤步骤完成后，再次对所述锂离子电池进行注液，注液完成后抽气封口。

本发明的有益效果是：通过高温热解反应促使锂离子电池的正负极表面均形成单一的氟化锂组成的SEI膜，利用氟化锂材料的热稳定性改善锂离子电池的高温性能和安全性能，电解液高温热解形成的氟化锂组成的SEI膜的厚度可控，可以同时在正负极表面形成机械性能和电性能优异的SEI膜，有效的抑制电解液在正负极表面的分解，有效解决了锂离子电池高温循环性能低和电池高温鼓胀的问题，工艺简单，可以规模化使用提高锂离子电池的良品率。

进一步的，在所述第一次注液步骤和所述烘烤步骤之间，还包括步骤：

静置：将完成所述第一次注液步骤后的所述锂离子电池在室温环境下静置一定时间，使第一次注液步骤注入的电解液在锂离子电池内充分浸润，静置时间为12-24小时；

所述静置步骤完成后，再进行所述烘烤步骤。

采用上述进一步方案的有益效果是：使第一次注液步骤注入的电解液与锂离子电池的正负极充分浸润，便于烘干步骤中，在正负极表面形成充分、均匀的氟化锂组成的SEI膜。

进一步的，在所述烘烤步骤中，所述锂离子电池进行烘烤的温度为105℃～135℃。

采用上述进一步方案的有益效果是：既能发生热解反应，又可避免温度过高发生隔膜收缩、粘结性降低、加速老化等现象。

进一步的，所述第一次注液步骤中，注液的成分包括锂盐、有机溶剂和水分，所述水分含量在100～2000ppm。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过增大注液中水分含量，降低分解温度，使在烘烤步骤中，只需处于较低温度即可发生热解反应。

进一步的，所述锂盐由六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、碳酸锂、氢氧化锂中的一种或多种组成。

采用上述进一步方案的有益效果是：材料成熟、可靠性高。

进一步的，所述有机溶剂由羧酸酯和碳酸酯中的一种或多种组成，羧酸酯包括γ-丁内酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、甲酸甲酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯等，碳酸酯包括碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲异丙酯等。

采用上述进一步方案的有益效果是：材料成熟、可靠性高。

本发明公开的锂离子电池，包括正极、负极和电解液，采用上述的锂离子电池化成方法化成。

本发明的有益效果是：通过高温热解反应促使锂离子电池的正负极表面均形成单一的氟化锂组成的SEI膜，利用氟化锂材料的热稳定性改善锂离子电池的高温性能和安全性能，电解液高温热解形成的氟化锂组成的SEI膜的厚度可控，可以同时在正负极表面形成机械性能和电性能优异的SEI膜，有效的抑制电解液在正负极表面的分解，有效解决了锂离子电池高温循环性能低和电池高温鼓胀的问题，工艺简单，可以规模化使用提高锂离子电池的良品率。

进一步的，所述正极的活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸亚铁锂中的一种或多种。

采用上述进一步方案的有益效果是：材料成熟、可靠性高。

进一步的，所述负极的活性物质为石墨、硬碳、中间相碳微球、钛酸锂、硅粉、氧化亚硅、硅碳复合材料中的一种或多种。

采用上述进一步方案的有益效果是：材料成熟、可靠性高。

进一步的，所述电解液中水分含量小于等于20ppm。

采用上述进一步方案的有益效果是：降低锂电池化成后电解液水分含量，控制对电池有害的副反应发生。

附图说明

图1为本发明锂离子电池化成方法的实施例的流程图；

图2为本发明公开的锂离子电池的实施例在高温55℃环境下的2C/2C循环寿命曲线图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

实施例一

如图1所示，本实施例的锂离子电池化成方法，包括以下步骤：

第一次注液：首先对锂离子电池进行注液，电解液成分中的锂盐为六氟磷酸锂，有机溶剂为碳酸丙烯酯，电解液中水分含量小于等于1000ppm，注液完成后封口；

静置：其次将完成第一次注液步骤后的锂离子电池在室温环境下，静置12小时；

烘烤：静置步骤完成后，将锂离子电池在110℃温度下烘烤12小时，通过高温热解反应，促使锂离子电池的正负极表面均形成LiF膜；

第二次注液：烘烤步骤完成后，再次对锂离子电池进行注液，注液的电解液中的水含量小于等于20ppm，注液完成后抽气封口。

本实施例的锂离子电池由上述的化成方法化成后得到，包括正极、负极、隔膜以及电解液，电解液中的水含量小于等于20ppm。正极所用的活性物质为三元材料镍钴锰酸锂LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，负极所用的活性物质为钛酸锂材料。

实施例二

如图1所示，本实施例的锂离子电池化成方法，包括以下步骤：

第一次注液：首先对锂离子电池进行注液，电解液成分中的锂盐为六氟磷酸锂，有机溶剂为碳酸二甲酯，电解液中水分含量小于等于200ppm，注液完成后封口；

静置：其次将完成第一次注液步骤后的锂离子电池在室温环境下，静置24小时；

烘烤：静置步骤完成后，将锂离子电池在135℃温度下烘烤4小时，通过高温热解反应，促使锂离子电池的正负极表面均形成LiF膜；

第二次注液：烘烤步骤完成后，再次对锂离子电池进行注液，注液的电解液中的水含量小于等于15ppm，注液完成后抽气封口。

本实施例的锂离子电池由上述的化成方法化成后得到，包括正极、负极、隔膜以及电解液，电解液中的水含量小于等于15ppm。正极所用的活性物质为三元材料镍钴锰酸锂LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，负极所用的活性物质为石墨。

实施例三

如图1所示，本实施例的锂离子电池化成方法，包括以下步骤：

第一次注液：首先对锂离子电池进行注液，电解液成分中的锂盐为六氟磷酸锂，有机溶剂为碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯，电解液中水分含量小于等于1000ppm，注液完成后封口；

静置：其次将完成第一次注液步骤后的锂离子电池在室温环境下，静置12小时；

烘烤：静置步骤完成后，将锂离子电池在105℃温度下烘烤12小时，通过高温热解反应，促使锂离子电池的正负极表面均形成LiF膜；

第二次注液：烘烤步骤完成后，再次对锂离子电池进行注液，注液的电解液中的水含量小于等于20ppm，注液完成后抽气封口。

本实施例的锂离子电池由上述的化成方法化成后得到，包括正极、负极、隔膜以及电解液，电解液中的水含量小于等于20ppm。正极所用的活性物质为锰酸锂LiMn2O4，负极所用的活性物质为中间相碳微球MCMB。

实施例四

本实施例的锂离子电池化成方法，包括以下步骤：

第一次注液：首先对锂离子电池进行注液，电解液成分中的锂盐为六氟磷酸锂和碳酸锂，有机溶剂为碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯，电解液中水分含量小于等于500ppm，注液完成后封口；

静置：其次将完成第一次注液步骤后的锂离子电池在室温环境下，静置12小时；

烘烤：静置步骤完成后，将锂离子电池在110℃温度下烘烤6小时，通过高温热解反应，促使锂离子电池的正负极表面均形成LiF膜；

第二次注液：烘烤步骤完成后，再次对锂离子电池进行注液，注液的电解液中的水含量小于等于15ppm，注液完成后抽气封口。

本实施例的锂离子电池由上述的化成方法化成后得到，包括正极、负极、隔膜以及电解液，电解液中的水含量小于等于15ppm。正极所用的活性物质为钴酸锂LiCoO2，负极所用的活性物质为石墨。

实施例五

如图1所示，本实施例的锂离子电池化成方法，包括以下步骤：

第一次注液：首先对锂离子电池进行注液，电解液成分中的锂盐为四氟硼酸锂和氢氧化锂，有机溶剂为乙酸乙酯，电解液中水分含量小于等于2000ppm，注液完成后封口；

静置：其次将完成第一次注液步骤后的锂离子电池在室温环境下，静置24小时；

烘烤：静置步骤完成后，将锂离子电池在110℃温度下烘烤5小时，通过高温热解反应，促使锂离子电池的正负极表面均形成LiF膜；

第二次注液：烘烤步骤完成后，再次对锂离子电池进行注液，注液的电解液中的水含量小于等于15ppm，注液完成后抽气封口。

本实施例的锂离子电池由上述的化成方法化成后得到，包括正极、负极、隔膜以及电解液，电解液中的水含量小于等于15ppm。正极所用的活性物质为镍钴铝酸锂，负极所用的活性物质为中间相碳微球MCMB。

除上述实施例外，本发明公开的锂离子电池化成方法，第一次注液步骤中，锂盐可选六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、碳酸锂、氢氧化锂中的一种或多种，有机溶剂可选γ-丁内酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、甲酸甲酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯等羟酸酯以及碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲异丙酯等碳酸酯中的一种或多种组成，电解液中水分含量在100～2000ppm；静置步骤中，室温下静置时间可为12～24小时，使第一次注液步骤注入的电解液在锂离子电池内充分浸润；烘烤步骤中，烘烤温度为105℃～135℃，通过烘烤，在正负极表面均形成LiF膜即可，烘烤时间优选为4～12小时，烘烤步骤后，第一次注液注入的电解液中的水分因烘干和分解而除尽；在第二次注液步骤中，所注电解液的水分含量小于等于20ppm，抽气封口后，使化成后的锂离子电池的水分含量小于等于20ppm。

本发明公开的锂离子电池，正极的活性物质可为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸亚铁锂中的一种或多种；负极的活性物质可为石墨、硬碳、中间相碳微球、钛酸锂、硅粉、氧化亚硅、硅碳复合材料中的一种或多种；化成完成后，电解液中水分含量小于等于20ppm；锂离子电池中正极、负极、隔膜、电解液及电池外壳的装配为现有技术，在此不再累述。

如图2所示，本发明公开的锂离子电池的实施例在高温55℃环境下，循环1000次后的放电终了容量不低于初始容量的的90％，即容量保持率不低于90％，循环1600次后的放电终了容量不低于初始容量的80％，即容量保持率不低于80％。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种锂离子电池化成方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一次注液：对锂离子电池进行注液，注液完成后封口，所述注液的成分包括锂盐、有机溶剂和水分，所述锂盐由六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、碳酸锂、氢氧化锂中的一种或多种组成；

烘烤：将完成所述第一次注液步骤后的所述锂离子电池进行烘烤，通过高温热解反应使所述锂离子电池的正负极表面均形成LiF膜，所述锂离子电池进行烘烤的温度为105℃～135℃；

第二次注液：所述烘烤步骤完成后，再次对所述锂离子电池进行注液，注液完成后抽气封口。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池化成方法，其特征在于：在所述第一次注液步骤和所述烘烤步骤之间，还包括步骤：

静置：将完成所述第一次注液步骤后的所述锂离子电池在室温环境下静置一定时间；

所述静置步骤完成后，再进行所述烘烤步骤。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池化成方法，其特征在于：所述有机溶剂由羧酸酯和碳酸酯中的一种或多种组成。

4.一种锂离子电池，包括正极、负极和电解液，其特征在于：采用如权利要求1-3任一项所述的锂离子电池化成方法化成。

5.根据权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于：所述正极的活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸亚铁锂中的一种或多种。

6.根据权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于：所述负极的活性物质为石墨、硬碳、中间相碳微球、钛酸锂、硅粉、氧化亚硅、硅碳复合材料中的一种或多种。

7.根据权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于：所述电解液中水分含量小于等于20ppm。

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