CN111554978A - 一种锂离子电池的分段负压化成方法 - Google Patents

一种锂离子电池的分段负压化成方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种锂离子电池的分段负压化成方法。该方法包括以下步骤：首先，将待化成的电芯在高温环境中静置；其次，将静置完成后的电芯上化成柜进行化成，采用分段式负压化成方式，共分为两个阶段，每个阶段设置不同的电流以及负压压力参数；最后将恒流充电后的电芯在高温环境中静置后结束化成。本发明能够减少化成过程中产气造成电芯鼓胀的现象，并且通过本发明得到的电芯析锂较少，能够形成致密的SEI膜，提高电芯的电化学性能，减少能量的损失，且较常规化成用时较短，能够提高生产效率。

Description

一种锂离子电池的分段负压化成方法
技术领域
本发明属于锂离子电池制备技术领域，具体涉及一种锂离子电池的分段负压化成方法。
背景技术
进入21世纪以来，经济的快速增长给自然资源和生态环境也带来了巨大的压力。因此大力发展新能源，推动能源结构从以化石能源为主转向非化石能源为主是具有重大意义的。锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应、循环寿命长、环境污染小的优点被广泛应用于移动电子设备以及电动汽车中，极大的缓解了环境以及能源的压力。
化成是锂离子电池生产过程中的重要工序，对于电芯容量的发挥以及后续的循环寿命有着重要作用。化成的目的就是通过合理的充放电机制使活性物质能够有效的转化成为具有正常电化学作用的物质，并在负极材料表面形成均匀的固体电解质界面膜(SEI膜)。铝壳类电芯的化成主要分为两种方式，一种是常规化成，另一种是负压化成。负压化成能够在一定程度上缓解电芯鼓胀，电解液外溢以及极片隔膜不紧密导致析锂的问题。但负压化成的压力、充电倍率、时间以及充电的SOC都会对最终化成结果产生影响。
发明内容
本发明的目的在于针对现有负压化成技术的不足，通过一系列的探究实验进而提供一种合理的锂离子电池的分段负压化成方法，由本发明中的化成方法得到的锂离子电池具有较小的内阻，较好的循环稳定性。
为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种锂离子电池的分段负压化成方法，包括如下步骤：
S1、将待化成的电芯在高温环境中静置；
S2、静置完成后，分别于抽真空负压环境下进行第一阶段充电和第二阶段充电，第一阶段充电的电流小于第二阶段充电的电流；
S3、充电结束后，将电芯置于高温环境中静置。
在本发明实施例中，S1中，高温环境的温度为39-45℃，高温静置的时间为16-18h。
在本发明实施例中，S2中，第一阶段的电流的为0.04C-0.06C，第一阶段的充电时间为65-100min，充电截止电压为3.0V，抽真空负压压力为-81±2Kpa。
在本发明实施例中，S2中，第二阶段的电流的为0.09-0.11C，第二阶段的充电时间为130-160min，充电截止电压为3.65V。
在本发明实施例中，S2中，抽真空负压压力为-40±2Kpa，每次负压抽真空时间为30min，之后破真空5min，以此为一个循环重复直至第二阶段充电结束。
在本发明实施例中，S3中，高温温度为39-45℃，高温静置的时间为24-26h。
采用上述化成技术方案所得到的电芯通过解剖可观察到其具有致密的SEI膜，有效的缓解了析锂的现象，通过电压，内阻，容量以及循环的测试表明电芯均表现出较好的性能。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用负压化成，与常规化成相比能够缓解电芯产气造成电芯鼓胀以及极片不紧密造成电芯析锂的现象；
2、本发明采用分段式负压化成方式，其中两个阶段恒流充电倍率不同。第一阶段采用小倍率充电，有利于电芯形成致密的SEI膜。第二阶段采用大倍率充电，能够缩短充电时间，提高生产效率节约能源；
3、发明采用分段式负压化成方式，其中两阶段的负压压力值不同。第一阶段采用较大的负压值能够有效缓解电芯化成过程中产气的情况，防止电芯鼓胀。第二阶段采用相对较小的负压值并间隔固定时间进行破真空处理，使电解液能够充分润湿极片，有效减弱极化现象进而改善电芯产气鼓胀现象，有利于形成均匀致密的SEI膜，优化电池的性能。
采用了本发明的锂离子电池的分段负压化成方法后，能够减少电解液的外溢以及削弱水份对电芯的影响，进而提高电芯的性能。另一方面能够缩短化成的时间，加快整个电芯的生产制程。
附图说明
图1是本发明实施例1的电芯化成负极界面的示意图；
图2是本发明对比例1的电芯化成负极界面的示意图；
图3是本发明对比例2的电芯化成负极界面的示意图；
图4是本发明对比例3的电芯化成负极界面的示意图；
图5是本发明对比例4的电芯化成负极界面的示意图；
图6是本发明实施例1与对比例1-4的电芯在常温下循环容量保持率曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施案例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。
本发明实施例提出的锂离子电池的分段负压化成方法，包括如下步骤：
S1、将待化成的电芯在高温环境中静置；
S2、静置完成后，分别于抽真空负压环境下进行第一阶段充电和第二阶段充电，第一阶段充电的电流小于第二阶段充电的电流；
S3、充电结束后，将电芯置于高温环境中静置。
在本实施例中，S1中，高温环境的温度为39-45℃，高温静置的时间为16-18h。
在本实施例中，S2中，第一阶段的电流的为0.04C-0.06C，第一阶段的充电时间为65-100min，充电截止电压为3.0V，抽真空负压压力为-81±2Kpa。
在本实施例中，S2中，第二阶段的电流的为0.09-0.11C，第二阶段的充电时间为130-160min，充电截止电压为3.65V。
在本实施例中，S2中，抽真空负压压力为-40±2Kpa，每次负压抽真空时间为30min，之后破真空5min，以此为一个循环重复直至第二阶段充电结束。
在本实施例中，S3中，高温温度为39-45℃，高温静置的时间为24-26h。
为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
实施例1
一种锂离子电池的分段负压化成方法，包括如下步骤：
S1、将待化成的电芯在39-45℃高温环境中静置16-18h；
S2、静置完成后，进行第一阶段小倍率恒流充电，以0.05C小倍率电流设置充电时间为80min，并设置第一阶段的抽真空负压压力为-81±2Kpa以及充电截止电压3.0V；
S3、第二阶段恒流充电采用倍率相对较大的电流0.1C设置144min对电芯进行充电，并设置充电截止电压为3.65V，第二阶段的负压压力为-40±2Kpa，每次负压抽真空时间为30min，之后破真空5min，以此为一个循环重复直至本阶段充电结束；
S4、充电结束后，将电芯置于39-45℃高温的环境中静置24-26h。
实施例2
按实施例1的步骤进行化成，只是把S2中第一阶段恒流充电的电流改为0.04C，充电时间改为80min。
实施例3
按实施例1的步骤进行化成，只是把S2中第一阶段恒流充电的电流改为0.06C，充电时间改为65min。
实施例4
按实施例1的步骤进行化成，只是把S2中，第二阶段恒流充电的电流改为0.09C，充电时间改为160min。
实施例5
按实施例1的步骤进行化成，只是把S2中，第二阶段恒流充电的电流改为0.11C，充电时间改为130min。
对比例1
按实施例1的步骤进行化成，只是把S2和S3中，第一阶段和第二阶段的充电过程负压压力均改为-81±2Kpa。
对比例2
按实施例1的步骤进行化成，只是把S2和S3中，第一阶段和第二阶段的充电过程负压压力均改为-30±2Kpa。
对比例3
按实施例1的步骤进行化成，只是把S2和S3中，第一阶段充电和第二阶段的负压压力均改为-50±2Kpa。
对比例4
按照实施例1的化成步骤进行化成，不作负压处理，充电时间以及充电倍率与实施例1完全相同。
将上述实施例1和对比例1-4化成后的锂离子电池分别解剖观察其界面得到的测试结果如下表1所示。对上述实施例1和对比例1-4化成后的锂离子电池进行容量和内阻测试，结果如下表1所示。
项目 压差(mV) 内阻(mΩ) 界面情况
实施例1 5.05 0.29 无析锂
对比例1 11.27 0.57 边缘严重析锂
对比例2 8.96 0.48 中间严重析锂
对比例3 7.95 0.36 中间析锂
对比例4 12.09 0.59 严重析锂
结合表1和图1-6分析可知，采用本发明的化成方法化成后得到的电芯拆解观察到其具有致密且均匀的SEI膜，缓解了电芯产气造成电芯鼓胀以及极片不紧密造成电芯析锂的现象，得到的锂离子电池具有较小的内阻，较好的循环稳定性，较高的首次效率，并且通过对比可知，负压的压力值会对负压化成的结果有较大的影响，这是因为第一阶段采用较大的负压值能够有效缓解电芯化成过程中产气的情况，防止电芯鼓胀。第二阶段采用相对较小的负压值并间隔固定时间进行破真空处理，能有使电解液充分润湿极片，有效减弱极化现象进而改善电芯产气鼓胀现象，有利于形成均匀致密的SEI膜，优化电池的性能。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种锂离子电池的分段负压化成方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将待化成的电芯在高温环境中静置；
S2、静置完成后，分别于抽真空负压环境下进行第一阶段充电和第二阶段充电，第一阶段充电的电流小于第二阶段充电的电流；
S3、充电结束后，将电芯置于高温环境中静置。
2.如权利要求1所述的锂离子电池的分段负压化成方法，其特征在于，S1中，高温环境的温度为39-45℃，高温静置的时间为16-18h。
3.如权利要求1所述的锂离子电池的分段负压化成方法，其特征在于，S2中，第一阶段的电流的为0.04C-0.06C，第一阶段的充电时间为65-100min，充电截止电压为3.0V，抽真空负压压力为-81±2Kpa。
4.如权利要求1所述的锂离子电池的分段负压化成方法，其特征在于，S2中，第二阶段的电流的为0.09-0.11C，第二阶段的充电时间为130-160min，充电截止电压为3.65V。
5.如权利要求1所述的锂离子电池的分段负压化成方法，其特征在于，S2中，抽真空负压压力为-40±2Kpa，每次负压抽真空时间为30min，之后破真空5min，以此为一个循环重复直至第二阶段充电结束。
6.如权利要求1所述的锂离子电池的分段负压化成方法，其特征在于，S3中，高温温度为39-45℃，高温静置的时间为24-26h。
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