CN111554989A - 一种锂离子电池的化成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池的化成方法，所述锂离子电池的正极活性物质为LiNi0.25Mn0.45Co0.25Mg0.03Al0.02O2，所述锂离子电池的化成方法包括：向所述锂离子电池中注入第一电解液，所述电解液占总电解液体积的55‑60％，以第一预定电流恒流充电至预定电压，调整电池温度，然后以第一预定电压恒压充电，静置，注入电解液，所述第二电解液占总电解液体积的10‑15％，以第二预定电流恒流充电预定电压，调整温度，以电压恒压充电，静置，注入电解液，所述第三电解液占总电解液体积的25‑30％，以预定电流恒流至充电截止电压，得到所述锂离子电池；其中电解液中含有15‑20体积％的溴代丁内酯，第三电解液中含有10‑15体积％的碳酸亚乙烯酯。由本发明得到的锂离子电池，具有较好的倍率性能以及高温下存储稳定性。

Description

一种锂离子电池的化成方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池的化成方法。
背景技术
锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池被认为是满足便携式电子器件、电动及混合动力汽车日益增加的能源需求的新型电源。锂离子电池已应用到移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多民用及军事领域。而锂离子电池在高温下使用或存储会导致电池的循环寿命衰减较快。
发明内容
本发明提供了一种锂离子电池的化成方法，所述锂离子电池的正极活性物质为LiNi0.25Mn0.45Co0.25Mg0.03Al0.02O2，所述锂离子电池的化成方法包括：向所述锂离子电池中注入第一电解液，所述第一电解液占总电解液体积的55-60％，调整电池的温度为2-5℃，然后以第一预定电流恒流充电至第一预定电压，调整电池温度为10-15℃，然后以第一预定电压恒压充电，静置，然后注入第二电解液，所述第二电解液占总电解液体积的10-15％，以第二预定电流恒流充电至第二预定电压，调整电池温度为20-25℃，然后以第二预定电压恒压充电，静置，注入第三电解液，所述第三电解液占总电解液体积的25-30％，以第三预定电流恒流充电至充电截止电压，然后以充电截止电压恒压充电，得到所述锂离子电池；其中所述第二电解液中含有15-20体积％的溴代丁内酯，所述第三电解液中含有10-15体积％的碳酸亚乙烯酯。由本发明得到的锂离子电池，具有较好的倍率性能以及高温下存储稳定性。
具体的方案如下：
一种锂离子电池的化成方法，所述锂离子电池的正极活性物质为LiNi0.25Mn0.45Co0.25Mg0.03Al0.02O2，所述锂离子电池的化成方法包括：
1)向所述锂离子电池中注入第一电解液，所述第一电解液占总电解液体积的55-60％；
2)调整电池的温度为2-5℃，以第一预定电流恒流充电至第一预定电压；
3)调整电池温度为10-15℃，以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流；
4)静置；
5)注入第二电解液，所述第二电解液占总电解液体积的10-15％，所述第二电解液中含有15-20体积％的溴代丁内酯；
6)以第二预定电流恒流充电至第二预定电压；
7)调整电池温度为20-25℃，然后以第二预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流；
8)静置；
9)注入第三电解液，所述第三电解液占总电解液体积的25-30％，所述第三电解液中含有10-15体积％的碳酸亚乙烯酯；
10)以第三预定电流恒流充电至充电截止电压，然后以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流，得到所述锂离子电池。
进一步的，所述第一电解液仅由电解质盐和有机溶剂组成。
进一步的，所述有机溶剂为体积比25:45:30的EC，DEC，PC的混合物。
进一步的，所述第一电解液，第二电解液和第三电解液的有机溶剂为相同的有机溶剂。
进一步的，所述第一预定电压为3.42-3.45V；所述第二预定电压为4.05-4.08V。
进一步的，所述第一预定电流和所述第三预定电流分别独立的为0.05C以下；所述第二预定电流高于0.05C。
进一步的，所述截止电流为0.02C以下。
进一步的，一种锂离子电池，其通过所述的方法制备得到。
本发明具有如下有益效果：
1)、针对正极活性物质LiNi0.25Mn0.45Co0.25Mg0.03Al0.02O2所开发的特定的电解液，所述电解液的有机溶剂为体积比25:45:30的EC，DEC，PC的混合物，并且具有溴代丁内酯和碳酸亚乙烯酯作为添加剂。
2)、发明人发现，当溴代丁内酯和碳酸亚乙烯酯在特定的电压区间内加入并化成，能够形成更为稳定的SEI膜，实验数据表明，在本发明的特定电压区间内加入得到的电池，与化成初期加入相比，电池的循环性能提高10％以上。
3)、发明人发现，溴代丁内酯和碳酸亚乙烯酯分批次加入相比较共同加入，电池的循环性能提高5％以上。
4)、从低温至常温的化成方式，能够有效降低电池内阻，原理可能是由于低温形成SEI的速度较慢，结构稳定，能够降低SEI膜导致的内阻提高，有效提高电池的倍率性能。
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。本发明中的正极活性材料为正极活性物质LiNi0.25Mn0.45Co0.25Mg0.03Al0.0 2O2，负极活性材料为人造石墨和天然石墨的混合物，其中人造石墨占负极活性材料总质量的33％；第一电解液，第二电解液和第三电解液的有机溶剂为相同的有机溶剂，电解液的有机溶剂为体积比25:45:30的EC，DEC和PC的混合物，电解质盐为1mol/L的六氟磷酸锂。第一电解液仅由电解质盐和有机溶剂组成。充电截止电压为4.2V，放电截止电压为2.7V。
实施例1
1)向所述锂离子电池中注入第一电解液，所述第一电解液占总电解液体积的55％；
2)调整电池的温度为2℃，以0.02C恒流充电至第一预定电压，所述第一预定电压为3.42V；
3)调整电池温度为10℃，以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C；
4)静置；
5)注入第二电解液，所述第二电解液占总电解液体积的15％，所述第二电解液中含有15体积％的溴代丁内酯；
6)以0.1C充电至第二预定电压，所述第二预定电压为4.05V；
7)调整电池温度为20℃，然后以第二预定电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C；
8)静置；
9)注入第三电解液，所述第三电解液占总电解液体积的30％，所述第三电解液中含有10体积％的碳酸亚乙烯酯；
10)以0.05C恒流充电至充电截止电压，然后以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C，得到所述锂离子电池。
实施例2
1)向所述锂离子电池中注入第一电解液，所述第一电解液占总电解液体积的60％；
2)调整电池的温度为5℃，以0.02C恒流充电至第一预定电压，所述第一预定电压为3.45V；
3)调整电池温度为15℃，以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C；
4)静置；
5)注入第二电解液，所述第二电解液占总电解液体积的15％，所述第二电解液中含有20体积％的溴代丁内酯；
6)以0.1C充电至第二预定电压，所述第二预定电压为4.08V；
7)调整电池温度为25℃，然后以第二预定电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C；
8)静置；
9)注入第三电解液，所述第三电解液占总电解液体积的25％，所述第三电解液中含有15体积％的碳酸亚乙烯酯；
10)以0.05C恒流充电至充电截止电压，然后以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C，得到所述锂离子电池。
实施例3
1)向所述锂离子电池中注入第一电解液，所述第一电解液占总电解液体积的58％；
2)调整电池的温度为3℃，以0.02C恒流充电至第一预定电压，所述第一预定电压为3.44V；
3)调整电池温度为12℃，以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C；
4)静置；
5)注入第二电解液，所述第二电解液占总电解液体积的14％，所述第二电解液中含有18体积％的溴代丁内酯；
6)以0.1C充电至第二预定电压，所述第二预定电压为4.06V；
7)调整电池温度为22℃，然后以第二预定电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C；
8)静置；
9)注入第三电解液，所述第三电解液占总电解液体积的28％，所述第三电解液中含有13体积％的碳酸亚乙烯酯；
10)以0.05C恒流充电至充电截止电压，然后以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C，得到所述锂离子电池。
对比例1
1)向所述锂离子电池中注入第一电解液，所述第一电解液占总电解液体积的58％；
2)调整电池的温度为3℃，以0.02C恒流充电至充电截止电压；
3)调整电池温度为12℃，以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C；
4)静置；
5)注入第二电解液，所述第二电解液占总电解液体积的14％，所述第二电解液中含有18体积％的溴代丁内酯；
6)以0.1C充电至充电截止电压；
7)调整电池温度为22℃，然后以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C；
8)静置；
9)注入第三电解液，所述第三电解液占总电解液体积的28％，所述第三电解液中含有13体积％的碳酸亚乙烯酯；
10)以0.05C恒流充电至充电截止电压，然后以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C，得到所述锂离子电池。
对比例2
1)向所述锂离子电池中注入第一电解液，所述第一电解液占总电解液体积的58％；
2)调整电池的温度为3℃，以0.02C恒流充电至第一预定电压，所述第一预定电压为3.8V；
3)调整电池温度为12℃，以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C；
4)静置；
5)注入第二电解液，所述第二电解液占总电解液体积的14％，所述第二电解液中含有18体积％的溴代丁内酯；
6)以0.1C充电至第二预定电压，所述第二预定电压为3.4V；
7)调整电池温度为22℃，然后以第二预定电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C；
8)静置；
9)注入第三电解液，所述第三电解液占总电解液体积的28％，所述第三电解液中含有13体积％的碳酸亚乙烯酯；
10)以0.05C恒流充电至充电截止电压，然后以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C，得到所述锂离子电池。
对比例3
1)向所述锂离子电池中注入第一电解液，所述第一电解液占总电解液体积的58％；
2)调整电池的温度为3℃，以0.02C恒流充电至第一预定电压，所述第一预定电压为3.44V；
3)调整电池温度为12℃，以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C；
4)静置；
5)注入第二电解液，所述第二电解液占总电解液体积的42％，所述第二电解液中含有18体积％的溴代丁内酯；
6)以0.1C充电至第二预定电压，所述第二预定电压为4.06V；
7)调整电池温度为22℃，然后以第二预定电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C；
8)静置；
9)以0.05C恒流充电至充电截止电压，然后以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C，得到所述锂离子电池。
对比例4
1)向所述锂离子电池中注入第一电解液，所述第一电解液占总电解液体积的58％；
2)调整电池的温度为3℃，以0.02C恒流充电至第一预定电压，所述第一预定电压为3.44V；
3)调整电池温度为12℃，以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C；
4)静置；
5)注入第三电解液，所述第三电解液占总电解液体积的42％，所述第三电解液中含有13体积％的碳酸亚乙烯酯；
6)以0.05C恒流充电至充电截止电压，然后以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C，得到所述锂离子电池。
对比例5
1)向所述锂离子电池中注入电解液，所述电解液由第一电解液，第二电解液和第三电解液混合而成，所述第一电解液占总电解液体积的58％；所述第二电解液占总电解液体积的14％，所述第二电解液中含有18体积％的溴代丁内酯；所述第三电解液占总电解液体积的28％，所述第三电解液中含有13体积％的碳酸亚乙烯酯；
2)调整电池的温度为3℃，以0.02C恒流充电至第一预定电压，所述第一预定电压为3.44V；
3)调整电池温度为12℃，以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C；
4)静置；
5)以0.1C充电至第二预定电压，所述第二预定电压为4.06V；
6)调整电池温度为22℃，然后以第二预定电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C；
7)静置；
8)以0.05C恒流充电至充电截止电压，然后以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C，得到所述锂离子电池。
对比例6
1)向所述锂离子电池中注入第一电解液；
2)调整电池的温度为3℃，以0.02C恒流充电至第一预定电压，所述第一预定电压为3.44V；
3)调整电池温度为12℃，以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C；
4)静置；
5)以0.05C恒流充电至充电截止电压，然后以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于0.02C，得到所述锂离子电池。
测试及结果
测试实施例1-3和对比例1-6的电池，在45℃采用1C的电流下2.7-4.2V的电压区间进行充放电循环100次和200次，测量电池的循环容量保持率，结果见表1。由表1可见，特定的预定电压下充电对于电池的影响很大，并且当仅加入其中一种添加剂时，与不加任何添加剂的效果相近，可见，是两种添加剂共同加入才对循环性产生促进作用。
表1
100次(％) 200次(％)
实施例1 98.9 97.6
实施例2 99.2 97.9
实施例3 99.1 98.1
对比例1 92.4 86.4
对比例2 93.0 87.5
对比例3 95.6 92.2
对比例4 95.1 92.9
对比例5 95.1 92.4
对比例6 94.5 92.1
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 (8)

1.一种锂离子电池的化成方法，所述锂离子电池的正极活性物质为LiNi0.25Mn0.45Co0.2 5Mg0.03Al0.02O2，所述锂离子电池的化成方法包括：
1)向所述锂离子电池中注入第一电解液，所述第一电解液占总电解液体积的55-60％；
2)调整电池的温度为2-5℃，以第一预定电流恒流充电至第一预定电压；
3)调整电池温度为10-15℃，以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流；
4)静置；
5)注入第二电解液，所述第二电解液占总电解液体积的10-15％，所述第二电解液中含有15-20体积％的溴代丁内酯；
6)以第二预定电流恒流充电至第二预定电压；
7)调整电池温度为20-25℃，然后以第二预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流；
8)静置；
9)注入第三电解液，所述第三电解液占总电解液体积的25-30％，所述第三电解液中含有10-15体积％的碳酸亚乙烯酯；
10)以第三预定电流恒流充电至充电截止电压，然后以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流，得到所述锂离子电池。
2.如上述权利要求所述的制备方法，所述第一电解液仅由电解质盐和有机溶剂组成。
3.如上述权利要求所述的制备方法，所述有机溶剂为体积比25:45:30的EC，DEC，PC的混合物。
4.如上述权利要求所述的制备方法，所述第一电解液，第二电解液和第三电解液的有机溶剂为相同的有机溶剂。
5.如上述权利要求所述的制备方法，所述第一预定电压为3.42-3.45V；所述第二预定电压为4.05-4.08V。
6.如上述权利要求所述的制备方法，所述第一预定电流和所述第三预定电流分别独立的为0.05C以下；所述第二预定电流高于0.05C。
7.如上述权利要求所述的制备方法，所述截止电流为0.02C以下。
8.一种锂离子电池，其通过权利要求1-7任一项所述的方法制备得到。
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