CN111600063B - 一种锂离子电池及其陈化化成方法 - Google Patents

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Abstract

一种锂离子电池及其陈化化成方法，包括电芯陈化、化成：电芯常温陈化，电芯放入常温陈化室进行常温陈化，温度范围：15℃~30℃，时间范围：12h~24h；电芯高温陈化，电芯从常温陈化室转入高温陈化室进行高温陈化，温度范围：30℃~85℃，时间范围：4h~12h；电芯在常温陈化、高温陈化阶段均放置在振动设备上振动，振动方向沿电芯厚度方向进行；电芯化成，化成加压范围：0.2Mpa~0.8Mpa，化成温度范围：30℃~85℃，化成温度与高温陈化温度保持一致，化成压力温度达到要求后对电芯进行梯度式逐渐增大电流式充电，本发明减少陈化时间从而缩短电池生产周期，而且可明显改善电池的一致性及高温循环性能。

Description

一种锂离子电池及其陈化化成方法
技术领域
本发明属于锂离子电池制造技术领域。具体涉及一种锂离子电池及其陈化化成方法。
背景技术
现如今随着全球经济的高速发展，不仅给人类带来方便快捷的生活，同时也带来了严重污染，污染物的大量排放不仅破坏了生态环境也危害了人类的健康。同时曾支撑20世纪人类文明高速发展的以石油、煤炭和天然气为主的石化能源出现了前所未有的危机，为了走可持续发展之路和保护人类赖以生存的地球生态环境，发展新能源均是当务之急。
汽车行业中，呼吁着我们去开启维持人类可持续发展并与环境和平相处的新代步工具-新能源汽车，动力电池作为新能源汽车的动力来源，电池性能的好坏不仅关系到整车续驶里程的长短，而且也关系到产品的寿命长短。锂离子电池因其长循环寿命，高能量密度，无记忆效应，环境友好等优点成为动力电池的首选。目前，锂离子电池普遍存在问题是制作周期长，电芯一致性差，循环性能较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种缩短锂离子电池的陈化时间，并改善电池一致性及高温循环寿命的锂离子电池的陈化化成方法。
本发明的目的还在于提供上述锂离子电池的陈化化成方法制备的锂离子电池。
本发明的技术方案：包括电芯陈化、化成：
步骤1）电芯常温陈化，电芯放入常温陈化室进行常温陈化，温度范围：15℃~30℃，时间范围：12h~24h；电芯在常温陈化室中置于振动设备上进行振动，振动频率范围：5Hz~30Hz振幅范围：1.0~3.0mm，振动时间范围：10min ~30min，振动时间间隔范围：2h ~4h；
步骤2）电芯高温陈化，电芯从常温陈化室转入高温陈化室进行高温陈化，温度范围：30℃~85℃，时间范围：4h~12h；电芯在高温陈化室中置于振动设备上进行振动，振动频率范围：5Hz~30Hz，振幅范围：1.0~3.0mm，振动时间范围：10min ~30min，振动时间间隔范围：2h ~4h；
步骤3）电芯化成，化成加压范围：0.2Mpa~0.8Mpa，化成温度范围：30℃~85℃，化成压力温度达到要求后对电芯进行梯度式逐渐增大电流式充电，具体步骤：
第一阶段：恒流充电，充电至可逆容量的10%~15%，充电电流范围：0.02C~0.05C，充电时间：2.0h~7.5h；
第二阶段：恒流充电，充电至可逆容量的20%~35%，充电电流范围：0.05C~0.4C, 充电时间：0.5h~7.0h；
第三阶段：恒流充电，充电至可逆容量的30%~50%，充电电流范围：0.2C~0.6C, 充电时间：0.5h~2.5h。
本发明的步骤1）、步骤2）中，电芯的振动是沿电芯厚度方向的振动。
本发明整个陈化阶段，温度误差控制在±3℃，常温时间控制在±3h，高温时间控制在±2h，振动频率控制在±3Hz，振幅控制在±0.5mm，振动时间控制在±5min，振动时间间隔控制在±30min。
本发明整个化成阶段，温度误差控制在±3℃，压力误差控制在±0.01Mpa。
本发明的化成温度与高温陈化温度一致。
本发明着眼于陈化工艺的优化，陈化过程中增加高温加热过程，以及一定频率沿电芯厚度方向的振动过程，一方面加速电解液向电芯内部的扩散速度，使电解液更加均匀的浸润极片，另一方面对电芯进行预热，以防高温化成小电流开始充电时电芯中心部分极片温度不均匀导致SEI膜形成的致密程度不一，影响电芯一致性及高温循环性能，本发明除缩短陈化时间外，对锂离子电池的一致性及高温循环寿命有明显的改善。
本发明减少陈化时间从而缩短电池生产周期，陈化时间缩减至原来的22%~50%，而且可明显改善电池的一致性及高温循环性能。
附图说明
图1为本发明中实施例与参照例45℃ 1C/1C 100%DOD高温循环对比图;
图2为电芯和振动设备主视图；
图3为图2的俯视图；
图4为图2的侧视图及电芯陈化阶段振动示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解和认识，下面将结合具体实施例对本发明作进一步深入阐述。应说明的是，该实施例仅用于解释本发明，方便本领域技术人员理解所提供的较佳实施方案，而非限制，本发明并不局限于下述具体方案，对于本专利的一些修改与变更也应落入本专利的权利要求保护范围内，即依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。
图1中，本发明中曲线A为用本发明实施例1生产的电芯45℃ 1C/1C 100%DOD高温循环曲线；曲线B为以现有技术作为参照例生产的电芯45℃ 1C/1C 100%DOD高温循环曲线。图中可见本发明实施例生产的电芯在陈化工序增加振动过程与高温陈化后，电解液更加均匀快速的浸润极片，同时高温陈化对电芯进行预热，防止了高温化成小电流开始充电时电芯中心部分极片温度不均匀导致SEI膜形成的致密程度不一，提高电芯高温循环性能，本发明提供的工艺生产的电芯，电芯一致性及高温循环性能明显提升。高温循环测试方法参照GBT 31484-2015中的标准循环寿命测试方法。
图2中，将电芯放入振动设备1上，2为电芯正极耳，3为电芯负极耳，4为电芯，5为电芯气囊。
图3中，振动设备1上， 3为电芯负极耳，4为电芯。
图4中，振动设备1工作，4为电芯，5为电芯气囊，电芯4依一定频率沿电芯4厚度方向的振动过程。见图中振动方向。
实施例1
一种锂离子电池的陈化化成方法，包括以下步骤：
步骤1、电芯常温陈化温度：25℃，时间：24h；
步骤2、电芯高温陈化温度：45℃，时间：9h；
在步骤1、步骤2中，电芯在常温陈化、高温陈化阶段都均放置在振动设备上振动，电芯依振动频率10Hz、振幅2.0mm沿电芯厚度方向进行振动，每次振动时间：15min，振动时间间隔：2h；
步骤3、电芯化成，化成压力：0.3Mpa，化成温度：45℃，化成压力温度达到要求后对电芯进行梯度式逐渐增大电流式充电，具体步骤：
第一阶段：恒流充电，充电至可逆容量的20%，充电电流：0.05C，充电时间：4h；
第二阶段：恒流充电，充电至可逆容量的20%，充电电流：0.1C, 充电时间：2 h；
第三阶段：恒流充电，充电至可逆容量的40%，充电电流：0.4C, 充电时间：1h。
所述电芯整个陈化、化成阶段状态为：温度误差控制在±3℃，常温时间误差控制在±3h，高温时间误差控制在±2h, 振动频率控制在±3Hz，振幅±0.5mm，振动时间控制在±5min，振动时间间隔控制在±30min，压力误差控制在±0.01Mpa。
实施例2
一种锂离子电池的陈化方法，包括以下步骤：
步骤1、电芯常温陈化温度：20℃，时间：20h；
步骤2、电芯高温陈化温度：40℃，时间：6h；
在步骤1、步骤2中，电芯在常温陈化、高温陈化阶段均放置在振动设备上振动，电芯依振动频率15Hz、振幅1.0mm沿电芯厚度方向进行振动，每次振动时间：20min，振动时间间隔：3h；
步骤3、电芯化成，化成压力：0.4Mpa，化成温度：40℃，化成压力温度达到要求后对电芯进行梯度式逐渐增大电流式充电，具体步骤：
第一阶段：恒流充电，充电至可逆容量的15%，充电电流：0.03C，充电时间：5h；
第二阶段：恒流充电，充电至可逆容量的20%，充电电流：0.2C, 充电时间：1h；
第三阶段：恒流充电，充电至可逆容量的30%，充电电流：0.6C, 充电时间：0.5h。
所述电芯整个陈化、化成阶段状态为：温度误差控制在±3 ℃，常温时间误差控制在±3h，高温时间误差控制在±2h, 振动频率控制在±3Hz，振幅±0.5mm，振动时间控制在±5min，振动时间间隔控制在±30min，压力误差控制在±0.01Mpa。

Claims (4)

1.一种锂离子电池的陈化化成方法，包括电芯陈化、化成，其特征在于：
步骤1）电芯常温陈化，电芯放入常温陈化室进行常温陈化，温度范围：15℃~30℃，时间范围：12h~24h；电芯在常温陈化室中置于振动设备上进行振动，振动频率范围：5Hz~30Hz，振幅范围：1.0~3.0mm，振动时间范围：10min ~30min，振动时间间隔范围：2h~4h；
步骤2）电芯高温陈化，电芯从常温陈化室转入高温陈化室进行高温陈化，温度范围：30℃~85℃，时间范围：4h~12h；电芯在高温陈化室中置于振动设备上进行振动，振动频率范围：5Hz~30Hz，振幅范围：1.0~3.0mm，振动时间范围：10min ~30min，振动时间间隔范围：2h~4h；
步骤3）电芯化成，化成加压范围：0.2Mpa~0.8Mpa，化成温度范围：30℃~85℃，化成压力温度达到要求后对电芯进行梯度式逐渐增大电流式充电，具体步骤：
第一阶段：恒流充电，充电至可逆容量的10%~15%，充电电流范围：0.02C~0.05C，充电时间：2.0h~7.5h；
第二阶段：恒流充电，充电至可逆容量的20%~35%，充电电流范围： 0.05C~0.4C, 充电时间：0.5h~7.0h；
第三阶段：恒流充电，充电至可逆容量的30%~50%，充电电流范围：0.2C~0.6C, 充电时间：0.5h~2.5h。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池的陈化化成方法，其特征在于：步骤1）、步骤2）中，电芯的振动是沿电芯厚度方向的振动。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池的陈化化成方法，其特征在于化成温度与高温陈化温度一致。
4.一种权利要求1所述的锂离子电池的陈化化成方法制备的锂离子电池。
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