CN111710914A

CN111710914A - 一种提高高容量锂电池电压一致性的方法

Info

Publication number: CN111710914A
Application number: CN202010589096.5A
Authority: CN
Inventors: 曹笃笃
Original assignee: Henan Fusen New Energy Technology Co ltd
Current assignee: Henan Fusen New Energy Technology Co ltd
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2020-09-25

Abstract

本发明公开了一种提高高容量锂电池电压一致性的方法，属于锂离子电池技术领域，包括以下步骤：(1)一次化成；(2)二次化成；(3)测试OCV1,搁置后测试OCV2；通过结算OCV1‑OCV2的差值来筛选自放电比较大的电池；(4)分容工步①0.5C恒流放电2.75V；②0.5C恒流恒压充电4.2V；③0.5C恒流放电2.75V；④0.5C恒流恒压3.65V；⑤0.1C恒流恒压3.65V；(5)测试OCV3,常温搁置后测试OCV4，对压降进行统计评估其一致性。本发明采用二次化成及检测小电流补电工艺，能够充分加剧电池内部副反应物产生，提高负极表面成膜的稳定性，同时解决了检测后单体充电不饱和问题，提高了整体电压的一致性及后期使用安全性，提高了出货配组率。

Description

一种提高高容量锂电池电压一致性的方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种提高高容量锂电池电压一致性的方法。

背景技术

当前，与镍氢、镍镉电池相比，锂离子电池在3C（计算机、通讯、消费电子产品）领域以绝对优势处于领先地位；同时，为了适应节能环保要求，电动车（包括电动自行车和电动汽车）具有广阔的市场前景。作为电动车的动力源，锂离子电池具有非常大的竞争力。无论是3C电子消费领域或电动车应用领域，由于对电源能量的高要求使得电池必须按一定的方式进行并联和串联使用。电池的这种成组使用要求电池单体必须具有良好的一致性。但是，由于目前电池制造工艺、设备的限制和原材料来料性能的差异，造成锂离子电池（尤其是高容量电池）的一致性有待改善；高容量锂电池由于能量密度的要求，采用的材料、工艺设计都比较接近极限值，虽然经过高温搁置但是后期电解液还存在未充分渗透现象；考虑到实际应用的经济性和生产效率行业一般都多采用逐步增大多阶段恒流限时充电或一次小电流恒流恒压充电4.2V化成方式，内部活性物质不能充分激活；同时，由于活性物质未完全参与反应，负极石墨表面的成膜存在不稳定性。在后期使用及存储过程中因成膜的自动修复对锂的损耗导致电压差异。在容量检测时，由于电池表面的清洁、与检测点接触面积，检测柜针点连接线的老化等因素导致单体电池补充电时饱和度存在差异，这样即使检测柜单点控制，下柜后单体电池电压仍存在5-6mv的极差，给后续批量配对出货增加了不必要的难度。这样即使生产企业在经过严格分选后，在实际成组多次使用后因个别锂电池电压不一致，导致整个锂电池组放电时间短；同时由于电压不一致导致单串过充过放，存在严重的安全隐患。有鉴于此，高容量锂电池有必要提供一种具有较高经济使用性和使用的安全性的方法。

公告号为CN107039700B的专利公开了一种旧动力锂电池提高容量一致性的多步化成方法，属于电池化成领域，恒流循环充电7次，多阶段充电时，各阶段电流不同；然后在高电压状态下高温陈化；所述高温陈化温度为40℃～60℃，所述高电压范围为3.90V～4.00V，陈化时间为40～60小时，得到了容量一致性的旧动力锂电池；该发明能够恢复旧动力锂电池的标称容量、平衡老化曲线从而有效恢复旧动力电池的一致性。

公告号为CN102508165B的专利公开了一种评价磷酸铁锂电池自放电一致性的方法，其主要是通过先在恒压恒流下测量电池充电结束后的开路电压和高温搁置后的开路电压，然后计算电池的电压降，算出平均值和标准差，最终确定电压降的控制上限，判断电压降在规格上限以内的电池自放电一致性好。该发明中采用的方法评价准确、生产可操作性强，有效提高了磷酸铁锂电池成组的一致性，具有显著的实用意义。

上述两种方法能够评价锂电池的一致性，但是无法解决因负极石墨表面成膜不稳定的缺陷和检测期间因操作、检测柜老化等带来单体充电不饱和问题，整体电压的一致性差，无法保证后期使用的安全性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种提高高容量锂电池电压一致性的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种提高高容量锂电池电压一致性的方法，包括以下步骤：

（1）取注液后高温陈化后1天的锂电池；一次化成采用恒流充电10分钟；高温搁置2天。

（2）二次化成步骤：第一步：采用恒流充电90-120分钟；第二步：采用恒流充电90分钟；第三步：采用恒流恒压化成上限保护电压4.0V，截止电流0.01C；

（3）采用精度0.0001mv电压精度的测试仪进行测试OCV1,在高温条件搁置3天常温搁置12小时测试OCV2；通过结算OCV1-OCV2的差值来筛选自放电比较大的电池；

（4）分容工步①0.5C恒流放电2.75V；②0.5C恒流恒压充电4.2V，截止电流0.01C； ③0.5C恒流放电2.75V；④0.5C恒流恒压3. 65V，截止电流0.01C；⑤ 0.1C恒流恒压3.65V，截止电流15mA；

(5)采用精度0.0001mv电压精度的测试仪进行测试OCV3,在常温条件搁置7天后测试OCV4，对压降进行统计评估其一致性。

进一步的，所述步骤（1）中，一次化成采用0.05C～0.1C恒流充电。

进一步的，所述步骤（1）中，高温为45℃。

进一步的，所述步骤（2）中，第一步：采用0.05C～0.1C恒流充电；第二步：采用0.1～0.2C恒流充电；第三步：采用0.3C恒流恒压化成上限保护电压。

进一步的，所述步骤（3）中，高温为40℃～45℃。

随着锂离子电池在日常生活各个领域的广泛应用，对锂离子电池的性能要求越来越高。但因原料、生产工艺、生产批次和制造技术的差别，同一种型号规格的单体电池会出现电压、容量及衰减率、内阻及其充放电过程中随时间变化率、寿命、自放电率等性能参数上的差别。这些差别不但对组合后的电池组SOC状态的判断有所影响，更重要的是影响电池组性能发挥和循环寿命，甚至还有可能引发安全问题。因此，提高组合电池中各个单体电池的一致性非常重要，途径有：改善电池制造工艺、在电池封装前对电池进行分选、增加电池组仪式性检测电路等。如，罗雨，王耀玲，李丽华，陈立宝，王太宏，锂电池制片工艺对电池一致性的影响[J]，电源技术，2013, 137，10:1757-1759，研究了锂离子电池生产制造工艺对电池一致性的影响，重点研究了采用环保型水性粘结剂的锂离子电池极片制备工艺过程，包括混料搅拌，涂布和辊压。并通过试验分析了现有技术水平下一致性控制情况及制片过程中的微小差别造成的电池性能差异。再如，公开号为CN109459703A的专利文献公开了一种磷酸铁锂电池自放电一致性筛选方法，其特征是在磷酸铁锂电池进行注液封口后，通过高低温循环搁置，使电池内部经过几次收缩膨胀过程，再进行化成分容，通过恒流恒压充电、高温搁置、自放电率的计算，确定电池自放电率并进行筛选。通过深度充放电（3.7V~2.0V），使电池在满电和馈电状态下的膨胀和收缩更彻底，有利于后期自放电的筛选。通过恒流恒压充电至3.25~3.30V，利用该电压段电压曲线斜率高的特点，便于电池自放电一致性的筛选，提高了磷酸铁锂电池组合自放电率的一致性。但这些方法存在着很多不足，如正负极的压实都比较高，电解液的对其渗透存在不足，后续极片反弹大等因素导致负极成膜不稳定；在分容补电时，由于单体电池与检测柜点的接触面、电池表面的清洁、柜点线路的老化等各种因素，导致单体电池充电不饱和等。

本发明的有益效果：

镍钴锰酸锂材料具备技术成熟、优异的循环性能、性价比高而作为高容量锂电池首选；但是因镍钴锰酸锂随着容量的提高镍的成分占比大，在烧结的过程中表面残留物类碳酸根和氢氧根等含量比较高，同时PH值相对钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂都比较难以控制。在产业化出使用过程中，因工序环境存在的不可控性，容易电池水分含量超标，内部副反应物高于同类产品。同时，高容量电池工艺设计材料压实接近材料极限值，正负极的压实都比较高，电解液的对其渗透存在不足，后续极片反弹大等因素导致负极成膜不稳定；由此，常规化成方式对潜在的问题解决存在一定的不足，给后期电池电压的稳定性造成一定的隐患；在分容补电时，由于单体电池与检测柜点的接触面、电池表面的清洁、柜点线路的老化等各种因素，导致单体电池充电不饱和。本发明采用二次化成及分容小电流补电工艺，解决负极石墨表面成膜不稳定的缺陷和检测期间因操作、检测柜老化等带来单体充电不饱和问题。该方法制作的高容量锂电池电压稳定、一致性好，具有较强的经济性和可操作性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明检测数据的曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对比例

（1）取注液后高温45℃陈化后3天的高容量锂电池；

（2）化成步骤：第一步：采用0.05C恒流充电90分钟；第二步：采用0.1C恒流充电90分钟；第三步：采用0.3C恒流化成上限保护电压3.9V；

（3）然后采用精度0.0001mv电压精度的测试仪进行测试OCV1,在高温40℃～45℃条件搁置3天后，常温放置12小时，再测试OCV2；通过结算OCV1-OCV2的差值来筛选自放电比较大的电池；

（4）采用①0.5C恒流放电2.75V;②0.5C恒流恒压充电4.2V，截止电流0.01C； ③0.5C恒流放电2.75V；④0.5C恒流恒压充电3.65V,截止电流0.01C;

(5) 采用精度0.0001mv的电压内阻测试仪检测OCV3,常温搁置7天后测试OCV4,对压降进行统计评估其一致性。

实施例一

（1）取注液后高温45℃陈化后1天的高容量锂电池；一次化成采用0.05C～0.1C恒流充电10分钟；高温45℃搁置2天；

（2）二次化成步骤：第一步：采用0.05C～0.1C恒流充电90-120分钟；第二步：采用0.1～0.2C恒流充电90分钟；第三步：采用0.3C恒流恒压化成上限保护电压4.0V，截止电0.01C；

（4）分容工步 ①0.5C恒流放电2.75V;②0.5C恒流恒压充电4.2V，截止电流0.01C； ③0.5C恒流放电2.75V；④0.5C恒流恒压3.65V，截止电流0.01C;⑤ 0.1C恒流恒压3.65V，截止电流15mA；

(5)采用精度0.0001mv的电压内阻测试仪检测OCV3,常温搁置7天后测试OCV4，对压降进行统计评估其一致性。

实施例二

（1）取注液后高温45℃陈化后1天的高容量锂电池；一次化成采用0.05C～0.1C恒流充电105分钟；高温45℃搁置2天；

（4）分容工步 ①0.5C恒流放电2.75V;②0.5C恒流恒压充电4.2V，截止电流0.01C； ③0.5C恒流放电2.75V；④0.5C恒流恒压3.65V，截止电流0.01C；

通过检测数据对比得出以下结论：

参见附图1，其中，方案一为本申请的对比例，方案二为本申请的实施例一，方案三为本申请的实施例二。

通过对比例的常规方案与二次化成及检测小电流补电工艺的实施例一和二次化成实施例二对比，说明采用二次化成及检测小电流补电工艺，能够充分加剧电池内部副反应物产生，提高负极表面成膜的稳定性，同时解决了检测后单体充电不饱和问题，提高了整体电压的一致性及后期使用安全性。说明该方案从源头本质在一定程度上解决了电池成组应用的一致性及安全问题，提高了出货配组率，是一种操作简单，经济实用的改善途径。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种提高高容量锂电池电压一致性的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）取注液后高温陈化后1天的锂电池；一次化成采用恒流充电10分钟；高温4搁置2天；

2.如权利要求1所述一种提高高容量锂电池电压一致性的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，一次化成采用0.05C～0.1C恒流充电。

3.如权利要求1所述一种提高高容量锂电池电压一致性的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，高温为45℃。

4.如权利要求1所述一种提高高容量锂电池电压一致性的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，第一步：采用0.05C～0.1C恒流充电；第二步：采用0.1～0.2C恒流充电；第三步：采用0.3C恒流恒压化成上限保护电压。

5.如权利要求1所述一种提高高容量锂电池电压一致性的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，高温为40℃～45℃。