CN111816943A - 锂二次电池的后处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锂二次电池的后处理方法,所述方法包括活化步骤,所述活化步骤为:在将所述锂二次电池加热的状态下,将加热的锂二次电池充电至活化电压并将电池保持在所述电压下,所述活化电压等于或高于锂过渡金属复合氧化物产生相变的电压,其中所述锂二次电池包括内置在电池盒中的正极、负极、介于正极和负极之间的隔膜以及电解质溶液,所述正极包括具有层状结构并含有基于1mol过渡金属总量的0.8mol以上的Ni的富镍(富Ni)的锂过渡金属复合氧化物作为正极活性材料。
Description
技术领域
本发明涉及锂二次电池的后处理方法,具体涉及锂二次电池的后处 理方法,该方法允许电池具有改善的电池稳定性和寿命,并在包含富镍 的锂过渡金属化合物作为正极活性材料的锂二次电池中,防止电池的可 逆容量(reversible capacity)降低。
背景技术
具有层状结构的富镍的锂过渡金属化合物具有高能量密度和有竞争 力的价格以及具有与Ni含量成比例地增加的可逆放电容量的优点。
特别地,由于在过渡金属中具有80%以上的镍含量的富镍的锂过渡金 属氧化物可以具有约3.9V(vs.Li+/Li)的平均放电电势和高达约200 mAh/g的平均放电容量,它作为可实现500km以上的续航里程的下一代高 容量活性材料受到关注。
然而,过渡金属中具有80%以上的镍含量的富镍的锂过渡金属化合物 具有在4.15V的高电压下经历晶体结构的相变以及通过氧化反应产生气 体的问题。气体的产生对电池有不良影响,例如高温下的寿命性能劣化 和电池寿命缩短。
同时,已经在例如美国专利登记第9324994号中提出了一种技术,其 中通过在后处理过程中以4.4V至5.0V的电压对电池充电来有意产生气 体然后除去气体,以提高容量并解决由于锰基正极活性材料中的相变而 引起的气体产生的问题。
然而,在过渡金属中具有80%以上的镍含量的富镍的锂过渡金属化合 物中,在相对较低的电压下会发生热失控(thermal runaway),并且难以在 后处理过程中施加高电压以完全去除由相变造成的气相。此外,通过高 压施加工艺去除由相变造成的气相,过渡金属中具有80%以上的镍含量的 富镍的锂过渡金属化合物遭受放电容量的急剧降低,从而对高容量活性 材料的内在优点造成损害。
[相关技术文献]
[专利文献]
美国专利登记第9324994号
发明内容
本发明的实施方案旨在提供一种后处理方法,其可以改善二次电池 在高温下的寿命并抑制电池容量的降低,该二次电池包括具有层状结构 并含有基于1mol过渡金属总量的0.8mol以上的Ni的富镍(富Ni)的锂过渡 金属复合氧化物作为正极活性材料。
在一个总体方面,锂二次电池的后处理方法包括活化步骤,该活化 步骤为:在将锂二次电池加热的状态下,将加热的锂二次电池充电至活 化电压并将电池保持在该电压下,活化电压等于或高于锂过渡金属复合 氧化物产生相变的电压,其中锂二次电池包括内置在电池盒中正极、负 极、介于正极和负极之间的隔膜以及电解质溶液,正极包括具有层状结 构并含有基于1mol过渡金属总量的0.8mol以上的Ni的富镍(富Ni)的锂过 渡金属复合氧化物作为正极活性材料。
在根据本发明的示例性实施方案的锂二次电池的后处理方法中,活 化电压可以为4.15V至4.30V。
在根据本发明的示例性实施方案的锂二次电池的后处理方法中,可 以以0.2C以下的C速率将锂二次电池充电至活化电压。
在根据本发明的示例性实施方案的锂二次电池的后处理方法中,活 化步骤可进行0.5天至1天。
在根据本发明的示例性实施方案的锂二次电池的后处理方法中,加 热温度可以为45℃-60℃。
在根据本发明的示例性实施方案的锂二次电池的后处理方法中,锂 过渡金属复合氧化物可以满足以下化学式1:
(化学式1)
Li1+α(NixM(1-x))O2
其中,M包括选自Mn、Co、Fe、Cr、V、Cu、Zn和Ti中的一种或多 种,α为0≤α≤0.50的实数,x为0.80≤x≤0.95的实数。
在根据本发明的示例性实施方案的锂二次电池的后处理方法中,在 活化步骤中,可以交替地应用彼此不同的第一活化电压和第二活化电压。
在根据本发明的示例性实施方案的锂二次电池的后处理方法中,在 活化步骤之后,可以进一步包括去除在活化步骤中产生的气体的脱气步 骤。
在另一个总体方面,包括通过上述后处理方法处理的锂二次电池。
通过以下详细描述和权利要求,其他特征和方面将变得明显。
具体实施方式
在下文中,将详细描述根据本发明的锂二次电池的后处理方法。在 此,除非另外定义,否则本说明书中使用的技术术语和科学术语具有本 发明所属领域的技术人员所理解的一般含义,在以下描述中将省略可能 不必要地模糊本发明的主旨的已知功能和配置的描述。
在本发明中,经历后处理方法的锂二次电池是包括具有层状结构并 含有基于1mol过渡金属(包括Ni)总量的0.8mol以上的Ni的富镍(富Ni)的 锂过渡金属复合氧化物作为正极活性材料的锂二次电池。
作为具体实例,富镍的锂过渡金属复合氧化物可以满足以下化学式 1:
(化学式1)
Li1+α(NixM(1-x))O2
其中,M包括选自Mn、Co、Fe、Cr、V、Cu、Zn和Ti中的一种或多 种,α为0≤α≤0.50的实数,特别地,0≤α≤0.30,并且x为0.80≤x≤0.95的实数, 特别地,0.80≤x≤0.90。
作为具体实例,富镍的锂过渡金属复合氧化物可以满足以下化学式2:
(化学式2)
Li1+α(NixMayMbz)O2
其中,Ma为Mn,Mb为Co,α为0≤α≤0.50的实数,特别地,0≤α≤0.30, x为0.80≤x≤0.95的实数,特别地,0.80≤x≤0.90,y为0.05≤y≤0.20的实数, 特别地,0.05≤y≤0.15,z为0.05≤z≤0.20的实数,特别地0.05≤z≤0.15,并且 x+y+z=1。
如上所述,富镍的锂过渡金属复合氧化物是指具有层状结构并含有 基于1mol过渡金属总量的0.8mol以上的Ni的锂过渡金属复合氧化物,作 为具体的实例,可以为满足化学式1或2的材料。
本申请人从先前的实验中证实,具有在过渡金属中80%以上的镍含量 的富镍的锂过渡金属复合氧化物在4.15V以上的电压(比SOC 100%低的 电压)下经历了从层状结构到立方结构的转变,以促进氧化反应,从而产 生大量的氧化性气体。
作为在实际使用电池之前预先进行各种用于去除氧化性气体的实验 的结果,已经证实,当在发生相变的约4.15V下对电池充电以产生氧化性 气体时,处理时间如此长,使得无法将该处理应用于实际过程,并且难 以完全去除氧化性气体。
此外,已经证实,由于即使在4.4V的水平下也会发生热失控,因此, 就提高活化电压而言,具有在过渡金属中80%以上的镍含量的富镍的锂过 渡金属复合氧化物在相变速率的提高(快速而完全地产生氧化性气体)方 面具有局限性。此外,当通过保持尽可能高的电压状态使得不会发生热 失控而人为地引起相变以提高相变速率时,发生电池的放电容量的急剧 劣化。
为了解决这些问题,连续进行了各种实验,结果发现,当在加热状 态下由电压引起结构相变时,即使在低电压下,具有过渡金属的80%以上 的镍含量的富镍的锂过渡金属复合氧化物也会发生非常活跃且快速的相 变,基于此发现,进行了强化的后续实验,从而开发了后处理方法,该 方法也可以防止电池的放电容量的劣化,从而完成了本发明。
在基于上述发现的根据本发明的后处理方法中,锂二次电池包括内 置在电池盒中的正极、负极、介于正极和负极之间的隔膜以及电解质溶 液,正极包括具有层状结构并含有基于1mol过渡金属总量的0.8mol以上 的Ni的富镍(富Ni)的锂过渡金属复合氧化物作为正极活性材料。
根据本发明的后处理方法包括:在将待后处理的锂二次电池加热的 状态下,将加热的锂二次电池充电至活化电压并将电池保持在该电压下 (活化步骤),活化电压等于或高于锂过渡金属复合氧化物产生相变的电压 (以下称为临界电压)。
根据本发明的后处理方法的优点在于,在将待后处理的锂二次电池 加热的状态下,将锂二次电池充电至等于或高于临界电压的电压,由此 即使当活化电压处于类似于临界电压的低电压水平时,也能迅速促进富 镍的锂过渡金属复合氧化物的结构相变,从而可以在适用于工艺的时间 内去除相变引起的氧化性气体。
在具体实例中,在活化步骤中,锂二次电池的加热温度可以为45℃ -60℃。当将加热到45℃-60℃、特别是45℃-55℃、更特别是45℃-50℃的 锂二次电池充电至活化电压并保持在活化电压下时,仅通过仅进行约1天 的活化步骤,就可以有效地除去由于正极活性材料的结构相变而产生的 氧化性气体。高于60℃时,如果将锂二次电池加热至高温,充电至活化 电压并保持在活化电压下,则会缩短活化所需的时间,但是在活化步骤 中会有容量损失显著的风险,因此,有利的是,在将锂二次电池加热至 60℃以下、优选55℃以下、更优选50℃以下的温度下的状态下,对锂二 次电池施加活化电压。
然而,当将接近相同临界电压的低活化电压施加至未加热的锂二次 电池时,需要三天以上的时间才能除去相同量的氧化性气体,因此,难 以将这种处理应用到真正的电池生产过程中。
在具体实例中,当将加热到45℃-60℃、特别是45℃-55℃、更特别是 45℃-50℃的锂二次电池充电至活化电压并保持在活化电压下时,即使施 加可以稳定地防止热失控的临界电压附近的低活化电压,也可以有效地 去除由结构相变引起的氧化性气体。
作为实例,施加到加热的锂二次电池的活化电压可以处于临界电压 +0.15V内的非常低的水平。作为一个实质的实例,活化电压可以为4.15V 至4.30V,有利地为4.15V至4.25V,更有利地为4.20V至4.25V。
在包括具有在过渡金属中80%以上的镍含量的富镍的锂过渡金属复 合氧化物作为正极活性材料的锂二次电池中,可以通过加热大大促进正 极活性材料的结构相变,但是取决于在锂二次电池被加热的状态下施加 的电压(活化电压)的大小,电池容量劣化可能会非常敏感地发生。
实际上,在执行活化步骤之前,当将加热的锂二次电池充电至并保 持在4.30V的活化电压时,基于锂二次电池的可逆放电容量,可以保持 95%以上的可逆放电容量。此外,当将加热的锂二次电池充电至并保持在 4.25V的活化电压时,可以保持99%以上的可逆放电容量。此外,当将加 热的锂二次电池充电至并保持在4.20V的活化电压时,可以保持100%的 可逆放电容量,从而可以基本上完全防止放电容量的劣化。
因此,优选地,通过将加热至45℃-50℃的锂二次电池充电至4.20V 至4.25V的活化电压并保持该电压来进行活化步骤,从而确保了约1天的 活化处理时间(锂二次电池保持充电至活化电压的持续时间)和99%以上 的可逆放电容量保持率。
根据具体实例的锂二次电池的后处理方法可包括:a)将待活化的锂二 次电池加热至恒定温度并保持该温度;b)将加热的锂二次电池充电至活化 电压;c)将加热并充电至活化电压的锂二次电池的充电状态保持一段时 间。此外,在步骤c)之后,当然可以进一步进行使锂二次电池放电的步骤。
如上所述,锂二次电池被加热到的温度可以为45℃-60℃,特别为45℃ -55℃,更特别为45℃-50℃,活化电压可以为4.15V至4.30V,有利地为 4.15V至4.25V,更有利地为4.20V至4.25V,充电状态保持时间可以为约 1天,特别为0.8-1.5天,更特别为0.8-1.2天。
在具体实例中,当将包括具有在过渡金属中80%以上的镍含量的富镍 的锂过渡金属复合氧化物作为正极活性材料的锂二次电池充电至超过 SOC 100%的活化电压时,在被加热的状态下,锂二次电池的充电电流率 (charging current rate),即进行充电的C速率对放电容量的劣化具有较大影 响。
具体地,即使在以4.20V至4.25V(安全的活化电压范围)进行活化步 骤的情况下,当电池未以适当的C速率充电至活化电压时,放电容量可能 会降低。
作为有利的实例,可以以0.2C以下的C速率将加热的锂二次电池充电 至活化电压,并且基本上以0.1C至0.2C的C速率进行充电。作为具体实 例,可以在恒定电流(CC)条件下以0.1C至0.2C的C速率进行将加热的锂 二次电池充电至活化电压的步骤b)。
在具体实例中,活化步骤中彼此不同的第一活化电压充电状态和第 二活化电压充电状态可以交替,从而可以进一步缩短活化处理时间,而 不会引起放电容量的显著降低。
具体地,在第一活化电压和第二活化电压中,将相对较高的电压设 置为第二活化电压,活化步骤具有将电池充电至第一活化电压并将电池 保持在第一活化电压的第一过程,和将电池从第一活化电压充电至第二 活化电压,并将电池保持在第二活化电压,并将电池放电至第一活化电 压的第二过程,第一过程和第二过程作为单元过程,可以重复进行单元 过程。
具体地,第一活化电压和第二活化电压等于或高于临界电压,第一 活化电压可以为基本上不会发生可逆放电容量的劣化的电压,具体为 4.15-4.25V;第二活化电压可以为促进正极活性材料的结构相变的电压, 具体为4.26-4.30V。
当在第二过程中通过第二活化电压触发正极活性材料的结构相变 时,即使在第一过程中通过第一活化电压降低了电荷状态的情况下,也 保持并传播了由第二过程触发的相变,因此,基本上可以表现出与在第 二活化电压的恒定电压下进行活化处理的情况类似的效果。
就通过第二活化电压稳定地促进相变和通过相对较高的第二活化电 压稳定地防止容量降低而言,保持第二活化电压的时间可以为0.5分钟至 60分钟,特别为0.5分钟至30分钟,更特别为0.5分钟至20分钟,还更特别 为0.5分钟至5分钟。此外,在通过第二过程中触发的相变产生大量氧化性 气体的第一过程中,保持第一活化电压的时间可以为30分钟至2小时,特 别为30分钟至1小时,但是不一定限于此。
重复执行第一过程和第二过程的单元过程的时间(执行活化步骤的总 时间)可以为0.3天至1天,特别为0.3天至0.9天,更特别为0.3天至0.8天, 但是不一定限于此。
在具体实例中,在进行上述活化步骤之后,可以进一步进行打开二 次电池的壳体以去除在活化步骤中产生的气体(氧化性气体)的脱气步骤, 在脱气步骤之后,可以进一步进行密封已打开的二次电池壳体的步骤。
在具体实例中,在进行上述活化步骤之前,还可以进行其中将锂二 次电池充电至SOC 10%-30%的水平的预充电步骤,在进行预充电步骤之 后,可以进一步进行以下步骤:打开二次电池壳体以去除在预充电步骤 中产生的气体,并密封二次电池壳体。在预充电步骤中,气体可通过在 负极表面上产生钝化膜和/或电池中的水分分解等而产生,在去除在预充 电步骤中产生的气体之后,可以进行上述活化步骤。当进行预充电步骤 时,有利的是,以0.2C以下的C速率从进行预充电的电压充电到活化电压, 经过活化步骤的二次电池的放电速率(C速率)可以是在锂二次电池领域的 一般形成工艺中常用的任何速率。
在具体实例中,待后处理的锂二次电池可包括内置在电池盒中并被 密封的电极结构和电解质溶液,电极结构包括正极、负极以及介于正极 和负极之间的隔膜。
正极可以是其中在正极集流体的至少一个表面上形成包括上述富镍 的锂过渡金属复合氧化物的正极活性材料的正极活性材料层的正极。
负极可以是其中在负极集流体的至少一个表面上形成包括负极活性 材料的负极活性材料层的负极。负极活性材料可以为锂二次电池的负极 中常用的任何材料。作为非限制性示例,负极活性材料可以为选自以下 负极活性材料的一种或两种以上的材料:锂(金属锂)、易石墨化的碳、难 石墨化的碳、石墨、硅、Sn合金、Si合金、Sn氧化物、Si氧化物、Ti氧化 物、Ni氧化物、Fe氧化物(FeO)、锂钛氧化物(LiTiO2、Li4Ti5O12)等,但不 限于此。
正极活性材料层或负极活性材料层的粘合剂可以为锂二次电池的电 极中通常使用的材料,可以为不与电解质溶液发生化学反应的任何聚合 物,并且可以粘合活性材料,或者可以粘合活性材料和集流体。作为具 体实例,正极活性材料层粘合剂和负极活性材料层粘合剂可以彼此独立 地为:聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯- 三氯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚 乙酸乙烯酯、聚乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚环氧乙烷、乙酸纤维素、乙 酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基普鲁兰多糖(cyanoethylpulluran)、 氰乙基聚乙烯醇(cyanoethylpolyvinylalcohol)、氰乙基纤维素、氰基乙基蔗 糖、普鲁兰多糖(pullulan)、羧甲基纤维素、苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯 腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰亚胺、聚四氟乙烯,或它们的混合物,但 是本发明当然不限于这些粘合剂的材料。
负极活性材料层和正极活性材料层可以彼此独立地包括导电材料、 粘合剂或导电材料和粘合剂。导电材料可以是锂二次电池中通常使用的 用于提高活性材料本身的导电性的任何导电材料。导电材料的具体实例 可包括导电碳体,例如炭黑、乙炔黑、科琴黑(ketjen black)、槽法炭黑 (channel black)、炉法炭黑(furnace black)、灯黑(lampblack)、热炭黑(thermal black)或它们的混合物;导电纤维,例如碳纤维或金属纤维;导电纳米结 构,例如碳纳米管或石墨烯;等,但不限于此。粘合剂可以是锂二次电 池的电极中通常使用的用于提高正极活性材料层或负极活性材料层的粘 合力的任何材料。作为具体实例,正极活性材料层粘合剂和负极活性材 料层粘合剂可以彼此独立地为:聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯 共聚物、聚偏二氟乙烯-三氯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、 聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚环氧乙 烷、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基普鲁兰多 糖、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰基乙基蔗糖、普鲁兰多糖、羧 甲基纤维素、苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚 酰亚胺、聚四氟乙烯,或它们的混合物,但是本发明当然不限于这些粘 合剂的材料。
正极集流体或负极集流体可以是在常见锂二次电池中使用的任何正 极集流体或负极集流体。具体地,负极集流体或正极集流体可以是具有 优异的导电性并且在电池的充电和放电期间化学上稳定的材料的任何材 料,具体地,集流体可以是诸如石墨、石墨烯、钛、铜、铂、铝、镍、 银、金或碳纳米管的导电材料,但不限于此。集流体可以是导电材料的泡沫、膜、网格、毡或穿孔膜的形式,但是本发明当然不限于这些集流 体的形状和材料。
隔膜可以是任何对于充电和放电中所涉及的离子(例如锂离子)而言 是可渗透的并且使常见二次电池中的正极和负极电绝缘的微多孔膜。作 为具体实例,隔膜可以是多孔聚合物膜,例如由诸如乙烯均聚物、丙烯 均聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物 的聚烯烃基聚合物制备的多孔聚合物膜(单独的或它们的层压体),或常见 多孔非织造织物,例如为具有高熔点的玻璃纤维的非织造织物、聚对苯 二甲酸乙二酯纤维等,但不限于此。
电解质溶液的电解质可以是在常见的锂二次电池中能流畅地传导与 电池的充电和放电有关的离子的任何常见的非水电解质。作为实例,非 水电解质可包含非水溶剂和锂盐。作为非限制性示例,包含在电解质中 的锂盐可以是提供锂阳离子和选自以下的一种或多种阴离子的盐:NO3 -、 N(CN)2 -、BF4 -、ClO4 -、PF6 -、(CF3)2PF4 -、(CF3)3PF3 -、(CF3)4PF2 -、(CF3)5PF-、 (CF3)6P-、CF3SO3 -、CF3CF2SO3 -、(CF3SO2)2N-、(FSO2)2N-、CF3CF2(CF3)2CO-、 (CF3SO2)2CH-、(SF5)3C-、(CF3SO2)3C-、CF3(CF2)7SO3 -、CF3CO2 -、CH3CO2 -、 SCN-和(CF3CF2SO2)2N-。
电解质溶液中的溶剂可以是锂二次电池中用于溶解电解质的任何常 见的非水有机溶剂。作为具体示例,电解质溶液的溶剂可以是以下的一 种或多种:碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、1,2-碳酸亚丁酯、2,3-碳酸亚丁酯, 1,2-碳酸亚戊酯、2,3-碳酸亚戊酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二 乙酯、碳酸二(2,2,2-三氟乙基)酯、碳酸二丙酯、碳酸二丁酯、碳酸甲乙 酯、碳酸2,2,2-三氟乙基甲基酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸2,2,2- 三氟乙基丙基酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸丁酯、二甲醚、 乙醚、二丙醚、甲乙醚、甲丙醚、乙丙醚、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸 丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丁酸甲 酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、丁酸丁酯、γ-丁内酯、2-甲基-γ-丁内酯、3- 甲基-γ-丁内酯、4-甲基-γ-丁醇内酯、γ-硫代丁内酯、γ-乙基-γ-丁内酯、β- 甲基-γ-丁内酯、γ-戊内酯、σ-戊内酯、γ-己内酯、ε-己内酯、β-丙内酯、 四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、3-甲基四氢呋喃、磷酸三甲酯,磷酸三乙酯、 磷酸三(2-氯乙基)酯、磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯、磷酸三丙酯、磷酸三异 丙酯、磷酸三丁酯、磷酸三己酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸乙 烯甲酯、磷酸乙烯乙酯、二甲基砜、乙基甲基砜、甲基三氟甲基砜、乙 基三氟甲基砜、甲基五氟乙基砜、乙基五氟乙基砜、二(三氟甲基)砜、二 (五氟乙基)砜、三氟甲基五氟乙基砜、三氟甲基九氟丁基砜、五氟乙基九 氟丁基砜、环丁砜、3-甲基环丁砜、2-甲基环丁砜、3-乙基环丁砜、2-乙 基环丁砜等,但本发明当然不限于上述的锂盐和溶剂。
本发明包括通过上述后处理方法处理的锂二次电池。本发明包括一 种电池模块,其中使用通过上述后处理方法处理的锂二次电池作为单元 电池,将单元电池串联或并联连接。
本发明包括一种装置,其中由通过上述后处理方法处理的锂二次电 池供电。作为具体实例,装置可以为电动汽车、混合动力汽车、插电式 混合动力汽车、用于电力存储的系统等,但不限于此。
(实施例1)
使用人造石墨作为负极活性材料、LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2作为正极活性 材料、聚乙烯基微孔膜和电解质溶液来制造袋型锂二次电池,电解质溶 液为1M LiPF6的碳酸亚乙酯(EC)/碳酸甲乙酯(EMC)(1(体积)/3(体积))的 混合溶液。
在1.00V和0.5C的恒定电流(CC)的条件下对制造的袋型锂二次电池 整个电池(full cell)进行充电,打开袋以去除气体并再次密封以完成预充 电。
将预充电的袋型锂二次电池整个电池(full cell)加热至45℃,在保持加 热状态的同时,在4.23V(SOC 102.5%)和0.2C的恒定电流(CC)的条件下充 电并在充电状态下保持1天,将袋打开以去除气体并再次密封,并在0.5C 的CC的条件下将电池完全放电,以制造经活化处理的锂二次电池。
(实施例2)
以与实施例1中相同的方式制造经活化处理的锂二次电池,不同之处 在于,将预充电的袋型锂二次电池整个电池(full cell)充电至4.25V(SOC 105%)而不是4.23V(SOC102.5%)。
(实施例3)
以与实施例1中相同的方式制造经活化处理的锂二次电池,不同之处 在于,将预充电的袋型锂二次电池整个电池(full cell)充电至4.28V(SOC 107.5%)而不是4.23V(SOC 102.5%)。
(实施例4)
以与实施例1中相同的方式制造经活化处理的锂二次电池,不同之处 在于,将预充电的袋型锂二次电池整个电池(full cell)充电至4.31V(SOC 110%)而不是4.23V(SOC102.5%)。
(实施例5)
以与实施例1中相同的方式制造经活化处理的锂二次电池,不同之处 在于,将预充电的袋型锂二次电池整个电池(full cell)在0.5C而不是0.2C 的CC条件下充电至4.25V。
(实施例6)
将以与实施例1中相同的方式预充电的袋型锂二次电池整个电池(full cell)加热至45℃,在保持加热状态的同时,在4.23V(SOC 102.5%)和0.2C 的恒定电流(CC)的条件下充电,将该充电状态保持1小时,在4.28V(SOC 107.5%)和0.2C的恒定电流(CC)的条件下充电,在该充电状态下保持1分 钟,在4.23V(SOC 102.5%)和0.2C的恒定电流(CC)的条件下放电,此过程 重复进行6次,将袋打开以去除气体并再次密封,然后将电池在0.5C的CC的条件下完全放电以制造经活化处理的锂二次电池。
表1总结了当活化处理之前的锂二次电池的可逆放电容量为100%时, 实施例1-6中经活化处理的锂二次电池的可逆放电容量。
(表1)
当实施例1-6中经活化处理的锂二次电池以SOC 100%充电截止和 SOC 10%放电截止在0.1C的CC的条件下反复充电和放电时,测量了袋的 体积膨胀达到110%的时间点(以天为单位),并将其示于表2。
(表2)
根据本发明的后处理方法可以通过在实际使用包括富镍的锂过渡金 属复合氧化物作为正极活性材料的锂二次电池之前预先去除由相变产生 的氧化性气体来提高锂二次电池的寿命。
另外,根据本发明的后处理方法可以有效地防止放电容量的劣化, 并且可以在适用于约1天的生产工艺的时间内基本上完全除去源自富镍 的锂过渡金属复合氧化物的相变的氧化性气体。
上文中,尽管已经通过具体方案、示例性实施方案描述了本发明, 但是提供它们仅仅是为了帮助整个理解本发明。因此,本发明不限于示 例性实施方案。根据该描述,本发明所属领域的技术人员可以做出各种 修改和改变。
因此,本发明的精神不应该限于上述示例性实施方案,并且所附权 利要求以及与权利要求等同或相当的所有修改均应落入本发明的范围和 精神内。
Claims (9)
1.一种锂二次电池的后处理方法,所述方法包括活化步骤,所述活化步骤为:在将所述锂二次电池加热的状态下,将加热的锂二次电池充电至活化电压并将电池保持在所述电压下,所述活化电压等于或高于锂过渡金属复合氧化物产生相变的电压,其中所述锂二次电池包括内置在电池盒中的正极、负极、介于正极和负极之间的隔膜以及电解质溶液,所述正极包括具有层状结构并含有基于1mol过渡金属总量的0.8mol以上的Ni的富镍(富Ni)的锂过渡金属复合氧化物作为正极活性材料。
2.根据权利要求1所述的锂二次电池的后处理方法,其中,所述活化电压为4.15V至4.30V。
3.根据权利要求2所述的锂二次电池的后处理方法,其中,以0.2C以下的C速率将所述锂二次电池充电至所述活化电压。
4.根据权利要求2所述的锂二次电池的后处理方法,其中,所述加热的锂二次电池的温度为45℃-60℃。
5.根据权利要求1所述的锂二次电池的后处理方法,其中,所述活化步骤进行0.5天至1天。
6.根据权利要求1所述的锂二次电池的后处理方法,其中,所述锂过渡金属复合氧化物满足以下化学式1:
(化学式1)
Li1+α(NixM(1-x))O2
其中,M包括选自Mn、Co、Fe、Cr、V、Cu、Zn和Ti中的一种或多种,α为0≤α≤0.50的实数,并且x为0.80≤x≤0.95的实数。
7.根据权利要求1所述的锂二次电池的后处理方法,其中,在所述活化步骤中,使彼此不同的第一活化电压充电状态和第二活化电压充电状态交替。
8.根据权利要求1所述的锂二次电池的后处理方法,其进一步包括:在所述活化步骤之后,去除在所述活化步骤中产生的气体的脱气步骤。
9.一种通过权利要求1-8中任一项所述的后处理方法处理的锂二次电池。
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