CN111916837B - 一种锂镍基复合化合物电池的化成方法 - Google Patents

一种锂镍基复合化合物电池的化成方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种锂镍基复合化合物电池的化成方法，所述锂镍基复合化合物的分子式为LiNi1‑xAlxO2，x＝0.02‑0.03，所述化成方法为开口化成，其中包括，将组装好的电池加热至50‑60摄氏度，注入电解液A，保持在该温度下，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；抽真空排气；恒流放电至放电截止电压，静置将电池自然冷却至室温，恒流充电至第二预定电压，以第二预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流；注入电解液C，小电流恒流在第二预定电压和充电截止电压下循环若干次；调整电池温度至室温，在放电截止电压和充电截止电压下循环若干次，得到所述锂镍基复合化合物电池。由本化成方法得到的锂镍基复合化合物电池，具有良好的高温循环性能。

Description

一种锂镍基复合化合物电池的化成方法
技术领域
本发明涉及一种锂镍基复合化合物电池的化成方法。
背景技术
锂镍基复合化合物电池材料具有高能量密度，高工作电压平台，以及高倍率性能的优势，对于动力需求量大的用电工具，属于极其适合的正极活性材料之一，但是，锂镍基复合化合物电池的缺点也十分明显，由于高温循环稳定性差，因此导致电池在循环过程中，电解液容易在活性物质表面分解产气，从而循环性差，并且若产气量过大，则容易导致电池起鼓，影响安全性能。
发明内容
本发明提供了一种锂镍基复合化合物电池的化成方法，所述锂镍基复合化合物的分子式为LiNi1-xAlxO2，x＝0.02-0.03，所述化成方法为开口化成，其中包括，将组装好的电池加热至50-60摄氏度，注入电解液A，保持在该温度下，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；抽真空排气；小电流脉冲充电至第一预定电压，所述第一预定电压高于充电截止电压，然后以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流；抽真空排气；恒流放电至放电截止电压，静置将电池自然冷却至室温，注入电解液B，恒流充电至第二预定电压，以第二预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流；注入电解液C，调整电池至0-5摄氏度，小电流恒流在第二预定电压和充电截止电压下循环若干次；调整电池温度至室温，提高电流强度，在放电截止电压和充电截止电压下循环若干次，得到所述锂镍基复合化合物电池。由本化成方法得到的锂镍基复合化合物电池，具有良好的高温循环性能。具体的方案如下：
一种锂镍基复合化合物电池的化成方法，所述锂镍基复合化合物的分子式为LiNi1-xAlxO2，x＝0.02-0.03，所述化成方法为开口化成，其中包括：
1)将组装好的电池加热至50-60摄氏度，注入电解液A，所述电解液A中的添加剂为1,3-丙烯磺内酯；
2)保持在该温度下，恒流充电至充电截止电压；
3)以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流；
4)抽真空排气；
5)小电流脉冲充电至第一预定电压，所述第一预定电压高于充电截止电压；
6)以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流；
7)抽真空排气；
8)恒流放电至放电截止电压；
9)静置将电池自然冷却至室温，注入电解液B，所述电解液B中的添加剂为氟代碳酸乙烯酯；
10)恒流充电至第二预定电压，所述第二预定电压为3.35-3.40V；
11)以第二预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流；
12)注入电解液C，所述电解液C中的添加剂为碳酸亚乙烯酯；
13)调整电池至0-5摄氏度，小电流恒流在第二预定电压和充电截止电压下循环若干次；
14)调整电池温度至室温，提高电流强度，在放电截止电压和充电截止电压下循环若干次，封口，得到所述锂镍基复合化合物电池。
进一步的，所述充电截止电压为4.25V，所述第一预定电压为4.28V，所述放电截止电压为2.80V。
进一步的，其中按照体积计算，所述电解液A占总电解液含量的65体积％，其中1,3-丙烯磺内酯在电解液A中的浓度为7.5体积％。
进一步的，其中按照体积计算，所述电解液B占总电解液含量的25体积％，其中氟代碳酸乙烯酯在电解液B中的浓度为10体积％。
进一步的，其中按照体积计算，所述电解液C占总电解液含量的10体积％，其中碳酸亚乙烯酯在电解液C中的浓度为25体积％。
进一步的，所述步骤5中的脉冲充电的电流为0.02-0.05C，脉冲时间为30-60s，间隔2-5s。
进一步的，所述步骤13中的电流为0.05-0.1C。
进一步的，所述步骤14中的电流为0.1-0.5C。
本发明具有如下有益效果：
1)、发明人发现，针对锂镍基复合化合物正极，1，3-丙烯磺内酯在充电截止电压和第一预定电压之间的特定电压区间化成，能够提高锂镍基复合化合物电池的高温稳定性，避免电解液分解；
2)、发明人发现，氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯的分批加入，能够提高电池的循环性能，并且两种添加剂的加入顺序以及加入时电池的电压区间对于循环性能的影响极大。
3)、化成温度由高温，至常温，至低温，温度的变化会使SEI膜表面部分成膜更加致密，从而提高SEI膜的稳定性，并且能够防止电池内阻过度增加，前段的高温化成有利于降低电池内阻的增加程度。
4)、三种添加剂的在特定的浓度区间，分步加入，其存在协同作用，对于电池的在高温下的循环性的提高具有极大的影响作用。
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。本发明中的所述锂镍基复合化合物的分子式为LiNi0.98Al0.02O2，负极活性材料为天然石墨和人造石墨质量比3:1的混合物；电解液A、B、C的有机溶剂均为体积比2:1:1:1的EC、DEC、PC和EMC的混合物，导电电解质盐均为1mol/L的六氟磷酸锂。
实施例1
1)将组装好的电池加热至50摄氏度，注入电解液A，所述电解液A占总电解液含量的65体积％，所述电解液A中的添加剂为7.5体积％1,3-丙烯磺内酯；
2)保持在该温度下，0.1C恒流充电至充电截止电压4.25V；
3)以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
4)抽真空排气；
5)小电流脉冲充电至第一预定电压4.28V，脉冲充电的电流为0.02C，脉冲时间为30s，间隔2s；
6)以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
7)抽真空排气；
8)0.1C恒流放电至放电截止电压2.80V；
9)静置将电池自然冷却至室温，注入电解液B，所述电解液B占总电解液含量的25体积％，所述电解液B中的添加剂为10体积％氟代碳酸乙烯酯；
10)0.1C恒流充电至第二预定电压，所述第二预定电压为3.35V；
11)以第二预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
12)注入电解液C，所述电解液C占总电解液含量的10体积％，所述电解液C中的添加剂为25体积％碳酸亚乙烯酯；
13)调整电池至0摄氏度，0.05C恒流在第二预定电压和充电截止电压下循环3次；
14)调整电池温度至室温，提高电流强度，在放电截止电压和充电截止电压下0.1C循环3次，封口，得到所述锂镍基复合化合物电池。
实施例2
1)将组装好的电池加热至60摄氏度，注入电解液A，所述电解液A占总电解液含量的65体积％，所述电解液A中的添加剂为7.5体积％1,3-丙烯磺内酯；
2)保持在该温度下，0.1C恒流充电至充电截止电压4.25V；
3)以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
4)抽真空排气；
5)小电流脉冲充电至第一预定电压4.28V，脉冲充电的电流为0.05C，脉冲时间为60s，间隔5s；
6)以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
7)抽真空排气；
8)0.1C恒流放电至放电截止电压2.80V；
9)静置将电池自然冷却至室温，注入电解液B，所述电解液B占总电解液含量的25体积％，所述电解液B中的添加剂为10体积％氟代碳酸乙烯酯；
10)0.1C恒流充电至第二预定电压，所述第二预定电压为3.40V；
11)以第二预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
12)注入电解液C，所述电解液C占总电解液含量的10体积％，所述电解液C中的添加剂为25体积％碳酸亚乙烯酯；
13)调整电池至5摄氏度，0.1C恒流在第二预定电压和充电截止电压下循环3次；
14)调整电池温度至室温，提高电流强度，在放电截止电压和充电截止电压下0.5C循环3次，封口，得到所述锂镍基复合化合物电池。
实施例3
1)将组装好的电池加热至55摄氏度，注入电解液A，所述电解液A占总电解液含量的65体积％，所述电解液A中的添加剂为7.5体积％1,3-丙烯磺内酯；
2)保持在该温度下，0.1C恒流充电至充电截止电压4.25V；
3)以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
4)抽真空排气；
5)小电流脉冲充电至第一预定电压4.28V，脉冲充电的电流为0.03C，脉冲时间为40s，间隔3s；
6)以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
7)抽真空排气；
8)0.1C恒流放电至放电截止电压2.80V；
9)静置将电池自然冷却至室温，注入电解液B，所述电解液B占总电解液含量的25体积％，所述电解液B中的添加剂为10体积％氟代碳酸乙烯酯；
10)0.1C恒流充电至第二预定电压，所述第二预定电压为3.38V；
11)以第二预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
12)注入电解液C，所述电解液C占总电解液含量的10体积％，所述电解液C中的添加剂为25体积％碳酸亚乙烯酯；
13)调整电池至2摄氏度，0.08C恒流在第二预定电压和充电截止电压下循环3次；
14)调整电池温度至室温，提高电流强度，在放电截止电压和充电截止电压下0.3C循环3次，封口，得到所述锂镍基复合化合物电池。
对比例1
1)将组装好的电池注入电解液B，所述电解液B占总电解液含量的70体积％，所述电解液B中的添加剂为10体积％氟代碳酸乙烯酯；
2)0.1C恒流充电至第二预定电压，所述第二预定电压为3.38V；
3)以第二预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
4)注入电解液C，所述电解液C占总电解液含量的30体积％，所述电解液C中的添加剂为25体积％碳酸亚乙烯酯；
5)调整电池至2摄氏度，0.08C恒流在第二预定电压和充电截止电压下循环3次；
6)调整电池温度至室温，提高电流强度，在放电截止电压和充电截止电压下0.3C循环3次，封口，得到所述锂镍基复合化合物电池。
对比例2
1)将组装好的电池加热至55摄氏度，注入电解液A，所述电解液A占总电解液含量的65体积％，所述电解液A中的添加剂为7.5体积％1,3-丙烯磺内酯；
2)保持在该温度下，0.1C恒流充电至充电截止电压4.25V；
3)以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
4)抽真空排气；
5)小电流脉冲充电至第一预定电压4.28V，脉冲充电的电流为0.03C，脉冲时间为40s，间隔3s；
6)以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
7)抽真空排气；
8)0.1C恒流放电至第二预定电压，所述第二预定电压为3.38V；
9)注入电解液C，所述电解液C占总电解液含量的35体积％，所述电解液C中的添加剂为25体积％碳酸亚乙烯酯；
10)调整电池至2摄氏度，0.08C恒流在第二预定电压和充电截止电压下循环3次；
11)调整电池温度至室温，提高电流强度，在放电截止电压2.80V和充电截止电压下0.3C循环3次，封口，得到所述锂镍基复合化合物电池。
对比例3
1)将组装好的电池加热至55摄氏度，注入电解液A，所述电解液A占总电解液含量的65体积％，所述电解液A中的添加剂为7.5体积％1,3-丙烯磺内酯；
2)保持在该温度下，0.1C恒流充电至充电截止电压4.25V；
3)以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
4)抽真空排气；
5)小电流脉冲充电至第一预定电压4.28V，脉冲充电的电流为0.03C，脉冲时间为40s，间隔3s；
6)以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
7)抽真空排气；
8)0.1C恒流放电至放电截止电压2.80V；
9)静置将电池自然冷却至室温，注入电解液B，所述电解液B占总电解液含量的35体积％，所述电解液B中的添加剂为10体积％氟代碳酸乙烯酯；
10)0.1C恒流充电至第二预定电压，所述第二预定电压为3.38V；
11)以第二预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
12)在放电截止电压和充电截止电压下0.3C循环3次，封口，得到所述锂镍基复合化合物电池。
对比例4
1)将组装好的电池加热至55摄氏度，注入电解液A，所述电解液A占总电解液含量的65体积％，所述电解液A中的添加剂为7.5体积％1,3-丙烯磺内酯；
2)保持在该温度下，0.1C恒流充电至充电截止电压4.25V；
3)以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
4)抽真空排气；
5)0.1C恒流放电至放电截止电压2.80V；
6)静置将电池自然冷却至室温，注入电解液B，所述电解液B占总电解液含量的25体积％，所述电解液B中的添加剂为10体积％氟代碳酸乙烯酯；
7)0.1C恒流充电至第二预定电压，所述第二预定电压为3.38V；
8)以第二预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
9)注入电解液C，所述电解液C占总电解液含量的10体积％，所述电解液C中的添加剂为25体积％碳酸亚乙烯酯；
10)调整电池温度至室温，提高电流强度，在放电截止电压和充电截止电压下0.3C循环3次，封口，得到所述锂镍基复合化合物电池。
对比例5
1)将组装好的电池加热至55摄氏度，注入电解液A，所述电解液A占总电解液含量的65体积％，所述电解液A中的添加剂为7.5体积％1,3-丙烯磺内酯；注入电解液B，所述电解液B占总电解液含量的25体积％，所述电解液B中的添加剂为10体积％氟代碳酸乙烯酯；注入电解液C，所述电解液C占总电解液含量的10体积％，所述电解液C中的添加剂为25体积％碳酸亚乙烯酯；
2)保持在该温度下，0.1C恒流充电至充电截止电压4.25V；
3)以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
4)抽真空排气；
5)小电流脉冲充电至第一预定电压4.28V，脉冲充电的电流为0.03C，脉冲时间为40s，间隔3s；
6)以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
7)抽真空排气；
8)0.1C恒流放电至放电截止电压2.80V；
9)静置将电池自然冷却至室温；
10)0.1C恒流充电至第二预定电压，所述第二预定电压为3.38V；
11)以第二预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流0.01C；
12)调整电池至2摄氏度，0.08C恒流在第二预定电压和充电截止电压下循环3次；
13)调整电池温度至室温，提高电流强度，在放电截止电压和充电截止电压下0.3C循环3次，封口，得到所述锂镍基复合化合物电池。
测试及结果
测试实施例1-3和对比例1-5的电池，测量在55摄氏度下循环200次和400次的容量保持率。由表1可见，针对锂镍基复合化合物正极，1，3-丙烯磺内酯在充电截止电压和第一预定电压之间的特定电压区间化成，能够提高锂镍基复合化合物电池的高温稳定性；氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯的分批加入，能够提高电池的循环性能，并且两种添加剂的加入顺序以及加入时电池的电压区间对于循环性能的影响极大。化成温度由高温，至常温，至低温，温度的变化会使SEI膜表面部分成膜更加致密，从而提高SEI膜的稳定性，并且能够防止电池内阻过度增加，前段的高温化成有利于降低电池内阻的增加程度。三种添加剂的在特定的浓度区间，分步加入，其存在协同作用，对于电池的在高温下的循环性的提高具有极大的影响作用。
表1
200次(％) 400次(％)
实施例1 98.5 96.8
实施例2 98.2 97.0
实施例3 98.6 97.5
对比例1 93.4 90.5
对比例2 94.2 91.2
对比例3 95.1 91.4
对比例4 95.5 92.5
对比例5 93.9 91.6
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)

1.一种锂镍基复合化合物电池的化成方法，所述锂镍基复合化合物的分子式为LiNi1-x Al x O 2 ，x＝0.02-0.03，所述化成方法为开口化成，其中包括以下步骤：
1)将组装好的电池加热至50-60摄氏度，注入电解液A，所述电解液A中的添加剂为1,3-丙烯磺内酯；
2)保持在该温度下，恒流充电至充电截止电压；
3)以充电截止电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流；
4)抽真空排气；
5)小电流脉冲充电至第一预定电压，所述第一预定电压高于充电截止电压；
6)以第一预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流；
7)抽真空排气；
8)恒流放电至放电截止电压；
9)静置将电池自然冷却至室温，注入电解液B，所述电解液B中的添加剂为氟代碳酸乙烯酯；
10)恒流充电至第二预定电压，所述第二预定电压为3.35-3.40V；
11)以第二预定电压恒压充电，直至充电电流低于截止电流；
12)注入电解液C，所述电解液C中的添加剂为碳酸亚乙烯酯；
13)调整电池至0-5摄氏度，小电流恒流在第二预定电压和充电截止电压下循环若干次；
14)调整电池温度至室温，提高电流强度，在放电截止电压和充电截止电压下循环若干次，封口，得到所述锂镍基复合化合物电池。
2.如上述权利要求1所述化成方法，所述充电截止电压为4.25V，所述第一预定电压为4.28V，所述放电截止电压为2.80V。
3.如上述权利要求1所述化成方法，其中按照体积计算，所述电解液A占总电解液含量的65体积％，其中1,3-丙烯磺内酯在电解液A中的浓度为7.5体积％。
4.如上述权利要求3所述化成方法，其中按照体积计算，所述电解液B占总电解液含量的25体积％，其中氟代碳酸乙烯酯在电解液B中的浓度为10体积％。
5.如上述权利要求4所述化成方法，其中按照体积计算，所述电解液C占总电解液含量的10体积％，其中碳酸亚乙烯酯在电解液C中的浓度为25体积％。
6.如上述权利要求1所述化成方法，所述步骤5中的脉冲充电的电流为0.02-0.05C，脉冲时间为30-60s，间隔2-5s。
7.如上述权利要求1所述化成方法，所述步骤13中的电流为0.05-0.1C。
8.如上述权利要求1所述化成方法，所述步骤14中的电流为0.1-0.5C。
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