CN112186260A - 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，所述方法包括将第一电解液注入的组装好的电池，预化成后，对电池性能进行测试，然后根据测试结果选择其后的化成方式，本发明的化成方法对电池内部环境的差异化结果进行调整，从而使电池的化成方式非均一化，满足不同状况电池的需求，从而得到的电池具有良好的稳定性和均一性。

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
锂离子电池的化成方式对锂离子电池的性能影响很大，而批量生产的锂离子电池的内部情况不一定相同，而现有技术中基本都是单一的化成方式，采用单一的化成方式而忽略内部情况的差异对于批量电池的均一性产生不利的影响。本发明通过测量电池的开路电压确定电池内部情况差异，得到的电池具有良好的稳定性和均一性。
发明内容
本发明提供了一种锂离子电池的化成方法，所述方法包括将第一电解液注入的组装好的电池，预化成后，对电池性能进行测试，然后根据测试结果选择其后的化成方式，本发明的化成方法对电池内部环境的差异化结果进行调整，从而使电池的化成方式非均一化，满足不同状况电池的需求，从而得到的电池具有良好的稳定性和均一性。具体的方案如下：
锂离子电池的化成方法，所述方法包括：
1)提供组装好的锂离子电池，注入预定计量的第一电解液，所述第一电解液中含有预定含量的氟代碳酸乙烯酯；
2)以0.1-0.2C的电流恒流充电至第一预定电压；
3)静置预定时间，测量电池的开路电压，若电池开路电压低于第一预定电压预定值，则进行A化成方式；若否，则进行B化成方式；
所述A化成方式包括：
1)恒流放电至放电截止电压；
2)注入第二电解液，第二电解液中含有预定含量的1,4-丁内酯和甲基二磺酸亚甲酯；
3)以0.01-0.05C的电流恒流充电至第一预定电压；
4)以0.05-0.1C的电流恒流充电至第二预定电压；
5)以第二预定电压恒压充电，直至电流低于截止电流；
6)以0.05-0.1C的电流恒流充电至充电截止电压；
7)以充电截止电压恒压充电，直至电流低于截止电流；
8)在充电截止电压和放电截止电压之间恒流充电若干次；
9)封口，得到所述锂离子电池；
所述B化成方式包括：
1)恒流放电至放电截止电压；
2)注入第三电解液，第三电解液中含有预定含量的1,4-丁内酯；
3)以0.01-0.05C的电流恒流充电至第一预定电压；
4)以0.05-0.1C的电流恒流充电至第二预定电压；
5)以第二预定电压恒压充电，直至电流低于截止电流；
6)以0.05-0.1C的电流恒流充电至充电截止电压；
7)以充电截止电压恒压充电，直至电流低于截止电流；
8)在充电截止电压和放电截止电压之间恒流充电若干次；
9)封口，得到所述锂离子电池。
进一步的，所述第一预定电压为3.75-3.77V，所述预定值为0.02-0.03V，所述预定时间为10小时。
进一步的，所述第二预定电压为3.92-3.95V。
进一步的，所述第一电解液占总电解液体积的65-70％，所述氟代碳酸乙烯酯的体积含量为3.5-3.7％。
进一步的，所述第二电解液中，1,4-丁内酯的体积含量为2.8-3.0％，甲基二磺酸亚甲酯的体积含量为1.3-1.5％；所述第三电解液中，1,4-丁内酯的体积含量为2.8-3.0％。
进一步的，所述第一，第二和第三电解液的有机溶剂成分相同，选自环状碳酸酯和链状碳酸酯，所述环状碳酸酯选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯；所述链状碳酸酯选自碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯。
进一步的，所述锂离子电池的正极活性物质选自钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍锰钴酸锂或其混合物；所述锂离子电池的负极活性物质选自碳系材料、硅系材料、硫系材料、高分子材料或能与锂离子形成合金的金属。
进一步的，所述放电截止电压为2.7-2.8V，充电截止电压为4.20-4.25V。
进一步的，所述截止电流为0.01C。
本发明具有如下有益效果：
1)、氟代碳酸乙烯酯能够提高电池的稳定性，尤其是循环性能。
2)、发明人发现，测量电池电极在充电时的极化情况，根据电池的极化情况调整电解液添加剂的成分，能够进一步稳定电池的性能；当电池的极化情况较为严重时，加入甲基二磺酸亚甲酯，能够提高电池的循环性能，但是若电池的极化情况不严重时，加入甲基二磺酸亚甲酯并没有明显效果，反而会降低电池的稳定性。
3)、1,4-丁内酯和氟代碳酸乙烯酯具有协同作用，能够进一步提高电池的稳定性。
4)、针对不同的添加剂在不同的电压下恒压化成，能够使添加剂形成更稳定的SEI膜。
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。第一，第二和第三电解液的有机溶剂成分相同，为体积比1:1:1的EC+DEC+DMC；电解质盐为六氟磷酸锂，锂离子电池的正极活性物质为钴酸锂，负极活性物质为石墨。
实施例1
1)提供组装好的锂离子电池，注入预定计量的第一电解液，所述第一电解液占总电解液体积的65％，其中含有氟代碳酸乙烯酯，体积含量为3.5％；
2)以0.1C的电流恒流充电至第一预定电压3.75V；
3)静置10小时，测量电池的开路电压，若电池开路电压低于第一预定电压0.02V，则进行A化成方式；若否，则进行B化成方式；
所述A化成方式包括：
1)0.1C恒流放电至放电截止电压2.7V；
2)注入第二电解液，所述第二电解液中，1,4-丁内酯的体积含量为2.8％，甲基二磺酸亚甲酯的体积含量为1.3％；
3)以0.01C的电流恒流充电至第一预定电压3.75V；
4)以0.05C的电流恒流充电至第二预定电压3.92V；
5)以第二预定电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
6)以0.05C的电流恒流充电至充电截止电压4.20V；
7)以充电截止电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
8)在充电截止电压和放电截止电压之间恒流充电3次；
9)封口，得到所述锂离子电池；
所述B化成方式包括：
1)0.1C恒流放电至放电截止电压2.7V；
2)注入第三电解液，第三电解液中含有体积含量2.8％的1,4-丁内酯；
3)以0.01C的电流恒流充电至第一预定电压3.75V；
4)以0.05C的电流恒流充电至第二预定电压3.92V；
5)以第二预定电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
6)以0.05C的电流恒流充电至充电截止电压4.20V；
7)以充电截止电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
8)在充电截止电压和放电截止电压之间恒流充电3次；
9)封口，得到所述锂离子电池。
实施例2
1)提供组装好的锂离子电池，注入预定计量的第一电解液，所述第一电解液占总电解液体积的70％，其中含有氟代碳酸乙烯酯，体积含量为3.7％；
2)以0.2C的电流恒流充电至第一预定电压3.77V；
3)静置10小时，测量电池的开路电压，若电池开路电压低于第一预定电压0.03V，则进行A化成方式；若否，则进行B化成方式；
所述A化成方式包括：
1)0.1C恒流放电至放电截止电压2.8V；
2)注入第二电解液，所述第二电解液中，1,4-丁内酯的体积含量为3.0％，甲基二磺酸亚甲酯的体积含量为1.5％；
3)以0.05C的电流恒流充电至第一预定电压3.77V；
4)以0.1C的电流恒流充电至第二预定电压3.95V；
5)以第二预定电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
6)以0.1C的电流恒流充电至充电截止电压4.25V；
7)以充电截止电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
8)在充电截止电压和放电截止电压之间恒流充电3次；
9)封口，得到所述锂离子电池；
所述B化成方式包括：
1)0.1C恒流放电至放电截止电压2.8V；
2)注入第三电解液，第三电解液中含有体积含量3.0％的1,4-丁内酯；
3)以0.05C的电流恒流充电至第一预定电压3.77V；
4)以0.1C的电流恒流充电至第二预定电压3.95V；
5)以第二预定电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
6)以0.1C的电流恒流充电至充电截止电压4.25V；
7)以充电截止电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
8)在充电截止电压和放电截止电压之间恒流充电3次；
9)封口，得到所述锂离子电池。
实施例3
1)提供组装好的锂离子电池，注入预定计量的第一电解液，所述第一电解液占总电解液体积的67％，其中含有氟代碳酸乙烯酯，体积含量为3.6％；
2)以0.15C的电流恒流充电至第一预定电压3.76V；
3)静置10小时，测量电池的开路电压，若电池开路电压低于第一预定电压0.02V，则进行A化成方式；若否，则进行B化成方式；
所述A化成方式包括：
1)0.1C恒流放电至放电截止电压2.75V；
2)注入第二电解液，所述第二电解液中，1,4-丁内酯的体积含量为2.9％，甲基二磺酸亚甲酯的体积含量为1.4％；
3)以0.03C的电流恒流充电至第一预定电压3.76V；
4)以0.08C的电流恒流充电至第二预定电压3.94V；
5)以第二预定电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
6)以0.08C的电流恒流充电至充电截止电压4.22V；
7)以充电截止电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
8)在充电截止电压和放电截止电压之间恒流充电3次；
9)封口，得到所述锂离子电池；
所述B化成方式包括：
1)0.1C恒流放电至放电截止电压2.75V；
2)注入第三电解液，第三电解液中含有体积含量2.9％的1,4-丁内酯；
3)以0.03C的电流恒流充电至第一预定电压3.76V；
4)以0.08C的电流恒流充电至第二预定电压3.94V；
5)以第二预定电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
6)以0.08C的电流恒流充电至充电截止电压4.22V；
7)以充电截止电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
8)在充电截止电压和放电截止电压之间恒流充电3次；
9)封口，得到所述锂离子电池。
对比例1
1)0.1C恒流放电至放电截止电压2.75V；
2)注入第二电解液，所述第二电解液中，1,4-丁内酯的体积含量为2.9％，甲基二磺酸亚甲酯的体积含量为1.4％；
3)以0.03C的电流恒流充电至第一预定电压3.76V；
4)以0.08C的电流恒流充电至第二预定电压3.94V；
5)以第二预定电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
6)以0.08C的电流恒流充电至充电截止电压4.22V；
7)以充电截止电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
8)在充电截止电压和放电截止电压之间恒流充电3次；
9)封口，得到所述锂离子电池；
对比例2
1)0.1C恒流放电至放电截止电压2.75V；
2)注入第三电解液，第三电解液中含有体积含量2.9％的1,4-丁内酯；
3)以0.03C的电流恒流充电至第一预定电压3.76V；
4)以0.08C的电流恒流充电至第二预定电压3.94V；
5)以第二预定电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
6)以0.08C的电流恒流充电至充电截止电压4.22V；
7)以充电截止电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
8)在充电截止电压和放电截止电压之间恒流充电3次；
9)封口，得到所述锂离子电池。
对比例3
1)提供组装好的锂离子电池，注入预定计量的第一电解液，所述第一电解液占总电解液体积的67％，其中含有氟代碳酸乙烯酯，体积含量为3.6％；以0.15C的电流恒流充电至第一预定电压3.76V；0.1C恒流放电至放电截止电压2.75V；
2)注入第二电解液，所述第二电解液中，1,4-丁内酯的体积含量为2.9％，甲基二磺酸亚甲酯的体积含量为1.4％；
3)以0.03C的电流恒流充电至第一预定电压3.76V；
4)以0.08C的电流恒流充电至第二预定电压3.94V；
5)以第二预定电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
6)以0.08C的电流恒流充电至充电截止电压4.22V；
7)以充电截止电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
8)在充电截止电压和放电截止电压之间恒流充电3次；
9)封口，得到所述锂离子电池；
对比例4
1)提供组装好的锂离子电池，注入预定计量的第一电解液，所述第一电解液占总电解液体积的67％，其中含有氟代碳酸乙烯酯，体积含量为3.6％；以0.15C的电流恒流充电至第一预定电压3.76V；0.1C恒流放电至放电截止电压2.75V；
2)注入第三电解液，第三电解液中含有体积含量2.9％的1,4-丁内酯；
3)以0.03C的电流恒流充电至第一预定电压3.76V；
4)以0.08C的电流恒流充电至第二预定电压3.94V；
5)以第二预定电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
6)以0.08C的电流恒流充电至充电截止电压4.22V；
7)以充电截止电压恒压充电，直至电流低于截止电流0.01C；
8)在充电截止电压和放电截止电压之间恒流充电3次；
9)封口，得到所述锂离子电池。
测试及结果
将七组电池，其中每组电池含有200个单体电池，每组分别进行实施例1-3和对比例1-4的化成方法，然后将每组电池在电流为1C下进行充放电循环300次，测量每组电池的循环容量保持率的平均值。
表1
循环保持率(％)
实施例1 97.8
实施例2 97.5
实施例3 98.1
对比例1 93.6
对比例2 94.1
对比例3 94.9
对比例4 94.3
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 (9)

1.一种锂离子电池的化成方法，所述方法包括：
1)提供组装好的锂离子电池，注入预定计量的第一电解液，所述第一电解液中含有预定含量的氟代碳酸乙烯酯；
2)以0.1-0.2C的电流恒流充电至第一预定电压；
3)静置预定时间，测量电池的开路电压，若电池开路电压低于第一预定电压预定值，则进行A化成方式；若否，则进行B化成方式；
所述A化成方式包括：
1)恒流放电至放电截止电压；
2)注入第二电解液，第二电解液中含有预定含量的1,4-丁内酯和甲基二磺酸亚甲酯；
3)以0.01-0.05C的电流恒流充电至第一预定电压；
4)以0.05-0.1C的电流恒流充电至第二预定电压；
5)以第二预定电压恒压充电，直至电流低于截止电流；
6)以0.05-0.1C的电流恒流充电至充电截止电压；
7)以充电截止电压恒压充电，直至电流低于截止电流；
8)在充电截止电压和放电截止电压之间恒流充电若干次；
9)封口，得到所述锂离子电池；
所述B化成方式包括：
1)恒流放电至放电截止电压；
2)注入第三电解液，第三电解液中含有预定含量的1,4-丁内酯；
3)以0.01-0.05C的电流恒流充电至第一预定电压；
4)以0.05-0.1C的电流恒流充电至第二预定电压；
5)以第二预定电压恒压充电，直至电流低于截止电流；
6)以0.05-0.1C的电流恒流充电至充电截止电压；
7)以充电截止电压恒压充电，直至电流低于截止电流；
8)在充电截止电压和放电截止电压之间恒流充电若干次；
9)封口，得到所述锂离子电池。
2.如上述权利要求所述的方法，所述第一预定电压为3.75-3.77V，所述预定值为0.02-0.03V，所述预定时间为10小时。
3.如上述权利要求所述的方法，所述第二预定电压为3.92-3.95V。
4.如上述权利要求所述的方法，所述第一电解液占总电解液体积的65-70％，所述氟代碳酸乙烯酯的体积含量为3.5-3.7％。
5.如上述权利要求所述的方法，所述第二电解液中，1,4-丁内酯的体积含量为2.8-3.0％，甲基二磺酸亚甲酯的体积含量为1.3-1.5％；所述第三电解液中，1,4-丁内酯的体积含量为2.8-3.0％。
6.如上述权利要求所述的方法，所述第一，第二和第三电解液的有机溶剂成分相同，选自环状碳酸酯和链状碳酸酯，所述环状碳酸酯选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯；所述链状碳酸酯选自碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯。
7.如上述权利要求所述的方法，所述锂离子电池的正极活性物质选自钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍锰钴酸锂或其混合物；所述锂离子电池的负极活性物质选自碳系材料、硅系材料、硫系材料、高分子材料或能与锂离子形成合金的金属。
8.如上述权利要求所述的方法，所述放电截止电压为2.7-2.8V，充电截止电压为4.20-4.25V。
9.如上述权利要求所述的方法，所述截止电流为0.01C。
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