CN112290104A - 一种锂离子电池高温负压化成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池高温负压化成方法，包括以下步骤，一次注液、高温静置、高温负压预化成、高温老化、二次注液、封口清洗及续化成；所述高温静置的温度为40‑60℃、露点≤‑40℃、时间为12‑48h；所述高温负压预化成包括以下步骤：上柜抽真空后静置，先以0.01C‑0.1C电流恒流充电，上限电压3.0‑4.2V、上限时间1‑3h，完成后静置；再以0.02C‑0.2C电流恒流充电，上限电压为3.6‑4.2V，上限时间为1‑3h，静置后下柜；所述续化成的温度为27‑33℃。本发明中化成过程分成高温负压化成和常温续化成，缩短化成时间、提高生产效率。

Description

一种锂离子电池高温负压化成方法
技术领域
本发明涉及电池制作技术领域，具体涉及一种锂离子电池高温负压化成方法。
背景技术
锂离子电池具有高储存能量密度、高功率承受力、额定电压高、自放电率低、高低温适应性强、绿色环保、使用寿命长等优点，近年来广泛应用于各个领域。锂离子电池在制造过程中化成是决定其质量的关键工序，它具有激活锂离子电池中的正负极材料活性、促进正负极极片表面形成SEI膜等作用，提高电池的容量发挥、循环、安全等性能。
现有成熟的化成工艺主要采用常温分段式化成和高温大电流化成方法。常温分段式化成主要采用分段式小电流充电，使正负极材料活性激活并使极片表面形成较稳定致密的SEI膜，但是此方法充电时间较长，化成设备利用率低，生产成本较高；而高温大电流化成，虽然在一定程度上能提高化成效率，但是较高的温度和较大的电流不仅使得化成过程中副反应增多，如电解液分解加速、分解产气量增多，还使得在正负极极片表面生成的SEI膜不稳定，电芯循环、安全性能差。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种锂离子电池高温负压化成方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种锂离子电池高温负压化成方法，包括以下步骤，
一次注液、高温静置、高温负压预化成、高温老化、二次注液、封口清洗及续化成；
所述高温静置的温度为40-60℃、露点≤-40℃、时间为12-48h；
所述高温负压预化成包括以下步骤：上柜抽真空后静置，先以0.01C-0.1C电流恒流充电，上限电压3.0-4.2V、上限时间1-3h，完成后静置；再以0.02C-0.2C电流恒流充电，上限电压为3.6-4.2V，上限时间为1-3h，静置后下柜；
所述续化成的温度为27-33℃。
进一步地，所述续化成包括以下步骤，封口清洗结束后静置,以0.05C-0.2C电流恒流充电，上限电压为3.6-4.2V、上限时间为1-3h，静置；
再0.1C-0.3C电流恒流充电，上限电压为3.6-4.2V、上限时间为1-3h，静置；
最后以0.3C-0.6C的大电流恒流恒压充电，上限电压为3.6-4.2V、截止电流为0.05C、上限时间为1-3h，静置后下柜。
进一步地，所述一次注液的注液量为锂离子电池总注液量的70-90％。
进一步地，所述二次注液采用变量注液方式，以达到锂离子电池总注液量为基准。
进一步地，所述高温老化的温度为40-60℃、时间为24-48h、露点≤-40℃。
进一步地，所述高温老化的温度为45℃、时间为36h。
进一步地，所述静置的时间为2-10min。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
本发明中化成过程分成高温负压化成和常温续化成，本发明的锂离子电池在一次注液后采用高温静置-高温负压化成的预化成方法，能明显改善极片浸润效果、改善极片界面、减少析锂情况，其中化成过程中产生的副反应气体可在真空负压环境中排出，且化成时采用小电流阶梯充电使极片表面形成的SEI膜稳定、致密；其次本发明锂离子电池在二次变量注液后再进行常温续化成，续化成时先小电流充电至一定SOC后直接以大电流恒流恒压充满，以此缩短化成时间、提高生产效率。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。
对本发明所述的一种锂离子电池高温负压化成方法进行具体说明:
本发明所述的一种锂离子电池高温负压化成方法，包括以下步骤，一次注液、高温静置、高温负压预化成、高温老化、二次注液、封口清洗及续化成。
其中，所述一次注液的注液量为锂离子电池总注液量的70-90％，优选87.5％，以此可保证锂离子电池在高温静置时卷芯能够浸润完全，且有较充足的游离电解液满足高温预化成与高温老化需要。
其中，所述高温静置的温度为40-60℃、露点≤-40℃、时间为12-48h，其中温度过低会使卷芯浸润不充分，需延长静置时间；若温度过高，则会加速电池内游离电解液挥发；优选的高温静置温度选择45℃。
其中，所述高温负压预化成的预化成温度为40-60℃、露点≤-40℃，其中，温度过低将无法提高电池极片表面SEI膜的形成速率，若温度过高则对化成设备的质量要求高、且会加速电池内游离电解液分解和挥发，预化成温度优选为50℃；所述高温负压预化成包括以下步骤：在化成前先进行CCD对孔并校准注液孔位置，待注液位置孔校准完全后电池上柜抽真空，当电池内部真空压力达到-10～-90kPa后静置；静置结束后先以0.01C-0.1C电流恒流充电，上限电压3.0-4.2V、上限时间1-3h，完成后静置；再以0.02C-0.2C电流恒流充电，上限电压为3.6-4.2V，上限时间为1-3h，静置后下柜，将锂离子电池化成至15％～30％荷电状态,以此荷电状态一方面可缩短采用小电流阶梯充电的化成时间，提高生产效率，另一方面是利于化成阶段电极表面形成均匀、稳定的SEI膜，从而提高电池循环、安全性能。
其中，在预化成后需流转入高温老化库进行高温老化24-48h，优选的高温老化时间选择36h；高温老化所需温度：40-60℃，露点≤-40℃。
其中，因高温静置-高温负压预化成-高温老化均在较高的温度下完成，电解液挥发、分解速率快电解液损失较多，所述二次注液采用变量注液方式，使锂离子电池的总注液量符合工艺标准。
其中，所述锂离子电池在清洗后流转至续化成库进行常温续化成，续化成库温度：30±3℃；所述续化成包括以下步骤，在续化成前先静置,静置后先以0.05C-0.2C电流恒流充电，上限电压为3.6-4.2V、上限时间为1-3h，静置；再0.1C-0.3C电流恒流充电，上限电压为3.6-4.2V、上限时间为1-3h，静置；最后以0.3C-0.6C的大电流恒流恒压充电，上限电压为3.6-4.2V、截止电流为0.05C、上限时间为1-3h，静置后下柜。
在上述高温负压预化成和常温续化成中，所述静置过程的时间范围优选在2-10min内。
上述锂离子电池在续化成下柜后直接进行分容和测OCV等工序。
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例对本发明作进一步详细的说明，实施例和对比例均以IFR33135-15Ah磷酸铁锂圆柱电池为研究对象。
实施例1：
1)、锂离子电池进行一次注液，注液量为总注液量的87.5％，一次注液后电池进入高温静置库静置24h，高温静置所需温度：45℃，露点≤-40℃；
2)、电池进入预化成库进行高温负压预化成，预化成库温度：50℃，露点≤-40℃，预化成时真空压力保持在-50kPa，预化成包括如下步骤：静置2min，0.02C恒流充电，限压3.65V，限时2.5h；静置5min，0.05C恒流充电，限压4.2V，限时2h，静置2min后结束预化成；
3)、在预化成后流转入高温老化库进行高温老化36h，高温老化所需温度：45℃，露点≤-40℃。
4)、在续化成前，进行二次注液、封口、清洗，且二次注液采用变量注液，使锂离子电池的总注液量符合工艺标准；
5)、电池在清洗后进入续化成库进行常温续化成，续化成库温度30℃，续化成包括如下步骤：静置2min，0.1C恒流充电，限压3.65V，限时2h；静置5min；0.2C恒流充电，限压3.65V，限时2h；静置10min，0.4C恒流恒压充电，限压3.65V，限流0.05C，限时1h，静置2min后续化成结束。
6)、电池续化成下柜后直接进行分容(1C恒流放电，截止电压2.0V)，分容后常温静置24h后测试OCV1/OCR1，再常温静置15d，测试OCV2/OCR2，计算K值(K＝(OCV1-OCV2)/t，其中：OCV1、OCV2为分容后常温静置至某时间点测试的电压；t为OCV1与OCV2之间的静置时间)，挑选电芯。通过化成时间、电池容量、首效、满电界面、内阻、K值、循环性能(0.5C充/1C放，250周高温、常温)评价实施例中化成方法的优劣，具体见表1。
实施例2：将高温负压预化成的温度变更为60℃，预化成步骤变更为：静置2min，0.05C恒流充电，限压3.65V，限时2h；静置2min，0.1C恒流充电，限压4.2V，限时1h，静置2min后结束预化成(电池荷电状态为20％SOC)；其余同实施例1。
实施例3：将高温负压预化成的温度变更为40℃，预化成步骤变更为：静置2min，0.05C恒流充电，限压3.65V，限时2h；静置5min，0.2C恒流充电，限压4.2V，限时1h，静置2min后结束预化成(电池荷电状态为30％SOC)；其余同实施例1。
实施例4：将高温负压预化成的温度变更为50℃，预化成步骤变更为：静置2min，0.05C恒流充电，限压3.65V，限时3h；静置2min，0.1C恒流充电，限压4.2V，限时1h，静置2min后结束预化成(电池荷电状态为25％SOC)；其余同实施例1。
对比例1：将高温负压预化成温度为25℃，预化成采用：分段式化成，包括以下阶段：第一阶段充电电流为0.01C，充电时间为5h；第二阶段充电电流为0.02C，充电时间为2.5h；第三阶段充电电流为0.05C，充电时间为1h，此时电池荷电状态为15％SOC，其余同实施例1。
对比例2：将高温负压预化成温度为50℃，预化成采用：大电流化成，包括：充电电流为0.5C，充电时间为0.6h，此时电池荷电状态为30％SOC，其余同实施例1。
对比例3：预化成前无高温静置过程，即一次注液后直接进入高温负压预化成，其余同实施例1。
表1
Figure BDA0002733391970000051
Figure BDA0002733391970000061
根据各实施例和对比例的结果可知，本发明提供的锂离子电池的高温负压化成方法可缩短化成时间、首效高，电池容量高、内阻较小、常温及高温容量保持率高，且满电界面光滑、无析锂，有利于提高生产效率和电池质量。
同时预化成前的高温静置可加速电解液与电极材料的浸润，使极片间全部被电解液填充，确保化成反应更加充分，促进电池化成过程SEI膜形成的稳定性和致密性；若化成前静置方式不合适或无高温静置过程，则会导致极片间被电解液填充浸润不充分，极片间就会存在微量气体，化成后形成的SEI膜不够致密，从而引发析锂，降低电池容量及循环寿命。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种锂离子电池高温负压化成方法，其特征在于，包括以下步骤，
一次注液、高温静置、高温负压预化成、高温老化、二次注液、封口清洗及续化成；
所述高温静置的温度为40-60℃、露点≤-40℃、时间为12-48h；
所述高温负压预化成的预化成温度为40-60℃、露点≤-40℃，所述高温负压预化成包括以下步骤：上柜抽真空后静置，先以0.01C-0.1C电流恒流充电，上限电压3.0-4.2V、上限时间1-3h，完成后静置；再以0.02C-0.2C电流恒流充电，上限电压为3.6-4.2V，上限时间为1-3h，静置后下柜；
所述续化成的温度为27-33℃。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池高温负压化成方法，其特征在于，
所述续化成包括以下步骤，封口清洗结束后静置,以0.05C-0.2C电流恒流充电，上限电压为3.6-4.2V、上限时间为1-3h，静置；
再0.1C-0.3C电流恒流充电，上限电压为3.6-4.2V、上限时间为1-3h，静置；
最后以0.3C-0.6C的大电流恒流恒压充电，上限电压为3.6-4.2V、截止电流为0.05C、上限时间为1-3h，静置后下柜。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池高温负压化成方法，其特征在于，所述一次注液的注液量为锂离子电池总注液量的70-90％。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池高温负压化成方法，其特征在于，所述二次注液采用变量注液方式，以达到锂离子电池总注液量为基准。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池高温负压化成方法，其特征在于，所述高温老化的温度为40-60℃、时间为24-48h、露点≤-40℃。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池高温负压化成方法，其特征在于，所述高温老化的温度为45℃、时间为36h。
7.根据权利要求1或2所述的锂离子电池高温负压化成方法，其特征在于，所述静置的时间为2-10min。
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