CN112490524A

CN112490524A - 一种软包锂离子电池的化成方法及软包锂离子电池

Info

Publication number: CN112490524A
Application number: CN202010239156.0A
Authority: CN
Inventors: 陈阳; 霍宗林; 韩笑; 李凡群; 谭歌; 夏赛赛; 万华丰
Original assignee: Wanxiang Group Corp; Wanxiang A123 Systems Asia Co Ltd
Current assignee: Wanxiang A123 Systems Asia Co Ltd
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2021-03-12

Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了一种软包锂离子电池的化成方法及软包锂离子电池。该化成方法包括以下步骤：第一次充电：注液后3~24h，将锂离子电池充电至额定容量的0.05%~0.4%，充电时间为1~30min；第二次充电：注液后12~72h，将锂离子电池充电至额定容量的8%~30%，充电时间为3~6h；第三次充电：第二次充电后24~72h，将锂离子电池充至满电，充电时间为3~6h。本发明的化成方法通过在浸润期间引入小电流充电，能有效防止高能量密度的软包锂离子电池在化成过程中出现负极活性物质和集流体脱落的问题，从而获得兼具高能量密度、长循环寿命和高良品率特点的软包锂离子电池。

Description

一种软包锂离子电池的化成方法及软包锂离子电池

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种软包锂离子电池的化成方法及软包锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因其高能量密度、无记忆效应、低自放电率、绿色环保等优越特性而被广泛应用于消费电子、电动汽车、电站储能电源系统、不间断电源、军事装备等领域。化成是锂离子电池生产过程中的重要工序，其作用是使电池活性物质中的锂离子借助于第一次充电转化成具有正常电化学作用的离子，同时在电极表面生成有效的固体电解质相界面（SEI）膜。该SEI膜的电子隔绝特性阻止了负极表面电解液的进一步还原反应；离子电导特性使得锂离子可以通过SEI膜嵌入负极；足够的柔韧性和足够的强度可以避免SEI膜在锂离子的脱嵌过程中负极材料产生的体积变化使其破裂。同时，SEI膜和负极表面之间有足够大的分子力，这可以避免后续的进一步极化反应。

申请号为CN201510727478.9的中国专利文献公开了一种锂离子电池化成方法，包括以下步骤：（1）首次充电步骤：用0.2CA的恒定电流给锂离子电池进行首次充电，充电时间为120min；（2）首次静置步骤：将首次充电后的锂离子电池静置5min；（3）二次充电步骤：用0.9CA的恒定电流给锂离子电池进行二次充电，充电时间为40min；（4）老化步骤：将充电后的锂离子电池在35~55℃的温度下老化3~7天。该发明的化成方法在多次充电中针对SEI膜的形成过程的不同阶段选用不同的电流进行充电，不但提高电池充放电效率，有效防止充放电过程中的溶剂分子的共嵌入，避免了因溶剂分子共嵌入而对电极材料造成的破坏，因而大大提高了电池的循环性能和实用寿命。但随着新能源汽车市场对续航里程的不断升级，锂离子电池能量密度要求越来越高，对锂离子电池正极和负极的体积能量密度要求也越来越大。高能量密度的软包锂离子电池，其正极材料和极片的粘结强度高，加工性能好，无活性物质脱落问题，但负极材料受本身粘结力和电解液浸润的影响，采用现有化成制度在高压实下容易出现起皮问题，即活性物质和集流体脱落，导致电芯外观不良，性能下降。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种软包锂离子电池的化成方法及软包锂离子电池。该化成方法能防止高能量密度的软包锂离子电池在化成过程中出现负极活性物质和集流体脱落的问题，从而获得兼具高能量密度、长循环寿命和高良品率特点的软包锂离子电池。

本发明的具体技术方案为：

一种软包锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：

（1）第一次充电：注液后3~24h，对锂离子电池进行第一次充电，充入的电量为额定容量的0.05%~0.4%，充电时间为1~30min；

（2）第二次充电：注液后12~72h，对锂离子电池进行第二次充电，充入的电量为额定容量的8%~30%，充电时间为3~6h；

（3）第三次充电：第二次充电后24~72h，对锂离子电池进行第三次充电，充至满电，充电时间为3~6h。

在注液后预充化成前，需要将锂离子电池搁置一段时间，使电解液逐渐渗透到电极和隔膜中，即浸润，其作用之一是使化成过程中，电解液溶剂与锂盐反应而在负极与电解液的界面处形成SEI膜。现有的化成方法都是在浸润完成后开始第一次充电，充电电流通常为0.01~0.5C（相当于本发明中的第二次充电），但现有技术存在以下问题：高能量密度的电池压实密度很高，需要较长的浸润时间，会导致电芯电压过低，达到负极集流体（通常为铜箔）的溶解电位，造成集流体被电化学腐蚀而从极片上剥离，负极活性物质也会随之脱落。本发明的化成方法在注液后到预充化成前这段搁置浸润的时间中，引入小电流进行一次充电（即本发明中的第一次充电），使电芯电压有所上升，以防止搁置后电芯电压低于集流体的溶解电位，从而避免负极集流体和活性物质脱落。

作为优选，步骤（1）中，所述搁置时间为4.5~5.5h。

作为优选，步骤（1）中，充入的电量为额定容量的0.3%~0.35%。

作为优选，步骤（1）中，所述充电时间为28~30min。

作为优选，步骤（1）中，充电电流不超过0.01C。

步骤（1）中的充电电流不可过大的原因在于，电芯初始状态阻抗较大，大电流会导致锂离子无法嵌入石墨负极，导致锂离子在负极表面析出，造成锂枝晶等安全隐患。

进一步地，步骤（1）中，所述充电电流为0.006~0.008C。

一种软包锂离子电池，通过上述软包锂离子电池的化成方法制备得到。

作为优选，所述软包锂离子电池的负极材料为锂-金属氧化物、层状氧化物、尖晶石或橄榄石化合物，正极材料为石墨碳材料、无定型碳材料或硅锡及其氧化物碳材料，隔膜为聚丙烯或聚乙烯基膜，电解液的主要成分为六氟磷酸锂。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的化成方法能有效防止高能量密度的软包锂离子电池在化成过程中出现负极活性物质和集流体脱落的问题，即能在保证软包锂离子电池高能量密度、长循环寿命的前提下，使其负极片完整一致，提高电池的良品率。

附图说明

图1为实施例1的锂离子电池的负极片外观照片；

图2为实施例2的锂离子电池的负极片外观照片；

图3为实施例3的锂离子电池的负极片外观照片；

图4为对比例的锂离子电池的负极片外观照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

一种软包锂离子电池，负极选用石墨材料S2B18，正极选用NCM材料H12T6，电解液的主要成分为六氟磷酸锂，隔膜采用聚丙烯基膜，额定容量为50Ah，两头出极耳。该锂离子电池为高压实锂离子电池，并通过以下方法进行化成：

（1）第一次充电：注液后5h，对锂离子电池进行第一次充电，充入的电量为额定容量的0.35%，充电时间为30min，充电电流为0.007C；

（2）第二次充电：注液后48h，对锂离子电池进行第二次充电，充入的电量为额定容量的30%，充电时间为250min；

（3）第三次充电：第二次充电后30h，对锂离子电池进行第三次充电，充至满电，充电时间为4h。

实施例2

（1）第一次充电：注液后3h，对锂离子电池进行第一次充电，充入的电量为额定容量的0.05%，充电时间为3min，充电电流为0.01C；

（2）第二次充电：注液后12h，对锂离子电池进行第二次充电，充入的电量为额定容量的8%，充电时间为3h；

（3）第三次充电：第二次充电后72h，对锂离子电池进行第三次充电，充至满电，充电时间为6h。

实施例3

（1）第一次充电：注液后24h，对锂离子电池进行第一次充电，充入的电量为额定容量的0.4%，充电时间为25min，充电电流为0.0096C；

（2）第二次充电：注液后72h，对锂离子电池进行第二次充电，充入的电量为额定容量的19%，充电时间为6h；

（3）第三次充电：第二次充电后24h，对锂离子电池进行第三次充电，充至满电，充电时间为3h。

对比例

一种软包锂离子电池，高压实负极选用石墨材料S2B18，正极选用NCM材料H12T6，电解液的主要成分为六氟磷酸锂，隔膜采用聚丙烯基膜，额定容量为50Ah，两头出极耳。该锂离子电池为高压实锂离子电池，并通过以下方法进行化成：

（1）注液后48h，对锂离子电池进行充电，充入的电量为额定容量的30%，充电时间为250min（相当于实施例中的步骤（2））；

（2）搁置30h后，将锂离子电池充至满电，充电时间为4h（相当于实施例中的步骤（3））。

对比例的锂离子电池与实施例的区别在于，在化成时未进行实施例中的第一次充电，其他材料和制备过程均相同。

实施例1~3和对比例的锂离子电池的负极片外观分别如图1~图4所示。对比例的锂离子电池负极片表面有明显的起皮现象，实施例1~3则没有这种现象，这说明本发明的化成方法能有效防止高压实（即高能量密度）的软包锂离子电池在化成过程中发生集流体脱落。

将实施例1~3和对比例的锂离子电池进行HPPC性能测试，并在常温25℃、2.5~4.2V电压、1C/1C电流密度下进行循环测试，在高温45℃下进行存储测试，结果如表1所示。实施例1和对比例采用同一批浆料以及相同的涂布和碾压设计来控制压实密度相同，即能量密度相同；从表1中的数据也可看出，相较于对比例而言，实施例1的锂离子电池容量、495圈保持率、容量保持率和容量恢复均未下降，这说明实施例的化成方法在保持高压实软包锂离子电池高能量密度、长循环寿命的情况下，能避免对比例中出现的负极集流体和活性物质脱落问题，获得兼具高能量密度、长循环寿命和高良品率特点的软包锂离子电池。

表1

性能	实施例1	实施例2	实施例3	对比例
					容量/mAh	50178	49563	51096	50443
HPPC 25℃/mΩ	1.847	1.895	1.730	1.905
					HPPC -10℃/mΩ	10.004	10.452	10.088	10.395
495圈保持率/%	96.5%	94.9%	97.0%	89.7%
					容量保持率	96.7%	95.3%	96.9%	96.3%
容量恢复	98.8%	97.6%	98.2%	98.4%

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，步骤（1）中，所述搁置时间为4.5~5.5h。

3.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，步骤（1）中，充入的电量为额定容量的0.3%~0.35%。

4.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，步骤（1）中，所述充电时间为28~30min。

5.根据权利要求1所述的一种软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，步骤（1）中，充电电流不超过0.01C。

6.根据权利要求5所述的一种软包锂离子电池的化成方法，其特征在于，步骤（1）中，所述充电电流为0.006~0.008C。

7.一种软包锂离子电池，其特征在于，所述软包锂离子电池通过如权利要求1~6之一所述的化成方法制备得到。

8.根据权利要求7所述的一种软包锂离子电池，其特征在于，所述软包锂离子电池的负极材料为锂-金属氧化物、层状氧化物、尖晶石或橄榄石化合物，正极材料为石墨碳材料、无定型碳材料或硅锡及其氧化物碳材料，隔膜为聚丙烯或聚乙烯基膜，电解液的主要成分为六氟磷酸锂。