CN112582697A - 一种锂离子电池化成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电池制造技术领域，尤其涉及一种锂离子电池化成方法，包括以下步骤：将电芯置于化成设备中，升温至40～60℃；对电芯进行加压，加压压力为0.9Mpa～1.1Mpa；对电芯进行第一阶段的恒流充电，充电电流为0.02～0.2C，充电时间为2～200min；对电芯进行第二阶段的恒流充电，充电电流为0.05～0.3C，充电时间为2～200min。相比于现有技术，本发明的化成方法提高了SEI膜的质量，降低硅负极锂离子电池的循环膨胀，提高锂离子电池循环性能。

Description

一种锂离子电池化成方法
技术领域
本发明属于电池制造技术领域，尤其涉及一种锂离子电池化成方法。
背景技术
目前，随着科技的的快速发展，高能动力型锂离子电池的发展迫切需要寻求高容量、长寿命、安全可靠的新型负极来替代石墨类碳负极。在各种非碳负极材料中，硅具有独特的优势和潜力。但是，硅作为锂离子电池负极材料时缺点也非常明显，在电化学循环过程中，锂离子的嵌入和脱出会使硅基材料体积发生300％以上的膨胀与收缩，降低循环性能。现有的技术主要是通过对硅基负极材料的改变以及研发出更适合硅负极的粘结剂和电解液添加剂来减小循环导致的体积膨胀，然而这些方法操作起来技术难度较大。
在锂离子电池的生产工艺中，化成是一道重要的工序，化成时负极表面形成一层固体电解质界面膜(SEI膜)，SEI膜的好坏直接影响到锂离子电池的循环、膨胀等性能，不同的化成工艺形成的SEI膜也有所不同，对锂离子电池性能也存在很大差异。现有的化成方式温度高、电流大，反应剧烈，形成的SEI膜在后续的循环过程中容易遭到溶解破坏。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂离子电池化成方法，提高了SEI膜的质量，降低硅负极锂离子电池的循环膨胀，提高锂离子电池循环性能。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种锂离子电池化成方法，包括以下步骤：
将电芯置于化成设备中，升温至40～60℃；
对电芯进行加压，加压压力为0.9Mpa～1.1Mpa；
对电芯进行第一阶段的恒流充电，充电电流为0.02～0.2C，充电时间为2～200min；
对电芯进行第二阶段的恒流充电，充电电流为0.05～0.3C，充电时间为2～200min。
需要说明的是，小电流化成可以生成致密的SEI膜，循环中不易被破坏。理论上，化成电流越小越好，但当化成电流过小时，化成时间会大大增加，从而降低化成效率。另外，高温下电解质的电导率提高，活性增强，虽然加速了其与SEI膜的重组过程，但温度超过60度时电解质将趋于不稳定，尤其是锂盐LiPF6会发生分解，从而降低了电池的性能。故本发明经过大量实验测试选择40～60℃的温度作为电池的化成温度，可优化锂离子电池的性能。
作为本发明所述的锂离子电池化成方法的一种改进，在完成第一阶段的恒流充电后先将电芯静置4～20s，再对电芯进行第二阶段的恒流充电。
作为本发明所述的锂离子电池化成方法的一种改进，包括以下步骤：
将电芯置于化成设备中，升温至45℃；
对电芯进行加压，加压压力为1.0Mpa；
对电芯进行第一阶段的恒流充电，充电电流为0.1C，充电时间为80min；
将电芯静置6s；
对电芯进行第二阶段的恒流充电，充电电流为0.2C，充电时间为180min。
作为本发明所述的锂离子电池化成方法的一种改进，第一阶段的恒流充电将电芯充电至标称容量的12～15％。
作为本发明所述的锂离子电池化成方法的一种改进，第一阶段的恒流充电将电芯充电至标称容量的13.3％。
作为本发明所述的锂离子电池化成方法的一种改进，第二阶段的恒流充电将电芯充电至标称容量的54～68％。
作为本发明所述的锂离子电池化成方法的一种改进，第二阶段的恒流充电将电芯充电至标称容量的60％。
作为本发明所述的锂离子电池化成方法的一种改进，化成完成后，所述电芯保持在73％～74％SOC。
作为本发明所述的锂离子电池化成方法的一种改进，所述电芯其正极片包括正极集流体以及设置于所述正极集流体表面的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括钴酸锂正极材料。
作为本发明所述的锂离子电池化成方法的一种改进，所述电芯其负极片包括负极集流体以及设置于所述负极集流体表面的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括由氧化亚硅和石墨混合得到的硅碳负极材料。
相比于现有技术，本发明的有益效果包括但不限于：
1)在本发明的化成方法中，将电芯升温至40～60℃，在该温度下进行化成，能有效避免高温化成所造成的电解液中Li+活性较高的问题，进而避免不断地生成SEI膜，提高电池的首效。
2)在本发明的化成方法中，对电芯施加0.9～1.1MPa的化成压力，其可以改善电芯中隔膜和极片的粘结力，对极片起到一定束缚作用，在循环过程中能够减小膨胀。
3)在本发明中化成方法中，综合考虑到化成所得SEI膜质量和化成效率，将两个恒流充电阶段的化成电流设置在合适的小电流范围内，而且两个化成电流先小后大，从而生成致密的SEI膜，且循环中不易被破坏。
综上，本发明提出针对硅基负极锂离子电池的化成方法，采用低温、加压、小倍率充电等工艺，提高了SEI膜的质量，从而一定程度上抑制硅基负极材料循环过程中的膨胀，提升电池循环性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例1
一种锂离子电池化成方法，包括以下步骤：
1)将电芯置于化成设备中，升温至45℃；
2)对电芯进行加压，加压压力为1.0Mpa；
3)对电芯进行第一阶段的恒流充电，充电电流为0.1C，充电时间为80min，充电至标称容量的13.3％；
4)将电芯静置6s；
5)对电芯进行第二阶段的恒流充电，充电电流为0.2C，充电时间为180min，充电至标称容量的60％。
在本实施例中，化成完成后，电芯保持在73％％SOC。
在本实施例中，电芯其正极片包括正极集流体以及设置于正极集流体表面的正极活性物质层，正极活性物质层包括钴酸锂正极材料。
在本实施例中，电芯其负极片包括负极集流体以及设置于负极集流体表面的负极活性物质层，负极活性物质层包括由氧化亚硅和石墨混合得到的硅碳负极材料。
实施例2
与实施例1不同的是：
本实施例的锂离子电池化成方法包括以下步骤：
1)将电芯置于化成设备中，升温至40℃；
2)对电芯进行加压，加压压力为0.9Mpa；
3)对电芯进行第一阶段的恒流充电，充电电流为0.02C，充电时间为200min，充电至标称容量的12％；
4)将电芯静置6s；
5)对电芯进行第二阶段的恒流充电，充电电流为0.1C，充电时间为90min，充电至标称容量的54％。
化成完成后，电芯保持在73％SOC。
其余同实施例1，这里不再赘述。
实施例3
与实施例1不同的是：
本实施例的锂离子电池化成方法包括以下步骤：
1)将电芯置于化成设备中，升温至60℃；
2)对电芯进行加压，加压压力为1.1Mpa；
3)对电芯进行第一阶段的恒流充电，充电电流为0.05C，充电时间为150min，充电至标称容量的15％；
4)将电芯静置6s；
5)对电芯进行第二阶段的恒流充电，充电电流为0.2C，充电时间为180min，充电至标称容量的68％。
化成完成后，电芯保持在74％SOC。
其余同实施例1，这里不再赘述。
对比例1
与实施例1不同的是：
本对比例的锂离子电池化成方法包括以下步骤：
1)将电芯置于化成设备中，升温至80℃；
2)对电芯进行加压，加压压力为1.0Mpa；
3)对电芯进行第一阶段的恒流充电，充电电流为0.3C，充电时间为2min；
4)将电芯静置6s；
5)对电芯进行第二阶段的恒流充电，充电电流为0.3C，充电时间为6min；
6)将电芯静置6s；
7)对电芯进行第三阶段的恒流充电，充电电流为1C，充电时间为42min。
化成完成后，电芯保持在75％SOC。
其余同实施例1，这里不再赘述。
性能测试
分别常温和45℃条件下，对实施例和对比例化成得到的电池进行循环测试，计算电池的首效以及循环300周时的容量保持率。结果见表1。
表1测试结果
Figure BDA0002836609450000061
由表1的测试结果可以看出，在常温和45℃下，本发明的化成方法得到的电池其容量保持率分别比对比例的化成方法得到的电池高约12％和10％，并且首效也提升了1.5％左右。由此可见，本发明提出针对硅基负极锂离子电池的化成方法，提高了SEI膜的质量，从而一定程度上抑制硅基负极材料循环过程中的膨胀，提升电池循环性能。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种锂离子电池化成方法，其特征在于，包括以下步骤：
将电芯置于化成设备中，升温至40～60℃；
对电芯进行加压，加压压力为0.9Mpa～1.1Mpa；
对电芯进行第一阶段的恒流充电，充电电流为0.02～0.2C，充电时间为2～200min；
对电芯进行第二阶段的恒流充电，充电电流为0.05～0.3C，充电时间为2～200min。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池化成方法，其特征在于，在完成第一阶段的恒流充电后先将电芯静置4～20s，再对电芯进行第二阶段的恒流充电。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池化成方法，其特征在于，包括以下步骤：
将电芯置于化成设备中，升温至45℃；
对电芯进行加压，加压压力为1.0Mpa；
对电芯进行第一阶段的恒流充电，充电电流为0.1C，充电时间为80min；
将电芯静置6s；
对电芯进行第二阶段的恒流充电，充电电流为0.2C，充电时间为180min。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池化成方法，其特征在于，第一阶段的恒流充电将电芯充电至标称容量的12～15％。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池化成方法，其特征在于，第一阶段的恒流充电将电芯充电至标称容量的13.3％。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池化成方法，其特征在于，第二阶段的恒流充电将电芯充电至标称容量的54～68％。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池化成方法，其特征在于，第二阶段的恒流充电将电芯充电至标称容量的60％。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池化成方法，其特征在于，化成完成后，所述电芯保持在73％～74％SOC。
9.根据权利要求1所述的锂离子电池化成方法，其特征在于，所述电芯其正极片包括正极集流体以及设置于所述正极集流体表面的正极活性物质层，所述正极活性物质层包括钴酸锂正极材料。
10.根据权利要求1所述的锂离子电池化成方法，其特征在于，所述电芯其负极片包括负极集流体以及设置于所述负极集流体表面的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括由氧化亚硅和石墨混合得到的硅碳负极材料。
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