CN112927951B - 一种软包锂碳电容的化成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种软包锂碳电容的化成方法，该方法以预设充电电流对软包锂碳电容进行恒流充电直至软包锂碳电容的电压上升为充电截止电压，在恒流充电阶段，对软包锂碳电容依次施加递增的第一压力、第二压力及第三压力，所述第一压力压紧软包锂碳电容并缩短正极与负极之间的距离，所述第二压力和第三压力使恒流充电时产生的气体从电解液中排出；本发明的软包锂碳电容的化成方法在恒流充电过程中施加依次递增的三个压力，能够缩短软包锂碳电容正极和负极之间的距离，使其正负极片和隔膜能够更好地浸透电解液并能够将化成过程中产生的气体排出，从而有利于形成更加均匀、稳定的SEI膜，最终降低了锂碳软包电容的自放电和提高了软包锂碳电容的循环性能。
Description
技术领域
本发明涉及电容器领域，具体涉及一种软包锂碳电容的化成方法。
背景技术
锂离子电容器作为一种介于电池与电容器之间的储能器件，结合了两者的优点，相比于电容器具有更大的能量密度和循环稳定性，相对于电池来说又具有更大的功率密度。化成是锂离子电容器制备过程中的重要工序，化成关系到锂离子电容器容量、寿命等各方面的性能。化成是使电极表面，主要是负极表面形成一层SEI膜，即固体电解质界面膜，SEI膜的特性会直接影响到锂离子电容器的循环性能、稳定性、自放电性、安全性等电化学性能，性能良好的SEI膜能够满足多次充放电密封“免维护”的要求，而不同的化成工艺形成的SEI膜有所不同，对锂离子电容器的性能影响也存在很大差异。传统的小电流预充电方式有助于形成稳定的SEI膜，但是长时间的小电流充电会导致形成的SEI膜的阻抗增大，从而影响锂离子电容器的倍率放电性能；而充电时会使锂离子电容器内部电压升高并产生气体，若气体在锂离子电容器的内部隔膜间聚集则会影响负极表面SEI膜的形成。
发明内容
本发明的目的在于提供一种软包锂碳电容的化成方法，能够形成更稳定、良好的SEI膜，且有助于排出化成过程中产生的气体。
为了实现上述目的，本发明提供了一种软包锂碳电容的化成方法，包括：
以预设充电电流对软包锂碳电容进行恒流充电直至软包锂碳电容的电压上升为充电截止电压；
在恒流充电阶段，对软包锂碳电容依次施加递增的第一压力、第二压力及第三压力，所述第一压力压紧软包锂碳电容并缩短正极与负极之间的距离，所述第二压力和第三压力使恒流充电阶段产生的气体从电解液中排出。
较佳地，在所述恒流充电阶段之后还包括恒压充电阶段：在所述第三压力下，对软包锂碳电容以所述充电截止电压进行恒压充电。
较佳地，在所述恒压充电阶段之后还包括恒流放电阶段：在所述第三压力下，对软包锂碳电容以预设放电电流对软包锂碳电容进行放电直至软包锂碳电容的电压由所述充电截止电压下降为放电截止电压。
较佳地，所述预设充电电流为1A，所述充电截止电压为4.2V；所述第一压力的施压时长设置为10min，所述第二压力的施压时长设置为360min，所述第三压力的施压时长设置为240min。
较佳地，所述预设充电电流包括第一充电电流和第二充电电流，
所述恒流充电阶段包括：
第一阶段：以所述第一充电电流对软包锂碳电容进行恒流充电直至电压上升至第一电压；
在所述第一阶段，对软包锂碳电容依次施加递增的所述第一压力和第二压力；
第二阶段：以所述第二充电电流对软包锂碳电容进行恒流充电直至电压由所述第一电压上升为所述充电截止电压；
在所述第二阶段，对软包锂碳电容依次施加递增的所述第二压力和第三压力
较佳地，所述第一充电电流为275mA，所述第二充电电流为550mA，所述第一电压为3V，所述充电截止电压为3.7V；所述第一压力的施压时长设置为120min，所述第二压力的施压时长设置为600min，所述第三压力的施压时长设置为360min。
较佳地，所述预设充电电流包括第一充电电流、第二充电电流和第三充电电流；
所述恒流充电阶段包括：
第一阶段：以所述第一充电电流对软包锂碳电容进行恒流充电直至电压上升至第一电压；
在所述第一阶段，对软包锂碳电容依次施加递增的所述第一压力及第二压力；
第二阶段：在所述第二压力下，以所述第二充电电流对软包锂碳电容进行恒流充电直至电压由所述第一电压上升为第二电压；
第三阶段：以所述第三充电电流对软包锂碳电容进行恒流充电直至电压由所述第二电压上升为所述充电截止电压；
在所述第三阶段，对软包锂碳电容依次施加递增的所述第二压力及第三压力。
较佳地，所述第三充电电流为1.1A，所述第一电压为2.5V，所述第二电压为3V，所述充电截止电压为3.7V；所述第一压力的施压时长设置为120min，所述第二压力的施压时长设置为600min，所述第三压力的施压时长设置为360min。
本发明提供的软包锂碳电容的化成方法通过在软包锂碳电容恒流充电过程中依次施加递增的第一压力、第二压力及第三压力，在第一压力下压紧软包锂碳电容，缩短正极与负极之间的距离，使负极SEI膜更容易形成，在第二压力和第三压力下，使恒流充电过程中产生的气体能从电解液中排出，不再溶解于电解液中，避免化成过程中产生的气体阻碍电解液与正负极接触而造成的析锂现象，此外，将压力增大到第三压力，能够保证气体能够完全从电解液中排出。本发明的软包锂碳电容的化成方法在恒流充电的过程中施加三个依次递增的压力，使电芯的正负极片和隔膜能够更好地浸透电解液并能够将化成过程中产生的气体从电解液中排出，从而形成更加均匀、稳定的SEI膜，大幅降低了软包锂碳电容的自放电和提高了软包锂碳电容的循环性能。
附图说明
图1是本发明软包锂碳电容的化成方法第一个和第二个实施例的流程示意图。
图2是本发明软包锂碳电容的化成方法第三个实施例的流程示意图。
图3是本发明软包锂碳电容的化成方法第四个实施例的流程示意图。
图4是本发明软包锂碳电容的化成方法第二个实施例和第三个实施例所制得的软包锂碳电容化成后的循环测试图。
具体实施方式
为了详细说明本发明的技术内容、构造特征、实现的效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
本发明公开了一种软包锂碳电容的化成方法，该方法包括：
以预设充电电流对软包锂碳电容进行恒流充电直至软包锂碳电容的电压上升为充电截止电压。
在恒流充电阶段，对软包锂碳电容依次施加递增的第一压力、第二压力及第三压力，第一压力压紧软包锂碳电容并缩短正极与负极之间的距离，第二压力和第三压力使恒流充电阶段产生的气体从电解液中排出。
本发明的软包锂碳电容的化成方法中，恒流充电完成后，软包锂碳电容形成了均匀、稳定的负极SEI膜。在本发明的方法中，先对软包锂碳电容施加第一压力，压紧软包锂碳电容，缩短正极与负极之间的距离，使负极的SEI膜更容易形成，之后向软包锂碳电容依次施加递增的第二压力和第三压力使恒流充电阶段产生的气体从电解液中排出，使化成过程中软包锂碳电容的正负极片和隔膜能够更好地浸透电解液，从而形成更加均匀、稳定的SEI膜，大幅降低了软包锂碳电容的自放电和提高了软包锂碳电容的循环性能。
如图1所示，本发明实施例中软包锂碳电容的化成方法第一个实施例包括：
S100、恒流充电阶段：以预设充电电流1A对软包锂碳电容进行恒流充电直至电压上升为充电截止电压4.2V，在恒流充电阶段，对软包锂碳电容依次施加递增的第一压力、第二压力及第三压力。
本实施例中的软包锂碳电容的额定电压为4.2V，因此将充电截止电压设置为4.2V。在其他一些实施例中，充电截止电压可根据实际应用设置，不限制为额定电压值也不以本实施例为限。
在本实施例中，第一压力压紧软包锂碳电容并缩短软包锂碳电容的正极与负极之间的距离，从而使负极的SEI膜更容易形成；第二压力的施加阶段为化成过程中的主要产气阶段，因此施加较大的压力使产生的气体能够完全从电解液中排出，进入软包气囊；之后施加更大的第三压力，能够保证气体完全从电解液中排出，使化成过程中软包锂碳电容的正负极片和隔膜能够更好地浸透电解液，从而形成更加均匀、稳定的SEI膜。
此外，在本实施例中，化成时的充电电流更大，使负极形成的SEI膜更加稳定，减小了SEI膜的阻抗，能够大幅降低软包锂碳电容的自放电和提高软包锂碳电容的循环性能。
在本实施例中，软包锂碳电容的化成方法还可以包括：
S110、恒压充电阶段：在第三压力下，对软包锂碳电容以充电截止电压4.2V进行恒压充电。
进一步地，在步骤S110之后，软包锂碳电容的化成方法还可以包括：
S120、恒流放电阶段：在第三压力下，对软包锂碳电容以预设放电电流4.8A进行恒流放电，直至电压由充电截止电压4.2V下降到放电截止电压2.5V。
本实施例中的软包锂碳电容的电压小于2.5V时，会破坏软包锂碳电容的内部材料，因此将放电截止电压设置为2.5V。
在恒流充电阶段完成后，软包锂碳电容的SEI膜已经形成，再依次进行恒压充电和恒流放电，能够将恒流充电阶段产生的盐化合物部分分解，使形成的SEI膜更稳定。在恒压充电阶段和恒流放电阶段对软包锂碳电容施加第三压力，能够保证化成过程中生成的气体排出，进入软包气囊，不再溶解于电解液中。
在本实施例中，恒流充电阶段的充电时长为460min，恒压充电阶段的充电时长设置为10min，恒流放电阶段的放电时长为73min；第一压力大小为302kg，施压时长设置为10min；第二压力大小为604kg，施压时长设置为360min；第三压力大小为1208kg，施压时长设置为240min，在恒流放电阶段之后继续对软包锂碳电容施加第三压力，能够进一步避免气体溶解在电解液中。
当然，第一压力、第二压力和第三压力的大小并不局限于此，比如，在本发明的第二个实施例中，第一压力大小为604kg，第二压力大小为1208kg，第三压力大小为1812kg，除此之外，该实施例与第一个实施例基本相同。在第二个实施例中，对软包锂碳电容施加更大的第一压力、第二压力和第三压力，能够更好地压紧软包锂碳电容并缩短软包锂碳电容的正极与负极之间的距离，更有利于化成过程中产生的气体从电解液中排出，从而生成更加稳定的SEI膜。
如图2所示，本发明软包锂碳电容的化成方法的第三个实施例包括：
S201、第一阶段：以第一充电电流275mA对软包锂碳电容进行恒流充电直至电压上升至第一电压3V，在第一阶段，对软包锂碳电容依次施加递增的第一压力和第二压力。
S202、第二阶段：以第二充电电流550mA对软包锂碳电容进行恒流充电直至电压由第一电压3V上升至充电截止电压3.7V，在第二阶段，对软包锂碳电容依次施加递增的第二压力和第三压力。
本实施例中，分两个阶段以不同倍率的充电电流对软包锂碳电容进行恒流充电，且不同阶段的充电电流更大，使负极形成的SEI膜更稳定，阻抗更小。软包锂碳电容在化成过程中，电压充电到3.7V时，负极SEI膜已经基本形成，因此将充电截止电压设置为3.7V。当然，充电截止电压的设置值不以本实施例为限。
在本实施例中，软包锂碳电容的化成方法还可以包括：
S203、恒压充电阶段：在第三压力下，对软包锂碳电容以充电截止电压3.7V进行恒压充电。
进一步地，在步骤S203之后，软包锂碳电容的化成方法还可以包括：
S204、恒流放电阶段：在第三压力下，软包锂碳电容以预设放电电流4.8A进行恒流放电直至电压由截止电压3.7V下降至放电截止电压2.5V。
在第三个实施例中，第一阶段的充电时长为645min，第二阶段的充电时长为215min，恒压充电阶段的充电时长设置为10min，恒流放电阶段的放电时长为53min；第一压力大小为604kg，施加时长设置为120min；第二压力大小为1208kg，施加时长设置为600min；第三压力大小为1812kg，施加时长设置为360min。
如图3所示，本发明实施例软包锂碳电容的化成方法的第四个实施例包括：
S301、第一阶段：以第一充电电流275mA对软包锂碳电容进行恒流充电直至电压上升为第一电压2.5V，同时对软包锂碳电容依次施加递增的第一压力和第二压力。
S302、第二阶段：在第二压力下，以第二充电电流550mA对软包锂碳电容进行恒流充电直至电压由第一电压2.5V上升至第二电压3V。
S303、第三阶段：以第三充电电流1.1A对软包锂碳电容进行恒流充电至电压由第二电压3V上升至充电截止电压3.7V，在第三阶段，对软包锂碳电容依次施加递增的第二压力和第三压力。
本实施例中，分三个阶段以不同倍率的充电电流对软包锂碳电容进行恒流充电，且不同阶段的充电电流更大，使负极形成的SEI膜更稳定，阻抗更小。软包锂碳电容在化成过程中，电压充电到3.7V时，负极SEI膜已经基本形成，因此将充电截止电压设置为3.7V。当然，充电截止电压的设置值不以本实施例为限。
在本实施例中，软包锂碳电容的化成方法还可以包括：
S304、恒压充电阶段：在第三压力下，对软包锂碳电容以充电截止电压3.7V进行恒压充电。
进一步地，在步骤S304之后，软包锂碳电容的化成方法还可以包括：
S305、恒流放电阶段：在第三压力下，软包锂碳电容以预设放电电流4.8A进行恒流放电直至电压由充电截止电压3.7V下降到放电截止电压2.5V。
在第四个实施例中，第一阶段的充电时长为578min，第二阶段的充电时长为104min，第三阶段的充电时长为70min，恒压充电阶段的充电时长设置为10min，恒流放电阶段的放电时长为53min；第一压力大小为604kg，施加时长设置为120min；第二压力大小为1208kg，施加时长设置为600min；第三压力大小为1812kg，施加时长设置为360min。
在本发明的第三个实施例和第四个实施例中，第一压力除了压紧软包锂碳电容使其正极和负极之间的距离缩短的作用外，也能够使第一压力施压过程中充电所产生的气体更好地排出。
对第一个实施例、第二个实施例、第三个实施例及第四个实施例所制得的软包锂碳电容分别进行自放电测试，然后检测上述软包锂碳电容自放电30天后的电压、K值、容量、AC ESR及DC ESR，K值为自放电30天的日均电压降，AC ESR为软包锂碳电容的交流内阻，DCESR为软包锂碳电容的直流内阻，检测结果如下表所示：
从上表中的检测结果可得出，本发明的四个实施例所制得的软包锂碳电容的自放电大幅下降，其中第二个实施例所制得的软包锂碳电容自放电后的性能最好。
对本发明的第二个实施例和第三个实施例所制得的软包锂碳电容分别进行循环性能测试，循环性能测试的测试条件为：充放电电流为10A，充电截止电压为4.2V，放电截止电压为2.5V，循环测试2000周。循环测试图如图4所示，第二个实施例所制得的软包锂碳电容循环2000周后的容量保持率为96.76％，第三个实施例所制得的软包锂碳电容循环2000周后的容量保持率为90.9％。由图4可知，采用本发明的软包锂碳电容的化成方法，有利于减小软包锂碳电容的正负极间距，使化成过程中产生的气体更好地排出，使得生成的SEI膜更加良好、稳定，循环性能优异。
当然，以上四个实施例中的软包锂碳电容的化成方法仅为举例说明，本发明的软包锂碳电容的化成方法中，预设充电电流、充电截止电压、放电截止电压、施加压力的大小及各个压力的施压时长等参数的设置不以上述具体实施例为限，可根据实际的化成对象的需求进行设置。在一些实施例中，可先对软包锂碳电容施加第一压力以将其压紧，然后再进行恒流充电。总之，只要在化成时，对化成对象进行恒流充电，并在恒流充电阶段对化成对象依次施加递增的三个压力即落入本发明的保护范围。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，其作用是方便本领域的技术人员理解并据以实施，当然不能以此来限定本发明的之权利范围，因此依本发明的申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明的所涵盖的范围。
Claims (5)
1.一种软包锂碳电容的化成方法，其特征在于，包括：
以预设充电电流对软包锂碳电容进行恒流充电直至软包锂碳电容的电压上升为充电截止电压；
在恒流充电阶段，对软包锂碳电容依次施加递增的第一压力、第二压力及第三压力，所述第一压力压紧软包锂碳电容并缩短正极与负极之间的距离，所述第二压力和第三压力使恒流充电阶段产生的气体从电解液中排出；
所述预设充电电流包括第一充电电流和第二充电电流；
所述恒流充电阶段包括：
第一阶段：以所述第一充电电流对软包锂碳电容进行恒流充电直至电压上升至第一电压；
在所述第一阶段，对软包锂碳电容依次施加递增的所述第一压力和第二压力；
第二阶段：以所述第二充电电流对软包锂碳电容进行恒流充电直至电压由所述第一电压上升为所述充电截止电压；
在所述第二阶段，对软包锂碳电容依次施加递增的所述第二压力和第三压力。
2.根据权利要求1所述的软包锂碳电容的化成方法，其特征在于，
在所述恒流充电阶段之后还包括恒压充电阶段：在所述第三压力下，对软包锂碳电容以所述充电截止电压进行恒压充电。
3.根据权利要求2所述的软包锂碳电容的化成方法，其特征在于，在所述恒压充电阶段之后还包括恒流放电阶段：在所述第三压力下，对软包锂碳电容以预设放电电流进行放电直至软包锂碳电容的电压由所述充电截止电压下降为放电截止电压。
4.根据权利要求3所述的软包锂碳电容的化成方法，其特征在于，所述预设充电电流为1A，所述充电截止电压为4.2V；所述第一压力的施压时长设置为10min，所述第二压力的施压时长设置为360min，所述第三压力的施压时长设置为240min。
5.根据权利要求1所述的软包锂碳电容的化成方法，其特征在于，所述第一充电电流为275mA，所述第二充电电流为550mA，所述第一电压为3V，所述充电截止电压为3.7V；所述第一压力的施压时长设置为120min，所述第二压力的施压时长设置为600min，所述第三压力的施压时长设置为360min。
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