CN113316864B - 二次电池的制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种二次电池的制备方法，包括如下步骤：提供电极组件；将所述电极组件放置于壳体中并注入电解液，得到电池单元；及对所述电池单元进行化成处理，所述化成处理在0.5MPa‑3.0MPa的压力下进行，从而得到所述二次电池。采用该制备方法，能够改善二次电池在循环中的厚度膨胀率。

Description

二次电池的制备方法

技术领域

本申请涉及电池领域，尤其涉及一种二次电池的制备方法。

背景技术

现如今，便携式移动终端设备一般配备有以电池为核心的供能系统。随着便携式设备向更小、更薄的方向发展，人们对电芯的厚度要求也越来越高。此外，由于大部分便携式设备并非一次性使用，除了对电芯初始厚度的要求之外，对电芯在便携式设备的整个使用寿命过程的厚度也有同样的要求，即电芯在长时间使用过程中的膨胀不能超过预定范围。

一般而言，可以通过钢壳和加固结构等对电芯进行封装固然能限制电芯的厚度，但缺点是会增大便携式设备的重量。此外，还可以通过对电芯材料体系的调整来达到改善电芯循环膨胀的效果，如通过匹配阳极配方中不同组分的粒径以实现空间利用的最大化来达成改善厚度的目的，但缺点是修改材料体系会增大成本和技术难度。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提出一种二次电池的制备方法，能够在改善二次电池循环膨胀的同时不增加电池重量，也不增大成本和技术难度。

本申请一较佳实施方式提供一种二次电池的制备方法，包括如下步骤：提供电极组件；将所述电极组件放置于壳体中并注入电解液，得到电池单元；及对所述电池单元进行化成处理，所述化成处理在0.5MPa-3.0MPa的压力下进行，从而得到所述二次电池。

在本申请一些实施方式中，所述压力为通过夹具夹持所述电池单元和/或在所述壳体内加压获得。

在本申请一些实施方式中，所述化成处理在40℃-90℃的温度下进行。

在本申请一些实施方式中，所述温度为通过加热所述电池单元、流体热交换和/或热辐射方式获得。

在本申请一些实施方式中，所述化成处理包括第一充电阶段，所述第一充电阶段的充电电流为0.1C-0.8C。

在本申请一些实施方式中，所述第一充电阶段的充电时间为4min-20min。

在本申请一些实施方式中，所述化成处理还包括在所述第一充电阶段后的第二充电阶段，所述第二充电阶段的充电电流大于所述第一充电阶段的充电电流。

在本申请一些实施方式中，所述第一充电阶段和所述第二充电阶段均在所述压力下进行。

在本申请一些实施方式中，所述电极组件通过如下步骤制备：提供正极集流体和负极集流体；分别在所述正极集流体和所述负极集流体上涂覆正极活性材料和负极活性材料，得到正极极片和负极极片；及将隔离膜放置于所述正极极片和所述负极极片之间，并进行卷绕或堆叠以得到所述电极组件。

在本申请一些实施方式中，对所述二次电池进行400次充放电循环后，所述二次电池的厚度膨胀率小于或等于7％。

本申请实施例在高压下对所述电池单元进行化成，能够改善负极活性物质在负极集流体上的排布与取向，使负极活性物质在循环过程中膨胀的方向朝电极组件的长度和宽度方向转移，从而减小负极活性物质之间的颗粒间隙，提高空间利用率，达到改善二次电池的厚度膨胀率的目的。而且，本申请实施例还能够在改善二次电池循环膨胀的同时不增加电池重量，也不增大成本和技术难度。

附图说明

图1为本申请实施方式提供的二次电池的制备方法的流程图。

图2为图1所示的制备方法中二次电池的活性物质的状态变化图。

图3为本申请实施例2、4-6和对比例2-3制备的二次电池的厚度膨胀率随循环次数的变化图。

图4为本申请实施例1-3和对比例1制备的二次电池的厚度膨胀率随循环次数的变化图。

图5为本申请实施例5、7-8和对比例4-5制备的二次电池的厚度膨胀率随循环次数的变化图。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

请参阅图1，本申请实施方式提供一种二次电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：提供电极组件。

在本实施方式中，首先提供正极集流体和负极集流体。然后，分别在所述正极集流体和所述负极集流体上涂覆正极活性材料和负极活性材料，得到正极极片和负极极片。然后，将隔离膜放置于所述正极极片和所述负极极片之间，并进行卷绕或堆叠以得到所述电极组件。

其中，所述正极活性材料可包括常见的正极活性物质、粘结剂和添加剂。所述负极活性材料可包括常见的负极活性物质、粘结剂和添加剂。

步骤S2：将所述电极组件放置于壳体中并注入电解液，得到电池单元。电解液可采用本领域常见的电解液。

步骤S3：对所述电池单元进行化成处理，所述化成处理在0.5MPa-3.0MPa的压力下进行，从而得到所述二次电池。

其中，二次电池在循环过程中的膨胀主要由正极活性物质或负极活性物质沿电极组件厚度方向上的膨胀引起。在化成后，正极极片的厚度变化达到最大值，其在随后的循环过程中厚度无明显变化，而负极极片在循环过程中厚度持续呈增长的趋势，因此，二次电池在循环过程中膨胀的主要来源是负极活性物质的膨胀。本申请实施例在0.5Mpa～3.0Mpa的高压下对所述电池单元进行化成，如图2所示，能够改善负极活性物质(如石墨等)在负极集流体上的排布与取向，使负极活性物质在循环过程中膨胀的方向朝电极组件的长度和宽度方向转移，从而减小负极活性物质之间的颗粒间隙，提高空间利用率，达到改善二次电池的厚度膨胀率的目的。

在一些实施例中，所述化成处理可在0.5MPa-2.0MPa的压力下进行，使得所述电池单元具有更小的厚度膨胀率。在一些实施例中，所述化成处理可在1.0MPa-2.0MPa的压力下进行。

其中，本申请的发明人发现，当所述压力小于0.5Mpa时，负极活性物质不易被压缩；而当压力大于3.0Mpa时将导致负极活性物质颗粒破碎，或影响负极集流体的表面形貌，从而导致应力集中等不良现象产生。

在一些实施例中，所述压力为通过夹具夹持所述电池单元和/或在所述壳体内加压获得。

在一些实施方式中，所述化成处理在40℃-90℃的温度下进行。在该温度范围下，活性物质在化成过程中的反应活性保持最高，整个化成流程更高效。其中，本申请的发明人发现，当所述温度大于90℃时，电解液中的电解质会发生分解，活性物质在高温下也会失去活性，从而导致二次电池性能上的劣化。在一些实施方式中，所述化成处理在40℃-70℃的温度下进行。在一些实施方式中，所述化成处理在40℃-60℃的温度下进行。

在一些实施例中，所述温度可以通过加热所述电池单元、流体热交换和/或热辐射方式获得。

在一些实施方式中，所述化成处理包括第一充电阶段，所述第一充电阶段的充电电流为0.1C-0.8C。在一些实施方式中，第一充电阶段的充电电流为0.2C-0.6C。在一些实施方式中，第一充电阶段的充电电流为0.2C-0.5C。

在一些实施例中，所述化成处理还可包括在所述第一充电阶段后的第二充电阶段，所述第二充电阶段的充电电流大于所述第一充电阶段的充电电流。所述第一充电阶段和所述第二充电阶段均在相同的预设压力下进行，即整个充电阶段的充电电压保持不变。

本申请实施例通过在化成时同时采用较高的压力和较小的充电电流，能够使负极活性物质更充分地改变排布和取向，同时使负极极片表面形成的SEI膜更均匀，有利于提高首次容量。其中，本申请的发明人发现，当所述充电电流大于0.8C时会扰乱负极活性物质的重排，同时使化成过程中SEI膜成膜反应过于剧烈而无法保证其均匀性，且伴随着副反应发生，二次电池中的电解液也会被消耗；而当所述充电电流小于0.1C时，SEI膜形成不均匀，后续第二充电阶段电流的增大会导致局部生成更厚的SEI膜，导致电池单元的厚度局部增大。

在一些实施例中，所述第一充电阶段的充电时间为4min-20min。其中，本申请的发明人发现，当所述第一充电阶段的充电时间小于4min时，由于时间过短导致化成不完全；而当充电时间大于20min时，由于时间过长会导致活性物质失去活性，形成副产物，从而使所述电池单元的厚度增大。

在本实施方式中，对所述电池单元进行400次充放电循环后，所述二次电池的厚度膨胀率小于或等于7％。

下面将结合实施例对本申请的技术方案进行说明。

实施例1

制作电极组件，将电极组件放置于壳体中并注入电解液，得到电池单元。

将所述电池单元置于化成设备的电池放置机构中，在40℃的温度下对所述电池单元进行化成处理，同时在化成处理过程中对所述电池单元施加1.0Mpa的外部压力。其中，设置所述化成处理的第一充电阶段的电流为0.4C，时间为4min。化成处理后，在常温下对电池单元进行一次标准充放电流程以实现容量激活，随后进行脱气处理，即完成二次电池的制备。该标准充放电流程可以包括：以0.2C的电流对电池单元恒流充电充至其额定的上限电压，以该上限电压对电池单元恒压充电至一截止电流(如0.02C)，以完成充电过程；以0.2C的电流对电池单元恒流放电至一截止电压(如3.0V)，以完成放电过程。

实施例2

与实施例1大致相同，不同之处在于：所述化成处理在60℃的温度下进行。

实施例3

与实施例1大致相同，不同之处在于：所述化成处理在90℃的温度下进行。

实施例4

与实施例2大致相同，不同之处在于：所述化成处理在0.5Mpa的压力下进行。

实施例5

与实施例4大致相同，不同之处在于：所述化成处理在2.0Mpa的压力下进行。

实施例6

与实施例4大致相同，不同之处在于：所述化成处理在3.0Mpa的压力下进行。

实施例7

与实施例5大致相同，不同之处在于：所述化成处理的第一充电阶段的电流为0.1C。

实施例8

与实施例5大致相同，不同之处在于：所述化成处理的第一充电阶段的电流为0.8C。

实施例9

与实施例5大致相同，不同之处在于：所述化成处理的第一充电阶段的时间为8min。

对比例1

与实施例1大致相同，不同之处在于：所述化成处理在100℃的温度下进行。

对比例2

与实施例2大致相同，不同之处在于：所述化成处理在0.1Mpa的压力下进行。

对比例3

与实施例2大致相同，不同之处在于：所述化成处理在4.0Mpa的压力下进行。

对比例4

与实施例5大致相同，不同之处在于：所述化成处理的第一充电阶段的电流为0.05C。

对比例5

与实施例5大致相同，不同之处在于：所述化成处理的第一充电阶段的电流为1.0C。

对比例6

与对比例5大致相同，不同之处在于：所述化成处理的第一充电阶段的时间为16min。

对比例7

与对比例5大致相同，不同之处在于：所述化成处理的第一充电阶段的时间为25min。

分别对实施例1-9以及对比例1-6制备的二次电池进行厚度膨胀率的测量，具体为：①充电步骤：对二次电池以0.8C的电流恒流充电至充电限制电压(如4.4V)，测量二次电池的厚度，记录为初始厚度T₀；②放电步骤：对二次电池以1C的电流恒流放电至一截止电压(如3.0V)；③重复充电步骤①和放电步骤②各400次，记录每循环100次充电步骤后的二次电池的厚度T，计算二次电池的厚度膨胀率。其中，所述厚度T和所述初始厚度T₀的差值与所述初始厚度T₀的比值即为所述二次电池的厚度膨胀率λ，即λ＝(T-T₀)/T₀。

按照上述方法对每组二次电池重复测量8次，计算出对应的厚度膨胀率λ的平均值即为最终的厚度膨胀率，并把各实施例和对比例的测量结果列于表1。

表1各实施例和各对比例的二次电池的化成参数和厚度膨胀率

结合表1和图3可知，相较于对比例2-3，实施例2、4-6的二次电池进行400次充放电循环后，所述二次电池的厚度膨胀率较小，除实施例6对应的厚度膨胀率稍大于7％之外(压力为3Mpa，处于临界值，外加测量数据波动导致)，实施例2和4-5的厚度膨胀率均小于7％。再者，结合表1和图4可知，相较于对比例1，实施例1-3的二次电池进行400次充放电循环后，所述二次电池的厚度膨胀率小于7％。此外，结合表1和图5可知，相较于对比例4-5，实施例5、7-8的二次电池进行400次充放电循环后，所述二次电池的厚度膨胀率小于7％。这分别表明化成处理中适当的外部压力、温度和小电流能够达到改善二次电池的厚度膨胀率的目的，同时不增加电池重量，也不增大成本，还可使得整个化成流程更高效。

最后，相较于对比例5-6，对比例7的二次电池进行400次充放电循环后，所述二次电池的厚度膨胀率更高，表明第一充电阶段时间过长不利于控制所述二次电池的厚度膨胀率。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种二次电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供电极组件；

将所述电极组件放置于壳体中并注入电解液，得到电池单元；及

对所述电池单元进行化成处理，所述化成处理在2.0MPa-3.0MPa的压力下进行，从而得到所述二次电池；所述化成处理包括第一充电阶段，所述第一充电阶段的充电电流大于0.2C且小于等于0.8C。

2.如权利要求1所述的二次电池的制备方法，其特征在于，所述压力为通过夹具夹持所述电池单元和/或在所述壳体内加压获得。

3.如权利要求1所述的二次电池的制备方法，其特征在于，所述化成处理在40℃-90℃的温度下进行。

4.如权利要求3所述的二次电池的制备方法，其特征在于，所述温度为通过加热所述电池单元、流体热交换和/或热辐射方式获得。

5.如权利要求1所述的二次电池的制备方法，其特征在于，所述第一充电阶段的充电时间为4min-20min。

6.如权利要求1或5所述的二次电池的制备方法，其特征在于，所述化成处理还包括在所述第一充电阶段后的第二充电阶段，所述第二充电阶段的充电电流大于所述第一充电阶段的充电电流。

7.如权利要求6所述的二次电池的制备方法，其特征在于，所述第一充电阶段和所述第二充电阶段均在所述压力下进行。

8.如权利要求1所述的二次电池的制备方法，其特征在于，所述电极组件通过如下步骤制备：

提供正极集流体和负极集流体；

分别在所述正极集流体和所述负极集流体上涂覆正极活性材料和负极活性材料，得到正极极片和负极极片；及

将隔离膜放置于所述正极极片和所述负极极片之间，并进行卷绕或堆叠以得到所述电极组件。

9.如权利要求1所述的二次电池的制备方法，其特征在于，对所述二次电池进行400次充放电循环后，所述二次电池的厚度膨胀率小于或等于7％。

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