CN113346153A - 一种锂离子电池的注液化成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池的注液化成方法，所述注液化成方法包括：向电池中注入电解液a和电解液b的混合溶液，所述混合溶液占总电解液体积的70‑80％；所述混合溶液中，电解液a和电解液b的体积比为85:15‑88:12，所述电解液a中的添加剂为碳酸亚乙烯酯；所述电解液b中的添加剂为亚硫酸乙烯酯；在高温下进行首次化成，化成结束后，在常温静置预定时间，再次注入占总电解液体积10‑15％的电解液b，然后低温进行二次化成；抽真空排气后，注入占总电解液体积10‑15％的电解液c，所述电解液c中的添加剂选自联苯、环己基苯中的至少一种；封口，得到所述锂离子电池。本发明的注液化成方法，在化成期间产气量较少，并且电池内阻较小，倍率性能和循环性能非常优异。

Description

一种锂离子电池的注液化成方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池的注液化成方法。
背景技术
锂离子电池的注液化成方法对电池的性能具有很大的影响，当锂离子电池的正极活性物质为LiNi0.35Mn0.62Nb0.01Cr0.02O2具有较高的工作电压和充电截止电压，但是在高压下，电解液容易发生分解，因此需要注入联苯、环己基苯的过充添加剂，但是该添加剂注入后，在化成过程中，电池产气和内阻增加都较大，影响化成效果。
发明内容
本发明提供了一种锂离子电池的注液化成方法，所述注液化成方法包括：向电池中注入电解液a和电解液b的混合溶液，所述混合溶液占总电解液体积的70-80％；所述混合溶液中，电解液a和电解液b的体积比为85:15-88:12，所述电解液a中的添加剂为碳酸亚乙烯酯；所述电解液b中的添加剂为亚硫酸乙烯酯；在高温下进行首次化成，化成结束后，在常温静置预定时间，再次注入占总电解液体积10-15％的电解液b，然后低温进行二次化成；抽真空排气后，注入占总电解液体积10-15％的电解液c，所述电解液c中的添加剂选自联苯、环己基苯中的至少一种；封口，得到所述锂离子电池。本发明的注液化成方法，在化成期间产气量较少，并且电池内阻较小，倍率性能和循环性能非常优异。
具体的方案如下：
一种锂离子电池的注液化成方法，所述注液化成方法包括：
1)向待注液的锂离子电池中注入电解液a和电解液b的混合溶液，所述混合溶液占总电解液体积的70-80％；所述混合溶液中，电解液a和电解液b的体积比为85:15-88:12；所述电解液a中的添加剂为碳酸亚乙烯酯；所述电解液b中的添加剂为亚硫酸乙烯酯；
2)在高于35摄氏度的温度下进行首次化成；
3)常温静置预定时间；
4)注入占总电解液体积10-15％的电解液b；
5)在低于10摄氏度的温度下进行二次化成；
6)抽真空排气后，注入占总电解液体积10-15％的电解液c后封口得到所述锂离子电池，所述电解液c中的添加剂选自联苯、环己基苯中的至少一种。
进一步的，其中所述电解液a中的碳酸亚乙烯酯的浓度为2.5-3体积％；所述电解液b中的亚硫酸乙烯酯的浓度为1.5-2体积％。
进一步的，所述步骤2为，在45-50摄氏度的温度下，以0.05-0.2C的电流对电池进行恒流充电至第一预定电压，然后在第一预定电压和第二预定电压之间进行小电流的恒流充放电循环；所述第一预定电压为3.62-3.68V；所述第二预定电压为3.75-3.82V；所述小电流为0.01-0.03C。
进一步的，所述步骤5为，在3-5摄氏度的温度下，在第一预定电压和第二预定电压之间进行小电流的恒流充放电循环；所述第一预定电压为3.62-3.68V；所述第二预定电压为3.75-3.82V；所述小电流为0.01-0.03C；以0.05-0.2C的电流对电池进行恒流充电至充电截止电压，然后以充电截止电压恒压充电直至充电电流低于截止电流。
进一步的，所述电解液c中的添加剂为环己基苯，所述环己基苯在电解液c中的浓度为3-4体积％。
进一步的，所述步骤3中，常温静置20min以上，直至电池温度降至常温。
进一步的，所述锂离子电池的正极活性物质为LiNi0.35Mn0.62Nb0.01Cr0.02O2。
进一步的，所述充电截止电压为4.25V。
进一步的，一种锂离子电池，其特征在于采用所述的方法得到的。
本发明具有如下有益效果：
1)、发明人发现，正极活性物质为LiNi0.35Mn0.62Nb0.01Cr0.02O2具有较高的工作电压和充电截止电压，但是在高压下，电解液容易发生分解，因此需要注入联苯、环己基苯的过充添加剂，但是该添加剂注入后，在化成过程中，电池产气和内阻增加都较大，影响化成效果；
2)、经过研究发现，预先将碳酸亚乙烯酯和亚硫酸乙烯酯注入后进行化成，形成稳定SEI膜，然后在化成后再注入过充添加剂，能够同时保证化成的低内阻和低产气和后期的防过充效果；
3)更进一步的发明，为了降低产气效果，发明人发现，当加入亚硫酸乙烯酯后，在预定电压区间，产气尤其明显，因此在首次注液时，注入电解液中含有极低浓度的亚硫酸乙烯酯，并且在高温下进行化成，有利于控制气体产生，同时，高温下电解液的分子流动速度增快，有利于形成稳定SEI膜；
4)首次化成后，再加入余下的亚硫酸乙烯酯，然后控制低温下化成，控制产气速度，如此化成方式得到的电池，产气速度较为均衡，能够避免电解液从电池壳体中喷出，避免污染环境和电解液的浪费；
5)进一步的，在第一预定电压和第二预定电压之间，降低循环的电流值，进一步控制产气速度。
具体实施方式
本发明下面将通过具体的实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。本发明中使用的所述锂离子电池的锂离子电池的正极活性物质为LiNi0.35Mn0.62Nb0.01Cr0.02O2，负极活性物质为天然石墨和人造石墨1:1的混合物；电解液a，b，c的有机溶剂均为体积比1:1:1的碳酸乙烯酯，碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合物，电解质盐为1mol/L的六氟磷酸锂。
实施例1
1)向待注液的锂离子电池中注入电解液a和电解液b的混合溶液，所述混合溶液占总电解液体积的70％；所述混合溶液中，电解液a和电解液b的体积比为85:15；所述电解液a中的添加剂为碳酸亚乙烯酯，其在电解液a中的浓度为2.5体积％；所述电解液b中的添加剂为亚硫酸乙烯酯，其在电解液b中的浓度为1.5体积％；
2)在45摄氏度的温度下，以0.05C的电流对电池进行恒流充电至第一预定电压，然后在第一预定电压和第二预定电压之间进行0.01C的恒流充放电循环；所述第一预定电压为3.62V；所述第二预定电压为3.75V；
3)常温静置20min以上，直至电池温度降至常温；
4)注入占总电解液体积15％的电解液b；
5)在3摄氏度的温度下，在第一预定电压和第二预定电压之间进行0.01C的恒流充放电循环；所述第一预定电压为3.62V；所述第二预定电压为3.75V；以0.05C的电流对电池进行恒流充电至充电截止电压4.25V，然后以充电截止电压恒压充电直至充电电流低于截止电流0.01C；
6)抽真空排气后，注入占总电解液体积15％的电解液c后封口得到所述锂离子电池，所述电解液c中的添加剂为环己基苯，所述环己基苯在电解液c中的浓度为3体积％。
实施例2
1)向待注液的锂离子电池中注入电解液a和电解液b的混合溶液，所述混合溶液占总电解液体积的80％；所述混合溶液中，电解液a和电解液b的体积比为88:12；所述电解液a中的添加剂为碳酸亚乙烯酯，其在电解液a中的浓度为3体积％；所述电解液b中的添加剂为亚硫酸乙烯酯，其在电解液b中的浓度为2体积％；
2)在50摄氏度的温度下，以0.2C的电流对电池进行恒流充电至第一预定电压，然后在第一预定电压和第二预定电压之间进行0.03C的恒流充放电循环；所述第一预定电压为3.68V；所述第二预定电压为3.82V；
3)常温静置20min以上，直至电池温度降至常温；
4)注入占总电解液体积10％的电解液b；
5)在5摄氏度的温度下，在第一预定电压和第二预定电压之间进行0.03C的恒流充放电循环；所述第一预定电压为3.68V；所述第二预定电压为3.82V；以0.2C的电流对电池进行恒流充电至充电截止电压4.25V，然后以充电截止电压恒压充电直至充电电流低于截止电流0.01C；
6)抽真空排气后，注入占总电解液体积10％的电解液c后封口得到所述锂离子电池，所述电解液c中的添加剂为环己基苯，所述环己基苯在电解液c中的浓度为3体积％。
实施例3
1)向待注液的锂离子电池中注入电解液a和电解液b的混合溶液，所述混合溶液占总电解液体积的75％；所述混合溶液中，电解液a和电解液b的体积比为86:14；所述电解液a中的添加剂为碳酸亚乙烯酯，其在电解液a中的浓度为2.8体积％；所述电解液b中的添加剂为亚硫酸乙烯酯，其在电解液b中的浓度为1.8体积％；
2)在45摄氏度的温度下，以0.1C的电流对电池进行恒流充电至第一预定电压，然后在第一预定电压和第二预定电压之间进行0.02C的恒流充放电循环；所述第一预定电压为3.65V；所述第二预定电压为3.78V；
3)常温静置20min以上，直至电池温度降至常温；
4)注入占总电解液体积13％的电解液b；
5)在4摄氏度的温度下，在第一预定电压和第二预定电压之间进行0.02C的恒流充放电循环；所述第一预定电压为3.65V；所述第二预定电压为3.78V；以0.1C的电流对电池进行恒流充电至充电截止电压4.25V，然后以充电截止电压恒压充电直至充电电流低于截止电流0.01C；
6)抽真空排气后，注入占总电解液体积12％的电解液c后封口得到所述锂离子电池，所述电解液c中的添加剂为环己基苯，所述环己基苯在电解液c中的浓度为3.5体积％。
对比例1
1)向待注液的锂离子电池中注入电解液a和电解液b的混合溶液，所述混合溶液占总电解液体积的85％；所述混合溶液中，电解液a和电解液b的体积比为75:25；所述电解液a中的添加剂为碳酸亚乙烯酯，其在电解液a中的浓度为2.5体积％；所述电解液b中的添加剂为亚硫酸乙烯酯，其在电解液b中的浓度为1.5体积％；
2)在3摄氏度的温度下，在第一预定电压和第二预定电压之间进行0.01C的恒流充放电循环；所述第一预定电压为3.62V；所述第二预定电压为3.75V；以0.05C的电流对电池进行恒流充电至充电截止电压4.25V，然后以充电截止电压恒压充电直至充电电流低于截止电流0.01C；
3)抽真空排气后，注入占总电解液体积15％的电解液c后封口得到所述锂离子电池，所述电解液c中的添加剂为环己基苯，所述环己基苯在电解液c中的浓度为3体积％。
对比例2
1)向待注液的锂离子电池中注入电解液a和电解液b的混合溶液，所述混合溶液占总电解液体积的70％；所述混合溶液中，电解液a和电解液b的体积比为85:15；所述电解液a中的添加剂为碳酸亚乙烯酯，其在电解液a中的浓度为2.5体积％；所述电解液b中的添加剂为亚硫酸乙烯酯，其在电解液b中的浓度为1.5体积％；
2)在45摄氏度的温度下，以0.05C的电流对电池进行恒流充电至第一预定电压，然后在第一预定电压和第二预定电压之间进行0.01C的恒流充放电循环；所述第一预定电压为3.62V；所述第二预定电压为3.75V；
3)常温静置20min以上，直至电池温度降至常温；
4)注入占总电解液体积15％的电解液b；
5)抽真空排气后，注入占总电解液体积15％的电解液c后封口得到所述锂离子电池，所述电解液c中的添加剂为环己基苯，所述环己基苯在电解液c中的浓度为3体积％。
对比例3
1)向待注液的锂离子电池中注入电解液a，所述电解液a占总电解液体积的70％；所述电解液a中的添加剂为碳酸亚乙烯酯，其在电解液a中的浓度为2.5体积％；
2)在45摄氏度的温度下，以0.05C的电流对电池进行恒流充电至第一预定电压，然后在第一预定电压和第二预定电压之间进行0.01C的恒流充放电循环；所述第一预定电压为3.62V；所述第二预定电压为3.75V；
3)常温静置20min以上，直至电池温度降至常温；
4)注入占总电解液体积15％的电解液b；所述电解液b中的添加剂为亚硫酸乙烯酯，其在电解液b中的浓度为1.5体积％；
5)在3摄氏度的温度下，在第一预定电压和第二预定电压之间进行0.01C的恒流充放电循环；所述第一预定电压为3.62V；所述第二预定电压为3.75V；以0.05C的电流对电池进行恒流充电至充电截止电压4.25V，然后以充电截止电压恒压充电直至充电电流低于截止电流0.01C；
6)抽真空排气后，注入占总电解液体积15％的电解液c后封口得到所述锂离子电池，所述电解液c中的添加剂为环己基苯，所述环己基苯在电解液c中的浓度为3体积％。
对比例4
1)向待注液的锂离子电池中注入电解液a和电解液b的混合溶液，所述混合溶液占总电解液体积的70％；所述混合溶液中，电解液a和电解液b的体积比为85:15；所述电解液a中的添加剂为碳酸亚乙烯酯，其在电解液a中的浓度为2.5体积％；所述电解液b中的添加剂为亚硫酸乙烯酯，其在电解液b中的浓度为1.5体积％；
2)在45摄氏度的温度下，以0.1C的电流对电池进行恒流充电至第一预定电压，然后在第一预定电压和第二预定电压之间进行0.1C的恒流充放电循环；所述第一预定电压为3.62V；所述第二预定电压为3.75V；
3)常温静置20min以上，直至电池温度降至常温；
4)注入占总电解液体积15％的电解液b；
5)在3摄氏度的温度下，在第一预定电压和第二预定电压之间进行0.1C的恒流充放电循环；所述第一预定电压为3.62V；所述第二预定电压为3.75V；以0.05C的电流对电池进行恒流充电至充电截止电压4.25V，然后以充电截止电压恒压充电直至充电电流低于截止电流0.01C；
6)抽真空排气后，注入占总电解液体积15％的电解液c后封口得到所述锂离子电池，所述电解液c中的添加剂为环己基苯，所述环己基苯在电解液c中的浓度为3体积％。
对比例5
1)向待注液的锂离子电池中注入电解液a、电解液b和电解液C的混合溶液；所述混合溶液中，电解液a、电解液b和电解液C的体积比为60:25:15；所述电解液a中的添加剂为碳酸亚乙烯酯，其在电解液a中的浓度为2.5体积％；所述电解液b中的添加剂为亚硫酸乙烯酯，其在电解液b中的浓度为1.5体积％；所述电解液c中的添加剂为环己基苯，所述环己基苯在电解液c中的浓度为3体积％；
2)在常温，以0.05C的电流对电池进行恒流充电至第一预定电压，然后在第一预定电压和第二预定电压之间进行0.01C的恒流充放电循环；所述第一预定电压为3.62V；所述第二预定电压为3.75V；
3)以0.05C的电流对电池进行恒流充电至充电截止电压4.25V，然后以充电截止电压恒压充电直至充电电流低于截止电流0.01C，封口得到所述锂离子电池。
实施例6
1)向待注液的锂离子电池中注入电解液C；所述电解液c中的添加剂为环己基苯，所述环己基苯在电解液c中的浓度为3体积％；
2)在常温，以0.05C的电流对电池进行恒流充电至第一预定电压，然后在第一预定电压和第二预定电压之间进行0.01C的恒流充放电循环；所述第一预定电压为3.62V；所述第二预定电压为3.75V；
3)以0.05C的电流对电池进行恒流充电至充电截止电压4.25V，然后以充电截止电压恒压充电直至充电电流低于截止电流0.01C，封口得到所述锂离子电池。
测试及结果
测试实施例1-3和对比例1-6化成后的电池，在0.5C和2C倍率充放电300次，测量电池的容量保持率，结果见表1，由表1可见，本发明的方法得到的锂离子电池的容量保持率较高，尤其是高倍率下的性能更优。
表1
0.5C容量保持率(％) 2C容量保持率(％)
实施例1 98.3 96.6
实施例2 98.7 97.1
实施例3 98.5 96.8
对比例1 95.6 93.2
对比例2 96.3 93.8
对比例3 95.8 93.4
对比例4 96.8 94.3
对比例5 95.1 93.2
对比例6 94.2 91.3
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但是应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种锂离子电池的注液化成方法，所述注液化成方法包括：
1)向待注液的锂离子电池中注入电解液a和电解液b的混合溶液，所述混合溶液占总电解液体积的70-80％；所述混合溶液中，电解液a和电解液b的体积比为85:15-88:12；所述电解液a中的添加剂为碳酸亚乙烯酯；所述电解液b中的添加剂为亚硫酸乙烯酯；
2)在高于35摄氏度的温度下进行首次化成；
3)常温静置预定时间；
4)注入占总电解液体积10-15％的电解液b；
5)在低于10摄氏度的温度下进行二次化成；
6)抽真空排气后，注入占总电解液体积10-15％的电解液c后封口得到所述锂离子电池，所述电解液c中的添加剂选自联苯、环己基苯中的至少一种。
2.如上述权利要求所述的方法，其中所述电解液a中的碳酸亚乙烯酯的浓度为2.5-3体积％；所述电解液b中的亚硫酸乙烯酯的浓度为1.5-2体积％。
3.如上述权利要求所述的方法，所述步骤2为，在45-50摄氏度的温度下，以0.05-0.2C的电流对电池进行恒流充电至第一预定电压，然后在第一预定电压和第二预定电压之间进行小电流的恒流充放电循环；所述第一预定电压为3.62-3.68V；所述第二预定电压为3.75-3.82V；所述小电流为0.01-0.03C。
4.如上述权利要求所述的方法，所述步骤5为，在3-5摄氏度的温度下，在第一预定电压和第二预定电压之间进行小电流的恒流充放电循环；所述第一预定电压为3.62-3.68V；所述第二预定电压为3.75-3.82V；所述小电流为0.01-0.03C；以0.05-0.2C的电流对电池进行恒流充电至充电截止电压，然后以充电截止电压恒压充电直至充电电流低于截止电流。
5.如上述权利要求所述的方法，所述电解液c中的添加剂为环己基苯，所述环己基苯在电解液c中的浓度为3-4体积％。
6.如上述权利要求所述的方法，所述步骤3中，常温静置20min以上，直至电池温度降至常温。
7.如上述权利要求所述的方法，所述锂离子电池的正极活性物质为LiNi0.35Mn0.62Nb0.01Cr0.02O2。
8.如上述权利要求所述的方法，所述充电截止电压为4.25V。
9.一种锂离子电池，其特征在于采用权利要求1-8任一项所述的方法得到的。
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