CN113725508A - 一种方形铝壳电池的化成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方形铝壳电池的化成方法，属于电池化成的技术领域。它包括电池化成预处理阶段、电池化成阶段和电池化成后处理阶段，先注液后高温静置，再依次经过高温负压恒流充电、高温负压恒功率充电、高温负压恒压充电和高温老化。本发明的一种方形铝壳电池的化成方法，采用多方式化成的方法，能够有效提高电芯化成时SEI膜的稳定性及致密性。

Description

一种方形铝壳电池的化成方法
技术领域
本发明涉及一种方形铝壳电池的化成方法，属于电池化成的技术领域。
背景技术
随着2020年政策对电力市场交易的开放，中国储能市场将迅速崛起，同时促进一大批锂电池企业的成长。中国锂电池储能市场已经迎来了爆发契机。
储能是推动能源转型变革和能源互联网发展的重要支撑技术，有助于构建清洁低碳、安全高效的能源体系。2020年国家大力发展电力储能项目，利好政策频出。随着江苏、河南、湖南、青海、福建等电网侧百MW级电站相继建设、投运，电网侧储能已然成了储能产业的焦点。而锂电池作为电化学储能中最具优势的储能技术在电力储能上发展迅猛。电力储能电池由于其使用条件和使用工况的特殊性，所以对电池性能循环寿命也会要求较高。
目前阶段，方形铝壳电池是储能市场的主力军，而化成是电池电性能是否优良的关键要素，它关系到电芯SEI膜的形成与稳定。目前的化成方法不能良好与储能市场的应用端相互匹配，且由于储能应用端采用恒功率充放电，本身SEI膜的破坏与重组，造成了自身循环寿命的减少。
行业里的化成方式主要以恒流充电为主，分为三段式按照由小到大阶梯式充电，例如：电芯按照100Ah，首先以0.02C（2A）进行恒流充电，然后以0.1C（10A）进行恒流充电，最后以0.2C(20A)进行恒流充电，充完电后总荷电状态达到约30~50%SOC,这种方式形成的SEI膜稳定性不够且对储能市场应用端的针对性不强，在按照储能电池恒功率充放电的应用机制，在其充电初始，电流较大，内阻极化较大，放电结束时，电流较大，温升较高，其形成的SEI膜容易遭受不可逆破坏而造成循环寿命衰减严重，这也是为什么进行恒功率充放电比恒流恒压充放电循环寿命衰减加快的原因。
专利公开号为CN113285124A的中国专利公开了一种集校准化成分容于一体的锂电池自动生产系统，它包括：机架；上下料机构，所述上下料机构设置于机架一侧；多个热压治具，所述热压治具设置于机架上；多个冷压治具，所述冷压治具设置于机架上；行车机构，行车机构设置于上下料机构上；校准系统；多个充放电电源系统，生产时，部分热压治具设置成化成模式，部分热压治具设置成分容模式，行车机构完成锂离子电池在上下料机构、热压治具、冷压治具之间的搬运移栽工作。校准时，行车机构吊取校准系统移栽至待校准热压治具。该专利中相较于锂离子电池化成分容生产与校准独立开来的生产方式而言，可以在不停机的情况下进行校准，校准效率大大提升，降低了使用者的劳动强度。
但是，上述专利的一套充放电电源系统对应一套热压治具，充放电电源系统安装于化成分容机架内每一个热压治具下方，且明确限定充放电电源系统为现有机构，其形貌、结构，工作原理则可以参照普通充放电电源系统的工作原理，从而同样具备上述背景中的问题。
因此，为解决上述背景问题，研发一种方形铝壳电池的化成方法是社会所需的。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述背景问题中提出的问题，提供一种方形铝壳电池的化成方法，它对化成阶段SEI膜的形成方式进行优化改善，使形成更加稳定可靠，提高电池性能及循环寿命。
本发明的目的是这样实现的：一种方形铝壳电池的化成方法，包括电池化成预处理阶段、电池化成阶段和电池化成后处理阶段；
所述电池化成预处理阶段包括以下步骤：
步骤一：将电池注入电解液后高温静置，使极片完全浸润；
所述电池化成阶段包括以下步骤：
步骤一：SEI成膜阶段，高温负压恒流充电；
步骤二：SEI膜破坏重组，高温负压恒功率充电；
步骤三：SEI膜稳固，高温负压恒压充电；
所述电池化成后处理阶段包括以下步骤：
步骤一：高温老化。
所述电池化成预处理阶段的步骤一是将电池在40~45℃的高温箱里浸润在电解液中，静置时间为20~36小时，能够高温浸润极片，使极片初步活化。
所述电池化成预处理阶段的电解液包括如下质量份的成分：
LiPF6 10~15份
EC 20~30份
EMC 30~40份
DEC 10~20份
PC 1~5份
VC 1~5份
LiDFP 0.1~1份
DTD 0.1~1份。
所述电池化成阶段中，电池的总荷电状态不超过50%SOC。
所述电池化成阶段的步骤一是将电池拔掉化成钉后置于化成室，化成室的温湿度控制为25℃，露点为-35~-55℃，再通过化成柜的加热装置加热；在加热至40~45℃的高温化成室环境中，负压嘴对准电池的注液孔，对电池进行抽真空负压操作，负压值≤-80kpa，以0.02C的电流值恒流充电60~90分钟，电池的荷电状态为2~3%SOC；该过程为SEI成膜，过程中的45℃高温有助于电解液中的锂离子运动以及SEI膜的稳定。
所述电池化成阶段的步骤二是维持步骤一中的电池负压状态，并将电池在温湿度为25℃，露点为-35~-55℃且加热至40~45℃的化成室中先静置10~15分钟，再以0.1~0.15P的恒功率充电至3.35V，电池的荷电状态为30~35%SOC；该过程为SEI膜的破坏重组，在恒功率阶段，电流和电压持续变化，SEI膜不断地破坏重组，形成的更加致密稳定。
所述电池化成阶段的步骤三是维持步骤一中的电池负压状态，并将电池在温湿度为25℃，露点为-35~-55℃且加热至40~45℃的化成室中先静置10~15分钟，再以3.35V的恒压充电至0.05C截止，电池的荷电状态为35~45%SOC；该过程为SEI膜稳固阶段，同时本步骤是以涓流的方式持续充电，保证形成的SEI膜更加稳定可靠。
所述电池化成后处理阶段的步骤一中高温老化是将化成结束的电池插上化成钉，在温度为45℃的高温箱内静置24~36h。
相比于现有技术，本发明具有以下优点：
本发明的一种方形铝壳电池的化成方法，采用多方式化成的方法，能够有效提高电芯化成时SEI膜的稳定性及致密性，进而有效提高电芯的循环寿命近10~15%；
本发明的一种方形铝壳电池的化成方法，化成制度不需要对化成设备进行更改或者更换，操作性强，实用性高；
本发明的一种方形铝壳电池的化成方法，能够较大程度的提高电芯化成阶段内部的副反应，在进行化成时，形成ESI膜的同时，会产生气体，而SEI膜的破坏重组能够增强活化效应及内部的化学反应，能够有效产气并排出。
附图说明
图1为本发明的一种方形铝壳电池的化成方法的流程图。
图2为本发明的一种方形铝壳电池的化成方法的实施例化成电池与常规化成电池的循环寿命曲线对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明加以说明：
实施例1
采用制作电池型号48173170-120Ah(额定容量120Ah，额定功率384W)为例，该电池的正极采用德方纳米DY-1磷酸铁锂，负极采用杉杉FSN-1人造石墨，隔膜采用沧州明珠9+3隔膜，正极浆料粘度12000，负极浆料粘度7500，正极压实2.3，负极压实1.48。
如图1所示，在本实施例中本发明的一种方形铝壳电池的化成方法如下：
阶段一：电池化成预处理阶段
将电池注入电解液，高温45℃静置在高温箱内30h浸润。
阶段二：电池化成阶段
电池浸润完成，拔掉化成钉，将电池置于化成柜上，化成室的温湿度控制在25℃，露点-40℃，然后打开化成柜的加热装置至45℃，打开负压，负压值-85kpa，首先以0.02C恒流充电70min；
维持电池负压状态，静置15分钟，然后以恒功率0.1CP（即38.4W）充电至3.35V；
维持电池负压状态，静置15分钟，再以恒压3.35V充电至0.05C(6A)截止。
阶段三：电池化成后处理阶段
化成结束，将电池插上化成钉，放置在高温箱内持续30h，温度设置为45℃，进行高温老化。
在本实施例中，所述阶段一的电解液中包括质量百分比如下的各组分：LiPF6:12.5%，EC:25.2%，EMC:37%，DEC:18%，PC:4.3%，VC:2%，LiDFP:0.5%，DTD:0.5%。
如图2所示，1#线为本实施例中化成电池循环寿命曲线，2#线为常规化成电池循环寿命曲线；
由图2分析可知，在本实施例中，在恒功率状态下测试循环寿命，本实施例中化成电池的循环寿命明显优于常规化成电池循环寿命，有效提高电芯的循环寿命近10~15%。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种方形铝壳电池的化成方法，其特征在于：包括电池化成预处理阶段、电池化成阶段和电池化成后处理阶段；
所述电池化成预处理阶段包括以下步骤：
步骤一：将电池注入电解液后高温静置，使极片完全浸润；
所述电池化成阶段包括以下步骤：
步骤一：SEI成膜阶段，高温负压恒流充电；
步骤二：SEI膜破坏重组，高温负压恒功率充电；
步骤三：SEI膜稳固，高温负压恒压充电；
所述电池化成后处理阶段包括以下步骤：
步骤一：高温老化。
2.根据权利要求1所述的一种方形铝壳电池的化成方法，其特征在于：所述电池化成预处理阶段的步骤一是将电池在40~45℃的高温箱里浸润在电解液中，静置时间为20~36小时。
3.根据权利要求1所述的一种方形铝壳电池的化成方法，其特征在于：所述电池化成预处理阶段的电解液包括如下质量份的成分：
LiPF6 10~15份
EC 20~30份
EMC 30~40份
DEC 10~20份
PC 1~5份
VC 1~5份
LiDFP 0.1~1份
DTD 0.1~1份。
4.根据权利要求1所述的一种方形铝壳电池的化成方法，其特征在于：所述电池化成阶段中，电池的总荷电状态不超过50%SOC。
5.根据权利要求4所述的一种方形铝壳电池的化成方法，其特征在于：所述电池化成阶段的步骤一是将电池拔掉化成钉后置于化成室，化成室的温湿度控制为25℃，露点为-35~-55℃，再通过化成柜的加热装置加热；
在加热至40~45℃的高温化成室环境中，负压嘴对准电池的注液孔，对电池进行抽真空负压操作，负压值≤-80kpa，以0.02C的电流值恒流充电60~90分钟，电池的荷电状态为2~3%SOC。
6.根据权利要求4所述的一种方形铝壳电池的化成方法，其特征在于：所述电池化成阶段的步骤二是维持步骤一中的电池负压状态，并将电池在温湿度为25℃，露点为-35~-55℃且加热至40~45℃的化成室中先静置10~15分钟，再以0.1~0.15P的恒功率充电至3.35V，电池的荷电状态为30~35%SOC。
7.根据权利要求4所述的一种方形铝壳电池的化成方法，其特征在于：所述电池化成阶段的步骤三是维持步骤一中的电池负压状态，并将电池在温湿度为25℃，露点为-35~-55℃且加热至40~45℃的化成室中先静置10~15分钟，再以3.35V的恒压充电至0.05C截止，电池的荷电状态为35~45%SOC。
8.根据权利要求7所述的一种方形铝壳电池的化成方法，其特征在于：所述电池化成阶段的步骤三是以涓流的方式持续充电。
9.根据权利要求1所述的一种方形铝壳电池的化成方法，其特征在于：所述电池化成后处理阶段的步骤一中高温老化是将化成结束的电池插上化成钉，在温度为40~45℃的高温箱内静置24~36h。
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