CN113948783A - 锂离子电池及其预循环活化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锂离子电池预循环活化方法，所述预循环活化方法包括：对锂离子电池进行恒流充放电，包括使用预设倍率对所述锂离子电池进行恒流充电到预设活化上限电压，再使用所述预设倍率对所述锂离子电池进行恒流放电到预设活化下限电压；以及以预循环活化圈数重复所述恒流充放电，直到所述锂离子电池的预活化容量衰减后达到平稳状态。本发明通过一种可控制的浅充浅放预循环方式，活化和稳定电池，从而提升在后续充放电过程中的循环性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池预循环活化方法。
背景技术
目前，对锂离子电池续航能力的要求越来越高。提高续航能力，一方面从锂离子电池各组分出发，选择循环性能较好的正负极、电解液等。另一方面可以优化充电方式，如选择区间循环方式等。
一般来说，由于正负极脱嵌锂的应力变化和电解液的浸润过程，未经过循环测试的新鲜电芯所处的状态并非结构最稳定。当进行循环测试时，前期会经历一个活化过程。在充放电过程中，随着正负极的膨胀收缩，活性物质间的孔隙充分暴露，曲折度也会随之下降。
目前一般采用恒流恒压充电、恒流放电的常规循环方法，循环衰减有待进一步改善。针对锂离子电池循环充放电机理，并没有技术针对前期活化过程进行研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池预循环活化方法，通过一种可控制的浅充浅放预循环方式，活化和稳定电池，从而提升在后续充放电过程中的循环性能。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种锂离子电池预循环活化方法，所述预循环活化方法包括：
对锂离子电池进行恒流充放电，包括使用预设倍率对所述锂离子电池进行恒流充电到预设活化上限电压，再使用所述预设倍率对所述锂离子电池进行恒流放电到预设活化下限电压；以及以预循环活化圈数重复所述恒流充放电，直到所述锂离子电池的预活化容量衰减后达到平稳状态。
本发明中通过一种可控制的浅充浅放预循环方式，活化和稳定电池，从而提升在后续充放电过程中的循环性能，在电池常规循环前，进行预循环活化，通过特定充放电区间、充放电倍率和充放电圈数的控制，优化循环活化过程。通过优化后的循环活化过程，电池达到稳定的状态，使电池在后续常规循环中表现优异，达到提高循环性能的效果。
作为本发明优选的技术方案，以预循环活化圈数重复所述恒流充放电包括：重复所述恒流充放电，使得所述锂离子电池的预活化容量依次经历平稳衰减、迅速衰减以及达到平稳状态。
作为本发明优选的技术方案，所述预循环活化圈数被设置为所述预活化容量衰减结束后至少再循环20圈的圈数，其中，所述循环圈数可以是20圈、30圈、40圈、50圈、60圈等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述预循环活化圈数被设置为所述预活化容量衰减结束后再循环20至30圈的圈数，其中所述循环圈数可以是20圈、21圈、22圈、23圈、24圈、25圈、26圈、27圈、28圈、29圈或30圈等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述预设活化上限电压为电池荷电状态为60～70％的静态电压，其中所述电荷荷电状态可以是60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％或70％等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述预设活化下限电压为电池荷电状态为30～40％的静态电压，其中所述电荷荷电状态可以是30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％或40％等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述预设倍率为0.5～2C，其中所述预设倍率可以是0.5C、0.7C、0.9C、1.1C、1.3C、1.5C、1.7C、1.9C或2C等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述恒流充放电的循环次数为25～200圈，其中所述循环次数可以是25圈、35圈、45圈、55圈、65圈、75圈、85圈、95圈、105圈、115圈、125圈、135圈、145圈、155圈、165圈、175圈、180圈、185圈、195圈或200圈等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，进一步优选为50～100圈。
作为本发明优选的技术方案，所述恒流充放电包括：用0.5～2C的预设倍率对所述锂离子电池进行恒流充电到电池荷电状态为60～70％的静态电压，再用0.5～2C的预设倍率对所述锂离子电池进行恒流放电到电池荷电状态为30～40％的静态电压，其中所述恒流充放电的循环次数为25～200圈。
本发明的目的之二在于提供一种锂离子电池，所述锂离子电池使用如第一方面所述的锂离子电池预循环活化方法进行活化。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种锂离子电池预循环活化方法，通过特定充放电区间、充放电倍率和充放电圈数的控制，优化循环活化过程。通过优化后的循环活化过程，电池达到稳定的状态，使电池在后续常规循环中表现优异，达到提高循环性能的效果，其中200圈循环后，容量保持率可达到97.3％以上。
附图说明
图1是实施例1中预循环活化容量和圈数对应关系的曲线图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
在已有技术方案中，一种技术方案提供了一种锂离子电池层状正极材料储存后的性能恢复方法。通过较高的截止电压对储存后样品组装的扣式电池进行活化，可以一定程度上恢复储存样品的电池性能。提供了一种对电池活化的方法，但是并不能应用于电池结构循环前的活化中。
另一种技术方案提供了一种预循环的硅电极，电极包括电流收集器和位于电流收集器的至少一侧上并与电流收集器电连通的活性层。活性层包括粘合剂和膨胀硅。其中活性层在使用时膨胀小于或等于10％。在另一实施例中，一种形成电极的方法包括由预循环的膨胀硅形成电极。需要膨胀硅电极，所提供的预循环的活化与本发明显而易见的不同。
另一种技术方案提供了一种锂离子电池正极材料热存储稳定性的快捷评价方法，第一步中包括对电池的活化处理，半电池循环测试电压上限范围为4.25～4.35V，电压下限为3.0V；对应的全电池测试电压上限为4.20～4.30V，电压下限为3.0V，充放电循环活化速率为0.1～5.0C，循环活化的周数为6～12周。所述的活化处理是普通活化，为了使在活化之后将电池充满至满电态，并不能得到后续良好的循环性能。
本公开的实施例中根据锂离子电池循环充放电机理，提出了一种新型充放电预循环策略。在经过该充放电预循环策略的活化后，再进行常规循环测试，能够显著改善循环性能，提高锂离子电池的循环寿命。
实施例1
本实施例采用以下过程进行锂离子电池的活化：
(1)预循环活化过程
对电池进行恒流充放电，充放电循环次数75圈(预活化容量达到平稳后，再循环25圈)，先用预设倍率1C对电池进行恒流充电到预设活化上限电压，再用预设倍率1C对电池进行恒流放电到预设活化下限电压。预设活化上限电压为电池荷电状态SOC为65％的静态电压，预设活化下限电压为电池荷电状态SOC为35％的静态电压。其中，预循环活化容量和圈数对应关系的曲线图如图1所示。
从图1中可以看出，预活化过程分为三个阶段。第一个阶段为容量平稳衰减阶段，对应初始到T1点，此时圈数太少未达到活化效果。T1到T2为活化阶段，随着活化的进行，预活化容量迅速衰减。在T2后，预活化容量趋于平稳。接着，再经过若干预活化圈数之后，预活化容量达到平稳状态，此时完成活化过程。在一些实施例中，预活化过程在经历T3表示的预活化圈数之后，预活化容量达到平稳状态。在一些实施例中，最优预活化圈数由T3表示，并且最优预活化圈数T3指示活化阶段完成而预活化容量开始趋于平稳后再经历20～30圈。在一些实施例中，T3表示的预活化圈数等于T2表示的预活化圈数加上20～30圈。本实施例中设定的75圈为最佳活化圈数。
(2)常规循环过程
将(1)中活化后的电池进行常规循环过程，充放电循环次数200圈，用倍率1C对电池进行恒流充电到电池上限电压，再恒压充电到0.05C，再用预设倍率1C对电池进行恒流放电到电池下限电压。
实施例2
本实施例采用以下过程进行锂离子电池的活化：
(1)预循环活化过程
对电池进行恒流充放电，充放电循环次数70圈(预活化容量达到平稳后，再循环20圈)，先用预设倍率0.5C对电池进行恒流充电到预设活化上限电压U1，再用预设倍率1C对电池进行恒流放电到预设活化下限电压U2。U1为电池荷电状态SOC为60％的静态电压，U2为电池荷电状态SOC为40％的静态电压。
(2)常规循环过程
将(1)中活化后的电池进行常规循环过程，充放电循环次数200圈，用倍率1C对电池进行恒流充电到电池上限电压，再恒压充电到0.05C，再用预设倍率1C对电池进行恒流放电到电池下限电压。
实施例3
本实施例采用以下过程进行锂离子电池的活化：
(1)预循环活化过程
对电池进行恒流充放电，充放电循环次数80圈(预活化容量达到平稳后，再循环30圈)，先用预设倍率2C对电池进行恒流充电到预设活化上限电压U1，再用预设倍率1C对电池进行恒流放电到预设活化下限电压U2。U1为电池荷电状态SOC为70％的静态电压，U2为电池荷电状态SOC为30％的静态电压。
(2)常规循环过程
将(1)中活化后的电池进行常规循环过程，充放电循环次数200圈，用倍率1C对电池进行恒流充电到电池上限电压，再恒压充电到0.05C，再用预设倍率1C对电池进行恒流放电到电池下限电压。
实施例4
本实施例采用以下过程进行锂离子电池的活化：
(1)预循环活化过程
对电池进行恒流充放电，充放电循环次数72圈(预活化容量达到平稳后，再循环22圈)，先用预设倍率1C对电池进行恒流充电到预设活化上限电压U1，再用预设倍率1C对电池进行恒流放电到预设活化下限电压U2。U1为电池荷电状态SOC为67％的静态电压，U2为电池荷电状态SOC为33％的静态电压。
(2)常规循环过程
将(1)中活化后的电池进行常规循环过程，充放电循环次数200圈，用倍率1C对电池进行恒流充电到电池上限电压，再恒压充电到0.05C，再用预设倍率1C对电池进行恒流放电到电池下限电压。
实施例5
本实施例采用以下过程进行锂离子电池的活化：
(1)预循环活化过程
对电池进行恒流充放电，充放电循环次数77圈(预活化容量达到平稳后，再循环27圈)，先用预设倍率1.5C对电池进行恒流充电到预设活化上限电压U1，再用预设倍率1C对电池进行恒流放电到预设活化下限电压U2。U1为电池荷电状态SOC为62％的静态电压，U2为电池荷电状态SOC为38％的静态电压。
(2)常规循环过程
将(1)中活化后的电池进行常规循环过程，充放电循环次数200圈，用倍率1C对电池进行恒流充电到电池上限电压，再恒压充电到0.05C，再用预设倍率1C对电池进行恒流放电到电池下限电压。
实施例6
本实施例将预设倍率改为2.5C，其他条件均与实施例1相同。
实施例7
本实施例将U1为电池荷电状态SOC为65％的静态电压改为U1为电池荷电状态SOC为58％的静态电压。
实施例8
本实施例将U1为电池荷电状态SOC为65％的静态电压改为U1为电池荷电状态SOC为72％的静态电压。
实施例9
本实施例将U2为电池荷电状态SOC为35％的静态电压改为U2为电池荷电状态SOC为28％的静态电压。
实施例10
本实施例将U2为电池荷电状态SOC为35％的静态电压改为U2为电池荷电状态SOC为42％的静态电压。
对比例1
本对比例去掉步骤(1)，即不经过预循环活化的过程，直接进行常规循环过程，其他条件均与实施例1相同。
对比例2
本对比例将充放电循环次数设置为85圈，其他条件均与实施例1相同。
对比例3
本对比例将充电循环次数设置为65圈，其他条件均与实施例1相同。
将实施例1-10和对比例1-3进行循环性能测试，其测试结果如表1所示。其中，实施例1-10和对比例1-3的锂离子电池均采用容量为1A的软包电池。
表1
通过上述结果：
(1)由实施例1-5可知，本发明提供的锂离子电池预循环活化方法，通过一种可控制的浅充浅放预循环方式，活化和稳定电池，通过对预设活化圈数、预设活化倍率、预设活化上限电压、预设活化下限电压进行优化，从而提升在后续充放电过程中的循环性能。
(2)由实施例6与实施例1对比可知，当预设活化倍率不在本发明所提供的优选范围内时，常规循环容量保持率偏低，这表明预设活化倍率是提升常规循环性能的重要参数，合适的范围有助于后续常规循环性能的提升。
(3)由实施例7、8与实施例1对比可知，当预设活化上限电压不在本发明所提供的优选范围内时，达不到活化效果，常规循环容量保持率偏低，这表明预设活化上限电压是提升常规循环性能的重要参数，合适的范围有助于后续常规循环性能的提升。
(4)由实施例9、10与实施例1对比可知，当预设活化下限电压不在本发明所提供的优选范围内时，达不到活化效果，常规循环容量保持率偏低，这表明预设活化下限电压是提升常规循环性能的重要参数，合适的范围有助于后续常规循环性能的提升。
(5)由对比例1与实施例1对比可知，当不经过预循环活化的过程，直接进行常规循环过程时，常温循环容量保持率偏低，这说明实施例1优选预循环活化方法有助于常规循环性能的提升。
(6)由对比例2、3与实施例1对比可知，当预循环圈数不在本发明所提供的范围内时，常温循环容量保持率偏低，这表明合适的预循环圈数有助于常规循环性能的提升。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种锂离子电池的预循环活化方法，其特征在于，所述预循环活化方法包括：
对锂离子电池进行恒流充放电，包括使用预设倍率对所述锂离子电池进行恒流充电到预设活化上限电压，再使用所述预设倍率对所述锂离子电池进行恒流放电到预设活化下限电压；以及以预循环活化圈数重复所述恒流充放电，直到所述锂离子电池的预活化容量衰减后达到平稳状态。
2.根据权利要求1所述的预循环活化方法，其特征在于，以预循环活化圈数重复所述恒流充放电包括：重复所述恒流充放电，使得所述锂离子电池的预活化容量依次经历平稳衰减、迅速衰减以及达到平稳状态。
3.根据权利要求2所述的预循环活化方法，其特征在于，所述预循环活化圈数被设置为所述预活化容量衰减结束后至少再循环20圈的圈数。
4.根据权利要求3所述的预循环活化方法，其特征在于，所述预循环活化圈数被设置为所述预活化容量衰减结束后再循环20至30圈的圈数。
5.根据权利要求1所述的预循环活化方法，其特征在于，所述预设活化上限电压为电池荷电状态为60～70％的静态电压。
6.根据权利要求1所述的预循环活化方法，其特征在于，所述预设活化下限电压为电池荷电状态为30～40％的静态电压。
7.根据权利要求1所述的预循环活化方法，其特征在于，所述预设倍率为0.5～2C。
8.根据权利要求1所述的预循环活化方法，其特征在于，所述恒流充放电的循环次数为25～200圈，进一步优选为50～100圈。
9.根据权利要求1-8任一项所述的预循环活化方法，其特征在于，所述恒流充放电包括：用0.5～2C的预设倍率对所述锂离子电池进行恒流充电到电池荷电状态为60～70％的静态电压，再用0.5～2C的预设倍率对所述锂离子电池进行恒流放电到电池荷电状态为30～40％的静态电压，其中所述恒流充放电的循环次数为25～200圈。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池使用根据权利要求1-9任一项所述的锂离子电池预循环活化方法进行活化。
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