CN114335691A - 一种锂离子电池化成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池化成方法，涉及电池方法技术领域，是基于现有的锂离子电池化成工艺周期长、设备利用率低及投入面积大的问题提出的。本发明通过优化工艺参数将电池化成、老化以及分容三个工序集成于一个工序完成，这样大大缩短了电芯制程时间、提高设备利用率，减小厂房投入面积；在缩短电芯制程时间方面，优化之前电芯化成、老化和分容三个工序需要30h，而优化后则缩短为15h左右，时间减小50％；在设备利用率方面，优化前为化成和分容分开工序进行，而优化后化成分容一体进行，设备投入可减少30％，从而提高了设备利用率；在减少厂房设计投入方面，优化后由化成直接到二次注液，老化、分容车间取消。
Description
技术领域
本发明涉及电池方法技术领域，具体涉及一种锂离子电池化成方法。
背景技术
锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命以及环境友好等优点，是目前新能源产业的佼佼者，也越来越多的被人们所关注与应用，尤其是近几年新能源汽车的蓬勃发展，愈来愈推动锂离子电池的迅速发展。
锂离子电池生产过程中有一道重要的工序—化成，化成即给电池首次充电，目的是激活电池，并形成SEI膜，化成对锂离子电池有非常重要的影响，它不仅影响电池的循环和安全性能，同样对于电池的厚度、界面状态也有影响，化成工艺直接决定了电池性能的优劣。
化成过程是一个产气的过程，如果不能将化成阶段产生的气体排出壳体外，那么留存在电芯内部的气体就会存在于隔膜和极片之间，从而阻碍锂离子在极片上的嵌入或脱出，从而形成“黑斑”、“析锂”等不良，另外还会导致电池胀气，循环性能降低等不良。
目前锂离子电池生产工艺都是化成与分容分开，电芯先经过化成，然后进行老化，再进行分容，如申请号为201811467353.7的专利公开一种锂离子电池的化成分容方法，申请号为202010151898.8的专利公开一种锂离子电池化成分容方法。上述技术从化成到分容一般至少需要3天左右的时间，导致电池的生产周期较长，同时，化成、分容设备的投入和产线规划占地面积都有很大的资产投入。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何解决现有的锂离子电池化成工艺周期长、设备利用率低及投入面积大的问题。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种锂离子电池化成方法，包括以下步骤：
(1)将烘烤后半成品电芯水分检测合格后进行一次注液，得到预处理电池S1；
(2)将预处理电池S1放置于40-45℃环境中静置8-12h，得到预处理电池S2；一次注液后电池需静置8-12h，目的是使电解液充分浸润极片和隔膜；
(3)将预处理电池S2进行负压化成，化成温度设置为40-45℃，化成SOC10-20％，得到预处理电池S3；
(4)将预处理电池S3放置于40-45℃环境中静置2-5h，得到预处理电池S4；化成后在40-45℃条件下负压静置的目的有两个，一是化成后静置可以消除电池内部极化，进一步促进SEI膜的形成，二是在负压高温负压条件下进一步将壳体内部残余气体进一步排出；
(5)将预处理电池S4在40-45℃环境中进行恒流恒压充电，得到预处理电池S5；
(6)将预处理电池S5在40-45℃环境中恒流放电至2.0V，得到预处理电池S6；
(7)将预处理电池S6进行二次注液，然后进行封口，得到电池。
本发明通过优化工艺参数将电池化成、老化以及分容三个工序集成于一个工序完成，这样大大缩短了电芯制程时间、提高设备利用率，减小厂房投入面积；在缩短电芯制程时间方面，优化之前电芯化成、老化和分容三个工序需要30h，而优化后则缩短为15h左右，时间减小50％；在设备利用率方面，优化前为化成和分容分开工序进行，而优化后化成分容一体进行，设备投入可减少30％，从而提高了设备利用率；在减少厂房设计投入方面，优化后由化成直接到二次注液，老化、分容车间取消。
优选地，所述步骤(1)中一次注液量为总注液量的90-95％。
优选地，所述步骤(3)中将预处理电池S2进行负压化成时，设置充电负压为-80～-90KPa；选择充电负压为-80～-90KPa高负压的目的是此过程化成产气量大，必须在高负压的条件下才可将产生的气体都排出电芯壳体外，保证隔膜和极片之间贴合紧密而没有气泡。
优选地，所述步骤(3)中将预处理电池S2进行负压化成时，设置充电电流0.05-0.1C；选择较小电流的目的是在此阶段形成SEI膜，小电流充电有助于形成致密稳定的SEI膜。
优选地，所述步骤(4)中将预处理电池S3静置时设置负压为-20～-30KPa。
优选地，所述步骤(5)中充电电流为0.2-0.5C。
优选地，所述步骤(5)中将预处理电池S4进行恒流恒压充电时，设置恒压截止电流为0.05C，充电截止电压为3.65V。
优选地，所述步骤(5)中将预处理电池S4进行恒流恒压充电时，设置恒压为-20～-30KPa。
优选地，所述步骤(6)中放电电流为0.5C。
优选地，所述步骤(7)中二次注液量为总注液量的5-10％。
本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过优化工艺参数将电池化成、老化以及分容三个工序集成于一个工序完成，这样大大缩短了电芯制程时间、提高设备利用率，减小厂房投入面积；在缩短电芯制程时间方面，优化之前电芯化成、老化和分容三个工序需要30h，而优化后则缩短为15h左右，时间减小50％；在设备利用率方面，优化前为化成和分容分开工序进行，而优化后化成分容一体进行，设备投入可减少30％，从而提高了设备利用率；在减少厂房设计投入方面，优化后由化成直接到二次注液，老化、分容车间取消。
2、本发明使用高温和负压相结合的化成工艺，高温在化成过程中能够使化成过程中形成的SEI膜更致密，且可以减小极片表面“黑粉”的形成，负压则能保证化成过程中产生气体能够完全排出，使得电芯内部极片和隔膜贴合紧密，减少极片因嵌入和脱出锂离子不完全而形成的“黑斑”和“析锂”，从而提升电池循环和安全性能。
附图说明
图1为本发明实施例的一种锂离子电池化成方法的工艺流程图；
图2为本发明实施例与对比例制备的电池常温循环性能对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图和实施例对本发明进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
实施例1
本实施例提供了一种锂离子电池化成分容一体化工艺；化成的目的有两个：一是激活电池内部的活性物质，使电池有电压差；二是在电池极片表面形成一层界面膜(SEI膜)，这层界面膜在首次给锂离子电池充电形成，在以后的充放电中能够保护界面，使得锂离子能够可逆的嵌入和脱出；分容的目的是标定电池的容量，为后续电池分档给出参考依据。
本实施例将化成和分容两部工序集成到一台设备上进行，缩短了物流转运和时间耗损，大大提升了效率。
图1为本实施例中锂离子电池化成工艺流程，参照图1对锂离子电池化成工艺进行详细描述，具体如下：
(1)将烘烤后半成品电芯水分检测合格后进行一次注液，一次注液量为总注液量的90-95％，得到预处理电池S1；
在其他实施例中，一次注液量可设置为总注液量的90％、91％、92％、93％、94％、95％；
(2)将步骤(1)中一次注液后的电池放置于45℃环境中静置8-12h，得到预处理电池S2，静置的目的是使电解液充分浸润极片和隔膜；
在其他实施例中，静置时间可设置为10h、11h、12h。
(3)将步骤(2)中一次注液静置后电池在-80～-90KPa条件下进行负压化成，化成温度设置为45℃，充电电流0.05-0.1C，化成SOC 10-20％，得到预处理电池S3；
在其他实施例中，化成负压可以设置为-80KPa、-85KPa、-90KPa，选择高负压的目的是此过程化成产气量大，必须在高负压的条件下才可将产生的气体都排出电芯壳体外，保证隔膜和极片之间贴合紧密并没有气泡；
在其他实施例中，充电电流可设置为0.06C、0.08C、0.1C，选择较小电流的目的是在此阶段形成SEI膜，小电流充电有助于形成致密稳定的SEI膜，化成SOC可设置为10％、15％、18％；
(4)将步骤(3)中化成后电池放置于45℃环境中静置2-5h，负压大小设置为-20～-30KPa，得到预处理电池S4；化成后在45℃条件下负压静置的目的有两个，一是化成后静置可以消除电池内部极化，进一步促进SEI膜的形成；二是在高温负压条件下进一步将壳体内部残余气体进一步排出；
(5)将步骤(4)中化成静置后电池以0.2-0.5C条件下恒流恒压充电，设置恒压截止电流0.05C，充电截止电压3.65V，温度设置为45℃，负压设置为-20～-30KPa，得到预处理电池S5；
在其他实施例中，充电电流可以设置为0.33C、0.4C、0.5C，温度控制在45℃、负压可以设置为-25KPa；
(6)将步骤(5)中充满电后电池在0.5C条件下恒流放电至2.0V，温度设置为45℃，得到预处理电池S6；
(7)将预处理电池S6进行二次注液，二次注液量为总注液量的5-10％，然后进行封口，得到电池；
在其他实施例中，二次注液量可设置为总注液量的5％、6％、7％、8％、9％、10％。
实施例2
一种锂离子电池化成方法，包括以下步骤；
(1)将烘烤后半成品电芯水分检测合格后进行一次注液，一次注液量为总注液量的92％，得到预处理电池S1；
(2)将预处理电池S1放置于45℃环境中静置10h，得到预处理电池S2；
(3)将预处理电池S2在-85KPa条件下进行负压化成，化成温度设置为45℃，在0.06C恒流下充电2.5h，得到预处理电池S3；
(4)将预处理电池S3放置于-25KPa负压45℃环境温度下静置3h，得到预处理电池S4；
(5)将预处理电池S4以0.33C条件下恒流恒压充电至3.65V，截止电流0.05C，温度设置为45℃，负压设置为-25KPa，得到预处理电池S5；
(6)将预处理电池S5在0.5C条件下恒流放电至2.0V，温度设置为45℃，得到预处理电池S6。
(7)将预处理电池S6进行二次注液，二次注液量为总注液量的8％，然后进行封口，得到电池。
实施例3
一种锂离子电池化成方法，包括以下步骤；
(1)将烘烤后半成品电芯水分检测合格后进行一次注液，一次注液量为总注液量的94％，得到预处理电池S1；
(2)将预处理电池S1放置于45℃环境中静置10h，得到预处理电池S2；
(3)将预处理电池S2在-85KPa条件下进行负压化成，化成温度设置为45℃，在0.06C恒流下充电3h，得到预处理电池S3；
(4)将预处理电池S3放置于-25KPa负压45℃环境温度下静置3h，得到预处理电池S4；
(5)将预处理电池S4以0.5C条件下恒流恒压充电至3.65V，截止电流0.05C，温度设置为45℃，负压设置为-25KPa，得到预处理电池S5；
(6)将预处理电池S5在0.5C条件下恒流放电至2.0V，温度设置为45℃，得到预处理电池S6。
(7)将预处理电池S6进行二次注液，二次注液量为总注液量的6％，然后进行封口，得到电池。
实施例4
一种锂离子电池化成方法，包括以下步骤；
(1)将烘烤后半成品电芯水分检测合格后进行一次注液，一次注液量为总注液量的95％，得到预处理电池S1；
(2)将预处理电池S1放置于45℃环境中静置10h，得到预处理电池S2；
(3)将预处理电池S2在-90KPa条件下进行负压化成，化成温度设置为45℃，在0.06C恒流下充电3h，得到预处理电池S3；
(4)将预处理电池S3放置于-25KPa负压45℃环境温度下静置3h，得到预处理电池S4；
(5)将预处理电池S4以0.5C条件下恒流恒压充电至3.65V，截止电流0.05C，温度设置为45℃，负压设置为-25KPa，得到预处理电池S5；
(6)将预处理电池S5在0.5C条件下恒流放电至2.0V，温度设置为45℃，得到预处理电池S6。
(7)将预处理电池S6进行二次注液，二次注液量为总注液量的5％，然后进行封口，得到电池。
对比例
将烘烤后半成品电芯水分检测合格后进行一次注液，一次注液量为总注液量的92％，得到预处理电池S1；
将一次注液后的电池放置于45℃环境中静置10h；
将一次注液静置后电池在常温常压条件下0.05C恒流充电2h；
将化成后电池放置于常温常压条件下静置5min；
将化成静置后电池在常温常压条件下0.1C恒流充电4h；
将充满电后电池进行二次注液，二次注液量为总注液量的8％，然后进行封口，得到电池。
比较实施例2-4和对比例制得的电池充满电时电芯厚度及循环性能情况，结果如表1所示。
表1为各实施例和对比例的的电池充满电时电芯厚度及循环性能
由表1的结果可以看出，本发明实施例2-4制备的电池拆解界面无黑斑、无析锂，而对比例制备的电池拆解界面后极片表面黑斑、点状析锂，这是由于高温在化成过程中能够使化成形成的SEI膜更致密，且可以减小极片表面“黑粉”的形成，负压则能保证化成过程中产生气体能够完全排出，使得电芯内部极片和隔膜贴合紧密，减少极片因嵌入和脱出锂离子不完全而形成的“黑斑”和“析锂”，从而提升电池循环和安全性能。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种锂离子电池化成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将烘烤后半成品电芯水分检测合格后进行一次注液，得到预处理电池S1；
(2)将预处理电池S1放置于40-45℃环境中静置8-12h，得到预处理电池S2；
(3)将预处理电池S2进行负压化成，化成温度设置为40-45℃，化成SOC10-20％，得到预处理电池S3；
(4)将预处理电池S3放置于40-45℃环境中静置2-5h，得到预处理电池S4；
(5)将预处理电池S4在40-45℃环境中进行恒流恒压充电，得到预处理电池S5；
(6)将预处理电池S5在40-45℃环境中恒流放电至2.0V，得到预处理电池S6；
(7)将预处理电池S6进行二次注液，然后进行封口，得到电池。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池化成方法，其特征在于：所述步骤(1)中一次注液量为总注液量的90-95％。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池化成方法，其特征在于：所述步骤(3)中将预处理电池S2进行负压化成时，设置充电负压为-80～-90KPa。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池化成方法，其特征在于：所述步骤(3)中将预处理电池S2进行负压化成时，设置充电电流0.05-0.1C。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池化成方法，其特征在于：所述步骤(4)中将预处理电池S3静置时设置负压为-20～-30KPa。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池化成方法，其特征在于：所述步骤(5)中充电电流为0.2-0.5C。
7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池化成方法，其特征在于：所述步骤(5)中将预处理电池S4进行恒流恒压充电时，设置恒压截止电流为0.05C，充电截止电压为3.65V。
8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池化成方法，其特征在于：所述步骤(5)中将预处理电池S4进行恒流恒压充电时，设置恒压为-20～-30KPa。
9.根据权利要求1所述的一种锂离子电池化成方法，其特征在于：所述步骤(6)中放电电流为0.5C。
10.根据权利要求1所述的一种锂离子电池化成方法，其特征在于：所述步骤(7)中二次注液量为总注液量的5-10％。
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