CN115000545A - 锂离子电池化成分容的方法 - Google Patents

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CN115000545A CN202110229279.0A CN202110229279A CN115000545A CN 115000545 A CN115000545 A CN 115000545A CN 202110229279 A CN202110229279 A CN 202110229279A CN 115000545 A CN115000545 A CN 115000545A
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Abstract

本申请涉及锂离子电池技术领域，提供了一种锂离子电池化成分容的方法，包括如下步骤：提供锂离子电池；以40mA～200mA的电流对所述锂离子电池进行阶梯式恒流充电，再以1A～1.6A的电流进行恒流补电，得到化成的锂离子电池；以1A～1.6A的电流对所述化成的锂离子电池进行恒流充电，再以2.5A～3.0A的电流进行恒流放电，然后以1A～1.1A的电流进行补偿放电，完成所述锂离子电池的化成分容。该方法通过采用小电流对电池进行阶梯式恒流充电，形成并固化电池的SEI膜；再采用大电流进行补电，完成锂离子电池的化成，大大缩短了化成的时间，优化电池工艺，将电池的生产效率提升20％～30％。

Description

锂离子电池化成分容的方法
技术领域
本申请属于锂离子技术领域，尤其涉及一种锂离子电池化成分容的方法。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高、环境友好、无记忆效应、循环寿命长、自发放电少等优点，是移动电话、摄像机等小型电子装置的理想电源，也是电动车、军用机械的理想轻型高能动力源，锂电池生产工艺复杂，不同的生产工艺决定着锂离子电池的性能特点。
在锂离子电池首次充放电过程中作为锂离子电池的极性非质子溶剂不可避免地都要在电极与电解液界面上反应，形成覆盖在电极表面上的钝化薄膜，称为电子绝缘膜或固体电解质相界膜即SEI膜，钝化膜是多层结构，靠近电解液的一面是多孔的，靠近电极的一面是致密的。SEI膜的形成对电极材料的性能产生至关重要的影响。一方面，SEI膜的形成消耗了部分锂离子，使得首次充放电不可逆容量增加，降低了电极材料的充放电效率；另一方面，SEI膜具有有机溶剂不溶性，在有机电解质溶液中能稳定存在，并且溶剂分子不能通过该层钝化膜，从而能有效防止溶剂分子的共嵌入，避免了因溶剂分子共嵌入对电极材料造成的破坏，因而大大提高了电极的循环性能和使用寿命。化成的质量决定了SEI膜的好坏，直接影响到电池的循环寿命、稳定性、自放电性、安全性等电化学性能。当完成化成工艺之后，需要对电池进行分容处理，分容的目的是分选出电池容量。
目前，锂离子电池的化成工艺主要是以大电流进行长时间的激活保证SEI膜的质量，而分容工艺是采用一次放电进行处理，整个工艺需要较长时间，影响生产效率。
发明内容
本申请的目的在于提供一种锂离子电池化成分容的方法，旨在解决现有技术中锂离子电池化成分容工艺时间较长、效率较低的问题。
为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
第一方面，本申请提供一种锂离子电池化成分容的方法，包括如下步骤：
提供待化成处理的锂离子电池；
以40mA～200mA的电流对所述锂离子电池进行阶梯式恒流充电，再以1A～1.6A的电流进行恒流补电，得到化成的锂离子电池；
以1A～1.6A的电流对所述化成的锂离子电池进行恒流充电，再以2.5A～3.0A的电流进行恒流放电，然后以1A～1.1A的电流进行补偿放电，完成所述锂离子电池的化成分容。
本申请第一方面提供的锂离子电池化成分容的方法，该方法通过采用小电流对电池进行阶梯式恒流充电，形成并固化电池的SEI膜；再采用大电流进行补电，完成锂离子电池的化成，大大缩短了化成的时间；进一步在分容工艺中，采用2.5A-3.0A电流放电和1A～1.1A补偿放电，两次快速放电得出容量表征1A放出的容量；使保证电池性能的情况下，优化电池工艺，缩短电池化成、分容时间，将电池的生产效率提升20％～30％，该方法方便快速，有利于广泛应用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的采用实施例1的方法完成的化成分容的锂离子电池和对比例1的方法完成的化成分容的锂离子电池进行电池放电容量分析图。
图2是本申请实施例提供的采用实施例1的方法完成的化成分容的锂离子电池和采用对比例1的方法完成的化成分容的锂离子电池进行电池循环的性能测试分析图。
具体实施方式
为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
术语“第一“、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XX也可以被称为第二XX，类似地，第二XX也可以被称为第一XX。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
本申请实施例第一方面提供一种锂离子电池化成分容的方法，包括如下步骤：
S01.提供待化成处理的锂离子电池；
S02.以40mA～200mA的电流对锂离子电池进行阶梯式恒流充电，再以1A～1.6A的电流进行恒流补电，得到化成的锂离子电池；
S03.以1A～1.6A的电流对化成的锂离子电池进行恒流充电，再以2.5A～3.0A的电流进行恒流放电，然后以1A～1.1A的电流进行补偿放电，完成锂离子电池的快速化成分容。
本申请第一方面提供的锂离子电池化成分容的方法，该方法通过采用小电流对电池进行阶梯式恒流充电，形成并固化电池的SEI膜；再采用大电流进行补电，完成锂离子电池的化成，大大缩短了化成的时间；进一步在分容工艺中，采用2.5A-3.0A电流放电和1A～1.1A补偿放电，两次快速放电得出容量表征1A放出的容量；使保证电池性能的情况下，优化电池工艺，缩短电池化成、分容时间，将电池的生产效率提升20％～30％，该方法方便快速，有利于广泛应用。
步骤S01中，提供待化成处理的锂离子电池，其中，提供的锂离子电池选自圆柱形的锂离子电池。
步骤S02中，以40mA～200mA的电流对锂离子电池进行阶梯式恒流充电，以1A～1.6A的电流进行恒流补电，得到化成的锂离子电池。
通过采用小电流对电池进行阶梯式恒流充电，形成并固化电池的SEI膜；再采用大电流进行补电，完成锂离子电池的化成，大大缩短了化成的时间。
在一些实施例中，以40mA～200mA的电流对锂离子电池进行阶梯式恒流充电的步骤中，进行阶梯式充电包括如下步骤：
S021.以40mA～100mA的电流对锂离子电池进行的第一恒流充电；
S021.以160mA～200mA的电流对锂离子电池进行的第二恒流充电。
步骤S021中，以40mA～100mA的电流对锂离子电池进行的第一恒流充电的步骤中，第一上限电压为2.9V～3.0V。在阶梯式恒流充电的步骤，先采用较低的电流对电池进行充电，能够较好地激活电池，并且在小电流激活的情况下，能够使电池初步成膜。同时，限制了第一上限电压为2.9V～3.0V，上限电压即为截止条件，当充电电压达到2.9V～3.0V时，即可完成第一恒流充电。由于是采用较小的电流进行充电，通过锂离子电池的DQ/DV-V曲线峰值对应的电压确定40mA～100mA的电流充电的截止电压为2.9V～3.0V，控制第一上限电压适中，若第一上限电压过高，则会导致充电效率较低，影响充电时间。
步骤S022中，以160mA～200mA的电流对锂离子电池进行的第二恒流充电的步骤中，第二上限电压为3.4V～3.5V。通过较小电流对锂离子电池进行激活后，采用稍大的电流进行第二恒流充电，保证电池形成稳定的SEI膜。限制第二上限电压为3.4V～3.5V，上限电压即为截止条件，当充电电压达到3.4V～3.5V时，即可完成第二恒流充电，控制第儿上限电压适中，若第二上限电压过高，则会导致充电效率较低，影响充电时间。
进一步，以40mA～200mA的电流对锂离子电池进行阶梯式恒流充电使电池形成固定的SEI膜之后，再以1A～1.6A的电流进行恒流补电，保证得到的电池充满电，完成电池的化成工艺。
在一些实施例中，以1A～1.6A的电流进行补电的步骤中，第三上限电压为4.2V～4.3V，第一截止电流为40mA～400mA；采用大电流进行补充充电，控制第三上限电压为4.2V～4.3V，第一截止电流为40mA～400mA，当电池充电达到第三上限电压即表示充满电，即完成化成工艺。
在具体实施例中，以1A～1.6A的电流进行补电的步骤中，第三上限电压为4.2V，第一截止电流为40mA～400mA。
进一步，得到化成的锂离子电池后，还包括：将化成的锂离子电池进行静置处理，其中，静置处理的时间为5～10分钟。将化成结束的电池进行静置处理，使电池内容的极片能与形成完整的SEI膜充分接触，使电池会发挥出良好的电性能。
步骤S03中，以1A～1.6A的电流对化成的锂离子电池进行恒流充电，再以2.5A～3.0A的电流进行恒流放电，然后以1A～1.1A的电流进行补偿放电，完成锂离子电池的化成分容。
对完成化成的锂离子电池进行分容处理，在分容工艺中，采用2.5A-3.0A电流放电和1A～1.1A补偿放电，两次快速放电得出容量表征1A放出的容量；使保证电池性能的情况下，优化电池工艺，缩短电池化成、分容时间，将电池的生产效率提升20％～30％，该方法方便快速，有利于广泛应用。对完成化成的锂离子电池进行分容，直接目的是确定电池的容量和平台。
在一些实施例中，以1A～1.6A的电流对化成的锂离子电池进行恒流充电的步骤中，第四上限电压为4.2V～4.3V，第二截止电流为40mA～50mA，静置时间为5～10分钟。对电池先进行充电处理，控制第四上限电压为4.2V～4.3V，确保电池充满电。
在具体实施例中，以1A～1.6A的电流对化成的锂离子电池进行恒流充电的步骤中，第四上限电压为4.2V，第二截止电流为40mA～50mA，静置时间为5～10分钟。
在一些实施例中，以2.5A～3.0A的电流进行恒流放电的步骤中，第一截止电压为3.0V～3.1V。即采用2.5A～3.0A的电流进行恒流放电，直至第一截止电压为3.0V～3.1V时，停止放电。通过控制恒流放电的电流为2.5A～3.0A的大电流，且第一截止电压为3.0V～3.1V，保证电池能够快速放电，提高了放电速率，缩短了放电时间，同时可以保证得到的电池容量较高，性能优异。
在具体实施例中，以2.5A～3.0A的电流进行恒流放电的步骤中，第一截止电压为3.0V。
在一些实施例中，以1A～1.1A的电流进行补偿放电的步骤中，第二截止电压为3.0V～3.1V，静置时间为5～10分钟，完成锂离子电池的化成分容。采用1A～1.1A的电流进行补偿放电，确保电池能够放电完全。
在具体实施例中，以1A的电流进行补偿放电的步骤中，第二截止电压为3.0V，静置时间为5～10分钟。
进一步，完成锂离子电池的化成分容后，还包括，以1A～1.1A的电流恒流充电补电至所需电压。完成锂离子电池的化成分容后，可根据不同的需求，采用1A～1.1A的电流恒流充电补电至所需电压。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
一种锂离子电池化成分容的方法
包括如下步骤：
提供锂离子电池；
以40mA的电流对锂离子电池进行的第一恒流充电，第一上限电压为2.9V；
以160mA的电流对锂离子电池进行的第二恒流充电，第二上限电压为3.4V；
以1A的电流进行恒流补电，第三上限电压为4.2V，第一截止电流为40mA，静置处理5～10分钟，得到化成的锂离子电池；
以1A的电流对化成的锂离子电池进行恒流充电，第四上限电压为4.2V，第二截止电流为40mA，静置时间为5～10分钟；
以2.5A的电流进行恒流放电，第一截止电压为3.0V；
以1A的电流进行补偿放电，第二截止电压为3.0V，静置时间为5～10分钟；
以1A的电流恒流充电补电至所需电压，完成锂离子电池的化成分容。
实施例2
一种锂离子电池化成分容的方法
包括如下步骤：
提供锂离子电池；
以60mA的电流对锂离子电池进行的第一恒流充电，第一上限电压为2.9V；
以180mA的电流对锂离子电池进行的第二恒流充电，第二上限电压为3.4V；
以1.2A的电流进行恒流补电，第三上限电压为4.2V，第一截止电流为100mA，静置处理5～10分钟，得到化成的锂离子电池；
以1.2A的电流对化成的锂离子电池进行恒流充电，第四上限电压为4.2V，第二截止电流为40mA，静置时间为5～10分钟；
以2.6A的电流进行恒流放电，第一截止电压为3.0V；
以1A的电流进行补偿放电，第二截止电压为3.0V，静置时间为5～10分钟；
以1A的电流恒流充电补电至所需电压，完成锂离子电池的化成分容。
实施例3
一种锂离子电池化成分容的方法
包括如下步骤：
提供锂离子电池；
以80mA的电流对锂离子电池进行的第一恒流充电，第一上限电压为3.0V；
以180mA的电流对锂离子电池进行的第二恒流充电，第二上限电压为3.5V；
以1.4A的电流进行恒流补电，第三上限电压为4.2V，第一截止电流为200mA，静置处理5～10分钟，得到化成的锂离子电池；
以1.4A的电流对化成的锂离子电池进行恒流充电，第四上限电压为4.3V，第二截止电流为0mA，静置时间为5～10分钟；
以2.8A的电流进行恒流放电，第一截止电压为3.0V；
以1A的电流进行补偿放电，第二截止电压为3.0V，静置时间为5～10分钟；
以1A的电流恒流充电补电至所需电压，完成锂离子电池的化成分容。
实施例4
一种锂离子电池化成分容的方法
包括如下步骤：
提供锂离子电池；
以100mA的电流对锂离子电池进行的第一恒流充电，第一上限电压为3.0V；
以200mA的电流对锂离子电池进行的第二恒流充电，第二上限电压为3.5V；
以1.6A的电流进行恒流补电，第三上限电压为4.2V～4.3V，第一截止电流为400mA，静置处理5～10分钟，得到化成的锂离子电池；
以1.6A的电流对化成的锂离子电池进行恒流充电，第四上限电压为4.3V，第二截止电流为50mA，静置时间为5～10分钟；
以3.0A的电流进行恒流放电，第一截止电压为3.0V；
以1A的电流进行补偿放电，第二截止电压为3.0V，静置时间为5～10分钟；
以1A的电流恒流充电补电至所需电压，完成锂离子电池的化成分容。
对比例1
一种锂离子电池化成分容的方法
包括如下步骤：
提供锂离子电池；
以100mA的电流对锂离子电池进行的第一恒流充电，第一上限电压为3.800V，充电以时间停止，时间限制120min；
以200mA的电流对锂离子电池进行的第二恒流充电，第二上限电压为3.800V，充电以时间停止，时间限制45min；
以400mA的电流对锂离子电池进行的第三恒流充电，第三上限电压为3.800V，充电以时间停止，时间限制10min；
以1.0A的电流进行恒流补电，第三上限电压为4.2V，第一截止电流为400mA，静置处理5～10分钟，得到化成的锂离子电池；
以1.0A的电流对化成的锂离子电池进行恒流充电，第四上限电压为4.2V，第二截止电流为40mA，静置时间为5～10分钟；
以1.0A的电流进行恒流放电，截止电压为3.0V；静置时间为5～10分钟；
以1.0A的电流恒流充电补电至所需电压，完成锂离子电池的化成分容。
性能测试
将采用实施例1的方法完成的化成分容的锂离子电池和对比例1的方法完成的化成分容的锂离子电池进行电池放电容量和循环的性能测试。
结果分析
采用实施例1的方法完成的化成分容的锂离子电池和对比例1的方法完成的化成分容的锂离子电池进行电池放电容量分析，放电容量分析如图1所示，采用实施例1的方法完成的化成分容的锂离子电池的放电容量的最大值为2121mAh，密度为0.023，通过分析正态分布图，采用实施例1的方法完成的化成分容的锂离子电池的放电容量的均值为2114mAh，标准差为15.47；采用对比例1的方法完成的化成分容的锂离子电池的对比例1的方法完成的化成分容的锂离子电池2123mAh，且密度为0.025，通过分析正态分布图，采用对比例1的方法完成的化成分容的锂离子电池的放电容量的均值为2109mAh，标准差为16.61。
将采用实施例1的方法完成的化成分容的锂离子电池和采用对比例1的方法完成的化成分容的锂离子电池进行电池循环的性能测试，从图2中可以看出，在相同的循环周数的情况下，采用实施例1的方法完成的化成分容的锂离子电池比采用对比例1的方法完成的化成分容的锂离子电池的容量保持率均较高。
本申请提供的锂离子电池化成分容的方法，该方法通过采用小电流对电池进行阶梯式恒流充电，形成并固化电池的SEI膜；再采用大电流进行补电，完成锂离子电池的化成，大大缩短了化成的时间；进一步在分容工艺中，采用2.5A-3.0A电流放电和1A～1.1A补偿放电，两次快速放电得出容量表征1A放出的容量；使保证电池性能的情况下，优化电池工艺，缩短电池化成、分容时间，将电池的生产效率提升20％～30％，该方法方便快速，有利于广泛应用。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池化成分容的方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供待化成处理的锂离子电池；
以40mA～200mA的电流对所述锂离子电池进行阶梯式恒流充电，再以1A～1.6A的电流进行恒流补电，得到化成的锂离子电池；
以1A～1.6A的电流对所述化成的锂离子电池进行恒流充电，再以2.5A～3.0A的电流进行恒流放电，然后以1A～1.1A的电流进行补偿放电，完成所述锂离子电池的化成分容。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池化成分容的方法，其特征在于，以40mA～200mA的电流对所述锂离子电池进行阶梯式恒流充电的步骤中，进行所述阶梯式恒流充电包括如下步骤：
以40mA～100mA的电流对所述锂离子电池进行的第一恒流充电；
以160mA～200mA的电流对所述锂离子电池进行的第二恒流充电。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池化成分容的方法，其特征在于，在第一恒流充电的步骤中，第一上限电压为2.9V～3.0V。
4.根据权利要求2所述的锂离子电池化成分容的方法，其特征在于，在第二恒流充电的步骤中，第二上限电压为3.4V～3.5V。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池化成分容的方法，其特征在于，以1A～1.6A的电流进行补电的步骤中，第三上限电压为4.2V～4.3V，第一截止电流为40mA～400mA。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池化成分容的方法，其特征在于，得到化成的锂离子电池后，还包括将所述锂离子电池进行静置处理的步骤，其中，所述静置处理的时间为5～10分钟。
7.根据权利要求1～6任一所述的锂离子电池化成分容的方法，其特征在于，以1A～1.6A的电流对所述化成的锂离子电池进行恒流充电的步骤中，第四上限电压为4.2V～4.3V，第二截止电流为40mA～50mA，静置时间为5～10分钟。
8.根据权利要求1～6任一所述的锂离子电池化成分容的方法，其特征在于，以2.5A～3.0A的电流进行恒流放电的步骤中，第一截止电压为3.0V～3.1V。
9.根据权利要求1～6任一所述的锂离子电池化成分容的方法，其特征在于，以1A～1.1A的电流进行补偿放电的步骤中，第二截止电压为3.0V～3.1V，静置时间为5～10分钟。
10.根据权利要求1～6任一所述的锂离子电池化成分容的方法，其特征在于，完成所述锂离子电池的化成分容后，还包括，以1A～1.1A的电流恒流充电补电至所需电压。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115663320A (zh) * 2022-12-15 2023-01-31 广州擎天实业有限公司 一种串联化成分容检测设备的阶梯式充放电方法及装置

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