CN115642326A - 方形锂离子电池的化成方法及电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种方形锂离子电池的化成方法及电池。本发明方形锂离子电池的化成方法，采用以下步骤：将注液后的方形电芯置于老化房中静置老化处理；将老化处理后的方形电芯取出放入负压化成柜内，抽真空胶嘴对准注液孔进，关闭化成柜门，对化成柜箱体升温；化成柜升温完成后，进行三步抽真空负压充电，每个工步设置真空度逐渐降低，化成充电电流逐渐增大，其中第一、二工步在恒真空度下至充电结束，第三步采用抽真空和破真空循环的方式至化成充电结束；化成结束，取出电芯。本发明通过合理的设置真空度和充电电流，有效解决了电池内部的气体残留，进而改善了极片与隔膜贴合不紧造成的析锂等问题。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种方形锂离子电池的化成方法及电池。
背景技术
锂离子电池具有高储存能量密度、高功率承受力、额定电压高、自放电率低、高低温适应性强、绿色环保、使用寿命长等优点，近年来广泛应用于各个领域。在锂离子电池制造过程中，化成对于电池的性能起到至关重要的作用。首次化成生成SEI膜的充电过程中发生电化学还原反应产生气体，气体的存在必然会导致电池鼓胀、电解液的外溢、卷芯正负极片和隔膜接触不紧密，从而严重影响了电池性能。
目前化成方式分为常规开口化成和负压化成，负压化成能够确保化成产生的气体被及时的抽走，不会影响化成过程中SEI膜的形成效果。但是这样做必然会导致电芯大量的电解液随着气体一起从电芯内部抽出，这样会导致大量的电解液浪费，增加电芯的制造成本。因此深入优化改进化成工艺，减少化成时间，提高生产效率，以及提高电芯的一致性、电池电性能以及安全性能显得尤为必要。
发明内容
本发明的主要目的是针对上述技术方面存在的问题及不足，提供了一种方形锂离子电池的化成方法及电池。
本发明采用如下技术方案：
本发明方形锂离子电池的化成方法，采用以下步骤：
（1）将注液后的方形电芯置于老化房中静置老化处理；
（2）将老化处理后的方形电芯取出放入负压化成柜内，抽真空胶嘴对准注液孔进，关闭化成柜门，对化成柜箱体升温；
（3）化成柜升温完成后，进行三步抽真空负压充电，每个工步设置真空度逐渐降低，化成充电电流逐渐增大，其中第一、二工步在恒真空度下至充电结束，第三步采用抽真空和破真空循环的方式至化成充电结束；
（4）化成结束，取出电芯。
根据所述一种方形锂离子电池的化成方法，步骤(3)中第一步化成真空度为-80~-100KPa，化成充电电流为0.03C-0.07C，充电时间为30-60min，截止电压为3.0V。
根据所述一种方形锂离子电池的化成方法，步骤(3)中第二步化成真空度为-60~-80KPa，化成充电电流为0.1C-0.3C，充电时间为45-75min，截止电压为3.45V。
根据所述一种方形锂离子电池的化成方法，步骤(3)中第三步化成真空度为-40~-60KPa，化成充电电流为0.4C-0.6C，充电时间90-120min，截止电压为3.45V。
根据所述一种方形锂离子电池的化成方法，步骤(1)中老化房温度40-90℃，老化静置12-48h。
根据所述一种方形锂离子电池的化成方法，步骤(2)中化成柜箱体温度为40-90℃。
根据所述一种方形锂离子电池的化成方法，第三步化成负压恒真空时间20min，然后破真空5min，以此为一个循环重复至第三步化成充电结束。
根据所述一种方形锂离子电池的化成方法，所有化成充电工步均为恒流充电。
根据所述一种方形锂离子电池的化成方法，所述锂离子电池的正极材料为磷酸铁锂。
与现有的技术相比，本发明具有以下特点：
本发明通过合理的设置真空度和充电电流，有效解决了电池内部的气体残留，进而改善了极片与隔膜贴合不紧造成的析锂，化成产气造成的极片黑斑以及电芯胀气鼓壳等问题；
同时化成电流从小逐渐增大，有效改善了负极界面，形成稳定致密的SEI膜；电芯化成在高温下进行，有效的缩短化成时间，大大提高了生产效率；化成柜密封保证了箱体内的温度一致性，提高了电芯化成的一致性。
本发明化成方法得到的电芯失液量少、一致性好，能够有效的提高电池的电化学性能以及安全性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明的具体实施方式中实施例和对比例均以54173200-200Ah磷酸铁锂方形铝壳电池为研究对象。
实施例1
具体步骤为：
步骤1：将注液后的方形电芯置于45℃老化房中静置老化处理24h；
步骤2：将老化处理后的方形电芯取出放入负压化成柜内，抽真空胶嘴对准注液孔，关闭化成柜门，对化成柜箱体升温至45℃；
步骤3：化成柜升温至45℃后，第一步抽真空至-85KPa，在此真空度下以0.05C恒流充电30min，截止电压3.2V；
步骤4：第一步充电完成后，第二步将真空度降至-70KPa，在此真空度下以0.2C恒流充电60min，截止电压3.45V；
步骤5：第二步充电完成后，第三步将真空度降至-50KPa，以0.5C恒流充电120min，截止电压3.45V，其中设置抽真空工步为-50KPa真空度下恒真空20min，然后破真空5min，以此为一个循环重复至第三步化成充电结束。
实施例2
按实施例1的步骤进行化成，只是把步骤3中的恒流充电电流改为0.06C，充电时间改为25min。
具体步骤为：
步骤1：将注液后的方形电芯置于45℃老化房中静置老化处理24h；
步骤2：将老化处理后的方形电芯取出放入负压化成柜内，抽真空胶嘴对准注液孔，关闭化成柜门，对化成柜箱体升温至45℃；
步骤3：化成柜升温至45℃后，第一步抽真空至-85KPa，在此真空度下以0.05C恒流充电30min，截止电压3.2V；
步骤4：第一步充电完成后，第二步将真空度降至-70KPa，在此真空度下以0.06C，充电25min，截止电压3.45V；
步骤5：第二步充电完成后，第三步将真空度降至-50KPa，以0.5C恒流充电120min，截止电压3.45V，其中设置抽真空工步为-50KPa真空度下恒真空20min，然后破真空5min，以此为一个循环重复至第三步化成充电结束。
实施例3
按实施例1的步骤进行化成，只是把步骤4中的恒流充电电流改为0.15C，充电时间改为75min。
实施例4
按实施例1的步骤进行化成，把步骤5中的恒流充电电流改为0.6C，充电时间改为100min。
对比例1
具体步骤为：
步骤1：将注液后的方形电芯置于45℃老化房中静置老化处理24h；
步骤2：将老化处理后的方形电芯取出放入负压化成柜内，抽真空胶嘴对准注液孔，关闭化成柜门，化成柜箱体设置常温25℃；
步骤3：化成柜升温至45℃后，第一步抽真空至-85KPa，在此真空度下以0.05C恒流充电30min，截止电压3.2V；
步骤4：第一步充电完成后，第二步将真空度降至-70KPa，在此真空度下以0.2C恒流充电60min，截止电压3.45V；
步骤5：第二步充电完成后，第三步将真空度降至-50KPa，以0.5C恒流充电120min，截止电压3.45V，其中设置抽真空工步为-50KPa真空度下恒真空20min，然后破真空5min，以此为一个循环重复至第三步化成充电结束。
按实施例1的步骤进行化成，把步骤2中的化成柜温度改为常温25℃。
对比例2
具体步骤为：
步骤1：将注液后的方形电芯置于45℃老化房中静置老化处理24h；
步骤2：将老化处理后的方形电芯取出放入负压化成柜内，抽真空胶嘴对准注液孔，关闭化成柜门，化成柜箱体设置化成温度45℃；
步骤3：化成柜升温至45℃后，以0.05C恒流充电30min，截止电压3.2V；
步骤4：第一步充电完成后，以0.2C恒流充电60min，截止电压3.45V；
步骤5：第二步充电完成后，以0.5C恒流充电120min，截止电压3.45V。
按实施例1的步骤进行化成，把步骤3，4，5中的抽真空取消，改为常压化成，各步充电倍率与时间均与实施例1完全相同。
对比例3
具体步骤为：
步骤1：将注液后的方形电芯置于45℃老化房中静置老化处理24h；
步骤2：将老化处理后的方形电芯取出放入负压化成柜内，抽真空胶嘴对准注液孔，关闭化成柜门，对化成柜箱体升温至45℃；
步骤3：化成柜升温至45℃后，第一步抽真空至-85KPa，在此真空度下以0.05C恒流充电30min，截止电压3.2V；
步骤4：第一步充电完成后，第二步将真空度降至-70KPa，在此真空度下以0.2C恒流充电60min，截止电压3.45V；
步骤5：第二步充电完成后，第三步将真空度降至-50KPa，以0.5C恒流充电120min，截止电压3.45V，化成充电结束。
按实施例1的步骤进行化成，把步骤5中的抽破真空循环，改为恒真空度下充电。
将上述实施例1和对比例1-3化成前后的方形锂离子电池称重，计算出电解液的失液量，测试结果如下表1所示。
对上述实施例1和对比例1-3化成后的方形锂离子电池分别解剖观察其界面得到的结果如下表1所示。
对上述实施例1和对比例1-3化成后的方形锂离子电池分容后进行1C循环测试，测试结果如下表1所示。
表1
综合上述实施例和对比例可知，实施例1提供的方形锂离子电池化成方法，通过合理的设置真空度和充电电流，有效解决了电池内部的气体残留，进而改善了极片与隔膜贴合不紧造成的析锂，化成产气造成的极片黑斑以及电芯胀气鼓壳等问题。同时化成电流从小逐渐增大，有效改善了负极界面，形成稳定致密的SEI膜；电芯化成在高温下进行，有效的缩短化成时间，大大提高了生产效率。化成柜密封保证了箱体内的温度一致性，提高了电芯化成的一致性。
本发明化成方法得到的电芯失液量少、一致性好，能够有效的提高电池的电化学性能以及安全性能。
根据上述说明书的揭示，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。所以，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (9)
1.一种方形锂离子电池的化成方法，其特征在于，采用以下步骤：
（1）将注液后的方形电芯置于老化房中静置老化处理；
（2）将老化处理后的方形电芯取出放入负压化成柜内，抽真空胶嘴对准注液孔进，关闭化成柜门，对化成柜箱体升温；
（3）化成柜升温完成后，进行三步抽真空负压充电，每个工步设置真空度逐渐降低，化成充电电流逐渐增大，其中第一、二工步在恒真空度下至充电结束，第三步采用抽真空和破真空循环的方式至化成充电结束；
（4）化成结束，取出电芯。
2.根据权利要求1所述一种方形锂离子电池的化成方法，其特征在于：步骤(3)中第一步化成真空度为-80~-100KPa，化成充电电流为0.03C-0.07C，充电时间为30-60min，截止电压为3.0V。
3.根据权利要求1所述一种方形锂离子电池的化成方法，其特征在于：步骤(3)中第二步化成真空度为-60~-80KPa，化成充电电流为0.1C-0.3C，充电时间为45-75min，截止电压为3.45V。
4.根据权利要求1所述一种方形锂离子电池的化成方法，其特征在于：步骤(3)中第三步化成真空度为-40~-60KPa，化成充电电流为0.4C-0.6C，充电时间90-120min，截止电压为3.45V。
5.根据权利要求1所述一种方形锂离子电池的化成方法，其特征在于：步骤(1)中老化房温度40-90℃，老化静置12-48h。
6.根据权利要求1所述一种方形锂离子电池的化成方法，其特征在于：步骤(2)中化成柜箱体内温度为40-90℃。
7.根据权利要求4所述一种方形锂离子电池的化成方法，其特征在于：第三步化成负压恒真空时间20min，然后破真空5min，以此为一个循环重复至第三步化成充电结束。
8.根据权利要求1、2、3、4或7中任一所述一种方形锂离子电池的化成方法，其特征在于：所有化成充电工步均为恒流充电。
9.根据权利要求1所述一种方形锂离子电池的化成方法，其特征在于：所述锂离子电池的正极材料为磷酸铁锂。
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