CN116093464A - 一种锂离子电池化成的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锂离子电池化成的方法，包括如下步骤：S1：对锂离子电池进行注液封装，然后对锂离子电池进行小电流充电；S2：将锂离子电池进行第一常温老化；S3：对锂离子电池进行夹具充放电；S4：再进行排气和封装操作，然后进行第二常温老化。本发明所述的一种锂离子电池化成的方法，本发明不仅可以降低锂离子电池电阻和满电厚度，同时将整个化成过程缩短至8‑10天。节约了生产耗时，降低了企业能源需求，提高的企业生产效率。

Description

一种锂离子电池化成的方法

技术领域

本发明属于锂离子电池化成技术领域，尤其是涉及一种锂离子电池化成的方法。

背景技术

锂离子电池以其环境友好，无记忆效应，目前已广泛应用于无人机，储能，数码等领域，已成为新兴能源的主力军。随着世界范围的能源紧缺，全球环境的持续劣化，将锂离子电池应用于汽车运输领域，以电动车代替传统的燃油车，已成为现代社会的主流趋势。

锂离子电池，作为电动车主要的能源动力输出，其性能的好坏与化成过程有着重要的联系。化成过程包括从电池注液封装后，预充电，排气，充放电分容，自放电排异后出货的一系列工序。其中，预充电形成的SEI膜，其稳定性致密性对电池内阻有至关重要的影响，充放电分容结果决定了电池包的配组分档，而电芯厚度尺寸也决定了模组装配的能力。

传统的化成过程中，预充电采用较小的电流，以期在负极形成稳定致密的钝化SEI膜，降低电芯内阻，而自放电的排异则要用到10-14天进行前后OCV的对比。化成总用时达20天左右，一方面降低了锂离子电池的生产效率，另一方面也增加了化成设备的数量和电能消耗，使得化成过程成为了锂离子电池生产过程中的耗能大户。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种锂离子电池化成的方法，以解决如上问题中的至少一个。

一种锂离子电池化成的方法，包括如下步骤：

S1：对锂离子电池进行注液封装，然后对锂离子电池进行小电流充电；

S2：将锂离子电池进行第一常温老化；

S3：对锂离子电池进行夹具充放电；

S4：再进行排气和封装操作，然后进行第二常温老化。

进一步的，所述步骤S1中的小电流充电的电流为0.01C-0.03C，充电时间为1-5s。

进一步的，所述步骤S1中的小电流充电的电流为0.01C，充电时间为3s。

进一步的，所述步骤S2中常温老化时间为2-3天。具体时间依面密度压实不同而调整，以正负极电极均匀浸润为主要判定依据。

进一步的，所述步骤S3中对锂离子夹具充放电包括：在常温下，在300-1000kg的压力，进行至少两个循环的充放电。

进一步的，在所述夹具充放电第一个循环过程中，充电过程采用小电流的2-5步的阶梯充电，以形成稳定的SEI膜。

进一步的，所述2-5步的阶梯充电的电流范围为0.01-2.0C。

进一步的，所述阶梯充电方法为：依次在0.01-0.5C、0.05-0.1C和0.1-0.2C下进行充电，完成前3步充电后保证SOC达到30-40％；然后在0.2C下进行充电，形成稳定的SEI膜。

进一步的，在所述夹具充放电第一个循环过程中，放电过程采用0.2-1.0C的电流。

进一步的，在所述夹具充放电第二个循环过程中，选用0.2-1.0C的恒流恒压的方式进行充电，或采用阶梯降电流的方法进行充电，放电过程采用0.2-1.0C电流；

优选地，在所述夹具充放电的第二个循环过程中，放电过程采用0.2-1.0C的电流；

优选地，在所述的步骤S3中，第二个循环过程重复2-3次；

优选地，所述步骤S4中第二常温老化时间为3-5天。

相对于现有技术，本发明所述的一种锂离子电池化成的方法具有以下有益效果：

1、本发明在将整个化成过程缩短至8-10天，节约了生产耗时，降低了企业能源需求，提高了企业生产效率。

2、本发明增加了注液后常温老化前的充电工序，并优化合并了预充电与分容步骤，缩短了化成过程所需时间，降低了生产能耗，同时降低了电芯的内阻和满电厚度。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种锂离子电池化成的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例与对比例电芯直流内阻的对比；

图3为本发明实施例与对比例电芯满电厚度的对比；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明提供了一种锂离子电池化成的方法，包括如下步骤：

S1：对锂离子电池进行注液封装，然后对锂离子电池进行小电流充电；

S2：将锂离子电池放进行第一常温老化；

S3：对锂离子电池进行夹具充放电；

S4：再进行排气和封装操作，然后进行第二常温老化。

在本发明的方法中，在注液和第一常温老化之间增加了小电流充电，提高电芯在第一常温老化时的电压(≥1.5V)，可有效避免在老化过程中产生的铜析出，在此状态下，可以适当延长第一常温老化时间，增加电解液的浸润；并且在夹具预充电过程中集成了预充和分容，整个化成方法，缩短了化成过程所需时间，降低了生产能耗。

优选地，所述步骤S1中的小电流充电的电流为0.01C-0.03C，充电时间为1-5s。如果电流小于0.01C，则需延长充电时间以达到老化电压需求，影响生产效率，如果电流大于0.03C，则有可能在电解液未完全浸润前，接近SEI膜成膜电位，造成SEI膜成膜异常，如果充电时间小于1s，则不足以达到老化电压需求，如果充电时间大于5s，则有可能在电解液未完全浸润前，接近SEI膜成膜电位，造成SEI膜成膜异常。

进一步优选，所述步骤S1中的小电流充电的电流为0.01C，充电时间为3s，在不影响生产产能的情况下，使得电芯电压≥1.5V。

优选地，所述步骤S2中常温老化时间为2-3天。

优选地，所述步骤S3中对锂离子夹具充放电包括：在常温下，在300-1000kg的压力，进行至少两个循环的充放电。至少进行两个循环的充放电的作用在于：第一个循环以形成SEI膜为目的，第二个循环提供电芯分容配组容量依据。

优选地，在所述夹具充放电第一个循环过程中，充电过程采用小电流的2-5步的阶梯充电，电流采用逐步增大的方式，在节约生产周期的前提下，还可以形成稳定的SEI膜。

优选地，所述2-5步的阶梯充电的电流范围为0.01-2.0C。

优选地，所述阶梯充电方法为：依次在0.01-0.5C、0.05-0.1C和0.1-0.2C下进行充电，完成前3步充电后保证SOC达到30-40％，可使电解液中负极成膜添加剂得到还原，形成稳定的SEI膜；然后在0.2C下进行充电，使得电解液中正极成膜添加剂在正极得到氧化，完成CEI的形成。在上述方案中，首次充电在30-40％SOC前采用阶梯小电流充电，可在负极材料表面形成稳定致密的SEI膜，而后采用0.2C的电流充电至100％SOC，可使电解液中正极成膜添加剂完成氧化成膜。后续的充放电不仅可以进一步促使电解液中添加剂完成成膜并释放气体，以便Degas工序去除，还可以以此放电容量作为电芯容量分档的标准。

优选地，在所述夹具充放电第一个循环过程中，放电过程采用0.2-1.0C的电流。

优选地，在所述夹具充放电第二个循环过程中，可以选用0.2-1.0C的恒流恒压的方式进行充电，也可采用阶梯降电流的方法进行充电，前期的大电流可以缩短生产周期，在后期较高的SOC下采用偏低的电流不仅可以达到满充电的作用，而且可以降低大电流充电的引起的析锂风险。

优选地，在所述夹具充放电的第二个循环过程中，放电过程可以采用0.2-1.0C的电流。优选地，在所述的步骤S3中，第二个循环过程可以重复2-3次，通过不断在夹具束缚的状态下进行电芯充放电，不仅可以改善极片的平整性，还可以有效的控制负极满电下的膨胀，降低满电电芯厚度。

优选地，所述步骤S4中第二常温老化时间为3-5天。

一种软包电池的制备方法，包括如上所述的锂离子电池化成方法。

实施例:

本发明实例中，一种聚合物锂离子电池快速化成方法，具体实施步骤如下：

采用NCM三元体系锂离子动力电池，标称容量为51Ah。

步骤1：在注液封装后，采用0.01C的电流，进行3S的充电，调整电芯整体的电压水平在1.5V以上，避免铜箔的腐蚀。

步骤2：在常温下，将10pcs电池静止放置2.5天；

步骤3：在常温下，采用600kg的压力P1，进行夹具充放电。首次充电电流设定4个梯度(A1,A2,A3,A4)，分别为0.01C，0.05C，0.1C，0.2C；同时，对应设定4个相关时间梯度(T1,T2,T3,T4)，分别为300Min，120Min，60Min及30Min，以便形成稳定的SEI膜。放电采用0.2C的电流至下限电压。随后，在400kg的压力下进行2周充放电流程，采用5步阶梯充电的方式，电流分别为1.0C,0.8C,0.5C,0.33C,0.05C，对应电压为3.70V，3.90V，4.05V及上限电压；放电采用1C电流至下限电压。最后使用0.2C的电流恒流至出货态电压。综合后2周的放电平均容量为电池包容量配组依据。

步骤4：将电芯进行除气封装后，在常温下放置4天，对比分析静止前后的电压变化，筛选自放电不良品。整个化成生产周期为171.5Hr。

对比例1(正常化成流程)

采用与实施例相同的电芯，进行正常化成。

步骤1：在注液封装后，将电池常温静止放置2天；

步骤2：在常温下，采用600kg的压力，进行夹具预充电。首次充电电流设定3个梯度(a1,a2,a3)，分别为0.01C，0.05C，0.1C；同时，对应设定4个相关时间梯度(t1,t2,t3)，分别为300Min，120min和60min。

步骤3：预充后的电芯在45℃下进行3天的老化放置后，进行除气二封；步骤4：在常温下，无束缚状态下进行0.5C恒流充电至上限电压后，恒压充电至电流降为0.05C，放电过程采用1C进行，并以该放电容量作为电池包容量配组的依据。

步骤5：在常温下进行10天的静止老化放置，对比分析静止前后的电压变化，筛选自放电不良品。整个化成生产周期为386.5Hr。

对比例2(无封装后小电流)

其余与实施例1相同，除不包括：在注液封装后，采用0.01C的电流，进行3S的充电。整个化成生产周期与实施例相同。

对比例3(夹具充点采用恒流)

其余与实施例相同，除步骤3的第一次和第二次循环充电方式分别采用0.1C和1.0C进行恒电流充电至上限电压，并恒压至0.05C。整个化成生产周期为174.5hr。

表1不同化成方式的生产周期

项目	实施例	对比例1	对比例2	对比例3
					化成生产周期(Hr)	171.5	386.5	171.5	174.5

实施例和对比例的化成生产周期如表1。与对比例1(正常化成流程)相比，本实施例的化成生产周期比正常品缩短215hr，与对比例3(夹具充放电采用恒电流形式)相比，本实施例的化成生产周期缩短3Hr。说明本实施例在缩短生产时间上有明显优势。

对实施例及对比例电芯在出货态进行2C 3S的直流内阻测试，测试结果见图2，实施例的DCR较低，对比例1(正常化成流程)仅进行夹具预充，成膜不充分，导致其DCR最大；对比例2由于无注液后的小电流快充，在第一次常温静置时产生铜腐蚀，影响负极导电性并导致其阻抗增大；对比例3采用恒流的夹具预充，形成的SEI成膜不均匀，导致其阻抗变大。综合以上，说明本发明的实施例可以在降低电芯阻抗。

实施例及对比例电芯化成后，满电厚度对比如图3，采用夹具充放电化成的实施例，对比例2及对比例3的电芯厚度水准接近，均低于对比例1(正常化成流程)，说明夹具充放电有利于抑制负极满电膨胀，降低电芯满电厚度。

Claims (10)

1.一种锂离子电池化成的方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：对锂离子电池进行注液封装，然后对锂离子电池进行小电流充电；

S2：将锂离子电池进行第一常温老化；

S3：对锂离子电池进行夹具充放电；

S4：再进行排气和封装操作，然后进行第二常温老化。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池化成的方法，其特征在于：所述步骤S1中的小电流充电的电流为0.01C-0.03C，充电时间为1-5s。

3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池化成的方法，其特征在于：所述步骤S1中的小电流充电的电流为0.01C，充电时间为3s。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池化成的方法，其特征在于：所述步骤S2中常温老化时间为2-3天。

5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池化成的方法，其特征在于：所述步骤S3中对锂离子夹具充放电包括：在常温下，在300-1000kg的压力，进行至少两个循环的充放电。

6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池化成的方法，其特征在于：在所述夹具充放电第一个循环过程中，充电过程采用小电流的2-5步的阶梯充电，以形成稳定的SEI膜。

7.根据权利要求6所述的一种锂离子电池化成的方法，其特征在于：所述2-5步的阶梯充电的电流范围为0.01-2.0C。

8.根据权利要求6或7所述的一种锂离子电池化成的方法，其特征在于：所述阶梯充电方法为：依次在0.01-0.5C、0.05-0.1C和0.1-0.2C下进行充电，完成前3步充电后保证SOC达到30-40％；然后在0.2C下进行充电，形成稳定的SEI膜。

9.根据权利要求5所述的一种锂离子电池化成的方法，其特征在于：在所述夹具充放电第一个循环过程中，放电过程采用0.2-1.0C的电流。

10.根据权利要求5所述的一种锂离子电池快速化成的方法，其特征在于：在所述夹具充放电第二个循环过程中，选用0.2-1.0C的恒流恒压的方式进行充电，或采用阶梯降电流的方法进行充电，放电过程采用0.2-1.0C电流；

优选地，在所述夹具充放电的第二个循环过程中，放电过程采用0.2-1.0C的电流；

优选地，在所述的步骤S3中，第二个循环过程重复2-3次；

优选地，所述步骤S4中第二常温老化时间为3-5天。

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