CN116598622A - 一种提升锂电池容量的化成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提升锂电池容量的化成方法,包括以下步骤:S01、提供一组添加电解质的锂离子电池,并静置;S02、构建化成设定条件;S03、采用特定倍率直流/脉冲电流对电池充电截止至第一设定电压;S04、无静置间隔条件,以特定倍率直流对电池放电截止至第二设定电压;其中,化成设定条件包括有设定温度区间和磁场强度区间;第一设定电压高于电池额定电压,为4.2‑4.7V;第二设定电压为0‑2.5V之间。充电电压高于锂电池额定最高电压,进行充电、放电,对锂离子电池正极活性材料晶体结构进行结构优化和活化,从而释放更多的可逆嵌入锂离子位点,从而提高锂离子电池在额定最高充电电压下的可逆容量,比较化成前提高可逆容量。
Description
技术领域
本发明涉及电池化成技术领域,具体涉及一种提升锂电池容量的化成方法。
背景技术
锂离子电池作为现如今比较主流的电池种类之一,在作为动力电池和储能电源中广泛应用。
生产过程中化成是其中一道极为核心的工艺,传统的化成工艺一般指在不同的温度环境下,将注完电解液后放置一段时间后的电池进行直流充电,最终将电池稳定在一定的电量下,送往老化工艺。锂电池负极和正极在化成过程会形成电解质界面膜保护电极,化成过程中锂离子从正极材料晶格中脱出,嵌入负极当中,同时正极材料晶格会在锂离子首次脱出过程中变形稳定。
申请号为CN201710514113.7的发明公开一种锂离子电池的化成和配组方法,为了形成稳定均一的SEI膜以及筛选出性能相近的电池,采用小电流脉冲以及大电流充放电循环的方式,通过小电流脉冲充电消除电极表面的浓差极化,从而形成均一稳定的SEI膜,通过大的电流充放电循充分激活电极的活性物质,以及衡量电池的倍率性能,并且通过增大电流从而放大不同电池之间的发热量,从而根据电池的容量以及发热量,更加精准的将容量相近,散热相同的电池配置成电池组,提高电池组的均一性。
上述的化成方法没有设定在磁场中进行,没有办法能够更好的释放更多的可逆容量,导致用户在使用时,没能充分利用其锂电的容量,给客户带来不好的体验。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种提升锂电池容量的化成方法,包括以下步骤:
S01、提供一组添加电解质的锂离子电池,并静置;
其中,往锂离子电池内进行注液后封口,并进行一定时间的静置,所述步骤S01中静置时间在1-30h之间,让电解液充分得浸润,另外,正负极活物质中的部分活跃成分通过一定的反应失活,使得电池提供一个较佳的稳定预化成状态。
其次,S02、构建化成设定条件;
所构建的化成设定条件包括有设定温度区间和磁场强度区间,包含温度和磁场两个参数的条件,优选的,所述设定温度区间在25-45℃之间,磁场强度区间在0.01-100T之间。
所构建的适宜温度和磁场条件下,能够充分增强电解液粒子火星,加速粒子迁移速率,从而对锂离子在碳层结构中提高嵌入量,并认为,很大程度上能够影响锂离子电池的循环寿命。
S03、采用特定倍率直流/脉冲电流对电池充电截止至第一设定电压;
一般锂离子电池的额定电压在3.7-4.2V之间,本实施方案中,所述第一设定电压高于电池额定电压,为4.2-4.7V,通过倍率直流或脉冲电流进行快速的充电至4.2-4.7V区间的电压值,在化成阶段,实行快速充电高于额定电压,也不会造成爆炸的风险。
本实施方案中,需要进行说明的是,采用的所述特定倍率直流中特定倍率为0.05-100C。
在本实施方案中,所述锂离子电池为圆柱型、软包或方型锂离子电池都可适用,具体不限制,化成阶段中,保证磁场线方向垂直于锂离子电池极片,示例的,优选但不仅限用于所述锂离子电池为圆柱型电池,所述磁场方向与锂离子电池轴线平行,并正极对置磁场方向。
并且,各类形状的锂离子电池中的正极材料中包含LiNixMnyCozO2(x+y+z>0.95,)层状活性材料,能够使电池内部浆料分散更加均匀,避免产生较为复杂的SEI膜,减少锂离子析出,达到提高电池可逆容量的效果。
优选的采用上述锂离子电池进行化成,本实施方式中的所述脉冲电流为正弦波、圆形波、方形波、三角形、指数型波或对数波中的至少一种电流波形。
示例的,选用其中一种电流波形进行示例化成试验,可选所述脉冲电流为三角形电流波形,其正峰值H+与负峰值H-分别为0.5C、0.1C,脉冲频率为20Hz,正负占空比分别为50%和30%。
上述,更加优选的,所述脉冲电流对电池充电过程充电电流波形面积S+大于放电电流波形面积S-,放电过程中放电电流波形面积S-大于充电电流波形面积S+。
通过该波形参数的脉冲电流进行快速充电到第一设定电压后截止充电过程,或者选用特定倍率0.05-100C中指定倍率的恒流进行快速充电,同样达到第一设定电压后截止。
S04、无静置间隔条件,充电到第一设定电压后,没有时间间隔的以特定倍率直流对电池放电截止至第二设定电压,所述第二设定电压为0-2.5V之间,可放电到最高2.5V,或者放至空电状态,所述特定倍率直流中特定倍率为0.05-100C,和充电的特定倍率一致。
可以理解,设定不同温度参数,不同磁场强度,预设好第一设定电压和第二设定电压,采用上述步骤进行充电、放电,对锂离子电池正极活性材料晶体结构进行结构优化和活化,从而释放更多的可逆嵌入锂离子位点,从而提高锂离子电池在额定最高充电电压下的可逆容量,比较化成前提高5%的可逆容量。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明中脉冲电流的波形示意图;
图2为本发明实施例1-5中化成参数表格;
图3为本发明锂离子电池循环测试性能图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明方案提供一种提升锂电池容量的化成方法,包括以下步骤:
S01、提供一组添加电解质的锂离子电池,并静置;
S02、构建化成设定条件,化成设定条件包括有设定温度区间和磁场强度区间,所述设定温度区间在25-45℃之间,磁场强度区间在0.01-100T之间;
S03、采用特定倍率直流/脉冲电流对电池充电截止至第一设定电压;
S04、无静置间隔条件,以特定倍率直流对电池放电截止至第二设定电压;
所述第一设定电压高于电池额定电压,为4.2-4.7V;
所述第二设定电压为0-2.5V之间。
本方案中,所采用的所述特定倍率直流中特定倍率为0.05-100C。
并且,在本实施方案中,所述锂离子电池为圆柱型、软包或方型锂离子电池都可适用,具体不限制,化成阶段中,保证磁场线方向垂直于锂离子电池极片,示例的,优选但不仅限用于所述锂离子电池为圆柱型电池,所述磁场方向与锂离子电池轴线平行,并正极对置磁场方向,具体化成参数参照图2。
具体来说,各类形状的锂离子电池中的正极材料中包含LiNixMnyCozO2(x+y+z>0.95,)层状活性材料,能够使电池内部浆料分散更加均匀,避免产生较为复杂的SEI膜,减少锂离子析出,达到提高电池可逆容量的效果。
优选的采用上述锂离子电池进行化成,本实施方式中的所述脉冲电流为正弦波、圆形波、方形波、三角形、指数型波或对数波中的至少一种电流波形。
实施例1
选用圆柱型锂离子电池,往锂离子电池内进行注液后封口,并静置24h,让电解液充分得浸润,另外,正负极活物质中的部分活跃成分通过一定的反应失活,使得电池提供一个较佳的稳定预化成状态。
设定好环境温度为25℃,磁场强度为2T,并且保持锂离子电池轴线和磁场线方向平行,且正极对置磁场方向。需要说明的是,磁场强度在2-3T之间为优选区间,本实施方式中更优选为2T,在加入磁场的化成阶段中,磁场有助于降低锂离子在电池内部的扩散和极化,将电池的正极对置磁场方向,可以额外增加锂离子在材料表面和内部运动的湍流活性,同时增加锂离子嵌入活性位点的活化作用,增加活性位点的可逆位点。
选用其中一种电流波形进行示例化成试验,可选三角形电流波形,如图1,其正峰值H+与负峰值H-分别为0.5C、0.1C,脉冲频率为20Hz,正负占空比分别为50%和30%,同时,所述脉冲电流对电池充电过程充电电流波形面积S+大于放电电流波形面积S-,放电过程中放电电流波形面积S-大于充电电流波形面积S+,
设定第一设定电压为4.7V,第二设定电压为2.5V,通过上述脉冲电流充电到第一设定电压,后以1C的电流放电到2.5V,完成化成。经该方式化成后,对锂离子电池正极活性材料晶体结构进行结构优化和活化,从而释放更多的可逆嵌入锂离子位点,从而提高锂离子电池在额定最高充电电压下的可逆容量。比较化成前提高5%左右的可逆容量。
实施例2
选用圆柱型锂离子电池,往锂离子电池内进行注液后封口,并静置24h,让电解液充分得浸润,另外,正负极活物质中的部分活跃成分通过一定的反应失活,使得电池提供一个较佳的稳定预化成状态。
设定好环境温度为45℃,磁场强度为2T,并且保持锂离子电池轴线和磁场线方向平行,且正极对置磁场方向。需要说明的是,磁场强度在2-3T之间为优选区间,本实施方式中更优选为2T,在加入磁场的化成阶段中,磁场有助于降低锂离子在电池内部的扩散和极化,将电池的正极对置磁场方向,可以额外增加锂离子在材料表面和内部运动的湍流活性,同时增加锂离子嵌入活性位点的活化作用,增加活性位点的可逆位点。
选用其中一种电流波形进行示例化成试验,可选三角形电流波形,如图1,其正峰值H+与负峰值H-分别为0.5C、0.1C,脉冲频率为20Hz,正负占空比分别为50%和30%,同时,所述脉冲电流对电池充电过程充电电流波形面积S+大于放电电流波形面积S-,放电过程中放电电流波形面积S-大于充电电流波形面积S+。
设定第一设定电压为4.7V,第二设定电压为2.5V,通过上述脉冲电流充电到第一设定电压,后以1C的电流放电到2.5V,完成化成。
实施例3
选用圆柱型锂离子电池,往锂离子电池内进行注液后封口,并静置24h,让电解液充分得浸润,另外,正负极活物质中的部分活跃成分通过一定的反应失活,使得电池提供一个较佳的稳定预化成状态。
设定好环境温度为25℃,磁场强度为2T,并且保持锂离子电池轴线和磁场线方向平行,且正极对置磁场方向。需要说明的是,磁场强度在2-3T之间为优选区间,本实施方式中更优选为2T,在加入磁场的化成阶段中,磁场有助于降低锂离子在电池内部的扩散和极化,将电池的正极对置磁场方向,可以额外增加锂离子在材料表面和内部运动的湍流活性,同时增加锂离子嵌入活性位点的活化作用,增加活性位点的可逆位点。
选用其中一种电流波形进行示例化成试验,可选三角形电流波形,如图1,其正峰值H+与负峰值H-分别为0.5C、0.1C,脉冲频率为20Hz,正负占空比分别为50%和30%,同时,所述脉冲电流对电池充电过程充电电流波形面积S+大于放电电流波形面积S-,放电过程中放电电流波形面积S-大于充电电流波形面积S+。
设定第一设定电压为4.5V,第二设定电压为2.5V,通过上述脉冲电流充电到第一设定电压,后以1C的电流放电到2.5V,完成化成。
实施例4
选用圆柱型锂离子电池,往锂离子电池内进行注液后封口,并静置24h,让电解液充分得浸润,另外,正负极活物质中的部分活跃成分通过一定的反应失活,使得电池提供一个较佳的稳定预化成状态。
设定好环境温度为45℃,磁场强度为2T,并且保持锂离子电池轴线和磁场线方向平行,且正极对置磁场方向。需要说明的是,磁场强度在2-3T之间为优选区间,本实施方式中更优选为2T,在加入磁场的化成阶段中,磁场有助于降低锂离子在电池内部的扩散和极化,将电池的正极对置磁场方向,可以额外增加锂离子在材料表面和内部运动的湍流活性,同时增加锂离子嵌入活性位点的活化作用,增加活性位点的可逆位点。
选用其中一种电流波形进行示例化成试验,可选三角形电流波形,如图1,其正峰值H+与负峰值H-分别为0.5C、0.1C,脉冲频率为20Hz,正负占空比分别为50%和30%,同时,所述脉冲电流对电池充电过程充电电流波形面积S+大于放电电流波形面积S-,放电过程中放电电流波形面积S-大于充电电流波形面积S+。
设定第一设定电压为4.5V,第二设定电压为2.5V,通过上述脉冲电流充电到第一设定电压,后以1C的电流放电到2.5V,完成化成。
实施例5
选用18650三元圆柱型锂离子电池,往锂离子电池内进行注液后封口,并静置24h,让电解液充分得浸润,另外,正负极活物质中的部分活跃成分通过一定的反应失活,使得电池提供一个较佳的稳定预化成状态。
设定好环境温度为25℃,磁场强度为2T,并且保持锂离子电池轴线和磁场线方向平行,且正极对置磁场方向。需要说明的是,磁场强度在2-3T之间为优选区间,本实施方式中更优选为2T,在加入磁场的化成阶段中,磁场有助于降低锂离子在电池内部的扩散和极化,将电池的正极对置磁场方向,可以额外增加锂离子在材料表面和内部运动的湍流活性,同时增加锂离子嵌入活性位点的活化作用,增加活性位点的可逆位点。
设定第一设定电压为4.2V,第二设定电压为0V,特定倍率为0.5C的电流充电到第一设定电压后,再以4.2V恒压充电截止到0.05C电流,再以1C电流放电到空电状态,完成化成。
对实施例1-3中锂离子电池进行循环性能测试,以0.5C电流进行2.5-4.2V额定充放电上下线测试,循环100次,得到附图3所示的测试结果,电池可逆容量增加约5%。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式,不能以此来限定本发明保护的范围,本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种提升锂电池容量的化成方法,其特征在于,包括以下步骤:
S01、提供一组添加电解质的锂离子电池,并静置;
S02、构建化成设定条件;
S03、采用特定倍率直流/脉冲电流对电池充电截止至第一设定电压;
S04、无静置间隔条件,以特定倍率直流对电池放电截止至第二设定电压;
其中,化成设定条件包括有设定温度区间和磁场强度区间;
所述第一设定电压高于电池额定电压,为4.2-4.7V;
所述第二设定电压为0-2.5V之间。
2.根据权利要求1所述的一种提升锂电池容量的化成方法,其特征在于,所述步骤S01中静置时间在1-30h之间。
3.根据权利要求1所述的一种提升锂电池容量的化成方法,其特征在于,所述设定温度区间在25-45℃之间,磁场强度区间在0.01-100T之间。
4.根据权利要求1所述的一种提升锂电池容量的化成方法,其特征在于,所述步骤S03和S04中,采用的所述特定倍率直流中特定倍率为0.05-100C。
5.根据权利要求1所述的一种提升锂电池容量的化成方法,其特征在于,所述步骤S03中,所述脉冲电流为正弦波、圆形波、方形波、三角形、指数型波或对数波中的至少一种电流波形。
6.根据权利要求5所述的一种提升锂电池容量的化成方法,其特征在于,所述脉冲电流为三角形电流波形,其正峰值H+与负峰值H-分别为0.5C、0.1C,脉冲频率为20Hz,正负占空比分别为50%和30%。
7.根据权利要求6所述的一种提升锂电池容量的化成方法,其特征在于,所述脉冲电流对电池充电过程充电电流波形面积S+大于放电电流波形面积S-,放电过程中放电电流波形面积S-大于充电电流波形面积S+。
8.根据权利要求1所述的一种提升锂电池容量的化成方法,其特征在于,所述锂离子电池为圆柱型、软包或方型锂离子电池,磁场线方向垂直于锂离子电池极片。
9.根据权利要求8所述的一种提升锂电池容量的化成方法,其特征在于,所述锂离子电池为圆柱型电池,所述磁场方向与锂离子电池轴线平行,并正极对置磁场方向。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的一种提升锂电池容量的化成方法,其特征在于,所述锂离子电池的正极材料中包含LiNixMnyCozO2(x+y+z>0.95,)层状活性材料。
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- 2023-05-29 CN CN202310619688.0A patent/CN116598622B/zh active Active
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