專利名稱：：一種鋰離子電池化成方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鋰離子電池，尤其涉及一種鋰離子電池化成方法和裝置。
背景技術(shù)：
：鋰離子電池化成過程，也叫預(yù)充過程或首次充電過程，是指將電池在無電狀態(tài)下充電，使之成為帶電的原電池?；蛇^程因各廠家工藝差異而存在差別，有的化成過程會(huì)持續(xù)到電池滿電后才結(jié)束，有的則在固體電解質(zhì)界面膜(SEI)形成后即完成化成。目前鋰離子電池生產(chǎn)中，除鋼殼圓柱電池外，多使用注液孔開口化成的方法，其目的是為了使電池內(nèi)部與外部保持氣壓平衡，以排出化成過程中電池內(nèi)部產(chǎn)生的氣體。但該方法實(shí)施過程中，往往為了防止空氣倒吸，會(huì)在注液孔處封上膠帶，再套上膠套，這就會(huì)造成化成過程中電池內(nèi)部保持一定的正壓，無法保證化成過程產(chǎn)生的氣體被有效排出，這些駐留氣體會(huì)形成絕緣區(qū)域，致使極組各區(qū)域反應(yīng)不均勻，化成過程不能使產(chǎn)氣反應(yīng)進(jìn)行完全，從而造成1)活性材料的利用率降低，電化學(xué)性能下降；2)絕緣區(qū)域的存在使得分容和循環(huán)過程必然會(huì)導(dǎo)致部分區(qū)域析鋰，影響安全性能；3)老化、分容、循環(huán)等過程依然可能會(huì)有氣體產(chǎn)生，電池尺寸容易超標(biāo)，電池型號(hào)越大則越明顯；4)無法使用大電流化成，因?yàn)榇箅娏骰傻漠a(chǎn)氣速度會(huì)遠(yuǎn)大于排氣速度，這樣就需要很長的化成時(shí)間。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一個(gè)目的就是為了彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠加快排氣速度、降低氣體駐留從而提高化成效率和質(zhì)量的鋰離子電池化成方法。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供使用上述方法進(jìn)行化成的裝置。本發(fā)明的第一個(gè)目的是通過以下技術(shù)方案予以解決的一種鋰離子電池化成方法，連接正負(fù)極對(duì)電池進(jìn)行預(yù)充電，在預(yù)充電過程中，同時(shí)對(duì)電池內(nèi)部保持負(fù)壓，直至預(yù)充電結(jié)束下柜封口。所述負(fù)壓保持在0.01MPa《P〈0.1MPa，其中P為電池內(nèi)部的氣壓值。所述負(fù)壓在化成過程中分時(shí)間段選擇相異的氣壓值。所述預(yù)充電過程根據(jù)不同材料體系的產(chǎn)氣結(jié)果，選取0.15C1C的容量作為化成容量，所述化成容量為化成產(chǎn)氣完成80%時(shí)的容量起至標(biāo)稱容量的80%。所述預(yù)充電過程選擇的化成電流范圍為0.05CA1CA。所述化成電流在所述預(yù)充電過程中分時(shí)間段選擇相異的電流值。所述化成電流為0.05CA0.2CA，充電10min60min后，所述化成電流改變?yōu)?.2CA0.6CA，直至預(yù)充電過程結(jié)束。本發(fā)明的第二個(gè)目的是通過以下技術(shù)方案予以解決的一種鋰離子電池化成裝置，包括連接電池的正負(fù)極導(dǎo)電板和電池夾具，所述正負(fù)極導(dǎo)電板與所述電池夾具電連接，所述裝置還包括與電池注液孔相連的氣管和真空機(jī)組，所述氣管與所述真空機(jī)組連接。所述氣管包括總氣管、分氣管和支氣管，所述支氣管一端用于與電池注液孔相連，另一端通過所述分氣管與所述總氣管相連，所述總氣管與所述真空機(jī)組連接，所述總氣管上設(shè)置有第一閥門，所述分氣管設(shè)置有第二閥門，所述第一閥門上安裝有真空規(guī)。上述電池化成裝置還包括檢測柜，所述檢測柜包括至少1個(gè)檢測層，所述檢測層包括至少1個(gè)檢測工位，所述電池夾具、支氣管懸掛設(shè)置在所述檢測工位上，正負(fù)極導(dǎo)電板橫置于所述檢測工位上，所述電池夾具固持所述正負(fù)極導(dǎo)電板，所述分氣管設(shè)置在所述檢測層上。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的技術(shù)效果是(1)本發(fā)明化成方法和裝置，使得電池內(nèi)部在預(yù)充電過程中處于負(fù)壓，有利于氣體的及時(shí)排出，提高了化成效率。(2)預(yù)充電過程保持負(fù)壓，有利于在老化、分容、循環(huán)等過程所產(chǎn)生氣體的持續(xù)排出，減少駐留氣體，有效地控制了電池尺寸。(3)及時(shí)排除電芯極組內(nèi)部的氣體，可以確保電芯極組各區(qū)域能在短時(shí)間內(nèi)反應(yīng)均勻，去除了絕緣區(qū)域，解決了極片析鋰問題，提高了電池性能和生產(chǎn)效率。圖1本發(fā)明實(shí)施例的電池化成裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2實(shí)施例1的容量保持率比較圖；圖3實(shí)施例2的容量保持率比較圖；圖4實(shí)施例3的容量保持率比較5圖5實(shí)施例4的容量保持率比較圖；圖6實(shí)施例5的容量保持率比較圖。具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施方式并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)鋰離子電池化成的方法，是將氣管與電池注液孔相連，對(duì)注液孔周圍進(jìn)行密封處理，該氣管與真空機(jī)組相連。啟動(dòng)真空機(jī)組對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行排氣，真空機(jī)組將排出化成過程中電池內(nèi)產(chǎn)生的氣體，并使電池內(nèi)部處于負(fù)壓，連接電池正負(fù)極對(duì)電池進(jìn)行預(yù)充電。在整個(gè)預(yù)充電過程中，電池內(nèi)部保持負(fù)壓，直至預(yù)充電結(jié)束下柜封口。作為優(yōu)選方式，電池內(nèi)部的氣壓保持在0.01MPa《P〈0.1MPa范圍內(nèi)，其中，P為電池內(nèi)部的氣壓值。更優(yōu)的方式其氣壓保持在0.03MPa《P<0.08MPa。預(yù)充電過程中可以一直選取上述范圍中的某一壓強(qiáng)，也可以根據(jù)特殊需要，不同時(shí)間段選取不同的壓強(qiáng)大小。本發(fā)明化成方法的具體實(shí)施方式，可以根據(jù)不同材料體系的產(chǎn)氣測試結(jié)果，選取0.15C1C的容量作為化成容量，例如鈷酸鋰正極體系，當(dāng)化成時(shí)，充入0.15C容量時(shí)，產(chǎn)氣即完畢，而若是鎳鈷酸鋰正極體系，則需要充入0.8C容量，產(chǎn)氣才接近結(jié)束。以電池以5小時(shí)率放電時(shí)的標(biāo)稱容量為1000mAh為例，則可選150mAh1000mAh作為化成時(shí)需要充進(jìn)的容量；優(yōu)選的化成容量為化成產(chǎn)氣完成80%時(shí)的容量起至標(biāo)稱容量的80%。這樣，電池在化成過程中產(chǎn)氣完成，在之后的工作中不再產(chǎn)氣，避免造成析鋰和電池鼓脹等不利現(xiàn)象。本發(fā)明化成方法的具體實(shí)施方式，可以選擇0.05CA1CA中的任一個(gè)倍率大小的電流作為化成電流，也可以是其中兩個(gè)或兩個(gè)以上倍率大小的電流的組合作為化成電流。例如電池以5小時(shí)率放電時(shí)的標(biāo)稱容量為1000mAh，可選50mA1000mA中的任一大小的電流作為化成電流，也可以是其中兩個(gè)或兩個(gè)以上大小的電流進(jìn)行前后組合作為化成電流；優(yōu)選的電流大小化成方式為兩種電流大小組合搭配方式，先以0.05CA0.2CA的電流充電10min60min，再以0.2CA0.6CA的電流預(yù)充至結(jié)束。鋰離子電池在化成初始階段，存在SEI的形成過程，為了促進(jìn)形成穩(wěn)定的SEI，初始階段使用小電流，之后可以使用較大電流?？梢砸罁?jù)不同材料體系的導(dǎo)電特性和工藝特性，選擇電流大小。根據(jù)所選的化成容量、化成搭配電流，可以確定出需要的化成時(shí)間。采用上述化成方法的電池化成裝置，如圖1所示，包括檢測柜1、電池夾具2、連接電池的正負(fù)極導(dǎo)電板(圖未示)、氣管和真空機(jī)組(圖未示)。檢測柜l包括多個(gè)檢測層，每個(gè)接測層包括多個(gè)檢測工位，每個(gè)檢測工位上懸掛安裝有電池夾具2，電池夾具2將電池8固定住。電池夾具固持正負(fù)極導(dǎo)電板并與之點(diǎn)連接，連接電池的正負(fù)極以提供化成電流。氣管設(shè)置在檢測柜1中，氣管的一端連接電池8的注液孔，另一端連接真空機(jī)組。氣管包括總氣管6、分氣管4和支氣管3，支氣管3懸掛設(shè)置在檢測工位上，一端與電池8的注液孔相連，另一端通過懸置在檢測層上的分氣管4與總氣管6相連。總氣管6連接至真空機(jī)組。總氣管6和分氣管4可以采用不銹鋼管、PVC管、PP管或PE管的任意一種。支氣管3是可移動(dòng)管，優(yōu)選使用軟體聚合物管。總氣管6上設(shè)置有第一閥門7，分氣管4上設(shè)置有第二閥門5，調(diào)節(jié)這些閥門可以控制排氣的速度，從而控制電池8中的真空狀態(tài)。第一閥門7上還設(shè)置有測量氣壓值的真空規(guī)。以下結(jié)合具體的實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的鋰離子電池化成方法和裝置。實(shí)施例1:電池型號(hào)為423450A，正極材料使用鈷酸鋰，化成過程中先以0.2CA恒流充電15min，再以0.6CA恒流充電10min，整個(gè)化成時(shí)間為25min，充電容量為標(biāo)稱容量的20%。整個(gè)化成過程，管道抽氣壓強(qiáng)恒定為0.05MPa。使用上述化成方法的電池，在0.2CA恒流放電時(shí)鈷酸鋰的比容量為147.5mAh/g，在1CA恒流放電時(shí)鈷酸鋰的比容量為146.0mAh/g，常溫下循環(huán)300次后，容量保持率達(dá)到87.4%。而使用目前常規(guī)化成方法以0.1CA恒流充電390min，在0.2CA恒流放電時(shí)鈷酸鋰的比容量只有146.3mAh/g，在1CA恒流放電時(shí)鈷酸鋰的比容量只有143.8mAh/g，常溫下1CA循環(huán)300次后，容量保持率達(dá)到82.6%,如圖2所示，粗線為采用本實(shí)施例方法時(shí)的容量保持率曲線，細(xì)線為采用現(xiàn)有方法時(shí)的容量保持率曲線。實(shí)施例2:電池型號(hào)為423048A,正極材料使用鈷酸鋰和鎳鈷錳酸鋰的混合體系，先以0.1CA恒流充電30min，然后以0.3CA恒流充電30min，再以0.5CA電流充電12min，整個(gè)化成時(shí)間為72min，充電容量為標(biāo)稱容量的30%。前60min預(yù)充時(shí)，管道抽氣壓強(qiáng)恒定為0.05MPa，后12min恒流充電時(shí)，抽氣壓強(qiáng)恒定為0.08MPa。使用上述化成方法的電池，在0.2CA恒流放電時(shí)正極活性物質(zhì)的比容量為149.7mAh/g，在1CA恒流放電時(shí)正極活性物質(zhì)的比容量為145.8mAh/g，常溫下1CA循環(huán)300次后，容量保持率達(dá)到88.9%。而使用目前常規(guī)化成方法以0.1CA恒流充電390min，在0.2CA恒流放電時(shí)正極活性物質(zhì)的比容量只有148.8mAh/g，在1CA恒流放電時(shí)正極活性物質(zhì)的比容量只有143.6mAh/g，常溫下循環(huán)300次后，容量保持率達(dá)到85.5%，如圖3所示，粗線為采用本實(shí)施例方法時(shí)的容量保持率曲線，細(xì)線為采用現(xiàn)有方法時(shí)的容量保持率曲線。實(shí)施例3:電池型號(hào)為053048A，正極材料使用錳酸鋰和鎳鈷錳酸鋰的混合體系，先以0.1CA恒流充電30min，然后以0.3CA恒流充電30min，再以0.6CA電流充電30min，整個(gè)化成時(shí)間為90min，充電容量為標(biāo)稱容量的50%。前60min充電時(shí)，管道抽氣壓強(qiáng)恒定為0.04MPa，后20min充電時(shí)，抽氣壓強(qiáng)恒定為0.08MPa。使用上述化成方法的電池，在0.2CA恒流放電時(shí)正極活性物質(zhì)的比容量為129.5mAh/g，在1CA恒流放電時(shí)正極活性物質(zhì)的比容量為126.4mAh/g，常溫下1CA循環(huán)300次后，容量保持率達(dá)到85.1%。而使用目前常規(guī)化成方法以0.1CA預(yù)充390min，在0.2CA恒流放電時(shí)正極活性物質(zhì)的比容量只有128.1mAh/g，在1CA恒流放電時(shí)正極活性物質(zhì)的比容量只有124.5mAh/g，常溫下循環(huán)300次后，容量保持率達(dá)到81.9%，如圖4所示，粗線為采用本實(shí)施例方法時(shí)的容量保持率曲線，細(xì)線為采用現(xiàn)有方法時(shí)的容量保持率曲線。實(shí)施例4:電池型號(hào)為103450A，正極材料使用鈷酸鋰和鎳鈷酸鋰的混合體系，先以0.2C恒流充電15min，然后以0.3CA恒流充電30min，再以0.6CA恒流充電30min，整個(gè)化成時(shí)間為75min，充電容量為標(biāo)稱容量的50%。前45min充電時(shí)，管道抽氣壓強(qiáng)恒定為0.03MPa，后30min充電時(shí)，抽氣壓強(qiáng)恒定為0.06MPa。使用上述化成方法的電池，在0.2CA恒流放電時(shí)正極活性物質(zhì)的比容量為156.8mAh/g，在1CA恒流放電時(shí)正極活性物質(zhì)的比容量為151.5mAh/g，常溫下1CA循環(huán)300次后，容量保持率達(dá)到85.6%，滿電負(fù)極片表面無明顯析鋰現(xiàn)象，并統(tǒng)計(jì)封口后、老化后、分容后、高溫清洗后的電池寸，結(jié)果均正常。而使用上述同樣的化成工步，但化成過程不抽氣，但在0.2CA恒流放電時(shí)正極活性物質(zhì)的比容量只有153.1mAh/g，在1CA恒流放電時(shí)正極活性物質(zhì)的比容量只有146.5mAh/g，常溫下循環(huán)300次后，容量保持率達(dá)到82.6%。常規(guī)化成方法，從老化起各階段尺寸較化成封口后尺寸增長明顯大于本發(fā)明法的尺寸結(jié)果，如表1和圖5所示，圖5中粗線為采用本實(shí)施例方法時(shí)的容量保持率曲線，細(xì)線為采用現(xiàn)有方法時(shí)的容量保持率曲線。可見本發(fā)明方法有利于控制了電池尺寸，尤其有效于控制較大型號(hào)電池的尺寸。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表1兩種方法200pcs電池比較實(shí)施例5:電池型號(hào)為277082S，正極材料使用磷酸鐵鋰，先以0.1CA恒流充電60min，然后以0.5CA恒流充電30min，整個(gè)化成時(shí)間為90min，充電容量為標(biāo)稱容量的35%。整個(gè)化成過程，管道抽氣壓強(qiáng)恒定為0.04MPa。使用上述化成方法的電池，在1CA恒流放電時(shí)磷酸鐵鋰的比容量為125.8mAh/g，在5C恒流放電時(shí)磷酸鐵鋰的比容量為119.7mAh/g，常溫下1CA充電3CA放電循環(huán)500次后，容量保持率達(dá)到95.97%。而使用目前常規(guī)化成方法，在1CA恒流放電時(shí)正極活性物質(zhì)的比容量只有122.7mAh/g，在3CA恒流放電時(shí)正極活性物質(zhì)的比容量只有115.6mAh/g，常溫下1CA充電3CA放電循環(huán)500次后，容量保持率達(dá)到93.79%，如圖6所示，粗線為采用本實(shí)施例方法時(shí)的容量保持率曲線，細(xì)線為采用現(xiàn)有方法時(shí)的容量保持率曲線?？梢?，使用本發(fā)明的化成方法可以縮短預(yù)充時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，并有效地提高了電池性能。，以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求1.一種鋰離子電池化成方法，連接正負(fù)極對(duì)電池進(jìn)行預(yù)充電，其特征在于在預(yù)充電過程中，同時(shí)對(duì)電池內(nèi)部保持負(fù)壓，直至預(yù)充電結(jié)束下柜封口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池化成方法，其特征在于所述負(fù)壓保持在0.01MPa《P〈0.1MPa，其中P為電池內(nèi)部的氣壓值。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子電池化成方法，其特征在于所述負(fù)壓在化成過程中分時(shí)間段選擇相異的氣壓值。4.根據(jù)權(quán)利要求l一3任意一項(xiàng)所述的鋰離子電池化成方法，其特征在于所述預(yù)充電過程根據(jù)不同材料體系的產(chǎn)氣結(jié)果，選取0.15C1C的容量作為化成容量，所述化成容量為化成產(chǎn)氣完成80%時(shí)的容量起至標(biāo)稱容量的80%。5.根據(jù)權(quán)利要求l一3任意一項(xiàng)所述的鋰離子電池化成方法，其特征在于所述預(yù)充電過程選擇的化成電流范圍為0.05CA1CA。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池化成方法，其特征在于所述化成電流在所述預(yù)充電過程中分時(shí)間段選擇相異的電流值。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰離子電池化成方法，其特征在于所述化成電流為0.05CA0.2CA，充電10min60min后，所述化成電流改變?yōu)?.2CA0.6CA，直至預(yù)充電過程結(jié)束。8.—種鋰離子電池化成裝置，包括連接電池的正負(fù)極導(dǎo)電板和電池夾具(2)，所述正負(fù)極導(dǎo)電板與所述電池夾具(2)電連接，其特征在于還包括與電池注液孔相連的氣管和真空機(jī)組，所述氣管與所述真空機(jī)組連接。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池化成裝置，其特征在于所述氣管包括總氣管(6)、分氣管(4)和支氣管(3)，所述支氣管(3)—端用于與電池注液孔相連，另一端通過所述分氣管(4)與所述總氣管(6)相連，所述總氣管(6)與所述真空機(jī)組連接，所述總氣管(6)上設(shè)置有第一閥門(7)，所述分氣管(4)上設(shè)置有第二閥門(5)，所述第一閥門(7)上安裝有真空規(guī)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池化成裝置，其特征在于還包括檢測柜(1)，所述檢測柜(1)包括至少1個(gè)檢測層，所述檢測層包括至少1個(gè)檢測工位，所述電池夾具(2)、支氣管(3)懸掛設(shè)置在所述檢測工位上，正負(fù)極導(dǎo)電板橫置于所述檢測工位上，所述電池夾具(2)固持所述正負(fù)極導(dǎo)電板，所述分氣管(4)設(shè)置在所述檢測層上。全文摘要本發(fā)明公開了一種鋰離子電池化成方法和裝置，該方法是連接正負(fù)極對(duì)電池進(jìn)行預(yù)充電，在預(yù)充電過程中，同時(shí)對(duì)電池內(nèi)部保持負(fù)壓，直至預(yù)充電結(jié)束下柜封口。該電池化成裝置，包括連接電池的正負(fù)極導(dǎo)電板和電池夾具，所述正負(fù)極導(dǎo)電板與所述電池夾具電連接，所述裝置還包括與電池注液孔相連的氣管和真空機(jī)組，所述氣管與所述真空機(jī)組連接。本發(fā)明化成方法和裝置，使電池內(nèi)部在預(yù)充電過程中處于負(fù)壓，有利于氣體的及時(shí)排出，提高了化成效率；也有利于減少駐留氣體，有效地控制了電池尺寸；還可以確保電芯極組各區(qū)域能在短時(shí)間內(nèi)反應(yīng)均勻，去除了絕緣區(qū)域，解決了極片析鋰問題，提高了電池性能和生產(chǎn)效率。文檔編號(hào)H01M10/38GK101677138SQ20081021623公開日2010年3月24日申請(qǐng)日期2008年9月17日優(yōu)先權(quán)日2008年9月17日發(fā)明者冬周,唐紅輝,唐聯(lián)興,王弗剛,王馳偉,羅朝暉,袁德勇,鄒曉兵申請(qǐng)人:深圳市比克電池有限公司