專利名稱：一種鋰離子電池的預(yù)充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池的快速預(yù)充電方法。
背景技術(shù)：
鋰離子二次電池作為一種綠色環(huán)保電池，具有工作電壓高、比能量高和循環(huán)壽命長等優(yōu)點，近年來得到了迅速發(fā)展，在手機、UPS電源、筆記本電腦、電動工具、電動自行車和電動汽車等移動設(shè)備中的應(yīng)用越來越廣泛。鋰電池需求量的不斷增加，促使電池生產(chǎn)商必須簡化工藝流程，縮減工序時間來提高生產(chǎn)效率滿足市場要求。鋰離子電池的化成步驟是電池制造的重要工序，關(guān)系到電池的容量高低、循環(huán)壽命長短、高溫存貯等方面的性能。對鋰電池進行預(yù)充電即首次充電，在負極表面形成一種固體電解質(zhì)界面或稱SEI (Solid Electrolyte Interface)膜的過程，也稱為化成工序。在負極形成SEI膜的同時，伴隨副反應(yīng)氣體產(chǎn)生，產(chǎn)生的氣體需及時排出，否則這些氣體在電芯內(nèi)部積聚造成電芯鼓脹、外殼變形、甚至產(chǎn)生爆炸。另外若化成工序氣體產(chǎn)生不完全，在后續(xù)充放電過程中會繼續(xù)產(chǎn)氣，嚴重影響電芯的電性能及安全性能。為了獲得較好的SEI膜， 傳統(tǒng)化成是采用小電流進行長達數(shù)十小時的充電，生產(chǎn)效率極其低下。現(xiàn)有技術(shù)中也公開了一些技術(shù)方案來縮短化成時間，如2010年7月22號公告的世界專利W02010/081422A1通過引入兩步預(yù)充電來加速產(chǎn)生副反應(yīng)氣體。但此工藝未克服大電流充電導致的極化問題，充電效果并不理想，電芯低溫性能相對較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種操作方便、工藝過程簡單的預(yù)充電方法。能夠達到與小電流長時間化成的同樣效果，同時極大的縮短化成時間，大幅度提高產(chǎn)能，具有較大的經(jīng)濟效益。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下一種鋰離子電池的預(yù)充電方法，在10 60°C環(huán)境下進行以下步驟(1)將注液靜置后電芯放入兩平板中并施加壓力；(2)對電芯進行大電流預(yù)充電；(3)真空抽氣及封裝。所述步驟(1)中施在電芯表面的壓力大小為0. OlMpa 1. 2Mpa，是保證電芯內(nèi)部極片界面良好，降低大電流預(yù)充電時的極化，防止負極局部過充。所述步驟(1)中可以采用夾具施壓，夾具具有界面平整，使用方便；同時還可以采用氣缸配合施壓，以便于控制壓力的大小。所述步驟O)中大電流預(yù)充電為單步恒流充電，預(yù)充電量為電芯總電量的8% 70%。所述步驟O)中大電流預(yù)充電為多步充電，總預(yù)充電量為電芯總電量的8% 70%。所述步驟(2)中充電電流為0. 05C 2C，充電時間為5 120Min。
所述步驟(2)中預(yù)充電是在10 60°C境下進行。所述步驟C3)真空抽氣封裝是為了將預(yù)充電產(chǎn)生的氣體盡可能完全排出，防止電芯高溫鼓脹。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用傳統(tǒng)的小電流長時間化成或直接用大電流化成的時候，隨著充電過程的進行，電池內(nèi)產(chǎn)生的氣體積聚越來越多，并在充電量為電池總?cè)萘康?0%左右達到最大。產(chǎn)生的部分氣體會存留在正負極片之間，阻礙了正負極之間的離子導電，導致在后續(xù)的充電過程中負極充電不均勻，充電效率低，并在大電流充電時發(fā)現(xiàn)負極表面有鋰枝晶，同時電池出現(xiàn)鼓脹變形情況，電池性能下降。所以克服電芯化成時正負極片之間的氣體阻礙是實現(xiàn)大電流充電的關(guān)鍵，化成時在電芯表面用夾具施加壓力可以實現(xiàn)大電流化成。利用本發(fā)明的預(yù)充電方法，通過在電芯兩面施加一定的壓力，在保證電芯內(nèi)部極片界面良好的情況下，進行大電流預(yù)充電。此方法消除了用大電流預(yù)充電時產(chǎn)生的極化而導致的充電不均勻問題，并在負極表面形成均勻的SEI膜。通過此方法獲得的電芯達到與傳統(tǒng)小電流長時間充電的電芯相似甚至更好的電性能，同時極大的縮短預(yù)充時間，提高工序效率，降低生產(chǎn)成本。


圖1為本發(fā)明預(yù)充電方法在0.5C預(yù)充電時電壓-時間曲線圖
具體實施例方式下面實施例均選用軟包裝053450型號電池對本發(fā)明作進一步描述實施例1 以鈷酸鋰為正極活性材料、石墨為負極活性材料制作的的正負極極片和隔離膜通過疊片或卷繞制成裸電芯，然后將電芯裝入包裝殼中，向其內(nèi)注入ImoVLWLiPF6/ (EC+PC+DEC)電解液，做成電池。其中碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC) 的體積比為1 1 1。將制得的電池放入兩平板中并施以0. SMpa的壓力，在45°C環(huán)境溫度下用0. 5C電流充電15min，預(yù)充電量為電芯總電量的12. 5%，在負極表面形成SEI膜，之后抽真空封裝，然后進行容量及循環(huán)測試，測試內(nèi)容見表1。實施例2 以鈷酸鋰為正極活性材料、石墨為負極活性材料制作的的正負極極片和隔離膜通過疊片或卷繞制成裸電芯，然后將電芯裝入包裝殼中，向其內(nèi)注入ImoVLWLiPF6/ (EC+PC+DEC)電解液，做成電池。其中碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC) 的體積比為1 1 1。將制得的電池放入兩平板中并施以1.2Mpa的壓力，在23°C環(huán)境溫度下用0. 3C電流充電30min，預(yù)充電量為電芯總電量的15 %，在負極表面形成SEI膜，之后抽真空封裝，然后進行容量及循環(huán)測試，測試內(nèi)容見表1。實施例3 以錳酸鋰為正極活性材料、石墨為負極活性材料制作的的正負極極片和隔離膜通過疊片或卷繞制成裸電芯，然后將電芯裝入包裝殼中，向其內(nèi)注入ImoVLWLiPF6/ (EC+PC+DEC)電解液，做成電池。其中碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)的體積比為1 1 1。將制得的電池放入兩平板中并施以0. OlMpa的壓力，在10°C環(huán)境溫度下用0. 05C電流充電120min，預(yù)充電量為電芯總電量的10%，在負極表面形成SEI膜， 之后抽真空封裝，然后進行容量及循環(huán)測試，測試內(nèi)容見表1。實施例4 以磷酸鐵鋰為正極活性材料、石墨為負極活性材料制作的的正負極極片和隔離膜通過疊片或卷繞制成裸電芯，然后將電芯裝入包裝殼中，向其內(nèi)注入lmol/L的LiPF6/ (EC+PC+DEC)電解液，做成電池。其中碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC) 的體積比為1 1 1。將制得的電池放入兩平板中并施以0. SMpa的壓力，在60°C環(huán)境溫度下用IC電流充電42min，預(yù)充電量為電芯總電量的70%，在負極表面形成SEI膜，之后抽真空封裝，然后進行容量及循環(huán)測試，測試內(nèi)容見表1。實施例5 以鎳鈷錳酸鋰為正極活性材料、石墨為負極活性材料制作的的正負極極片和隔離膜通過疊片或卷繞制成裸電芯，然后將電芯裝入包裝殼中，向其內(nèi)注入lmol/L的LiPF6/ (EC+PC+DEC)電解液，做成電池。其中碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC) 的體積比為1 1 1。將制得的電池放入兩平板中并施以0.5Mpa的壓力，在45°C環(huán)境溫度下用2C電流充電15min，預(yù)充電量為電芯總電量的50%，在負極表面形成SEI膜，之后抽真空封裝，然后進行容量及循環(huán)測試，測試內(nèi)容見表1。實施例6 以鈷酸鋰為正極活性材料、石墨為負極活性材料制作的的正負極極片和隔離膜通過疊片或卷繞制成裸電芯，然后將電芯裝入包裝殼中，向其內(nèi)注入lmol/L的LiPF6/ (EC+PC+DEC)電解液，做成電池。其中碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC) 的體積比為1 1 1。將制得的電池放入兩平板中并施以0. IMpa的壓力，在23°C環(huán)境溫度下用0. 5C電流充電45min，預(yù)充電量為電芯總電量的37. 5%，在負極表面形成SEI膜，之后抽真空封裝，然后進行容量及循環(huán)測試，測試內(nèi)容見表1。實施例7 以鈷酸鋰為正極活性材料、石墨為負極活性材料制作的的正負極極片和隔離膜通過疊片或卷繞制成裸電芯，然后將電芯裝入包裝殼中，向其內(nèi)注入lmol/L的LiPF6/ (EC+PC+DEC)電解液，做成電池。其中碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC) 的體積比為1 1 1。將制得的電池放入兩平板中并施以0.5Mpa的壓力，在23°C環(huán)境溫度下先用0. 2C充電IOmin后再用0. 5C電流充電lOmin，預(yù)充電量為電芯總電量的10%，在負極表面形成SEI膜，之后抽真空封裝，然后進行容量及循環(huán)測試，測試內(nèi)容見表1。比較例1 以鈷酸鋰為正極活性材料、石墨為負極活性材料制作的的正負極極片和隔離膜通過疊片或卷繞制成裸電芯，然后將電芯裝入包裝殼中，向其內(nèi)注入lmol/L的LiPF6/ (EC+PC+DEC)電解液，做成電池。其中碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC) 的體積比為1 1 1。將制得的電池不施加壓力，在45°C環(huán)境溫度下用0.5C電流充電 15min，充電結(jié)束后抽真空封裝，然后進行容量及循環(huán)測試。比較例2 以鈷酸鋰為正極活性材料、石墨為負極活性材料制作的的正負極極片和隔離膜通過疊片或卷繞制成裸電芯，然后將電芯裝入包裝殼中，向其內(nèi)注入ImoVLWLiPF6/ (EC+PC+DEC)電解液，做成電池。其中碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC) 的體積比為1 1 1。將制得的電池不施加壓力，在45度環(huán)境溫度下用0.035C電流充電 900min，充電結(jié)束后抽真空封裝，然后進行容量及循環(huán)測試。電池性能測試1.充電曲線比較圖1是實施例1與比較例1用相同電流(0. 5C)充電相同時間(15min)時的充電曲線比較。從圖中可以看出實施例1電壓上升幅度相對比較例1要小，表明在電芯表面施加壓力情況下可以消除大電流預(yù)充電時的極化，起到防止負極局部過充作用，可以形成均勻的SEI膜，改善電芯性能。2.低溫循序測試將實施例和比較例制備的電池放在低溫環(huán)境(10°C )中進行容量循環(huán)測試，測試方法以0. 5C恒流充電至4. 2V后轉(zhuǎn)恒壓充電，至電流只0. 05C,然后以0. 5C放電至3V，并重復100個循環(huán)，獲得電池容量保持率，結(jié)果見表1。從表1可以看出，比較例1直接用大電流預(yù)充電的低溫循環(huán)性能較差，而實施例低溫循環(huán)能較好，與比較例2傳統(tǒng)小電流化成電芯相當。3.常溫和高溫循環(huán)測試將實施例和比較例制備的電池分別放在常溫(25°C )和高溫(45°C )環(huán)境中進行容量循環(huán)測試，測試方法以IC恒流充電至4. 2V后轉(zhuǎn)恒壓充電，至電流0. 05C，然后以IC放電至3V，并重復500個循環(huán)，獲得電池容量保持率及電芯膨脹數(shù)據(jù)，結(jié)果見表1。從表1可以看出，比較例1的高溫循環(huán)性能較差，而實施例高溫循環(huán)能較好，與比較例2傳統(tǒng)小電流化成電芯相當。表 權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池的預(yù)充電方法，其特征在于包括如下步驟(1)將注液靜置后電芯放入兩平板中并施加壓力；(2)對電芯進行大電流預(yù)充電；(3)對充電結(jié)束后電芯進行真空抽氣及封裝。
2.如權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池的預(yù)充電方法，其特征在于步驟(1)中施加在電芯表面的壓力大小為0. OlMpa 1. 2Mpa。
3.如權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池的預(yù)充電方法，其特征在于步驟O)中大電流預(yù)充電為單步恒流充電，預(yù)充電量為電芯總電量的8% 70%。
4.如權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池的預(yù)充電方法，其特征在于步驟O)中大電流預(yù)充電為多步充電，總預(yù)充電量為電芯總電量的8% 70%。
5.如權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池的預(yù)充電方法，其特征在于步驟O)中充電電流為0. 05C 2C，充電時間為5 120Min。
6.如權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池的預(yù)充電方法，其特征在于步驟O)中預(yù)充電是在10 60°C境下進行。
7.如權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池的預(yù)充電方法，其特征在于所述步驟(1)中平板為夾具。
8.如權(quán)利要求7述的一種鋰離子電池的預(yù)充電方法，其特征在于所述夾具還配合有氣缸。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋰離子電池的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池的快速預(yù)充電方法，其包括如下步驟(1)將注液靜置后電芯放入兩平板中并施加壓力步驟；(2)對電芯進行大電流預(yù)充電的步驟；(3)真空抽氣封裝步驟。采用本發(fā)明方法在一定壓力下進行大電流充電，保證電芯內(nèi)部極片界面良好，降低電芯大電流預(yù)充電時的極化，防止負極局部過充。同時可以縮短化成時間，保證化成時產(chǎn)生的氣體順利排出，使電芯在大電流預(yù)充電時形成較均一的SEI膜，從而提高電芯的性能。
文檔編號H01M10/44GK102368571SQ201110269128
公開日2012年3月7日 申請日期2011年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月5日
發(fā)明者勞紹江, 張麗, 張小細, 李明, 梁如福, 趙豐剛 申請人:東莞新能源科技有限公司, 寧德新能源科技有限公司