一種鋰離子電池高效化成的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于商業(yè)裡離子電池應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域,設(shè)及一種商業(yè)裡離子電池高效化成的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 裡離子電池相對于傳統(tǒng)的鉛酸電池、鑲簡電池、鑲氨電池等二次電池有著高能量 密度、高輸出電壓、低自放電、記憶效應(yīng)小和環(huán)境友好等優(yōu)點,近年來得到了廣泛的應(yīng)用與 研究。裡離子電池的制備工藝繁雜,包括攬拌、涂布、干燥、裸電巧制備、封裝和化成等,其 中,化成工藝是裡電池制備工藝過程中不可或缺的工序,對裡電池的性能起到至關(guān)重要的 作用。裡離子電池在第一次充放電過程中在負(fù)極材料表面形成固體電解質(zhì)界面膜(SEI膜), SEI膜的形態(tài)和厚度等會直接影響到裡離子電池的安全性能和循環(huán)性能。為使電池形成良 好的SEI膜,工廠化成裡離子電池時初始使用小倍率電流充電,并W低倍率對電池進(jìn)行2次 充放電,完成電池化成工藝。
[0003] 目前,裡電池的化成工藝都是將裸電巧入殼封裝,再定量注入電解液,通過一段時 間的靜置后再化成。但是,該種化成工藝過程繁雜,需要控制的因素較多,整個化成工藝需 要大量的時間和操作人員,增加了生產(chǎn)成本。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對商業(yè)裡離子電池在化成工藝中存在的化成時間長、占用機(jī)器多、場地大的問 題,本發(fā)明提供了一種商業(yè)化的裡離子電池高效化成方法,該方法簡單易行,可W縮短裡離 子電池化成時間,有效提高生產(chǎn)效率,重現(xiàn)性好,適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的: 一種裡離子電池高效化成的方法,包括W下步驟: 裡離子電池在工廠制作好,注入電解液后,在武漢藍(lán)電電池測試儀或新威電池測試儀 上進(jìn)行化成測試,所述方法為分段充電化成,可W分為=段或更多的區(qū)間,段為例,具 體化成過程為: (1) 初始W0. 01-0. 2C的倍率恒流充電30min; (2) 在3. 95V的電壓下,W0. 2-1C倍率進(jìn)行恒流充電; (3) 在3. 95V的電壓下,恒壓充電至電流小于0. 01-0. 1C時停止充電。
[0006] 測試完成后進(jìn)行分容及封裝工序。
[0007] 本發(fā)明中,可W根據(jù)不同材料,如鉆酸裡、磯酸鐵裡、鋪酸裡、鑲鉆鋪=元材料等材 料設(shè)置不同化成電壓,進(jìn)行分段化成。
[000引本發(fā)明中,可W對不同類型、不同形狀的裡離子電池,如鋼殼裡離子電池、侶殼裡 離子電池、軟包裡離子電池等進(jìn)行分段化成。
[0009] 本發(fā)明中,商業(yè)裡離子電池化成過程中的工作環(huán)境溫度在15-35°C之間。
[0010] 本發(fā)明中,商業(yè)裡離子電池化成過程中的工作環(huán)境相對濕度不能高于80%。
[0011] 本發(fā)明通過改變化成第二階段充電電流倍率,縮短電池化成整體時間,提高化成 效率,具有如下優(yōu)點; (1)本發(fā)明化成的電池不會引起電池安全性和循環(huán)性能的惡化。
[0012] (2)本發(fā)明顯著提升了裡離子電池的化成效率和循環(huán)穩(wěn)定性,工藝穩(wěn)定可靠。
[0013] (3)本發(fā)明的裡離子電池化成方法在室溫條件下進(jìn)行的,反應(yīng)均勻,操作簡單,重 現(xiàn)性好,適用于推廣至工業(yè)化生產(chǎn)。
[0014] (4)在保證電池安全性和循環(huán)穩(wěn)定性的前提下,縮短電池化成時間,提高電池化成 效率。
[0015] (5)本發(fā)明所得到的化成電池安全性與原工廠化成工藝所化成電池?zé)o差別,阻抗 也無明顯變化,循環(huán)性能達(dá)到要求,但是顯著縮短了商業(yè)化電池化成時間,大大提高了生產(chǎn) 效率。
【附圖說明】
[0016] 圖1為未經(jīng)化成的商業(yè)裡電池正極極片的SEM圖; 圖2為未經(jīng)化成的商業(yè)裡電池負(fù)極極片的SEM圖; 圖3為化成后循環(huán)300次商業(yè)裡電池正極極片的SEM圖; 圖4為化成后循環(huán)300次商業(yè)裡電池負(fù)極極片的SEM圖; 圖5為化成后循環(huán)發(fā)生短路的商業(yè)裡電池正極極片的沈M圖; 圖6為化成后循環(huán)發(fā)生短路的商業(yè)裡電池負(fù)極極片的SEM圖; 圖7為化成后循環(huán)300次商業(yè)裡電池的電化學(xué)循環(huán)性能圖示; 圖8為實施例與對比例中段化成電流倍率的商業(yè)裡電池的首次時間-充電曲線。
【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明,但并不局限于此,凡是對本 發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍,均應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[001引實施例1; 本實施例提供了一種商業(yè)裡離子電池的高效化成方法,其實施步驟如下: (1) 初始W0. 05C的倍率恒流充電30min; (2) 在3. 95V的電壓下,0. 3C倍率進(jìn)行恒流充電; (3) 在3. 95V的電壓下,恒壓充電至電流小于0. 02C時停止充電。
[0019] 由圖7中電化學(xué)循環(huán)性能可見,上述的化成方法具有良好的循環(huán)性能,材料的首 次放電容量1469. 9mAh,首次充放電效率為99%,300次循環(huán)之后放電容量為1396. 8mAh, 容量保持在1390mAhW上,首次化成充電時間為4小時31分52秒,具有優(yōu)異的性能。
[0020] 實施例2; 本實施例提供了一種商業(yè)裡離子電池的高效化成方法,其實施步驟如下: (1) 初始W0. 05C的倍率恒流充電30min; (2) 在3. 95V的電壓下,0. 4C倍率進(jìn)行恒流充電; (3) 在3. 95V的電壓下,恒壓充電至電流小于0. 02C時停止充電。
[0021] 由圖7中電化學(xué)循環(huán)性能可見,上述的化成方法具有良好的循環(huán)性能,材料的首 次放電容量1474. 6mAh,首次充放電效率為99%,300次循環(huán)之后放電容量為1405. 4mAh, 容量保持在HOOmAhW上,首次化成充電時間為4小時3分44秒,具有優(yōu)異的性能。
[0022] 實施例3; 本實施例提供一種了商業(yè)裡離子電池的高效化成方法,其實施步驟如下: (1) 初始W0. 03C的倍率恒流充電30min; (2) 在4. 00V的電壓下,0. 5C倍率進(jìn)行恒流充電; (3) 在4. 00V的電壓下,恒壓充電至電流小于0. 02C時停止充電。
[0023] 由圖7中電化學(xué)循環(huán)性能可見,上述的化成方法具有良好的循環(huán)性能,材料的首 次放電容量1472. 9mAh,首次充放電效率為99%,287次循環(huán)之后放電容量為1385. 9mAh,容 量保持在1385mAhW上,首次化成充電時間為3小時52分17秒,具有優(yōu)異的性能。
[0024] 由圖3、圖4可見,相對于圖1、圖2中未循環(huán)化成和循環(huán)的正負(fù)極材料,經(jīng)化成后 循環(huán)300次正負(fù)極材料的變化后而言,材料顆粒變化不特別明顯。從圖5、圖6可W發(fā)現(xiàn),相 對于電池發(fā)生短路后,電池的正負(fù)極材料結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化,材料顆粒明顯變碎,尤其負(fù)極 材料變化特別明顯。說明用此方法進(jìn)行化成和循環(huán)過程對材料結(jié)構(gòu)的破壞作用小,可W很 好地保持電池安全性和循環(huán)性能。
[0025] 由圖8可見,相對于對比例,本實施例可W明顯縮短首次化成充電時間,提高化成 效率。
[0026] 實施例4; 本實施例提供了一種商業(yè)裡離子電池的高效化成方法,其實施步驟如下: (1) 初始W0. 05C的倍率恒流充電30min; (2) 在3. 95V的電壓下,0. 7C倍率進(jìn)行恒流充電; (3) 在3. 95V的電壓下,恒壓充電至電流小于0. 02C時停止充電。
[0027] 由圖5中電化學(xué)循環(huán)性能可見,上述的化成方法具有良好的循環(huán)性能,材料的首 次放電容量1472. 3mAh,首次充放電效率為100%,275次循環(huán)之后放電容量為1396. 6mAh, 容量保持在1395mAhW上,首次化成充電時間為3小時57分43秒,具有優(yōu)異的性能。
[00測實施例5; 本實施例提供了一種商業(yè)裡離子電池的高效化成方法,其實施步驟如下: (1) 在3. 95V的電壓下,初始W0. 05C的倍率進(jìn)行恒流充電; (2) 在3. 95V的電壓下,0. 8C倍率進(jìn)行恒流充電; (3) 在3. 95V的電壓下,恒壓充電至電流小于0. 02C時停止充電。
[0029] 由圖5中電化學(xué)循環(huán)性能可見,上述的化成方法具有良好的循環(huán)性能,材料的首 次放電容量1468. 3mAh,首次充放電效率為100%,300次循環(huán)之后放電容量為1379. 5mAh, 容量保持在1379mAhW上,首次化成充電時間為3小時57分17秒,具有優(yōu)異的性能。
[0030] 實施例6; 本實施例提供了一種商業(yè)裡離子電池的高效化成方法,其實施步驟如下: (1) 在3. 95V的電壓下,初始W0. 05C的倍率進(jìn)行恒流充電; (2) 在3. 95V的電壓下,0. 9C倍率進(jìn)行恒流充電; (3) 在3. 95V的電壓下,恒壓充電至電流小于0. 02C時停止充電。
[0031] 由圖5中電化學(xué)循環(huán)性能可見,上述的化成方法具有良好的循環(huán)性能,材料的首 次放電容量1470. 5mAh,首次充放電效率為100%,300次循環(huán)之后放電容量為1396.OmAh, 容量保持在1395mAhW上,首次化成充電時間為3小時38分5秒,具有優(yōu)異的性能。
[0032] 對比例為在3. 95V的電壓下,初始W0. 05C的倍率進(jìn)行充電,中間W0. 2C倍率進(jìn) 行充電,再恒壓充電至電流小于0. 02C時停止充電。由圖5中充放電曲線的電化學(xué)循環(huán)性 能可見,材料的首次充電容量為1465. 9mAh,300次循環(huán)后充電容量為1392. 6mAh,首次充放 電效率為100%。
[0033] 由圖6可見,相對于對比例,本實施例可W明顯縮短首次化成充電時間,提高化成 效率,相對于實施例3,本實施例電池首次充電時間減少約20分鐘,提高了化成效率。
[0034] W上實施例中的裡離子電池分別為方型正極為鉆酸裡,負(fù)極為石墨材料的容量約 為1400-1500mAh的裡離子二次電池各實施例首次化成充電時間對比如表1所示,循環(huán)性能 對比如表2所示。
[0035] 表1各實施例首次化成充電時間對比
【主權(quán)項】
1. 一種鋰離子電池高效化成的方法,其特征在于所述鋰離子電池化成方法如下: (1) 初始以0. 01-0. 2C的倍率恒流充電30min; (2) 在3. 95V的電壓下,以0. 2-1C倍率進(jìn)行恒流充電; (3) 在3. 95V的電壓下,恒壓充電至電流小于0. 01-0.IC時停止充電。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池高效化成的方法,其特征在于所述鋰離子電池的 材料為鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰或鎳鈷錳三元材料。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池高效化成的方法,其特征在于所述鋰離子電池為 鋼殼鋰離子電池、鋁殼鋰離子電池或軟包鋰離子電池。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池高效化成的方法,其特征在于所述鋰離子電池化 成過程中的工作環(huán)境溫度在15-35°C之間。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池高效化成的方法,其特征在于所述鋰離子電池化 成過程中的工作環(huán)境相對濕度不能高于80%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋰離子電池高效化成的方法,其方法如下:(1)初始以0.01-0.2C的倍率恒流充電30min;(2)在3.95V的電壓下,以0.2-1C倍率進(jìn)行恒流充電;(3)在3.95V的電壓下,恒壓充電至電流小于0.01-0.1C時停止充電。本發(fā)明通過改變化成第二階段充電電流倍率,縮短電池化成整體時間,提高化成效率。本發(fā)明所得到的化成電池安全性與原工廠化成工藝所化成電池?zé)o差別,阻抗也無明顯變化,循環(huán)性能達(dá)到要求,但是顯著縮短了商業(yè)化電池化成時間,大大提高了生產(chǎn)效率。該方法簡單易行,可以縮短鋰離子電池化成時間,有效提高生產(chǎn)效率,重現(xiàn)性好,適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】H01M10/44, H01M10/0525, H01M10/058
【公開號】CN104900930
【申請?zhí)枴緾N201510277783
【發(fā)明人】高云智, 王春梅, 張瀚, 王龍
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月27日