一種三元體系電池電容的化成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種鋰電池電容的化成方法，特別是一種三元體系電池電容的化成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三元體系電池電容，其正極主要活性物質(zhì)為三元鋰離子正極材料，三元正極材料鎳鈷錳酸鋰(NCM)以及鎳鈷鋁酸鋰(NCA)因其本身高容量、高比能的特性已經(jīng)逐漸進(jìn)入鋰離子電池的市場(chǎng)中。NCM材料中Ni的存在可以提高材料的容量，Co能夠有效的穩(wěn)定材料的層狀結(jié)構(gòu)，Μη既可以降低材料的成本，又起到作為材料制成骨架的作用，三種元素的協(xié)同作用使得NCM材料成為了取代LiCo02成為鋰離子電池材料正極最被看好的材料。目前市場(chǎng)主流的三元材料主要為NCM(111型、532型、622型、811型)鎳鈷錳體系以及NCA鎳鈷鋁體系，NCM具有層狀結(jié)構(gòu)，NCA則比較接近811型的NCM結(jié)構(gòu)。
[0003]現(xiàn)階段磷酸鐵鋰技術(shù)的單體電池比能量?jī)H100-120Wh/kg，組合成電池包后，電池系統(tǒng)能量密度還不到90Wh/kg，而三元材料電池技術(shù)比能量相比磷酸鐵鋰要高出50%，目前普遍在150-180Wh/kg。然而比能量擁有了高的比能量，三元體系電池的壽命卻只有幾千次，而超級(jí)電容器的壽命可以達(dá)到百萬(wàn)次。鋰離子電池正極材料與活性炭復(fù)合形成的電池電容體系能夠結(jié)合電池和電容器兩方面的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為目前國(guó)內(nèi)外研究的趨勢(shì)。
[0004]三元電池電容體系相比于其他正極材料，三元材料能夠提高更高的容量和能量密度，但是在產(chǎn)品的測(cè)試及使用中會(huì)產(chǎn)生脹氣現(xiàn)象而影響到電池產(chǎn)品的使用壽命和使用安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種三元體系電池電容的化成方法，通過(guò)小電流多步化成的方法能夠使電池電容在化成階段使副反應(yīng)進(jìn)行的更加完全，化成時(shí)在器件內(nèi)部的產(chǎn)生的氣體能夠得以充分的排出，使電池電容的性能更加穩(wěn)定充分的發(fā)揮。
[0006]本發(fā)明公開(kāi)的三元體系電池電容的化成方法，化成方法為對(duì)電池電容采用恒電流多步重復(fù)充放電，恒電流多步重復(fù)充放電為:將電池電容的充放電截止電壓間電壓窗口(即化陳電壓的上下限區(qū)間)劃分為包括Uo-山、U1-U2、U2-U3、U3-U4、U4-U5的5個(gè)電壓區(qū)間，并對(duì)應(yīng)所述5個(gè)電壓區(qū)間設(shè)置5個(gè)區(qū)間充放電步驟并按照電壓遞增的順序?qū)嵤?，每一個(gè)區(qū)間充放電步驟均包括對(duì)電池電容依次進(jìn)行恒流充電至該區(qū)間截止電壓(最高值)、斷電靜置tl和恒流放電，其中每一次恒流放電時(shí)電壓均降低至Uo;
[0007]同一電壓區(qū)間內(nèi)實(shí)施的區(qū)間充放電步驟的恒流放電與恒流充電操作之間還包括斷電靜置t2;
[0008]不同電壓區(qū)間內(nèi)實(shí)施的區(qū)間充放電步驟的恒流放電與恒流充電操作之間還包括斷電靜置t3;
[0009]其中tlSt2^t3。本方案中，通過(guò)將電壓窗口劃分為5個(gè)階梯梯度，以最大限度的消除電池電容中的副反應(yīng)，并使脹氣在化成階段最大限度的排出，電池電容充分靜置后開(kāi)始進(jìn)行充電，使化陳電壓的升降幅度更為平滑，從而能夠在激活電池電容的同時(shí)在陽(yáng)極表面穩(wěn)定地形成保護(hù)膜層，同時(shí)具有良好的容量保持率，并且避免使用壽命內(nèi)出現(xiàn)脹氣而影響到正常使用。同時(shí)設(shè)定11 <t2<t3,可以使得不可逆反應(yīng)充分進(jìn)行，充分釋放反應(yīng)氣體，電極材料結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定的同時(shí)，又可以避免過(guò)度反應(yīng)而降低電極活性。
[0010]本方案中每一次區(qū)間充放電步驟中的恒流放電工序都會(huì)放電至最低截止電壓，促進(jìn)不可逆過(guò)程在化成階段進(jìn)行，促進(jìn)SEI膜的形成，使電極材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，進(jìn)而電池電容的循環(huán)穩(wěn)定性更高。
[0011]本發(fā)明公開(kāi)的三元體系電池電容的化成方法的一種改進(jìn)，恒電流多步重復(fù)充放電中同一區(qū)間內(nèi)的區(qū)間充放電步驟至少重復(fù)2次再進(jìn)行下一區(qū)間的區(qū)間充放電步驟。本方案通過(guò)在同一區(qū)間內(nèi)進(jìn)行多次重復(fù)區(qū)間充放電步驟，使不可逆過(guò)程在化成階段進(jìn)行完畢，促進(jìn)SEI膜的形成，可以使得陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，陽(yáng)極保護(hù)層的性能更為穩(wěn)定，同時(shí)鋰離子在陰極的嵌合更為穩(wěn)定，從而保證了電池電容的使用壽命。
[0012]本發(fā)明公開(kāi)的三元體系電池電容的化成方法的一種改進(jìn)，每一個(gè)區(qū)間充放電步驟中恒流放電均為放電至電壓Uo。
[0013]本發(fā)明公開(kāi)的三元體系電池電容的化成方法的一種改進(jìn)，11為30-60s。
[0014]本發(fā)明公開(kāi)的三元體系電池電容的化成方法的一種改進(jìn)，t2為60-90s。
[0015]本發(fā)明公開(kāi)的三元體系電池電容的化成方法的一種改進(jìn)，t3為120-240S。
[0016]本發(fā)明公開(kāi)的三元體系電池電容的化成方法的一種改進(jìn)，電池電容的充放電截止電壓間電壓窗口為2.7-4.2V。
[0017]本發(fā)明公開(kāi)的三元體系電池電容的化成方法的一種改進(jìn)，1]()為2.7￥、1]1為3.0￥、1]2為 3.3V、U3 為 3.6V、U4 為 3.9V、U5 為 4.2V。
[0018]本發(fā)明公開(kāi)的三元體系電池電容的化成方法，操作性好，化成效率高，電池的質(zhì)量和使用壽命均具有較大的改善。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解下述【具體實(shí)施方式】?jī)H用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0020]本發(fā)明方案的實(shí)施，其產(chǎn)品均為以包括而不限于現(xiàn)有技術(shù)中鋰電池電容，以下對(duì)部分鋰電池進(jìn)行舉例，但不作為對(duì)本發(fā)明實(shí)施方案以及應(yīng)用范圍的限定。
[0021]鋰電池1
[0022]本例中鋰電池包括正極活性物質(zhì)為磷酸鐵鋰，分散劑為NMP;負(fù)極活性物質(zhì)為石墨，分散劑為水。電解液主要成分為EC、DEC和LiPF6。隔膜材質(zhì)為聚丙烯和聚乙烯樹(shù)脂的復(fù)合膜。
[0023]鋰電池2
[0024]本例中鋰電池包括正極活性物質(zhì)為錳酸鋰，極片面密度為440g/m2，負(fù)極為人造石墨，極片面密度為150g/m2，隔膜為UBE40。
[0025]實(shí)施例1
[0026]本實(shí)施中，對(duì)鋰電池采用恒電流多步重復(fù)充放電，恒電流多步重復(fù)充放電為:將電池電容的充放電截止電壓間電壓窗口劃分為包括2.7V-3.0V、3.0V-3.3V、3.3V-3.6V、3.6V-3.9V,3.9V-4.2V的5個(gè)電壓區(qū)間，并對(duì)應(yīng)所述5個(gè)電壓區(qū)間設(shè)置5個(gè)區(qū)間充放電步驟并按照電壓遞增的順序?qū)嵤恳粋€(gè)區(qū)間充放電步驟均包括對(duì)電池電容依次進(jìn)行恒流充電至該區(qū)間截止電壓、斷電靜置tl和恒流放電；同一電壓區(qū)間內(nèi)實(shí)施的區(qū)間充放電步驟的恒流放電與恒流充電操作之間還包括斷電靜置t2;不同電壓區(qū)間內(nèi)實(shí)施的區(qū)間充放電步驟的恒流放電與恒流充電操作之間還包括斷電靜置t3;其中tl < t2< t3。
[0027]具體操作如下:
[0028](1)將充放電截止電壓間電壓窗口 2.7V-4.2V平均分為Uo—山(2.7-3.0V) ?(3.0-3.3V)、U2-U3(3.3-3.6V)、U3-U4(3.6-3.9V)和U4-U5(3.9-4.2V)五個(gè)階段；
[0029](2)以0.05C恒流充電至第一階段充電截止電壓，充電后斷電靜置30s，再以
0.05C恒流放電至電池電容放電截止電壓Uo后，斷電靜置60s ；
[°03°] (3)將步驟(2)重復(fù)3次后靜置3min;
[0031](4)以0.1C恒流充電至第二階段充電截止電壓U2，充電后斷電靜置30s，再以0.1C恒流放電至電池電容放電截止電壓Uo后，斷電靜置60s;
[0032](5)將步驟(4)重復(fù)3次后靜置3min;
[0033](6)以0.1C恒流充電至第三階段充電截止電壓U3，充電后斷電靜置30s，再以0.1C電流放電至電池電容放電截止電壓Uo后，斷電靜置60s;
[0034](7)將步驟(6)重復(fù)3次后靜置3min;
[0035](8)以0.2C恒流充電至第四階段充電截止電壓U4，充電后斷電靜置30s，再以0.1C恒流放電至電池電容放電截止電壓Uo后，斷電靜置60s;
[0036](9)將步驟(8)重復(fù)3次后靜置3min;
[0037](10)以0.2C恒流充電至最終的充電截止電壓U5，充電后斷電靜置30s，再以0.2C恒流放電至電池電容放電截止電壓Uo后，斷電靜置60s;
[0038](11)重復(fù)步驟(10)1次后結(jié)束。
[0039]實(shí)施例2
[0040](1)將充放電截止電壓間電壓窗口 2.7V-4.2V平均分為Uo—山(2.7-3.0V) ,U1-U2(3.0-3.3V)、U2-U3(3.3-3.6V)、U3-U4(3.6-3.9V)和U4-U5(3.9-4.2V)五個(gè)階段；
[0041](2)以0.05C恒流充電至第一階段充電截止電壓，充電后斷電靜