一種鋰離子電池的化成方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋰離子電池的化成方法，包括以下步驟：（1）以0.04C～0.2C的電流恒流充電；（2）以0.2C～1.0C的電流恒流充電；（3）擱置；（4）以放電電流為0.2C～0.6C恒流放電至截止電壓；（5）擱置；（6）以0.5C～1.0C的電流恒流充電；（7）以0.04C～0.2C的電流恒流充電至截止電壓后轉為恒壓充電；（8）整個化成階段鋰離子電池內部始終保持-0.03MPa～0.01MPa的微真空狀態。本發明方法化成時在電池內部產生的氣體能夠及時排出，避免氣泡附著于負極片表面而造成電池容量偏低；杜絕了化成時電解液隨氣體溢出的現象，保證了電解液保有量達到工藝要求；在充電步驟后增加了放電步驟，制得電池的循環和倍率性能均有一定程度的提升。
【專利說明】一種鋰離子電池的化成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋰離子電池生產領域，尤其涉及一種鋰離子電池的化成方法。
【背景技術】
[0002]隨著傳統能源的日益枯竭以及環境污染的不斷加劇，綠色環保的鋰離子電池得到了人們的極大青睞，其在3C、交通、儲能、航空航天等領域獲得了廣泛的推廣應用，尤其以高能量密度鋰離子電池的需求最為迫切。鋰離子電池的容量發揮除與材料自身的電化學儲能屬性有關外，在化成階段的工藝控制也對其容量的發揮起著相當重要的作用，并且對其后期的循環性能、倍率性能等也產生不可忽略的影響。
[0003]鋰離子電池的化成即首次充電過程中，伴隨著電池電壓的不斷升高，駐留在負極片表面處的微量水、電解液中的痕量水以及氟化氫會在負極發生電化學還原反應，產生氫氣，隨著電壓的繼續升高，電解液有機溶劑如EC、PC、DMC等也會在負極處得到電子發生電化學還原反應，產生烷烴、烯烴類等各種氣體，為保證電芯內部氣壓與外界環境的平衡，目前行業內大多采取開口化成工藝，為了防止外界環境中的水分對電池電化學性能的不利影響，通常在化成過程中對電池注液口進行貼膜處理，采取這種做法雖然一定程度上抑制了水分的進入，但是化成過程中產生的氣體由于得不到充分的排出而聚集在電池內部，尤其以SEI膜形成階段電解液溶劑的還原反應產氣量最大，當該部分氣體的排出速率小于產氣速率時，則電池內部的氣體就會越積越多，此時電池的負極界面處由電極材料/電解液的固液兩相區變為電極材料/氣體/電解液的固液氣三相區，這種電極界面狀態對電池的化成極為不利，具體表現在以下方面:
[0004]首先，由正極活性材料脫嵌出來經由電解液并穿過隔膜游離過來的鋰離子由于受到氣體的阻礙作用而不能嵌入到負極石墨中去，其會與電解液溶劑的電化學還原反應產生的自由基進行各種復雜的鏈式反應生成有機鋰鹽，當氣泡消失后，這部分鋰鹽就會沉積在負極表面處形成白斑，其具有電化學惰性，即當對電池進行放電時白斑內的鋰離子不會再回遷入正極活性材料中，此時電池的放電容量就會變少，此外沉積在負極表面的白斑導鋰性能較差，使得電池的倍率、循環性能欠佳。
[0005]其次，本應嵌入到負極石墨中發生電化學反應的鋰離子由于氣體的阻礙使得負極產生了濃差極化，負極電位迅速下降，此時由無氣體阻隔區域游離過來的鋰離子會在負極發生電化學還原反應生成金屬鋰，金屬鋰的集聚產生了鋰枝晶，存在刺穿隔膜的安全隱患；同時負極表面生成的SEI膜不夠均勻致密。
[0006]最后，隨著化成深度的不斷加深，負極電位越來越低，同時生成大量高還原活性的LiC6, LiC6會與化成過程中產生的氣體發生化學反應而被部分消耗，使得電池的容量受到損失。
[0007]此外，化成過程中產生的氣體帶走了大量的電解液,外溢的電解液會腐蝕電池殼體及化成柜，影響電池外觀，縮短化成柜的使用周期。最重要的是電解液的溢出使得電池內實際存留注液量小于工藝值，電池性能將受到不利影響。[0008]中國專利申請號CN103094621A公開了一種鋰離子電池的化成方法，如:控制電池內部壓強在0.15MPa?2.0MPa，采用0.03C?0.1C的電流對其充入電池設計容量的30% _40%，然后控制電池內壓在-0.01?-0.1MPa，采用0.1C?0.5C電流充電，充入電量為設計容量的20% _30%，采取在化成初期使用正壓化成，化成后期采用負壓化成的方法對電池進行激活，但是這種在化成初期采取正壓的方法會使得電池內部極片與極片之間、極片與隔膜之間充斥著大量氣體，無法使它們之間保持最緊密狀態，擴大了鋰離子的擴散距離，增大其濃差極化的同時由于氣體的阻隔作用在負極表面形成了大量的電化學惰性白斑，影響了后期電池的電化學性能。中國專利申請號CN101908647A公開了一種按照電池設計容量的10%先進行常壓化成，再按照設計容量的60%進行負壓化成的鋰離子電池化成方法，這種方法還是不能有效地降低負極表面處的白斑，由于當充入容量為2%?3% SOC時，電池電壓已達到2.5V，此時電解液中的EC開始在碳負極表面發生還原分解，充入容量為5% SOC左右時，電壓達到3.0V，此時DMC、DEC開始在負極還原分解，有機溶劑的電化學還原反應產生了大量的氣體，氣體的不及時排出不僅阻礙了鋰離子很好地嵌入到石墨中去造成了極化，產生析鋰的風險，而且形成的白斑狀物質浪費了電池中有限的鋰離子，對電池的電性能產生了不利影響。
【發明內容】
[0009]本發明要解決的技術問題是提供一種鋰離子電池的化成方法。
[0010]為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:一種鋰離子電池的化成方法，包括以下步驟:
[0011](I)以0.04C?0.2C的電流恒流充電，充電容量為電池標稱容量的10% ；
[0012](2)以0.2C?1.0C的電流恒流充電，充電容量為電池標稱容量的60%?80% ;
[0013](3)擱置；
[0014](4)以放電電流為0.2C?0.6C恒流放電至截止電壓；
[0015](5)擱置；
[0016](6)以0.5C?1.0C的電流恒流充電，充電容量為電池標稱容量的70%?90% ;
[0017](7)以0.04C?0.2C的電流恒流充電至截止電壓后轉為恒壓充電，充電容量為電池標稱容量的10%?30% ;
[0018](8)整個化成階段鋰離子電池內部始終保持-0.03MPa?0.0lMPa的微真空狀態。
[0019]本發明的有益效果是:
[0020]1、化成時在電池內部產生的氣體能夠及時排出，避免氣泡附著于負極片表面而造成電池容量偏低；
[0021]2、杜絕了化成時電解液隨氣體溢出的現象，保證了電解液保有量達到工藝要求；
[0022]3、在充電步驟后增加了放電步驟，制得電池的循環和倍率性能均有一定程度的提升。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0024]圖1是本發明鋰離子電池的化成方法實施例與對比例的循環性能對比圖。【具體實施方式】
[0025]實施例1
[0026]以對12.5Ah磷酸鐵鋰鋰離子電池化成為例。具體包括如下步驟:
[0027](I)控制電池殼體內部壓強在-0.02MPa,以0.04C (500mA)的電流對其進行恒流充電150min (充入10%標稱容量)；
[0028](2)以0.2C (2500mA)的電流對其進行恒流充電240min (充入80 %標稱容量)，使得電池初始化成容量總共達到90% SOC ；
[0029](3)靜置 4min ；
[0030](4)以0.2C (2500mA)的電流對其進行恒流放電至2.0V ；
[0031](5)靜置 4min;
[0032](6)以0.5C (6250mA)的電流對其進行恒流充電108min (充入90%標稱容量)；
[0033](7)再以0.04C (500mA)的電流充電至3.65V后轉恒壓充電，待電流下降至
0.02C (250mA)時截止。
[0034]實施例2
[0035]以對20Ah磷酸鐵鋰鋰離子電池化成為例。具體包括如下步驟:
[0036](I)控制電池殼體內部壓強在-0.03MPa,以0.2C (4000mA)的電流對其進行恒流充電30min (充入10%標稱容量)；
[0037](2)以1.0C (20000mA)的電流對其進行恒流充電42min (充入70%標稱容量)，使得電池初始化成容量總共達到80% SOC ；
[0038](3)靜置 5min ；
[0039](4)以0.6C(12000mA)的電流對其進行恒流放電至2.0V ；
[0040](5)靜置 5min ；
[0041](6)以1.0C (20000mA)的電流對其進行恒流充電48min (充入80%標稱容量)；
[0042](7)再以0.2C (4000mA)的電流充電至3.65V后轉恒壓充電，待電流下降至
0.02C (400mA)時截止。
[0043]對比例
[0044]以12.5Ah磷酸鐵鋰鋰離子電池化成為例，先對其進行0.02C的恒流充電350min，再以0.2C的電流充電至3.65V截止后轉恒壓充電直到電流下降為0.02C結束，整個化成過程在常壓下進行。
[0045]表I兩種化成方法制備電池的放電平均容量對比
[0046]
【權利要求】
1.一種鋰離子電池的化成方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)以0.04C?0.2C的電流恒流充電，充電容量為電池標稱容量的10% ； (2)以0.2C?1.0C的電流恒流充電，充電容量為電池標稱容量的60%?80% ； (3)擱置； (4)以放電電流為0.2C?0.6C恒流放電至截止電壓； (5)擱置； (6)以0.5C?1.0C的電流恒流充電，充電容量為電池標稱容量的70%?90% ； (7)以0.04C?0.2C的電流恒流充電至截止電壓后轉為恒壓充電，充電容量為電池標稱容量的10%?30% ； (8)整個化成階段鋰離子電池內部始終保持-0.03MPa?0.0lMPa的微真空狀態。
【文檔編號】H01M10/44GK104037464SQ201410276476
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月19日 優先權日:2014年6月19日
【發明者】石陽, 張炎斌, 楊波 申請人:合肥國軒高科動力能源股份公司