一種高電壓鋰離子電池的化成方法、制備方法及電池的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于鋰離子電池技術領域,具體涉及一種高電壓鋰離子電池的化成方法、 制備方法及電池。
【背景技術】
[0002] 近年來,隨著各種便攜式電子設備、無線移動通訊設備和電動汽車的快速發展和 廣泛應用,人們對于高比能量、長壽命低成本的鋰離子電池需求顯得更加迫切,高電壓正極 材料也越來越受到研究者的關注。國家《節能與新能源汽車產業發展規劃2012-2020年》 指出,到2015年,動力電池模塊比能量將達到150Wh/Kg以上。雖然應用高電壓正極材料可 以大大提高電池的比能量,但是電池的循環性能和安全性能比較差。為了提高高電壓電池 的性能,大多數研究者研究正極材料的改性、電解液添加劑等方面,通過對材料性能進行物 理、化學方面的改進獲得較好的循環性能,如清華大學的專利(【申請號】CN201110258108. 7) 是采用在正極活性材料表面包覆磷酸鋁層提高循環性能,但是包覆非活性材料磷酸鋁,影 響電池容量的發揮;而通過對電解液添加劑的使用可以減少充電過程中電解液與高電壓正 極材料表面的分解,在正負極表面形成穩定的SEI膜,從而提高電池的容量和循環穩定性, 如南開大學的專利(【申請號】CN201010561063. 6)在電解液中添加二氟草酸鋰,但是卻增加 了電解液成本。
[0003] 鋰離子電池化成是生產過程中的重要工序,化成時在負極表面形成一層鈍化層, 即固體電解質界面膜(SEI膜),SEI膜的好壞直接影響到電池的循環壽命、穩定性、自放電 性、安全性等電化學性能。高電壓鋰離子電池(充電截止電壓>4. 5V)由于其電壓高,在充放 電過程中存在著副反應較多、產氣嚴重、容量衰減快、電池循環性能差等問題,遏制了高電 壓鋰離子電池的應用。化成工序對于提高高電壓鋰離子電池循環穩定性、儲存性能等更為 重要。目前,傳統的化成工藝采用小電流、限制充電時間的化成方法有助于SEI膜的形成, 從而改善鋰離子電池的性能。但是這對于高電壓鋰離子電池并不適用,長時間小電流會導 致過量的鋰離子參與形成SEI膜的化學反應,導致SEI膜生長厚度增加,電池內阻增大,且 長時間小電流高電壓下電解液分解嚴重,電池生產周期長。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的上述不足,提供了一種高電 壓鋰離子電池的化成方法、制備方法及電池,該化成方法使電池材料活化完全,電池產氣完 全。
[0005] 解決本發明技術問題所采用的技術方案是提供一種高電壓鋰離子電池的化成方 法,包括以下化成過程步驟:
[0006] (1)以第一電流Ii恒流對所述電池進行充電并以第一上限電壓仏限壓,再擱置 lOmin?3h,
[0007] 其中,L為0. 015C?0. 05C,&比所述電池的中值電壓低0. 15V?0. 5V,且&不 低于所述電池的最低放電截止電壓;
[0008] (2)以第二電流12恒流對所述電池進行充電并以第二上限電壓U2限壓,再以第二 上限電壓U2恒壓對所述電池進行充電并以第一上限電流13限流,再擱置lOmin?3h,
[0009] 其中,12為0. 05C?0. 15C,U2比所述電池的中值電壓高0.IV?0.隊且%不高 于所述電池的最高充電截止電壓,i3=o. 112 ;
[0010] (3)以第三電流14恒流對所述電池進行放電0. 5h?3h并以所述第一上限電壓Ui 限壓,再擱置lOmin?3h,
[0011]其中,14 為 0.05C?0.2C;
[0012] (4)以第四電流15恒流對所述電池進行充電并以第三上限電壓%限壓,再以第三 上限電壓%恒壓對所述電池進行充電并以第二上限電流1 6限流,再擱置5min?30min,再 以第四電流15恒流對所述電池進行放電并以第一下限電壓U4限壓,再擱置20min?3h,
[0013] 其中,15為〇. 2C?1C,U3為所述電池的最高充電截止電壓,I6=0.1I5,U4S所述電 池的最低放電截止電壓。
[0014] 優選的是,所述最高充電截止電壓為4. 5V?5. 5V。
[0015] 優選的是,所述電池的最低放電截止電壓為1. 5V?3. 5V。
[0016] 優選的是,所述化成過程的溫度為-10°c?25°C。
[0017] 優選的是,所述的高電壓鋰離子電池的正極材料為最高充電截止電壓不低于4. 5V 的正極材料。
[0018] 優選的是,所述的高電壓鋰離子電池的負極材料包括石墨、硬碳、軟碳、硅基材料、 錫基材料、Ni/C合金材料,Al/Sb合金材料中的任意一種。
[0019] 更優選的是,所述石墨為人造石墨或天然石墨。
[0020] 更優選的是,所述硅基材料為Si/C復合材料,SiOx/C復合材料,SiOx材料中的一 種,其中,0〈X〈2。
[0021] 更優選的是,所述錫基材料為Sn/C復合材料,SnOy/C復合材料,SnOy材料中的一 種,其中,〇〈y〈2。
[0022] 本發明還提供一種高電壓鋰離子電池的制備方法,包括上述的高電壓鋰離子電池 的化成方法。
[0023] 本發明還提供一種高電壓鋰離子電池,其由上述的方法得到。
[0024] 本發明中的高電壓鋰離子電池的化成方法中通過對電池化成過程中的電流、電 壓、擱置時間、溫度的控制,各階段充放電,使電池材料活化完全,提高電池的容量,同時運 用了小電流充放電以及大電流充放電,從而使得電池產氣完全,避免了成品電池在使用過 程中再產氣、氣脹,形成了穩定的、致密的SEI膜,且降低SEI膜的阻抗,提高了高電壓鋰離 子電池的循環性能、儲存性能,延長高電壓鋰離子電池循環壽命,操作簡單,易于工業化應 用,提高了高電壓鋰離子電池的生產效率。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發明實施例1中的高電壓鋰離子電池化成、分容后的放電循環性能曲線 圖。
【具體實施方式】
[0026] 為使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案,下面結合附圖和具體實施方 式對本發明作進一步詳細描述。
[0027] 實施例1
[0028] 本實施例以LiNia5Mni.504為正極材料,將正極材料LiNia5Mni.504、導電劑乙炔黑、 粘接劑聚偏氟乙烯(PVDF)按照質量比93 :2 :5比例配料,制作正極片;以人造石墨為負極 材料,將負極材料人造石墨、導電劑乙炔黑、水性粘接劑LA132按照質量比94. 5 :1 :4. 5比 例配料,制作負極片;將上述正、負極片組裝到同一個電池中,設計電池的容量為lAh,其中 值電壓為4. 5V,得到高電壓鋰離子電池,即尖晶石鎳錳酸鋰電池。
[0029] 本實施例提供一種尖晶石鎳錳酸鋰電池化成方法,包括以下化成過程步驟:
[0030]