一種三元體系電池電容的化成方法
【技術領域】
[0001 ]本發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】
[0002]三元體系電池電容，其正極主要活性物質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、高比能的特性已經逐漸進入鋰離子電池的市場中。NCM材料中Ni的存在可以提高材料的容量，Co能夠有效的穩定材料的層狀結構，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具有層狀結構，NCA則比較接近811型的NCM結構。
[0003]現階段磷酸鐵鋰技術的單體電池比能量僅100-120Wh/kg，組合成電池包后，電池系統能量密度還不到90Wh/kg，而三元材料電池技術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，而超級電容器的壽命可以達到百萬次。鋰離子電池正極材料與活性炭復合形成的電池電容體系能夠結合電池和電容器兩方面的優勢，已經成為目前國內外研究的趨勢。
[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，但是在產品的測試及使用中會產生脹氣現象而影響到電池產品的使用壽命和使用安全性。
【發明內容】
[0005]為解決上述問題，本發明公開了一種三元體系電池電容的化成方法，通過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進行的更加完全，化成時在器件內部的產生的氣體能夠得以充分的排出，使電池電容的性能更加穩定充分的發揮。
[0006]本發明公開的三元體系電池電容的化成方法，化成方法為對電池電容采用恒電流多步重復充放電，恒電流多步重復充放電為: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間)劃分為包括Uo-山、U1-U2、U2-U3、U3-U4、U4-U5的5個電壓區間，并對應所述5個電壓區間設置5個區間充放電步驟并按照電壓遞增的順序實施，每一個區間充放電步驟均包括對電池電容依次進行恒流充電至該區間截止電壓(最高值)、斷電靜置tl和恒流放電，其中每一次恒流放電時電壓均降低至Uo;
[0007]同一電壓區間內實施的區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]不同電壓區間內實施的區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，通過將電壓窗口劃分為5個階梯梯度，以最大限度的消除電池電容中的副反應，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始進行充電，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在陽極表面穩定地形成保護膜層，同時具有良好的容量保持率，并且避免使用壽命內出現脹氣而影響到正常使用。同時設定11 <t2<t3,可以使得不可逆反應充分進行，充分釋放反應氣體，電極材料結構更為穩定的同時，又可以避免過度反應而降低電極活性。
[0010]本方案中每一次區間充放電步驟中的恒流放電工序都會放電至最低截止電壓，促進不可逆過程在化成階段進行，促進SEI膜的形成，使電極材料內部結構更加穩定，進而電池電容的循環穩定性更高。
[0011]本發明公開的三元體系電池電容的化成方法的一種改進，恒電流多步重復充放電中同一區間內的區間充放電步驟至少重復2次再進行下一區間的區間充放電步驟。本方案通過在同一區間內進行多次重復區間充放電步驟，使不可逆過程在化成階段進行完畢，促進SEI膜的形成，可以使得陽極的結構更為穩定，陽極保護層的性能更為穩定，同時鋰離子在陰極的嵌合更為穩定，從而保證了電池電容的使用壽命。
[0012]本發明公開的三元體系電池電容的化成方法的一種改進，每一個區間充放電步驟中恒流放電均為放電至電壓Uo。
[0013]本發明公開的三元體系電池電容的化成方法的一種改進，11為30-60s。
[0014]本發明公開的三元體系電池電容的化成方法的一種改進，t2為60-90s。
[0015]本發明公開的三元體系電池電容的化成方法的一種改進，t3為120-240S。
[0016]本發明公開的三元體系電池電容的化成方法的一種改進，電池電容的充放電截止電壓間電壓窗口為2.7-4.2V。
[0017]本發明公開的三元體系電池電容的化成方法的一種改進，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]本發明公開的三元體系電池電容的化成方法，操作性好，化成效率高，電池的質量和使用壽命均具有較大的改善。
【具體實施方式】
[0019]下面結合【具體實施方式】，進一步闡明本發明，應理解下述【具體實施方式】僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。
[0020]本發明方案的實施，其產品均為以包括而不限于現有技術中鋰電池電容，以下對部分鋰電池進行舉例，但不作為對本發明實施方案以及應用范圍的限定。
[0021]鋰電池1
[0022]本例中鋰電池包括正極活性物質為磷酸鐵鋰，分散劑為NMP;負極活性物質為石墨，分散劑為水。電解液主要成分為EC、DEC和LiPF6。隔膜材質為聚丙烯和聚乙烯樹脂的復合膜。
[0023]鋰電池2
[0024]本例中鋰電池包括正極活性物質為錳酸鋰，極片面密度為440g/m2，負極為人造石墨，極片面密度為150g/m2，隔膜為UBE40。
[0025]實施例1
[0026]本實施中，對鋰電池采用恒電流多步重復充放電，恒電流多步重復充放電為: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個電壓區間，并對應所述5個電壓區間設置5個區間充放電步驟并按照電壓遞增的順序實施，每一個區間充放電步驟均包括對電池電容依次進行恒流充電至該區間截止電壓、斷電靜置tl和恒流放電；同一電壓區間內實施的區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;不同電壓區間內實施的區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)重復步驟(10)1次后結束。
[0039]實施例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