一種圓柱型鋰離子二次電池化成的方法

2023-06-26 07:33:26

專利名稱：一種圓柱型鋰離子二次電池化成的方法
技術領域：
本發明涉及一種電池的化成方法，具體地說，本發明是關於一種圓柱型鋰離子二 次電池的化成方法。
背景技術：
電池在使用之前必須進行化成，以便激活電池的正、負極活性物質，從而使電池達 到使用的最佳狀態，鋰離子二次充電電池的化成是製作電池的重要階段，化成關係到電池 的容量高低、循環壽命性能、安全性能方面等多方面的品質。電池的化成是首次對電池進行充電的過程。現有的鋰離子二次電池化成的形式一 般有二種，開口式化成和閉口式化成。開口式化成是注完液未能直接封口的情況進行電池 化成後再封口，但是開口式化成會帶來一些問題，如化成時產生氣體會在排放時夾帶電解 液外溢，電解液損失，還會影響外觀的美觀。另一原因，開口式化成電池時，電池內部與空氣 的水份接觸，致使水份滲透進電池內部，相應地水份含量將增加，消耗電池中的活性物質使 電池容量下降，電池循環壽命性能差，甚至會發生爆炸，若產品流入市場後發生爆炸將後果 不堪設想。為了克服這一問題，採用閉口式化成是電池注液後直接封口，靜置後對電池進行 化成。但是閉口式化成也會帶來一些問題，在化成的過程中會產生氣體，至使電池發鼓、變 形，甚至會使電池發生爆炸。

發明內容
本發明的目的是克服現有化成方法致使圓柱型鋰離子二次電池的化成氣脹問題 的缺點，提供有效地減輕化成過程中的電池氣脹問題鋰離子二次電池化成方法。為達到上述目的，本發明是這樣實現的一種圓柱型鋰離子二次電池的化成方法，該方法包括在化成溫度下對電池充電， 所述充電包括對電池恆流充電和恆流恆壓充電，其特徵在於在所述恆流充電，至少包括兩 個階段的恆流充電，完成恆流充電後，再進行恆流恆壓充電。具體地說，該方法在化成溫度下對電池進行充電，所述充電是指對電池進行恆流 充電和恆流恆壓充電，其中恆流充電時間為Tl，然後再用恆流電流充電時間為T2(T1指的 是電池進行充電時候所用的時間，以恆定的電流對電池進行充電，電流不變，電壓升高，直 至電池充至一定程度的總時間，Τ2指的是電池端子間的電壓維持在恆定值充電直至電流值 為0. 03-0. OlC時段所用的時間總和)，最後用恆流恆壓充電至電壓為VI，截止充電時的電 流為0. 03-0. IOC0採用本發明的電池化成方法製得的鋰離子二次電池得到均勻和穩定的 SEI膜，並且電池的容量維持率高，電池具有良好的循環性能。本發明的化成方法能夠有效控制化成過程中存在的極化問題，將減少化成過程中 的析氣量，有效輕化化成過程中電池的氣脹問題，因此，本發明的化成方法還能夠使鋰離子 在化成中分解而消耗的電解液量減少，此外，本發明的化成方法還利於在電極表面形成均 勻穩定的SEI膜，從而提高電池容量的維持率，並改善了電池循環壽命性能，延長鋰離子電池的壽命。本發明所述的方法為在鋰離子二次電池化成溫度下，對電池進行充電，所述充 電包括依次對電池恆流充電、恆流充電和恆流恆壓充電，所述恆流恆壓充電包括恆流充 電和恆壓充電，其中，所述恆流恆壓充電的方法是先恆流充電至電壓3. 60-3. 70V，優選 為3. 65V，所述恆流恆壓充電過程中，先恆流充電直電壓3. 65V後，再用恆壓充電3. 65V 電壓進行充電，電流減小直0. 02-0. IOC停止充電，所述恆流恆壓充電的充電電流截止 為0. 02-0. IOC (恆流電充的電流是以電池標稱容量大小確定的，例如電池標稱容量為 3000mAh定義為1C，1500mAh則為0. 5C，以此類推得出)，優選為0. 03C。在恆流恆壓充電過 程中，特別是在先對電池小電流充電後再將電池進行0. 02-2C充電，優選為0. 02-0. 3C，電 池氣脹問題也得到明顯的改善，電池的容量維持率有顯注的提高，電池的循環性能也得到 提尚。所述的恆流恆壓充電之前，還具有擱置時間，擱置時間為5-30分鐘。另外，前面所述的電壓3. 65V是針對所有型號的電池，所述電池指的是同一種材 料磷酸亞鐵鋰LiFePCM所做的電池。在所述恆流充電過程中，各恆流充電階段充電的電流可以相同也可以不同，本發 明採用的是不同階段用不同的電流，在恆流充電的各階段採用不同的電流充電能夠動態 動的控制化成過程中的電流強度，使得SEI膜在各個形成階段都在最合適的充電電流下充 電，形成的SEI也比較均一穩定；同時在不同階段有效控制化成過程存在的極化問題，減少 化成過程中的析氣量，有效地減輕化成過程中電池的氣脹問題。同時在各個化成階段脫嵌 鋰離子的反應不同，形成的濃差極化也不同，針對不同的濃差極化情況，採用不同的充電電 流，可以有效的減小化成過程中形成的濃差極化，因此，在優選情況下，各恆流充電階段的 充電電流不同。本發明中，由於調節電流的需要，第一階段恆流充電與第二階段恆流充電之間還 包括靜置時間，靜置時間對化成的效果沒有影響，可以根據需要進行調整，一般來說，靜置 的時間為1-10分鐘。所述的電池化成溫度為20-40°C，優選為30-40°C。此外，一般來說，在 充電前，為了使電解液能將電極活性物質充分潤溼，有效地利用活性材料；在充電完成後， 為了使化成階段所形成的SEI膜更加均勻穩定，還包括對電池的老化，所述老化的溫度為 45士5°C，老化時間為36-72小時。


圖1為本發明實施製得產品的容量保持率與放電曲線圖。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明具體實施做詳細的描述。實施例1該實例說明本發明提供一種圓柱型鋰離子的二次電池的化成方法1、電池的製備(1)正極的製備將143克正極活性成分LiFeP04、6. 4克導電劑SP、9. 55克粘結劑聚偏二氟乙烯PVDF.262克N-甲基吡咯烷酮混合，然後在真空攪拌機中攪拌形成均勻的正極漿料。將該漿料均勻塗在18um鋁箔上，然後在120°C烘乾、輥壓、分條裁剪製得尺寸為 1540X55X0. 167mm的正極，其中含有26. 4克活性成分LiFeP04。(2)負極的製備將53. 2克活性成分天然石墨、1. 48克乙炔黑、1. 77克導電劑SP、2. 65克粘結劑聚 偏二氟乙烯PVDF、64. 5克N-甲基吡咯酮、0. 04克添加劑草酸混合，然後在真空攪拌機中攪 拌形成均勻的負極漿料。將該漿料均勻塗在IOum銅箔上，然後在110°C烘乾、輥壓、分條裁剪製得尺寸為 1576X57X0. 82mm的負極，其中含有9. 9克活性成分天然石墨。(3)電解液的製備將LiPF6按1摩爾/升的濃度溶解在EC/DMC =1:1的混合溶劑中形成非水電解液。(4)電池的裝配將上述製得的正極、負極用20um聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層隔膜紙卷繞形成一 個圓柱型鋰離子的電芯，將該電芯裝入規格26系列的鋼殼中，經焊接、烘烤、冷卻後，在手 套中在除溼氮氣環境中手動注入上述電解液20. 5克電池鋼中，在真空封口製得電池，在室 溫下靜置24小時，以達到電解液充分浸潤電芯中的活性物質的目的，使化成過程中形成的 SEI膜均勻、穩定，隨後準備化成。2、電池的化成(1)將電池放置化成柜上，在25°C下，以0. 05C的電流進行恆流充電，直至充電時 間為120分鐘。(2)將上述電池繼續進行恆流充電，以0. 2C的電流進行恆流充電，直至充電時間 為240分鐘停止。(3)將上1、2步電池繼續進行恆流恆壓充電，以0. 2C的電流進行恆流充電，充至電 壓3. 65V後，再用恆壓進行充電，以3. 65V電壓進行恆壓充電，直至截止電流0. 03C停止充 電，整個化成過程結束。3、電池的高溫老化將經過化成後的電池在45°C下靜置3天，得到電池Al。對比例1按照實施例1所述的方法製備一種圓柱型鋰離子二次電池，不同的是化成方法 為，在25°C條件下，用0. 05C的電流進行恆流充電，直至充電時間為600分鐘停止充電，整個 化成過程結束，經45°C高溫老化3天得到電池CA1。實施例2按照實施例1所述的方法製備一種圓柱型鋰離子二次電池，不同的是化成方法， 在25°C條件下，用0. 05C的電流進行恆流充電，直至充電時間為180分鐘停止充電，再以 0. 3C電流恆流充電，直至充電時間為120分鐘停止充電，最後用恆流恆壓充電，先以0. 3C電 流恆流進行充電至電壓3. 65V，停止，再以3. 65V電壓進行恆壓充電，截止電流0. 03C停止充 電，整個化成結束，經45 °C高溫老化3天得到電池A2。測試試驗
5
將實施例1、2得到化成後的圓柱型鋰離子電池Al和A2，對此電池進行循環性能測
試ο在室溫條件下，將電池Al和A2分別以1500mAh電流充直電壓3. 65V，在電壓升至 3. 65V後恆壓充電，截止電流為0. 03C，擱置5分鐘，再以1500mAh的電流恆流放電至電壓 2. 5V，擱置10分鐘，記錄電池的首次放電容量。重複以上步驟500次，得到500次循環後的 容量，由此下式計算循環前後的容理保持率容量保持率=(循環500次後放電容量/首次放電容量)X 100%,測得結果如下表1、表2所示。按照測試試驗所述的方法，將對比例1所製得化成後的圓柱型鋰離子的二次電池 CA1，進行循環性能的測試，經500次循環後的容量保持率如下表1和圖1所示。表1、
實施例編號實施例1對比例1實施例2電池編號AlCAlA2首次放電容量(毫安時)29902989299310次循環容量保持率(% )99. 898. 899. 550次循環容量保持率(% )98. 897. 498. 6100次循環容量保持率(％ )98. 896. 698. 7150次循環容量保持率(％ )98. 096. 298. 1200次循環容量保持率(％ )98. 395. 998. 0300次循環容量保持率(％ )96. 994. 997. 6400次循環容量保持率(％ )96. 093. 596. 1500次循環容量保持率(％ )95. 391. 395. 1 從上表1、圖1可以看出，採用本發明提供的方法得到的電池Al和A2，與對照實例 對比實例1的方法得到的電池的循環性能相比，採用本發明提供的方法循環性能得大很大 的提高，說明採用本發明的電池化成方法可以明顯有利於SEI膜的形成條件，有利於形成 均勻和穩定的SEI膜，並且電池的容量維持率高，電池具有良好的循環性能。並從整個實驗 過程沒有發現氣鼓現象發生，從而進一說明本發明方法電池氣鼓現象也得到一定的改善。
權利要求
一種圓柱型鋰離子二次電池的化成方法，該方法包括在化成溫度下對電池充電，所述充電包括對電池恆流充電和恆流恆壓充電，其特徵在於在所述恆流充電，至少包括兩個階段的恆流充電，完成恆流充電後，再進行恆流恆壓充電。
2.如權利要求1所述的圓柱型鋰離子二次電池的化成方法，其特徵在於該方法包括兩 個階段的恆流充電，第一次恆流充電到Tl停止充電，再進行第二次恆流充電，第二次恆流 充電至Τ2停止，再進行恆流恆壓充電，截至充電時的電流為0. 03-0. IOC0
3.如權利要求1所述的圓柱型鋰離子二次電池的化成方法，其特徵在於所述恆流恆壓 充電電壓為3. 60-3. 70V，所述的恆流恆壓充電的充電電流為0. 03-0. 05C ；所述恆流恆壓充 電過程中，先恆流充電達到電壓3. 60-3. 70V後，再用所述恆流充電達到的電壓進行恆壓充 電，直至電流減小到0. 03-0. IOC停止充電。
4.如權利要求1所述的圓柱型鋰離子二次電池的化成方法，其特徵在於所述的電池化 成溫度為20-40°C。
5.如權利要求2所述的圓柱型鋰離子二次電池的化成方法，其特徵在於所述的恆流充 電時間Tl為120min，所述的恆流充電時間T2為240min，恆流恆壓充電時間T3為60min。
6.如權利要求1所述的圓柱型鋰離子二次電池的化成方法，其特徵在於所述的恆流充 電過程中每個階段間隔時間為靜置時間，靜置時間為1-10分鐘。
7.如權利要求1所述的圓柱型鋰離子二次電池的化成方法，其特徵在於所述的恆流恆 壓充電之前，還具有擱置時間，擱置時間為5-30分鐘。
8.如權利要求1所述的圓柱型鋰離子二次電池的化成方法，其特徵在於該方法還包括 有電池的老化，所述老化的溫度為45士5°C，老化時間為36-72小時。
全文摘要
本發明是一種圓柱型鋰離子二次電池的化成方法，該方法包括在化成溫度下對電池充電，所述充電包括對電池恆流充電和恆流恆壓充電，所述恆流充電，至少包括兩個階段的恆流充電，完成恆流充電後，再進行恆流恆壓充電。本發明減少化成過程中的析氣量，有效輕化化成過程中電池的氣脹問題，此外，本發明的化成方法還利於在電極表面形成均勻穩定的SEI膜，從而提高電池容量的維持率，並改善了電池循環壽命性能，延長鋰離子電池的壽命。
文檔編號H01M10/058GK101950815SQ20101026716
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月23日 優先權日2010年8月23日
發明者莊志光 申請人:八葉(廈門)新能源科技有限公司