專利名稱：鋰離子電池化成處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池化成處理方法，此方法也可用于舊電池的修復(fù)處理。
背景技術(shù)：
鋰離子電池具有高能量密度、高輸出電壓、高輸出功率、快速充放電以及綠色低公害等優(yōu)點(diǎn)，隨著綠色能源的普及，鋰離子電池的應(yīng)用范圍越來越廣泛，但其安全性問題一直阻礙著它的發(fā)展。鋰離子電池在使用前都必須進(jìn)行化成，以便激活電池正負(fù)極的活性物質(zhì)， 從而使電池達(dá)到充放電的最佳狀態(tài)。鋰離子電池的化成步驟是制造電池的重要階段，化成關(guān)系到電池的容量高低、循環(huán)壽命長短、安全性能等多方面的品質(zhì)。化成是指對(duì)電池?cái)?shù)次充放電的過程?，F(xiàn)有技術(shù)的電池化成方法將注液浸潤后的電池用0. 0廣0. 2倍率電流恒流充電0. 2飛小時(shí)，再以0. 2^3倍率電流恒流充電至3. 65、. 5伏后，再讓電池進(jìn)入恒壓充電階段，電壓保持在3. 65、. 5伏之間，待充電電流減小到0. 00Γ0. 02倍率時(shí)，即停止充電。隨后對(duì)電池進(jìn)行0. 0廣0. 5倍率恒流放電，放電截止電壓為2. (Γ2. 75伏，然后再用上述的充電方法再對(duì)電池進(jìn)行充電。讓電池以滿電狀態(tài)擱置，擱置時(shí)間為廣14天，隨后用恒定電流對(duì)電池進(jìn)行放電，電流為0. Γ1倍率，放電截止電壓為2. (Γ2. 75伏，最后用0. Γ1倍率電流對(duì)電池進(jìn)行補(bǔ)充電，充電容量為25飛0%的額定容量，整個(gè)工藝處理過程完成。采用上述化成方法處理形成的電極表面的SEI (Solid Electrolyte hterface)膜不夠均勻、致密，電池低電壓擱置時(shí)電池容易短路，安全性能低，同時(shí)化成不夠徹底，正極的容量有較大的浪費(fèi)， 而且生產(chǎn)多個(gè)電池時(shí)需要在不同化成通道中進(jìn)行化成，差異化較大，化成時(shí)間長，生產(chǎn)效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池處理方法，針對(duì)正負(fù)極的不同特點(diǎn)分別選擇不同的化成條件，使負(fù)極表面形成的SEI模較現(xiàn)有技術(shù)更均勻致密，提高電池的安全性能， 使正負(fù)極都達(dá)到最佳化成效果，提高電池的容量性能，并利用串聯(lián)技術(shù)對(duì)多個(gè)電池同時(shí)化成，提高電池一致性以及生產(chǎn)產(chǎn)能。本發(fā)明的另一目的是對(duì)循環(huán)性能較差的舊電池進(jìn)行修復(fù)，提高電池容量，改善循環(huán)性能。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種鋰離子電池化成處理方法，其特征在于，具體包括以下步驟電池注液后靜置8小時(shí)以上，先對(duì)電池進(jìn)行小電流低電位循環(huán)充放化成；再以小電流充電至50 90%荷電態(tài)后，在40 50°C下靜置M小時(shí)以上；再對(duì)電池進(jìn)行大電流中電位循環(huán)充放化成，利用大電流充放電時(shí)產(chǎn)生的熱量使電池內(nèi)部升溫至35 45°C后，再對(duì)電池進(jìn)行小電流高電位循環(huán)充放化成，最后對(duì)電池進(jìn)行中電流100%深度循環(huán)充放化成。其中，所述的小電流為0. 01 0. 2倍率，中電流為0. 5 1倍率，大電流為1 10 倍率；所述的低電位為O 30%荷電態(tài)，中電位為10 90%荷電態(tài)，高電位為80 100%荷電態(tài)；所述的電池為單個(gè)電池或兩個(gè)以上電池的串聯(lián)組合。下面結(jié)合鋰電池制造相關(guān)原理對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的特征和優(yōu)點(diǎn)做進(jìn)一步的說明
鋰離子二次電池的負(fù)極材料一般是以人造石墨、天然石墨、碳微球等為代表的碳材料， 在充放電過程中鋰和電解液中的溶劑，特別是高溫下會(huì)共插入，導(dǎo)致容量損失，內(nèi)阻增大， 形成的SEI膜不夠致密和穩(wěn)定，在放電過程中容易脫落，負(fù)極在后繼的充放電過程中會(huì)重新形成新的SEI膜，從而消耗活性鋰離子，導(dǎo)致容量的進(jìn)一步損失，如此往復(fù)，影響電池的容量性能、循環(huán)性能、倍率性能和安全性能。因此本發(fā)明選擇在負(fù)極適宜的化成溫度-20 300C (低溫)下先對(duì)負(fù)極進(jìn)行小電流化成，其中小電流可以避免引起電池溫升，使形成的SEI 膜較現(xiàn)有技術(shù)更薄、更均勻致密。本發(fā)明中在小電流充電至50 90%荷電態(tài)，將電池轉(zhuǎn)入40 50°C擱置M小時(shí)以上，有助于將上述充放電循環(huán)過程中形成的SEI膜更加致密、穩(wěn)定，有效增強(qiáng)了電極表面的穩(wěn)定性，從而提高電池的安全性能。鋰離子二次電池的正極材料一般是鈷酸鋰、磷酸鹽鋰、錳酸鋰及二元、三元鋰材料，這些正極材料的共同特點(diǎn)是，在低溫充放電時(shí)存在自發(fā)極化較大、內(nèi)阻較大，不能深度充放電，因而形成對(duì)電池的容量損失，本方法利用大電流引起的電池溫升使電池在正極適宜的化成溫度25 45°C下(較高溫度)下對(duì)正極進(jìn)行小電流化成，使電池的自發(fā)極化小、電阻較低，此時(shí)電池的正極鋰能充分參與化成，能夠盡可能地提高電池的容量。本發(fā)明中用大電流充放電時(shí)產(chǎn)生的熱量促使電池溫升，其原理是
Δ T =I2Rt /MC,(式中Δ Τ:溫升，I 電流，R 內(nèi)阻，t 時(shí)間，Μ:電池質(zhì)量，C:電池平均比容，)式中MC均為定值，I越大，溫升就越大，其中電池的內(nèi)部溫度可用紅外熱像儀進(jìn)行監(jiān)控，電池的外部溫度可用熱電偶進(jìn)行測(cè)試。本發(fā)明對(duì)1只鋰電池采用單個(gè)化成，對(duì)2只以上的鋰電池采用串聯(lián)形成電池組合的方法進(jìn)行化成，根據(jù)化成設(shè)備的能力，施加在串聯(lián)電池組合兩端的電壓為不大于5. 0*Ν 伏，其中N為串聯(lián)電池的個(gè)數(shù)，維持每個(gè)電池兩端的正常充放電電壓，能夠保證化成的正常進(jìn)行。串聯(lián)電池充放電化成時(shí)Q=It (式中Q:容量Ah，I :電流A，t:充放電時(shí)間h)，串聯(lián)的特性保證了電池組合中各個(gè)電池化成條件的一致性，即電流I和時(shí)間t的一致性，從而保證了化成效果的一致性，避免了傳統(tǒng)方法中不同化成通道差異所導(dǎo)致的電池化成差異。而且利用多個(gè)電池串聯(lián)同時(shí)化成，可以有效的提高化成效率，提高產(chǎn)能。另外本發(fā)明還可用于舊電池的修復(fù)。采用本方法，將循環(huán)性能較差的電池進(jìn)行修復(fù)，可以有效提高容量，并改善循環(huán)性能。由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)
1.本發(fā)明通過對(duì)電池進(jìn)行了低溫環(huán)境條件下循環(huán)處理，并在一定溫度下擱置，使電池負(fù)極表面SEI膜更薄、更致密、更穩(wěn)定，有效地增強(qiáng)了電極表面的穩(wěn)定，從而提高鋰離子電池的容量性能、循環(huán)性能、倍率性能和安全性能。2.本發(fā)明形成的負(fù)極SEI膜更薄，充分節(jié)約了正極鋰，同時(shí)本發(fā)明通過對(duì)電池進(jìn)行了大電流循環(huán)時(shí)產(chǎn)生的熱量促使電池溫升，使電池正極材料中的鋰充分參與化成，充分發(fā)揮了電池正極的容量，從面提高了鋰離子電池的容量性能。3.本發(fā)明對(duì)多個(gè)電池采用串聯(lián)技術(shù)進(jìn)行化成，提高了電池性能的一致性，而且工
4藝過程簡單，容易控制，成本低，效率高，能夠有效地提高生產(chǎn)產(chǎn)能，節(jié)省設(shè)備投入及維護(hù)成本。具體實(shí)現(xiàn)方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述 實(shí)施例
取50顆新注液的圓柱18650倍率型磷酸亞鐵鋰電池，
1.對(duì)電池靜置12小時(shí)；
2.在室溫下，先對(duì)鋰離子電池進(jìn)行用小電流在荷電0 30%間循環(huán)充放電3次，充放電倍率為0. OlC ；
3.再對(duì)鋰離子電池進(jìn)行小電流充電到60%荷電態(tài)后，在45°C環(huán)境下靜置48小時(shí)；
4.在室溫下，再對(duì)鋰離子電池進(jìn)行用大電流在荷電20 85%間快速循環(huán)充放電3次， 直至電池內(nèi)部溫度達(dá)到30-45 °C，充放電倍率為5C ；
5.再對(duì)鋰離子電池進(jìn)行用小電流在荷電85 100%間充放電循環(huán)3次，充放電倍率為 0. 2C ；
6.最后鋰離子電池進(jìn)行用中電流在深度荷電0 100%間循環(huán)充放電3次，充放電倍率為IC0對(duì)比例
同樣取50顆新注液的圓柱18650倍率型磷酸亞鐵鋰電池用現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行化成處理
1.將電池用0.OlC之間的小電流恒流充電，充電時(shí)間為5小時(shí)；
2.再以0.2倍率的電流恒流充電，充電電壓為3. 7伏后，再讓電池進(jìn)入恒壓充電階段， 待充電電流減小到0. 02C時(shí)，即停止充電；
3.隨后對(duì)電池進(jìn)行恒流放電，電流為0.5C，放電截止電壓為2. 0伏；
4.然后再用上述的充電方法再對(duì)電池進(jìn)行充電；
5.讓電池以滿電狀態(tài)擱置，擱置時(shí)間為14天；
6.最后用恒定電流對(duì)電池進(jìn)行放電，電流為1倍率，放電截止電壓為2.0伏。 上述實(shí)施例的測(cè)試結(jié)果見表1 表權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池化成處理方法，其特征在于，具體包括以下步驟電池注液后靜置8 小時(shí)以上，先對(duì)電池進(jìn)行小電流低電位循環(huán)充放化成；再以小電流充電至50 90%荷電態(tài)后，在40 50°C下靜置M小時(shí)以上；再對(duì)電池進(jìn)行大電流中電位循環(huán)充放化成，利用大電流充放電時(shí)產(chǎn)生的熱量使電池內(nèi)部升溫至35 45°C后，再對(duì)電池進(jìn)行小電流高電位循環(huán)充放化成，最后對(duì)電池進(jìn)行中電流100%深度循環(huán)充放化成；其中，所述電池為單個(gè)電池或兩個(gè)以上電池的串聯(lián)組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池化成方法，其特征在于所述的小電流為0.01 0. 2倍率，中電流為0.5 1倍率，大電流為1 10倍率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池化成方法，其特征在于所述的低電位為0 30%荷電態(tài)，中電位為10 90%荷電態(tài)，高電位為80 100%荷電態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池化成方法，具體包括以下步驟電池注液后靜置8小時(shí)以上，先對(duì)電池進(jìn)行小電流低電位循環(huán)充放化成；再以小電流充電至50～90%荷電態(tài)后，在40～50℃下靜置24小時(shí)以上；再對(duì)電池進(jìn)行大電流中電位循環(huán)充放化成，利用大電流充放電時(shí)產(chǎn)生的熱量使電池內(nèi)部升溫至35～45℃后，再對(duì)電池進(jìn)行小電流高電位循環(huán)充放化成，最后對(duì)電池進(jìn)行中電流100%深度循環(huán)充放化成；其中，所述電池為單個(gè)電池或兩個(gè)以上電池的串聯(lián)組合。本發(fā)明針對(duì)正負(fù)極的不同特點(diǎn)分別選擇不同的化成條件，使SEI模更均勻致密，提高電池的安全性能，正負(fù)極達(dá)到最佳化成效果，提高電池的容量性能，并利用串聯(lián)技術(shù)提高一致性，有效地提高產(chǎn)能。
文檔編號(hào)H01M10/058GK102208685SQ20111011341
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月4日
發(fā)明者尤志宏, 李紅, 耿則先, 董明 申請(qǐng)人:恒正科技(蘇州)有限公司