專利名稱：鋰離子電池活化方法
鋰離子電池活化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池活化方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池作為現(xiàn)在最流行和最主流的電池產(chǎn)品，已經(jīng)被社會(huì)大眾廣泛接受。無(wú)論是在小型耳機(jī)、手機(jī)、UPS、電動(dòng)工具等流域，還是在大型電動(dòng)車等流域，鋰離子電池正在發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。鋰離子電池的產(chǎn)品種類和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來(lái)越多樣化，尤其是在大型電動(dòng)車等產(chǎn)品流域，其結(jié)構(gòu)是“百花齊放，百家爭(zhēng)鳴”。為了滿足電動(dòng)車等流域的大倍率、低內(nèi)阻要求，電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)就要求導(dǎo)流體極耳要盡量多，不能局限于原始的一個(gè)極耳結(jié)構(gòu)。極耳與箔材焊接位置，要用絕緣高溫膠紙包住，以免此處引起電池短路。當(dāng)對(duì)鋰電池進(jìn)行充電時(shí)，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極，當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)，嵌在負(fù)極的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回正極。在對(duì)鋰電池活化的時(shí)候，負(fù)極的膠紙上會(huì)有鋰析出，鋰的析出不僅會(huì)消耗電解液，導(dǎo)致電池因電解液減少性能惡化，同時(shí)鋰的析出會(huì)形成枝晶刺破隔膜，導(dǎo)致正負(fù)極短路引發(fā)安全危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種可避免活化后析鋰的鋰離子電池的活化方法。一種鋰離子電池活化方法，包括以下步驟步驟一、恒流充電階段，電流范圍為
O.02 O.1C A， 充電時(shí)間為1. 5小時(shí) 3小時(shí)；步驟二、恒流恒壓充電階段，恒流電流范圍為O.1 O. 3C A，恒流充電至電壓至預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓充電至電流為O. 01 O. 05CA截止，其中，對(duì)磷酸鐵鋰電池進(jìn)行活化時(shí)，所述預(yù)設(shè)電壓為3. 6V，對(duì)除磷酸鐵鋰電池以外的鋰離子電池進(jìn)行活化時(shí)，所述預(yù)設(shè)電壓為4. 2V ;步驟三、恒流放電階段，電流范圍為O. 05
O.2C A，放電時(shí)間為I小時(shí) 4小時(shí)；步驟四、恒流恒壓充電階段，恒流電流為O. 05 O. 2CA，恒流充電至電壓至所述預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓充電至電流為O. 01 O. 05C A截止；步驟五、恒流放電階段，電流范圍為O. 05 O. 2C A，放電時(shí)間為I小時(shí) 4小時(shí)；步驟六、恒流恒壓充電階段，恒流電流為O. 05 O. 2C A，恒流充電至電壓至所述預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓充電至電流為O. 01 O. 05C A截止。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟一中，電流為O. 05C A，充電時(shí)間為2小時(shí)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟二中，恒流電流為O. 2C A，恒流充電至電壓至所述預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓3. 6V充電至電流為O. OlCA截止。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟三中，電流為O.1C A，放電時(shí)間為2小時(shí)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟四中，恒流電流為O.1C A，恒流充電至電壓至所述預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓3. 6充電至電流為O. OlCA截止。在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟五中，電流為O.1C A，放電時(shí)間為2小時(shí)。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，步驟六中，恒流電流為O.1C A，恒流充電至電壓至所述預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓3. 6V充電至電流為O. OlCA截止。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述除磷酸鐵鋰電池以外的鋰離子電池包括錳酸鋰電池、鈷酸鋰電池、鎳酸鋰電池及鈷酸鋰-錳酸鋰-鎳酸鋰三元鋰電池。上述鋰離子電池的活化方法在正常的活化步驟(步驟一和步驟二)后進(jìn)行兩次小電流的充放電，通過(guò)負(fù)極內(nèi)部的鋰的重新排布消耗掉在正常的活化步驟中析出的鋰，從而避免鋰電池活化后析鋰。

圖1為一實(shí)施方式的負(fù)極結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中的負(fù)極與正極疊合后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1中負(fù)極中絕緣膠紙上析出鋰后的示意圖；圖4為圖3中負(fù)極處于另一種狀態(tài)的示意圖；圖5為圖3中負(fù)極處于另一種狀態(tài)的示意圖；圖6為圖1中負(fù)極與正極疊·合后的另一狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為一實(shí)施方式的鋰離子電池活化方法的流程圖；圖8為經(jīng)過(guò)活化的鋰離子電池的解剖后的負(fù)極狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施方式下面主要結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)鋰離子電池活化方法作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。鋰離子電池的極耳與箔材焊接位置，要用絕緣高溫膠紙包住，以免此處引起電池短路，但多極耳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，會(huì)出現(xiàn)負(fù)極膠紙對(duì)應(yīng)正極粉料的情況，而對(duì)應(yīng)正極粉料的膠紙會(huì)出現(xiàn)析鋰現(xiàn)象。鋰的析出引起的危害已經(jīng)被實(shí)踐驗(yàn)證。然而膠紙上鋰析出的形狀和位置、鋰從何處、何時(shí)開(kāi)始析出及膠紙上鋰如何成長(zhǎng)發(fā)展均是未知的。因此，要確定鋰離子電池中膠紙上鋰析出的形狀和位置、鋰從何處、何時(shí)開(kāi)始析出及膠紙上鋰如何成長(zhǎng)發(fā)展，才能根據(jù)鋰離子電池析出的位置及方式來(lái)采取合適的方法提高鋰離子電池的安全性。首先提供鋰離子電池。本實(shí)施方式中，使用容量為4Ah的26700圓柱磷酸鐵鋰電池。請(qǐng)參閱圖1，鋰離子電池中負(fù)極片I上設(shè)置有兩個(gè)負(fù)極極耳2。負(fù)極片I的箔材為銅箔,厚度為ΙΟμπι。負(fù)極極耳2為銅，厚度為50 μ m。負(fù)極片2上通過(guò)連續(xù)涂敷的方式涂敷有負(fù)極材料，之后在焊接負(fù)極極耳2的位置3通過(guò)刮料的方式露出銅箔進(jìn)而將負(fù)極極耳2焊接至負(fù)極片I。負(fù)極極耳2與負(fù)極片I焊接后貼附絕緣膠紙5覆蓋負(fù)極極耳2與負(fù)極片I的焊接位置及負(fù)極片I剩下的裸露的銅箔。絕緣膠紙5為鋰離子電池專用高溫絕緣PI膠紙，絕緣耐壓大于1000V。可以理解，絕緣膠紙5也可以為起保護(hù)作用的任何膠紙，如PP、PE等膠紙，只要滿足鋰離子電池要求的絕緣性即可。絕緣膠紙5要確保完整性。保證鋰析出時(shí)需要的電子不能由絕緣膠紙內(nèi)部缺陷提供電子通道?？梢赃x用多層膠紙重合確保無(wú)電子缺陷通道，本實(shí)施方式中，采用兩層絕緣膠紙重合使用。請(qǐng)參閱圖2,絕緣膠紙5在負(fù)極側(cè)，同時(shí)絕緣膠紙對(duì)應(yīng)的正極位置要有正極粉料對(duì)應(yīng)。絕緣膠紙5與正極6的正極料對(duì)應(yīng)的位置為重點(diǎn)分析鋰析出的位置。
將鋰離子電池經(jīng)過(guò)步驟一、恒流充電階段，電流范圍為O. 02 O.1C A，充電時(shí)間為1. 5小時(shí) 3小時(shí)；步驟二、恒流恒壓充電階段，恒流電流范圍為O.1 O. 3CA，恒流充電至電壓為3. 6V截止，之后恒壓充電至電流為O. 01 O. 05CA截止后，解剖電池并觀察負(fù)極的絕緣膠紙5上析出的鋰的位置和形態(tài)。請(qǐng)參閱圖3，圖3中析出的鋰8位于絕緣膠紙5的中間部位，形態(tài)近似于方形，絕緣膠紙5的邊緣沒(méi)有鋰析出。進(jìn)一步考察鋰析出的時(shí)間和位置。采用只完成注液，未進(jìn)行活化的電池進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。從低充電深度30%開(kāi)始，充電深度逐級(jí)遞增5%，把用O.1C A電流鋰電池預(yù)充電到不同的電位，及時(shí)解剖電池(優(yōu)選時(shí)間差在O. 5h內(nèi))，觀察負(fù)極絕緣膠紙5上析出鋰的情況。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在充電深度低的時(shí)候，絕緣膠紙上沒(méi)有任何鋰析出，當(dāng)充電深度到80%時(shí)，絕緣膠紙上開(kāi)始析鋰，而且鋰開(kāi)始析出的位置在絕緣膠紙的邊緣，如圖4所示，其中，9是剛析出的鋰。確定析鋰的充電深度后，再繼續(xù)進(jìn)行同樣的梯度充電。發(fā)現(xiàn)，隨著充電深度的加大，鋰逐漸的向膠紙內(nèi)側(cè)生長(zhǎng)發(fā)展，滿電時(shí)，達(dá)到最大。圖5是鋰生長(zhǎng)發(fā)展圖，其中10是生長(zhǎng)發(fā)展的鋰。充滿電后多余的電池經(jīng)過(guò)正常的老化、分容等工序后，再次進(jìn)行解剖。發(fā)現(xiàn)膠紙上的鋰與圖3中所示的鋰的位置和形態(tài)接近。從以上的實(shí)驗(yàn)得出鋰是從絕緣膠紙的邊緣開(kāi)始析出的。為了進(jìn)一步證明鋰是從絕 緣膠紙的邊緣開(kāi)始析出的，再設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。請(qǐng)參閱圖6，將絕緣膠紙5邊緣位置11對(duì)應(yīng)的正極料刮掉，絕緣膠紙5的中間位置對(duì)應(yīng)的正極片上有正極料。逐漸的提升預(yù)充的充電深度，當(dāng)預(yù)充滿電后，膠紙上也沒(méi)有鋰析出。鋰不可能從膠紙內(nèi)側(cè)開(kāi)始生長(zhǎng)，因?yàn)闆](méi)有電子通道。這就再次證明鋰是從膠紙的邊緣開(kāi)始析出，逐漸生長(zhǎng)發(fā)展到膠紙內(nèi)側(cè)。根據(jù)上述分析的鋰析出的特性，需要在鋰電池活化階段消除析出的鋰。請(qǐng)參閱圖7，一實(shí)施方式的鋰離子電池活化方法，包括以下步驟步驟S11、恒流充電階段，電流范圍為O. 02 O.1C A，充電時(shí)間為1. 5小時(shí) 3小時(shí)。本實(shí)施方式中，恒流充電的電流為O.1C A，充電時(shí)間為2小時(shí)。步驟S12、恒流恒壓充電階段，恒流電流范圍為0.1 O. 3C A，恒流充電至電壓至預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓充電至電流為O. 01 O. 05CA截止，其中，對(duì)磷酸鐵鋰電池進(jìn)行活化時(shí)，預(yù)設(shè)電壓為3. 6V，對(duì)除磷酸鐵鋰電池以外的鋰離子電池進(jìn)行活化時(shí)，預(yù)設(shè)電壓為
4.2V。本實(shí)施方式中，恒流充電的電流為O. 2C A，恒流充電至電壓至預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓3. 6V充電至電流為O. OlCA截止。除磷酸鐵鋰電池以外的鋰離子電池包括但不限于錳酸鋰電池、鈷酸鋰電池、鎳酸鋰電池及鈷酸鋰-錳酸鋰-鎳酸鋰三元鋰電池。步驟S13、恒流放電階段，電流范圍為O. 05 O. 2C A，放電時(shí)間為I小時(shí) 4小時(shí)。本實(shí)施方式中，恒流放電的電流為O.1C A，放電時(shí)間為2小時(shí)。步驟S14、恒流恒壓充電階段，恒流電流為O. 05 O. 2C A，恒流充電至電壓至預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓充電至電流為0.01 O. 05C A截止。
本實(shí)施方式中，對(duì)磷酸鐵鋰電池進(jìn)行活化時(shí)，預(yù)設(shè)電壓為3. 6V，對(duì)除磷酸鐵鋰電池以外的鋰離子電池進(jìn)行活化時(shí)，預(yù)設(shè)電壓為4. 2V。本實(shí)施方式中，恒流充電的電流為O.1C A，恒流充電至電壓至預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓3. 6V充電至電流為O. OlC A截止。步驟S15、恒流放電階段，電流范圍為O. 05 O. 2C A，放電時(shí)間為I小時(shí) 4小時(shí)。本實(shí)施方式中，恒流放電的電流為O.1C A，放電時(shí)間為2小時(shí)。步驟S16、恒流恒壓充電階段，恒流電流為O. 05 O. 2C A，恒流充電至電壓至預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓充電至電流為0.01 O. 05C A截止。本實(shí)施方式中，對(duì)磷酸鐵鋰電池進(jìn)行活化時(shí)，預(yù)設(shè)電壓為3. 6V，對(duì)除磷酸鐵鋰電池以外的鋰離子電池進(jìn)行活化時(shí)，預(yù)設(shè)電壓為4. 2V。本實(shí)施方式中，恒流充電的電流為O.1C A，恒流充電至電壓為預(yù)設(shè)電壓，之后恒壓充電至電流為O. OlC A截止。請(qǐng)參閱圖8，經(jīng)過(guò)上述鋰電池活化方法活化鋰電池后，解剖電池，絕緣膠紙5上沒(méi)有鋰析出，經(jīng)過(guò)兩次小電流的放電后，通過(guò)負(fù)極內(nèi)部的鋰的重新排布消耗掉在正常的活化步驟中析出的鋰，避免活化后析鋰，進(jìn)而避免析出的鋰在電池使用的過(guò)程中形成枝晶刺破隔膜而導(dǎo)致正負(fù)極短路，從而提高了鋰離子電池的安全性。以下為 具體實(shí)施例部分實(shí)施例1一實(shí)施方式的鋰離子電池活化方法，包括以下步驟步驟S21、恒流充電階段，恒流充電的電流為O. 02CA，充電時(shí)間為3h。步驟S22、恒流恒壓充電階段，恒流充電的電流為O.1C A，恒流充電至電壓為3. 6V截止，之后恒壓3. 6V充電至電流為O. OlC A截止。本實(shí)施方式中，鋰離子電池為磷酸鐵鋰電池。步驟S23、恒流放電階段，恒流放電的電流為O. 05CA，放電時(shí)間為4h。步驟S24、恒流恒壓充電階段，恒流充電的電流為O. 05C A，恒流充電至電壓為
3.6V，之后恒壓3. 6V充電至電流為O. OlC A截止。步驟S25、恒流放電階段，恒流放電的電流為O. 05CA，放電時(shí)間為4h。步驟S26、恒流恒壓充電階段，恒流充電的電流為O. 05C A，恒流充電至電壓為
3.6V，之后恒壓3. 6V充電至電流為O. OlC A截止。經(jīng)過(guò)上述方法活化的鋰電池解剖后，絕緣膠紙上沒(méi)有鋰析出。實(shí)施例2一實(shí)施方式的鋰離子電池活化方法，包括以下步驟步驟S31、恒流充電階段，恒流充電的電流為O.1C A，充電時(shí)間為1. 5h。步驟S32、恒流恒壓充電階段，恒流充電的電流為O. 3C A，恒流充電至電壓為4. 2V截止，之后恒壓4. 2V充電至電流為O. 05C A截止。本實(shí)施方式中，鋰離子電池為鈷酸鋰-錳酸鋰-鎳酸鋰三元鋰電池。步驟S33、恒流放電階段，恒流放電的電流為O. 2C A，放電時(shí)間為lh。步驟S34、恒流恒壓充電階段，恒流充電的電流為O. 2C A，恒流充電至電壓為
4.2V，之后恒壓4. 2V充電至電流為O. 05C A截止。
步驟S35、恒流放電階段，恒流放電的電流為O. 2C A，放電時(shí)間為lh。步驟S36、恒流恒壓充電階段，恒流充電的電流為0.2C A，恒流充電至電壓為
4.2V，之后恒壓4. 2V充電至電流為O. 05C A截止。經(jīng)過(guò)上述方法活化的鋰電池解剖后，絕緣膠紙上沒(méi)有鋰析出。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的 保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池活化方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一、恒流充電階段，電流范圍為O. 02 O.1C A，充電時(shí)間為1. 5小時(shí) 3小時(shí)； 步驟二、恒流恒壓充電階段，恒流電流范圍為O.1 O. 3C A，恒流充電至電壓至預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓充電至電流為0.01 O. 05CA截止，其中，對(duì)磷酸鐵鋰電池進(jìn)行活化時(shí)，所述預(yù)設(shè)電壓為3. 6V，對(duì)除磷酸鐵鋰電池以外的鋰離子電池進(jìn)行活化時(shí)，所述預(yù)設(shè)電壓為4. 2V ； 步驟三、恒流放電階段，電流范圍為O. 05 O. 2C A，放電時(shí)間為I小時(shí) 4小時(shí)； 步驟四、恒流恒壓充電階段，恒流電流為O. 05 O. 2C A，恒流充電至電壓至所述預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓充電至電流為O. 01 O. 05CA截止； 步驟五、恒流放電階段，電流范圍為O. 05 O. 2C A，放電時(shí)間為I小時(shí) 4小時(shí)； 步驟六、恒流恒壓充電階段，恒流電流為O. 05 O. 2C A，恒流充電至電壓至所述預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓充電至電流為O. 01 O. 05CA截止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池活化方法，其特征在于，步驟一中，電流為O.05CA，充電時(shí)間為2小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池活化方法，其特征在于，步驟二中，恒流電流為O. 2CA，恒流充電至電壓至所述預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓3. 6V充電至電流為O. OlCA截止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池活化方法，其特征在于，步驟三中，電流為O.1CA，放電時(shí)間為2小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池活化方法，其特征在于，步驟四中，恒流電流為O. 1CA，恒流充電至電壓至所述預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓3. 6充電至電流為O. OlCA截止。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池活化方法，其特征在于，步驟五中，電流為O.1CA，放電時(shí)間為2小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池活化方法，其特征在于，步驟六中，恒流電流為O.1CA，恒流充電至電壓至所述預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓3. 6V充電至電流為O. OlCA截止。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池活化方法，其特征在于，所述除磷酸鐵鋰電池以外的鋰離子電池包括錳酸鋰電池、鈷酸鋰電池、鎳酸鋰電池及鈷酸鋰-錳酸鋰-鎳酸鋰三元鋰電池。
全文摘要
一種鋰離子電池活化方法，包括以下步驟步驟一、恒流充電階段，電流范圍為0.02～0.1C A，充電時(shí)間為1.5小時(shí)～3小時(shí)；步驟二、恒流恒壓充電階段，恒流電流范圍為0.1～0.3C A，恒流充電至電壓至預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓充電至電流為0.01～0.05CA截止；步驟三、恒流放電階段，電流范圍為0.05～0.2C A，放電時(shí)間為1小時(shí)～4小時(shí)；步驟四、恒流恒壓充電階段，恒流電流為0.05～0.2CA，恒流充電至電壓至所述預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓充電至電流為0.01～0.05CA截止；步驟五、恒流放電階段，電流范圍為0.05～0.2C A，放電時(shí)間為1小時(shí)～4小時(shí)；步驟六、恒流恒壓充電階段，恒流電流為0.05～0.2C A，恒流充電至電壓至所述預(yù)設(shè)電壓截止，之后恒壓充電至電流為0.01～0.05C A截止。上述鋰離子電池的活化方法能避免鋰電池活化后析鋰。
文檔編號(hào)H01M10/44GK103066329SQ20111032588
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者田啟友, 鄭榮鵬, 張亮, 張貴艷 申請(qǐng)人:深圳市比克電池有限公司, 比克國(guó)際(天津)有限公司