一種方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，該方法包括以下步驟：步驟1，采用一定的電流將電池預(yù)充電至預(yù)定的電壓范圍；步驟2，電池化成前先將已預(yù)充電電池置于真空設(shè)備中進行低真空處理；步驟3，向電池內(nèi)充入CO2氣體進行保護處理；步驟4，電池注液孔預(yù)封口，將電池置于恒溫設(shè)備中，開始化成，確保整個化成過程設(shè)備內(nèi)部環(huán)境及電池溫度恒定，直至化成結(jié)束；步驟5，將化成結(jié)束的電池置于真空設(shè)備中進行高真空處理；步驟6，對電池注液孔進行封口密閉。采用本發(fā)明的方法制備鋰離子電池，提高了電池初始容量，降低了電池界面內(nèi)阻，有效改善了電池電化學(xué)性能的穩(wěn)定性，大大提升了電池的循環(huán)壽命。
【專利說明】一種方形鋼殼或錯殼裡罔子電池化成新方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，涉及一種鋰離子電池制備工藝，具體來說，涉及一種 方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，包括在電池化成過程中進行預(yù)充電處理、低真空 處理、特殊氣體保護處理、高溫化成、高真空處理和封口處理等新工藝實施方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來鋰離子電池在車用動力和儲能等應(yīng)用領(lǐng)域得到發(fā)展迅速，但電池的性能穩(wěn) 定性和循環(huán)壽命等方面仍然有待改進。鋰離子電池的化成工藝條件對電池循環(huán)壽命和性 能一致性具有較大的影響。鋰離子電池化成工藝是采用一定的電流對電池進行首次預(yù)充 電處理實現(xiàn)活性物質(zhì)充分活化的過程。預(yù)充電過程，電池正極上的鋰離子從正極結(jié)構(gòu)上脫 出，經(jīng)過電解液和隔膜遷移到負極表面，在負極與電解液的固液相界面之間發(fā)生反應(yīng)，初始 階段在負極結(jié)構(gòu)表面生成一層均勻致密的鈍化層，一般稱之為SEI膜（Solid Electrolyte Interface固體電解質(zhì)界面膜)。在預(yù)充電過程，SEI形成結(jié)束后，鋰離子則穿過SEI膜嵌 入負極材料的層狀結(jié)構(gòu)中，直至從正極上遷移過來的鋰離子全部嵌入負極結(jié)構(gòu)中，實現(xiàn)活 性物質(zhì)的充分活化。SEI膜覆蓋于負極材料結(jié)構(gòu)表面，其結(jié)構(gòu)上特征可以使鋰離子通過SEI 膜，并有效阻止電解液溶劑大分子通過，避免溶劑大分子與負極材料發(fā)生共嵌等不良反應(yīng)。 SEI膜形成的穩(wěn)定性將對電池的性能穩(wěn)定性和循環(huán)壽命等方面產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。
[0003] 目前行業(yè)內(nèi)所采用的化成工藝通常是在常溫常壓下進行。鋰離子電池化成過程 中，電極與電解液在固液相界面發(fā)生反應(yīng)，會產(chǎn)生少量的氣體。這些少量的氣體無法再次參 與電池化成反應(yīng)，分布在正極片與負極片之間，導(dǎo)致鋰離子無法正常遷移，從而使得負極結(jié) 構(gòu)表面存在氣體分布的區(qū)域無法形成一層均勻致密SEI膜，從而影響電池的容量和循環(huán)壽 命。化成過程采用常溫條件，無法有效保證鋰離子的活性，實現(xiàn)活性物質(zhì)的充分激活。因此 采用常溫常壓條件下的化成工藝在SEI膜形成和活性物質(zhì)充分活化上存在一定的不足。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是改進鋰離子電池的化成工藝，以提升電池容量和循環(huán)壽命。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，該 方法包括以下步驟： 步驟1，預(yù)充電處理：電池預(yù)充電至預(yù)定的電壓范圍； 步驟2,低真空處理：電池化成前先將已預(yù)充電電池置于真空設(shè)備中進行低真空處理， 以去除電池內(nèi)部的氣泡； 步驟3, C02氣體保護處理：向電池內(nèi)充入C02氣體； 步驟4,高溫化成：電池注液孔預(yù)封口，將電池置于35- 45°C恒溫設(shè)備中，開始化成，確 保整個化成過程設(shè)備內(nèi)部環(huán)境及電池溫度恒定，直至化成結(jié)束； 步驟5,高真空處理：將化成結(jié)束的電池置于真空設(shè)備中進行高真空處理，； 步驟6，封口處理：對電池注液孔進行封口密閉。
[0006] 上述的方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，其中，該電池為電池正極材料為 磷酸鐵鋰體系的鋰離子電池。
[0007] 上述的方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，其中，步驟1中，預(yù)定的電壓范圍 為3. 200?3. 250V，所采用的預(yù)充電流為0. 03?0. 05C。
[0008] 上述的方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，其中，步驟2中，第一次真空處理 是指低真空處理，真空度為-0. 02?-0. 03MPa。
[0009] 上述的方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，其中，在步驟3中，該C02氣體的 純度不低于99. 99%。
[0010] 上述的方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，其中，在步驟4中，高溫化成所用 的電流為〇. l?〇. 15C，化成截止電壓為3. 55?3. 65V。
[0011] 上述的方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，其中，在步驟5中，第二次真空處 理是指高真空處理，真空度為-0. 085?-0. IMPa范圍。
[0012] 本發(fā)明提供的方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，包括在電池化成過程中進 行預(yù)充電處理、低真空處理、特殊氣體保護處理、高溫化成、高真空處理和封口處理等新工 藝實施方法。通過預(yù)充電至一定電壓范圍，確保電池化成反應(yīng)初始階段產(chǎn)生的副反應(yīng)氣體 充分產(chǎn)生并釋放處理；通過低真空處理可排除化成初始階段產(chǎn)生的副反應(yīng)氣體，且不會造 成電池內(nèi)部電解液的溢出。通過對化成過程中采用特殊氣體保護處理和高溫處理，特殊氣 體可促進化成反應(yīng)進行，高溫環(huán)境可增強化成反應(yīng)的活性，從而確?；煞磻?yīng)更加充分，促 進電池化成過程SEI膜形成的穩(wěn)定性和致密性，確?；钚晕镔|(zhì)得到充分激活?；山Y(jié)束后 采用高真空處理可將電池內(nèi)部殘余的氣體成分徹底排空，使極片之間緊密貼合在一起，同 時避免殘余氣體對電池使用過程產(chǎn)生不良影響。上述新工藝實施方法對電池性能穩(wěn)定性和 循環(huán)壽命具有較為明顯的改進效果。
[0013] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：采用本發(fā)明的方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方 法，有助于改善電池極片和隔膜的浸潤效果，提高極片和隔膜對電解液的吸收程度；同時有 助于改善電池化成和分容效果，減少副反應(yīng)，確保電池內(nèi)部活性物質(zhì)得到充分發(fā)揮，提高電 池初始容量，降低電池界面內(nèi)阻，改善電池電化學(xué)性能的穩(wěn)定性，提升電池的循環(huán)壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明的實施例和對比例的化成工藝制備的電池的循環(huán)性能曲線對照示 意圖。
[0015]

【具體實施方式】 以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明。
[0016] 本發(fā)明提供了一種方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，具體實施例如下： 1、 制備電極片：制作鋰離子動力電池用正、負電極片，具體制作方式為目前本【技術(shù)領(lǐng)域】 所公知，在此不作描述； 2、 裝配成電池：采用疊片方式將上述制作的正、負電極片和隔膜等裝配成一定數(shù)量的 額定容量為50Ah的電池，具體制作方式為目前本【技術(shù)領(lǐng)域】所公知，在此不作描述； 3、 注液浸潤：米用半自動注液機向電池中加注一定量的電解液，然后進行一段時間的 靜置浸潤處理，具體制作方式為目前本【技術(shù)領(lǐng)域】所公知，在此不作描述； 4、電池化成：電池采用本發(fā)明所提供的一種方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法進 行處理： 步驟1，預(yù)充電處理：電池預(yù)充電至一定的電壓范圍； 步驟2,低真空處理：電池化成前先置于真空裝置或設(shè)備中進行低真空處理； 步驟3,特殊氣體保護處理：通過電池注液孔往電池內(nèi)充入某種特殊氣體； 步驟4,高溫化成：電池注液孔預(yù)封口，將其置于帶有溫度自動調(diào)劑的恒溫化成設(shè)備恒 定到一定的高溫；開始化成，確保整個化成過程箱體內(nèi)部環(huán)境及電池溫度恒定，直至化成結(jié) 束： 步驟5,高真空處理：將化成結(jié)束的電池置于真空裝置或設(shè)備中進行高真空處理； 步驟6,封口處理：對電池注液孔進行封口密閉。完成化成過程。
[0017] 5、分容檢測：經(jīng)過上述處理的一定數(shù)量的電池，進行分容檢測處理。具體方式為目 前本【技術(shù)領(lǐng)域】所公知，在此不做描述。
[0018] 實施例1 將注液浸潤處理完成的方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池進行化成處理：步驟1，預(yù)充電處 理：電池預(yù)充電至預(yù)定的電壓范圍3. 20(T3. 250V，采用的預(yù)充電流為0. 03~0. 05C。步驟 2, 低真空處理：電池化成前先置于真空裝置或設(shè)備中進行低真空處理，抽真空至真空度 為-0. 02~ -0. 03MPa，去除電池中產(chǎn)生的氣體。步驟3,特殊氣體保護處理：通過電池注液孔 往電池內(nèi)充入C02氣體，該C0 2氣體能使得反應(yīng)更加充分，并能參與成膜，使得SEI膜更加穩(wěn) 定，有助于提高電池的循環(huán)性能。步驟4,高溫化成：電池注液孔預(yù)封口，將其置于帶有溫度 自動調(diào)劑的恒溫化成設(shè)備恒定到一定的高溫(如35-45°C);開始化成，化成過程采用的充電 電流為0. l(T〇. 15C，充電截止電壓為3. 55~3. 65V，確保整個化成過程箱體內(nèi)部環(huán)境及電池 溫度恒定，直至化成結(jié)束。該高溫化成步驟使得電池的正極、負極反應(yīng)更均勻、充分；形成的 反應(yīng)層更致密，電池結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，內(nèi)阻較低，循環(huán)性能更好。步驟5,高真空處理：將化成結(jié) 束的電池置于真空裝置或設(shè)備中進行高真空處理，抽真空至真空度為-0. 085?-0. IMPa以 下，進一步脫除電池中的氣泡，確保電池容量更加穩(wěn)定，提升電池循環(huán)壽命。步驟6,封口處 理：對電池注液孔進行封口密閉。完成化成過程。
[0019] 實施例2-10的制備方法同實施例1，只是工藝條件在條件范圍內(nèi)變化。
[0020] 對比例1-10采用傳統(tǒng)的化成工藝：首先采用小電流充電，充電電流為0.05C， 主要為SEI膜的形成及負極預(yù)充電；然后充電電流增大至0. 1-0. 2C左右，充電到電壓為 3. 55?3. 65V范圍結(jié)束。
[0021] 上述實施例的具體結(jié)果如表1和圖1所示。
[0022] 表1實施例和對比例的電池容量和內(nèi)阻數(shù)據(jù)

【權(quán)利要求】
1. 一種方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： 步驟1，預(yù)充電處理：電池采用一定電流預(yù)充電至預(yù)定的電壓范圍； 步驟2,第一次真空處理：電池化成前先將已預(yù)充電電池置于真空設(shè)備中進行低真空 處理； 步驟3,特殊氣體保護處理：向電池內(nèi)充入特殊氣體，該特殊氣體是指包含碳氧元素的 氣體； 步驟4,高溫化成：電池注液孔預(yù)封口，將電池置于35-45°C恒溫設(shè)備中，開始化成，確 保整個化成過程設(shè)備內(nèi)部環(huán)境及電池溫度恒定，直至化成結(jié)束； 步驟5,第二次真空處理：將化成結(jié)束的電池置于真空設(shè)備中進行高真空處理； 步驟6，封口處理：對電池注液孔進行封口密閉。
2. 如權(quán)利要求1所述的方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，其特征在于，該電池 為電池正極材料為磷酸鐵鋰體系的鋰離子電池。
3. 如權(quán)利要求1所述的方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，其特征在于，在步驟1 中，采用的電流大小為〇. 03~0. 05C。
4. 如權(quán)利要求1所述的方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，其特征在于，在步驟1 中，預(yù)定的電壓范圍為3. 20(T3. 250V。
5. 如權(quán)利要求1所述的方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，其特征在于，步驟2 中，第一次真空處理是指低真空處理，真空度為-0. 〇2~ -0. 03MPa。
6. 如權(quán)利要求1所述的方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，其特征在于，在步驟3 中，特殊氣體選擇C02氣體。
7. 如權(quán)利要求6所述的方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，其特征在于，該C02氣 體的純度不低于99. 99%。
8. 如權(quán)利要求1所述的方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，其特征在于，步驟4 中，電池高溫化成所采用的溫度為35~45°C，該溫度通過常規(guī)恒溫設(shè)備可以實現(xiàn)。
9. 如權(quán)利要求1所述的方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，其特征在于，步驟4電 池高溫化成過程所采用電流為0. l~〇. 15C，化成結(jié)束的電壓為3. 55~3. 65V。
10. 如權(quán)利要求1所述的方形鋼殼或鋁殼鋰離子電池化成新方法，其特征在于，在步驟 5中，第二次真空處理是指高真空處理，真空度為-0. 085?-0. IMPa范圍。
【文檔編號】H01M10/42GK104143662SQ201410385721
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】余招宇, 侯敏, 曹輝, 王剛慶, 陳丹丹, 劉嬋 申請人:上海航天電源技術(shù)有限責任公司