一種鋰離子電池外化成方法
【專利摘要】一種鋰離子電池外化成方法，其技術(shù)方案是將組裝完畢的裸電芯，統(tǒng)一放置在化成槽內(nèi)，將待化成裸電芯的負極極柱或極耳并聯(lián)起來作為化成槽負極，采用外接正極片群為犧牲正極作為化成槽正極，通過控制充、放電電流，電壓，溫度及化成槽內(nèi)的氣壓，濕度、含氧濃度等條件，對裸電芯進行統(tǒng)一化成，化成產(chǎn)生的氣體統(tǒng)一處理，化成后的裸電芯入殼封裝即為成品電芯，本發(fā)明通過采用犧牲正極群提供形成SEI膜的鋰源及為穩(wěn)定碳基負極材料的結(jié)構(gòu)所需要的鋰源，提高了電池的首次庫倫效率及電池的能量密度。
【專利說明】一種鋰離子電池外化成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰離子電池制造領(lǐng)域，具體提供一種鋰離子電池的外化成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在鋰離子電池的制造過程中，化成是鋰離子電池的第一次充電的過程，其作用是激活鋰離子電池材料，使之具有化學(xué)電源的性質(zhì)，在鋰離子電池的化成過程中，電解液和負極材料在固液相間層面上發(fā)生反應(yīng)，形成一層固體電解質(zhì)界面膜(SEI膜)，SEI膜具有固體電解質(zhì)性質(zhì)，是電子絕緣體，鋰離子卻可以通過；并且SEI膜對負極材料會產(chǎn)生保護作用，使材料結(jié)構(gòu)不容易崩塌，增加電極材料的循環(huán)壽命，但是在SEI膜的形成過程中會消耗一部分鋰離子，且在放電時，為了負極碳基材料的穩(wěn)定性，通?？刂品烹婋妷?，以保證一部分鋰留在碳層中，這部分鋰也是不可逆鋰。因此造成電池首次循環(huán)效率偏低(有的甚至低于80%),限制了鋰離子電池能量密度的提升。
[0003]為了提高鋰離子電池可逆容量和首次充放電效率，采用的方法主要有:摻雜或?qū)μ坎牧媳砻娴难趸€原處理，即通過在氧化或還原氣氛中對炭負極進行微氧化和微還原，改善炭材料的表面官能團和結(jié)構(gòu)，從而達到改善首次充放電效率的目的；此外，對炭材料進行表面包覆處理也是常用的方法，即采用在石墨化的炭材料表面包覆一層無定形炭材料，制備出具有核-殼復(fù)合結(jié)構(gòu)的炭材料，利用無定形碳材料與溶劑相容性好的特征來改善炭負極材料的首次充放電性能。
[0004]但現(xiàn)有技術(shù)卻依然存在明顯的缺點，例如在鋰離子電池化成過程中，伴隨著SEI膜的形成，會產(chǎn)生較多的氣體，在表面張力的作用下，氣泡往往粘附在極片上，不易排出，極片間的氣泡相當(dāng)于絕緣體，在電芯內(nèi)部形成許多絕緣區(qū)域，致使極群各區(qū)域化成不均勻，負極無法形成均勻穩(wěn)定的SEI膜,在大電流充放電時,可能會造成析鋰,鼓殼等,影響電池的安全；并且化成過程中會產(chǎn)生有毒性氣體,如對這些氣體不收集,處理,而直接排放到車間或外界環(huán)境中，這些氣體會污染環(huán)境，嚴重影響職工身體健康。
[0005]鋰電池的化成一般是獨立的，各個電池的化成條件和環(huán)境存在一定的差異，因而形成的SEI膜也存在一定的差異，SEI膜對鋰離子電池的首次庫倫效率和循環(huán)壽命影響非常大，因此獨立的化成方案可能會擴大電池性能的離散性。
[0006]為了形成穩(wěn)定、致密的SEI膜，且利于化成氣體的排除，不少專家提出了真空化成或負壓化成，但是化成階段的電池是獨立的，造成化成裝置繁瑣，不易控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述缺陷，.本發(fā)明提供一種鋰離子電池外化成方法，提高鋰電池的首次庫倫效率及能量密度，形成穩(wěn)定、致密、一致性高的SEI膜，提高電池的一致性、循環(huán)性能及安全性等，并減少生產(chǎn)過程中的環(huán)境污染。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種鋰離子電池外化成方法，采用以下步驟。[0009]1、將待化成的電芯以并聯(lián)的方式連接到一起，每兩支疊放的電芯之間緊貼放置一組犧牲正極群，且疊放電芯的兩端各貼放一組犧牲正極群。
[0010]2、將待化成裸電芯的負極極柱或極耳連接在一起，作為負極，并與化成槽蓋的化成負極接線柱連接。
[0011]3、將裸電芯兩側(cè)的犧牲正極群及待化成電芯間犧牲正極群連接在一起，與化成槽蓋上的化成正極接線柱連接。
[0012]4、將化成槽密封，使用真空泵抽去化成槽中的空氣，而后向化成槽內(nèi)充入干燥的99.99% 氮氣。
[0013]5、向化成槽內(nèi)注入電解液，然后采用負壓靜置的方式，在20?50°C的溫度下靜置時間24?48小時，靜置過程中，如果電解液液面高度低于正極片高度，需補充電解液，但電解液的高度不得高出隔膜的高度，然后將化成槽正、負極接線柱與充放電設(shè)備相連接。
[0014]6、在化成槽溫度為20?35 °C、內(nèi)部氣壓在O?0.15Mpa的狀態(tài)下，進行充電，此時充電電流控制在0.1?0.3C，電壓控制在4.2V以下，充入電量為40?70%。
[0015]7、在化成槽溫度為20?35 °C、內(nèi)部氣壓在O?0.1Mpa的狀態(tài)下，進行放電，此時放電電流控制在0.1?0.3C，電壓控制在2.0?2.5V以內(nèi)。
[0016]8、重復(fù)步驟6-7，對化成槽內(nèi)的鋰電池進行重復(fù)充放電。
[0017]9、在化成槽內(nèi)溫度為20?55 °C之間，內(nèi)部氣壓在O?0.1Mpa，對化成槽內(nèi)的鋰電池進行老化處理，老化時間為3-7天。
[0018]10、老化完成后，對化成槽進行抽真空，然后沖入干燥的99.99%氮氣，然后靜置至
室溫取出。
[0019]進一步，所述的犧牲正極群為常規(guī)鋰離子電池正極極片，犧牲正極群所含極片的數(shù)目，及尺寸根據(jù)待化成電芯的尺寸、數(shù)量、化成槽的尺寸決定，其所含鋰源的量大于等于電芯正極鋰源量的80%。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在化成過程中，采用犧牲正極的方式，為待化成裸電芯提供形成SEI膜的鋰源，保留在碳層中的鋰保證了負極材料的穩(wěn)定性，通過本方案，電芯中的正極鋰源幾乎沒有損失，因而提高了首次庫倫效率，提高電池能量密度。
[0021]為形成穩(wěn)定、致密、一致性高的SEI膜，本發(fā)明采用相同的化成條件，保證每只化成電芯的溫度、氣壓、充放電電流、電壓一致，確保電芯的一致性，米用可控負壓化成的方式，調(diào)整化成溫度，控制化成電流、電壓及老化條件等提高SEI膜的穩(wěn)定性和致密性。
[0022]通過實驗表明在相同材料、相同工藝的基礎(chǔ)上，通過本發(fā)明的化成方法，可使電芯的首次庫倫效率達98%以上，能量密度可提高3%以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1，本發(fā)明所使用的化成槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖2，化成槽蓋示意圖。
[0025]圖中，101待化成電芯，102待化成電芯正極，103待化成電芯負極，104待化成電芯負極引線，105犧牲正極群，106犧牲正極群引線，204化成正極接線柱，205化成負極接線柱?！揪唧w實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0027]實施例1，以疊片式磷酸鐵鋰鋰離子電芯化成為例:1、將待化成電芯101按并聯(lián)的方式疊放在化成槽中，疊放的電芯之間緊貼放置一組以尖晶石錳酸鋰極片組成的犧牲正極群105，且疊放電芯的兩端及兩側(cè)也緊貼放置以尖晶石錳酸鋰極片組成的犧牲正極群105，犧牲正極群105的鋰源量等于電芯正極鋰源量；2、將待化成電芯101的待化成電芯負極103連接在一起，作為負極，并與化成槽蓋的待化成負極接線柱205連接；3、將所有待化成電芯正極102連接在一起，與化成槽蓋上的待化成正極接線柱204連接；4、接線連接后，將化成槽密封對化成槽進行抽真空，并且控制化成槽內(nèi)的壓強低于0.0lMpa,而后充入干燥的99.99%氮氣；5、向化成槽內(nèi)注入電解液，當(dāng)電解液液面高于正極片高度時，控制化成槽的氣壓壓強低于0.05Mpa，化成槽溫度為25°C，靜置36h后，補充注液，使電解液液面高度超出正極片高度，低于隔膜高度；6、將化成正極接線柱204及化成負極接線柱205與充放電設(shè)備連接，此時，控制化成槽溫度為30°C，然后化成槽充電(充電電流為0.15CA，電壓上限限制為3.8V，充電容量上限為0.65C，內(nèi)部氣壓控制在0.05Mpa)，放電(放電電流為0.15CA，放電電壓下限為2.0V,內(nèi)部氣壓控制在0.05Mpa)，然后重復(fù)充放電一次；7、控制化成槽溫度為55°C，內(nèi)部氣壓控制0.08Mpa，放置時間4天；8、4天后對化成槽進行抽真空，而后充入干燥的99.99%氮氣；9、取出化成后的電芯，測試內(nèi)阻、開路電壓，將合格電芯入殼封裝。
[0028]實施例2，以卷繞式三元材料鋰離子電芯化成為例:1、將待化成電芯101按并聯(lián)的方式疊放在化成槽中，疊放的電芯之間緊貼放置一組以電芯正極片組成的犧牲正極群105，且疊放電芯的兩端及兩側(cè)也緊貼放置同樣的犧牲正極群105，犧牲正極群105的鋰源量等于電芯正極鋰源量；2、將待化成電芯101的待化成電芯負極103連接在一起，作為負極，并與化成槽蓋的待化成負極接線柱205連接；3、將所有待化成電芯正極102連接在一起，與化成槽蓋上的待化成正極接線柱204連接；4、接線連接后，將化成槽密封對化成槽進行抽真空，并且控制化成槽內(nèi)的壓強低于0.0lMpa,而后充入干燥的99.99%氮氣；5、向化成槽內(nèi)注入電解液，當(dāng)電解液液面高于正極片高度時，控制化成槽的氣壓壓強低于0.05Mpa，化成槽溫度為25°C，靜置48h后，補充注液，使電解液液面高度超出正極片高度，低于隔膜高度；6、將化成正極接線柱204及化成負極接線柱205與充放電設(shè)備連接，此時，控制化成槽溫度為25°C，然后化成槽充電((充電電流為0.3CA，電壓上限限制為4.2V，充電容量上限為
0.7C，內(nèi)部氣壓控制在0.03Mpa)，放電(放電電流為0.3CA，放電電壓下限為2.5V，內(nèi)部氣壓控制在0.03Mpa)，然后重復(fù)充放電一次；7、控制化成槽溫度為50°C，內(nèi)部氣壓控制0.1Mpa,放置時間7天；8、7天后對化成槽進行抽真空，而后充入干燥的99.99%氮氣；9、取出化成后的電芯，測試內(nèi)阻、開路電壓，將合格電芯入殼封裝。
[0029]顯而易見，上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施方式，任何在此基礎(chǔ)上所作出的簡單改變均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子電池外化成方法，其采用以下步驟: (1)將待化成的電芯以并聯(lián)的方式連接到一起，每兩支疊放的電芯之間緊貼放置一組犧牲正極群，且疊放電芯的兩端各貼放一組犧牲正極群； (2)將待化成裸電芯的負極極柱或極耳連接在一起，作為負極，并與化成槽蓋的化成負極接線柱連接； (3)將裸電芯兩側(cè)的犧牲正極群及待化成電芯間犧牲正極群連接在一起，與化成槽蓋上的化成正極接線柱連接； (4)將化成槽密封，使用真空泵抽去化成槽中的空氣，而后向化成槽內(nèi)充入干燥的99.99% 氮氣； (5)向化成槽內(nèi)注入電解液，然后采用負壓靜置的方式，在20?50°C的溫度下靜置時間24?48小時，然后將化成槽正、負極接線柱與充放電設(shè)備相連接； (6)然后進行充電、放電、老化至化成完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池外化成方法，其特征在于犧牲正極群為常規(guī)鋰離子電池正極極片，其所含鋰源的量大于等于電芯正極鋰源量的80%。
【文檔編號】H01M10/058GK103531860SQ201310461162
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月28日
【發(fā)明者】王化勝, 趙海剛 申請人:山東潤峰集團新能源科技有限公司