磷酸铁锂动力电池的化成方法
【专利摘要】本发明公开了一种磷酸铁锂动力电池化成方法，包括以下步骤：S1，对动力电池注入电解液并静置预设时间；S2，对动力电池的电芯以第一预设电流恒流充电至预设荷电状态，然后恒流放电至第一预设电压；S3，对动力电池的电芯以第二预设电流恒流充电至第二预设电压，然后恒流放电至第一预设电压，第二预设电流大于第一预设电流且第二预设电压大于第一预设电压；S4，对动力电池的电芯以第三预设电流恒流充电至第三预设电压，然后恒流放电至第一预设电压，第三预设电流大于第一预设电流且第三预设电压大于第一预设电压；以及S5，重复执行步骤S4预设次数。本发明提供的化成方法，SEI膜稳定，热稳定性更好，且安全性能好。
【专利说明】磷酸铁锂动力电池的化成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于锂电池【技术领域】，具体涉及一种磷酸铁锂动力电池的化成方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池制造后，通过一定的充放电方式将其内部正负极物质激活，改善电池的充放电性能及自放电、储存等综合性能的过程，称为化成。锂电池的化成是电池的初始化，可使电池的活性物质激活，该过程是一个非常复杂的过程，同时也是影响电池性能非常重要的一道工序。在锂电池首次充电时，锂离子不可避免地要与电解液中的有机溶剂发生不可逆的化学反应，同时在负极与电解液的相界面上形成覆盖在负极表面的钝化薄层，称之为SEI (Solid Electrolyte Interface,固体电解质界面膜)膜。SEI膜的形成一方面消耗了电池中有限的锂离子，另一方面也增加了电极/电解液界面的电阻造成一定的电压滞后。当电极表面完全被SEI膜覆盖后，不可逆反应即停止，一旦形成稳定的SEI膜，充放电过程可多次循环进行。SEI膜形成的质量、稳定性、界面的优化是决定电池寿命不可忽视的重要因素。因而锂离子电池的化成阶段是关系电池容量、自放电性能、循环性能和安全性能的关键步骤。
[0003]目前磷酸铁锂电池采用的化成方法是传统的小电流预充方式，该方法虽然有助于稳定的SEI膜的形成，但是长时间的小电流充电会导致形成的SEI膜阻抗增大，从而影响电池的倍率性能，同时充电上限电压设置不合理会造成材料结构的破坏和副反应的不完全，影响电池的自放电性和循环性能，造成电池一致性很差，电池的安全也存在隐患。对于电动汽车用磷酸铁锂动力电池来说，电池的一致性和循环性能的好坏与整车性能密切相关，现有化成方法不能很好地适用于动力电池领域，开发一种稳定可靠的磷酸铁锂动力电池化成方法成为动力电池制造业的当务之急。
【发明内容】
[0004]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种磷酸铁锂动力电池化成方法。
[0005]根据本发明实施例的磷酸铁锂动力电池化成方法，包括以下步骤:
[0006]SI，对动力电池注入电解液，并静置预设时间；
[0007]S2，对所述动力电池的电芯以第一预设电流恒流充电至预设荷电状态，并在达到所述预设荷电状态后恒流放电至第一预设电压；
[0008]S3，对所述动力电池的电芯以第二预设电流恒流充电至第二预设电压，并在达到所述第二预设电压后恒流放电至第一预设电压，所述第二预设电流大于所述第一预设电流且所述第二预设电压大于所述第一预设电压；
[0009]S4，对所述动力电池的电芯以第三预设电流恒流充电至第三预设电压，并在达到所述第三预设电压后恒流放电至第一预设电压，第三预设电流大于所述第一预设电流且第三预设电压大于所述第一预设电压；以及[0010]S5，重复执行步骤S4预设次数。
[0011]本发明提供的磷酸铁锂动力电池的化成方法，电池注液后静置是使电解液充分浸润，使电芯对电解液的吸收更完全。以较小的第一预设电流充电至预设荷电状态，小电流充电形成的SEI膜质量和界面状况更好，同时对充电时间的限制能抑制SEI膜阻抗的增大，防止锂枝晶的生成。以较大的第二预设电流充电至第二预设电压可以使负极活性物质完全被激活，副反应完全发生，减少化成的时间，提高电池的可用容量。最后以第三预设电流充电至第三预设电压可以使SEI膜进一步趋于稳定，热稳定性更好，循环该步骤可以进一步稳定SEI膜，提高电池的循环性能，增加电池的安全性能。
[0012]另外，根据本发明的磷酸铁锂动力电池化成方法还具有如下附加技术特征:
[0013]在本发明的一个实施例中，所述步骤SI中的预设时间为12~24小时。
[0014]在本发明的一个实施例中，所述步骤S2中的第一预设电流为0.0f0.1C，所述步骤S3中的第二预设电流为0.05、.2C，所述步骤S4中的第三预设电流为0.05、.1C。
[0015]在本发明的一个实施例中，所述步骤S2中的预设荷电状态为509T70%S0C，所述步骤S2中的第一预设电压为2.3^2.5V。
[0016]在本发明的一个实施例中，所述第二预设电压大于所述第三预设电压。
[0017]其中，所述步骤S3中的第二预设电压为3.7^3.9V，所述步骤S4中的第三预设电压为 3.6~3.65V。
[0018]在本发明的一个实施例中，所述预设次数根据所述动力电池上形成的固体电解质界面膜SEI膜的稳定程度而设置。
[0019]在本发明的一个实·施例中，所述步骤S4的循环次数为I飞次。
[0020]本发明的优点在于能形成稳定致密的SEI膜，使副反应完全发生，有效改善了电池的循环性、稳定性、自放电性和安全性，并且该化成方法操作简单、可靠性高，尤其适用于电动汽车用磷酸铁锂电池，可推广应用。
[0021]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0023]图1是根据本发明实施例的磷酸铁锂动力电池化成方法的流程框图。
【具体实施方式】
[0024]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0025]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0026]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0027]下面参考图1描述根据本发明实施例的磷酸铁锂动力电池的化成方法。
[0028]如图1所示，本发明实施例提供的磷酸铁锂动力电池的化成方法，包括如下步骤:
[0029]步骤SI，对动力电池注入电解液，并静置预设时间t，由此可使电解液充分浸润，使电芯对电解液的吸收更完全。
[0030]步骤S2，以第一预设电流Il对动力电池的电芯恒流充电至预设荷电状态(即SOC-state of charge)后恒流放电至第一预设电压Vl。
[0031]步骤S3，以第二预设电流12对动力电池的电芯恒流充电至第二预设电压V2后，恒流放电至第一预设电压VI。并在达到第二预设电压后恒流放电至第一预设电压，第二预设电流大于第一预设电流且第二预设电压大于第一预设电压。
[0032]步骤S4，以第三预设电流13对动力电池的电芯恒流充电至第三预设电压V3后，恒流放电至第一预设电压VI，其中第三预设电流13大于第一预设电流Il且第三预设电压V3大于第一预设电压VI。
[0033]步骤S5，重复步骤S4预设次数。
[0034]本发明提供的磷酸铁锂动力电池的化成方法，电池注液后静置可使电解液充分浸润，使电芯对电解液的吸收更完全。以较小的第一预设电流充电至预设荷电状态S0C，小电流充电形成的SEI膜质量和界面状况更好，同时对充电时间的限制能抑制SEI膜阻抗的增大，防止锂枝晶的生成。然后以较大的第二预设电流充电至第二预设电压，可以使负极活性物质完全被激活，副反应完全发生，减少化成的时间，提高电池的可用容量。最后以第三预设电流充电至第三预设电压可以使SEI膜进一步趋于稳定，热稳定性更好，循环该步骤可以进一步稳定SEI膜，提高电池的循环性能，增加电池的安全性能。
[0035]在本发明的一个实施例中，预设时间t可以为12~24小时。该步骤是使电解液充分浸润，使电芯对电解液的吸收更完全。可以理解的是，上述对预设时间的设置仅是出于示例的目的，而不是为了限制本发明。本发明的中的预设时间t还可以设置为其他时长。
[0036]在本发明的一个实施例中，第一预设电流Il可以为0.0f0.1C，预设荷电状态SOC可以为50%~70%，第一预设电压Vl可以为2.3^2.5V。以较小的第一预设电流充电是使形成的SEI膜质量和界面状况更好，同时对充电时间的限制能抑制SEI膜阻抗的增大，防止锂枝晶的生成。需要说明的是，上述对第一预设电流Il和预设荷电状态SOC的设置仅是出于示例的目的，而不是为了限制本发明。本发明中的第一预设电流11和预设荷电状态SOC还可以设置为其他数值。
[0037]另外，可以理解的是，上述对下限电压Vl的设置仅是出于示例的目的，而不是为了限制本发明。本发明的中的第一预设电压Vi还可以设置为其他数值。
[0038]在本发明的一个实施例中，第二预设电流12可以为0.05、.2C，第二预设电压V2可以为3.7^3.9V。由此，以较大的第二预设电流充电至第二预设电压可以使负极活性物质完全被激活，副反应完全发生，减少化成的时间，提高电池的可用容量。当然，可以理解，上述对第二预设电流12和第二预设电压V2的设置仅是出于示例的目的，而不是为了限制本发明。本发明中的第二预设电流12和第二预设电压V2还可以设置为其他数值。
[0039] 在本发明的一个实施例中，第三预设电流13稍小于第二预设电流12，且第三预设电压V3稍小于第二预设电压V2，这样，通过第三预设电流13充电可以使SEI膜进一步趋于稳定，热稳定性更好。可选地，第三预设电流13可以为0.05、.1C，第三预设电压V3可以为
3.6^3.65V，以第三预设电流13充电可以使SEI膜进一步趋于稳定，热稳定性更好。
[0040]重复步骤S4可以进一步稳定SEI膜，提高电池的循环性能，增加电池的安全性能。在具体实施中，可以参考SEI膜的稳定程度决定S4步骤的重复次数，即根据动力电池上形成的SEI膜的稳定程度，设置预设次数。
[0041]在本发明的的一个示例中，预设次数为I飞次。当然，本发明并不限于此，本发明中的第三预设电流13和第三预设电压V3还可以设置为其他数值。
[0042]在本发明实施例的化成方法中，第二预设电压和第三预设电压均可以理解为磷酸铁锂动力电池的上限电压，第一预设电压可以理解为下限电压。
[0043]本发明的优点在于能形成稳定致密的SEI膜，使副反应完全发生，有效改善了电池的循环性、稳定性、自放电性和安全性，并且该化成方法操作简单、可靠性高，尤其适用于电动汽车用磷酸铁锂电池，可推广应用。
[0044]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0045]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种磷酸铁锂动力电池的化成方法，其特征在于，包括以下步骤: S1，对动力电池注入电解液，并静置预设时间； S2，对所述动力电池的电芯以第一预设电流恒流充电至预设荷电状态，并在达到所述预设荷电状态后恒流放电至第一预设电压； S3，对所述动力电池的电芯以第二预设电流恒流充电至第二预设电压，并在达到所述第二预设电压后恒流放电至第一预设电压，所述第二预设电流大于所述第一预设电流且所述第二预设电压大于所述第一预设电压； S4，对所述动力电池的电芯以第三预设电流恒流充电至第三预设电压，并在达到所述第三预设电压后恒流放电至第一预设电压，第三预设电流大于所述第一预设电流且第三预设电压大于所述第一预设电压；以及 S5，重复执行步骤S4预设次数。
2.如权利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述预设时间为12~24小时。
3.如权利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述第一预设电流为0.01-0.1C。
4.如权利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述预设荷电状态为509T70%S0C。
5.如权利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述第一预设电压为2.3^2.5V。
6.如权利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述第二预设电流为0.05-0.2C，所述第三预设电流为0.05-0.1C。
7.如权利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述第二预设电压大于所述第三预设电压。
8.如权利要求7所述的化成方法，其特征在于，所述第二预设电压为3.7^3.9V，所述第三预设电压为3.6~3.65V。
9.如权利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述预设次数根据所述动力电池上形成的固体电解质界面膜SEI膜的稳定程度而设置。
10.如权利要求9所述的化成方法，其特征在于，所述预设次数为1-5次。
【文档编号】H01M10/058GK103579679SQ201210283282
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年8月9日 优先权日:2012年8月9日
【发明者】吴生先 申请人:北汽福田汽车股份有限公司