磷酸铁锂电池快速化成工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种磷酸铁锂电池快速化成工艺，包括如下步骤：电池组装完成后，抽真空分次注入电解液，封口；将电池在恒温箱45～50℃下搁置8～12h，搁置过程中要翻动或转动电池，使电池的每个面均朝下放置一定时间；搁置完成后，超声处理电池10～20min；电池上柜，对其进行小电流阶梯式充电活化，外加间歇脉冲放电；充电完成，在手套箱中对电池再进行放气、抽真空一次，然后封口，陈化，分容。本发明首先让电解液充分浸润电池隔膜与正负极片，然后采用较大电流阶梯式充电，配合间歇性脉冲放电的方法，不仅大幅缩短了化成工序时间，减少了设备能耗，而且化成完后电池性能优良，与采用传统化成工艺的电池并无差异。
【专利说明】磷酸铁锂电池快速化成工艺
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于锂离子电池【技术领域】，具体涉及一种磷酸铁锂电池快速化成工艺。
【背景技术】
[0002]锂离子电池的生产过程包括合浆、涂布、辊压、切片、叠片(卷绕)、组装、注液和化成等工序，其中化成是决定锂电池性能的很重要的一个环节。
[0003]化成工序对锂电池的影响主要有:1，影响负极片SEI膜的形成，及其稳定性、致密性，进而影响到锂电池的循环性能；2，影响锂电池容量；3，不正确的化成工艺，会直接导致锂电池负极析锂，形成“锂枝晶”，这样就会严重威胁到锂电池的安全性能，会造成锂电池内部短路甚至爆炸。因此，化成工艺对锂电池的性能起到至关重要的作用。
[0004]传统的化成工艺一般为:电池注液完成后，室温搁置2?3天，然后以极小电流(0.0lC?0.1C)充电活化。传统化成工序一般至少耗时70h，这样就导致设备投入大、生产周期长、设备使用效率低、耗电量大等问题，严重影响到锂电池的生产效率。
【发明内容】
[0005]本发明针对传统化成工艺耗时长、效率低的问题，公开了一种磷酸铁锂电池快速化成工艺，包括如下步骤:
[0006](I)电池组装完成后，抽真空分次注入电解液，封口 ；
[0007](2)将电池在恒温箱45?50°C下搁置8?12h，搁置过程中要翻动或转动电池，使电池的每个面均朝下放置一定时间；
[0008](3)搁置完成后，超声处理电池10?20min ；
[0009](4)电池上柜，对其进行小电流阶梯式充电活化，外加间歇脉冲放电；
[0010](5)充电完成,在手套箱中对电池再进行放气、抽真空一次,然后封口，陈化,分容。
[0011]步骤⑷中所述的小电流与脉冲充电方式为:
[0012]①电池以0.1C?0.15C恒流充电至3.0V?3.2V，时间限制3?4h ;
[0013]②搁置5min;
[0014]③电池以0.2C?0.3C恒流充电1min ；
[0015]④搁置3s;
[0016]⑤脉冲放电2?3s;
[0017]⑥搁置3s;
[0018]⑦重复步骤③?⑥，至电池电压达到3.9V ；
[0019]⑧3.9V恒压充电，至电流降至第二阶段充电电流的10%。
[0020]在所述步骤(3)与步骤(4)之间还要进行电池电压和内阻的测量，电压或内阻异常的电池不予上柜化成。
[0021]优选的，步骤(3)所述超声处理中，超声处理设备的功率为80?100W，超声波的频率为10?20KHZ。[0022]所述步骤(4)对电池充电过程中，在电池的两个最大面要施加0.5?IMPa压力。
[0023]优选的，所述工步⑤中脉冲电流幅值为0.5C?1C。
[0024]本化成工艺也适用于锰酸锂、钴酸锂或三元正极材料锂电池，只需相应改变步骤
(4)中的充电终止电压。
[0025]本发明具有如下有益效果:
[0026](I)本发明将注液后的电池在高温环境中搁置，且在搁置过程中对其进行翻动或转动，搁置完成后进行超声处理，可使电解液快速且充分浸润电池隔膜、正负极材料，避免电池在化成时出现未化成死区，影响电池容量；
[0027](2)本发明在电解液充分浸润基础上，使用相对较大电流充电方式，在充电过程中设置短时搁置与脉冲大电流放电，可及时消除大电流充电中出现的浓差极化与电化学极化，在保证电池性能的同时，大幅提高了化成效率；
[0028](3)本发明在电池化成过程中，对其两侧施加0.5?IMPa压力，可减弱极化现象，避免隔膜褶皱，减小未化成死区面积，一举多得；
[0029](4)本发明化成工艺用时不超过30h，与传统工艺的70h相比，节约了至少一半时间，用时短、耗能少、效率高，且锂电池性能保持良好。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本发明实施例1与对比例I单体电池的循环性能对比图。
【具体实施方式】
[0031 ] 下面通过【具体实施方式】对本发明做进一步详细的说明。
[0032]实施例1
[0033]本实施例以方形钢壳40Ah磷酸铁锂动力电池为例，具体化成步骤如下:
[0034](I)电池组装完成后，抽真空分3次注液，每次注液量110g，封口 ；
[0035](2)将电池在恒温箱45°C下搁置12h，搁置过程中每2h翻动一次电池，使电池的6个面均朝下放置2h ；
[0036](3)搁置完成后，超声处理电池15min，超声处理设备的功率为100W，超声波的频率为15KHz ；
[0037](4)测量电池电压和内阻，并记录，不符合要求的电池不予上柜化成；
[0038](5)电池上柜，按以下充电方式对其进行充电:
[0039]①电池以5A电流恒流充电至3.2V，时间限制3h ；
[0040]②搁置5min ；
[0041]③电池以1A电流恒流充电1min ;
[0042]④搁置3 s ；
[0043]⑤以30A电流脉冲放电2s ；
[0044]⑥搁置3 s ；
[0045]⑦重复步骤③?⑥，至电池电压达到3.9V ；
[0046]⑧3.9V恒压充电，至充电电流降至1A。
[0047](6)充电完成，在手套箱中对电池再进行放气、抽真空一次，然后封口，陈化，分容。[0048]在上述步骤(5)对电池充电过程中，在电池的两个最大面施加0.5MPa压力。
[0049]对比例I
[0050]对比例I与实施例1电池为同批生产，同一批正负极，同时叠片、组装、烘烤除水分。
[0051]对比例I采用传统小电流化成工艺，具体步骤如下:
[0052](I)电池组装完成后，抽真空分3次注液，每次注液量110g，封口 ；
[0053](2)将电池在室温下搁置2天；
[0054](3)搁置完成后，测量电池电压和内阻，并记录，不符合要求的电池不予上柜化成；
[0055](4)电池上柜，按以下充电方式对其进行充电:
[0056]①电池以2A电流恒流充电至3.2V，时间限制4h ；
[0057]②搁置5min ；
[0058]③电池以4A电流恒流充电至3.9V,时间限制13h ；
[0059]④3.9V恒压充电，至充电电流降至0.8A，时间限制2h。
[0060](5)充电完成,在手套箱中对电池再进行放气、抽真空一次,然后封口，陈化,分容。
[0061]化成结束后，记录数据，并将部分实施例1与对比例I电池进行解剖，化成数据及解剖结果见下表1:
[0062]表1实施例1与对比例I电池化成结果
[0063]
【权利要求】
1.一种磷酸铁锂电池快速化成工艺，其特征在于，包括如下步骤: (1)电池组装完成后，抽真空分次注入电解液，封口； (2)将电池在恒温箱45?50°C下搁置8?12h，搁置过程中要翻动或转动电池，使电池的每个面均朝下放置一定时间； (3)搁置完成后，超声处理电池10?20min； (4)电池上柜，对其进行小电流阶梯式充电活化，外加间歇脉冲放电； (5)充电完成，在手套箱中对电池再进行放气、抽真空一次，然后封口，陈化，分容。
2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池快速化成工艺，其特征在于，步骤(4)中所述的小电流与脉冲充电方式为: ①电池以0.1C?0.15C恒流充电至3.0V?3.2V，时间限制3?4h ; ②搁置5min； ③电池以0.2C?0.3C恒流充电1min ； ④搁置3s； ⑤脉冲放电2?3s; ⑥搁置3s； ⑦重复步骤③?⑥，至电池电压达到3.9V ； ⑧3.9V恒压充电，至电流降至第二阶段充电电流的10%。
3.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池快速化成工艺，其特征在于，在所述步骤(3)与步骤(4)之间还要进行电池电压和内阻的测量，电压或内阻异常的电池不予上柜化成。
4.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池快速化成工艺，其特征在于，步骤(3)所述超声处理中，超声处理设备的功率为80?100W，超声波的频率为10?20KHz。
5.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池快速化成工艺，其特征在于，所述步骤(4)对电池充电过程中，在电池的两个最大面要施加0.5?IMPa压力。
6.根据权利要求2所述的磷酸铁锂电池快速化成工艺，其特征在于，所述工步⑤中脉冲电流幅值为0.5C?1C。
【文档编号】H01M10/058GK104037456SQ201410267569
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】张晶晶 申请人:张晶晶