一种方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法
【专利摘要】本发明公开了一种方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，该方法包括以下步骤：步骤1，采用一定的电流将电池预充电至预定的电压范围；步骤2，电池化成前先将已预充电电池置于真空设备中进行低真空处理；步骤3，向电池内充入CO2气体进行保护处理；步骤4，电池注液孔预封口，将电池置于恒温设备中，开始化成，确保整个化成过程设备内部环境及电池温度恒定，直至化成结束；步骤5，将化成结束的电池置于真空设备中进行高真空处理；步骤6，对电池注液孔进行封口密闭。采用本发明的方法制备锂离子电池，提高了电池初始容量，降低了电池界面内阻，有效改善了电池电化学性能的稳定性，大大提升了电池的循环寿命。
【专利说明】一种方形钢壳或错壳裡罔子电池化成新方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于锂离子电池领域，涉及一种锂离子电池制备工艺，具体来说，涉及一种 方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，包括在电池化成过程中进行预充电处理、低真空 处理、特殊气体保护处理、高温化成、高真空处理和封口处理等新工艺实施方法。
【背景技术】
[0002] 近年来锂离子电池在车用动力和储能等应用领域得到发展迅速，但电池的性能稳 定性和循环寿命等方面仍然有待改进。锂离子电池的化成工艺条件对电池循环寿命和性 能一致性具有较大的影响。锂离子电池化成工艺是采用一定的电流对电池进行首次预充 电处理实现活性物质充分活化的过程。预充电过程，电池正极上的锂离子从正极结构上脱 出，经过电解液和隔膜迁移到负极表面，在负极与电解液的固液相界面之间发生反应，初始 阶段在负极结构表面生成一层均匀致密的钝化层，一般称之为SEI膜（Solid Electrolyte Interface固体电解质界面膜)。在预充电过程，SEI形成结束后，锂离子则穿过SEI膜嵌 入负极材料的层状结构中，直至从正极上迁移过来的锂离子全部嵌入负极结构中，实现活 性物质的充分活化。SEI膜覆盖于负极材料结构表面，其结构上特征可以使锂离子通过SEI 膜，并有效阻止电解液溶剂大分子通过，避免溶剂大分子与负极材料发生共嵌等不良反应。 SEI膜形成的稳定性将对电池的性能稳定性和循环寿命等方面产生至关重要的影响。
[0003] 目前行业内所采用的化成工艺通常是在常温常压下进行。锂离子电池化成过程 中，电极与电解液在固液相界面发生反应，会产生少量的气体。这些少量的气体无法再次参 与电池化成反应，分布在正极片与负极片之间，导致锂离子无法正常迁移，从而使得负极结 构表面存在气体分布的区域无法形成一层均匀致密SEI膜，从而影响电池的容量和循环寿 命。化成过程采用常温条件，无法有效保证锂离子的活性，实现活性物质的充分激活。因此 采用常温常压条件下的化成工艺在SEI膜形成和活性物质充分活化上存在一定的不足。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是改进锂离子电池的化成工艺，以提升电池容量和循环寿命。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供了一种方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，该 方法包括以下步骤： 步骤1，预充电处理：电池预充电至预定的电压范围； 步骤2,低真空处理：电池化成前先将已预充电电池置于真空设备中进行低真空处理， 以去除电池内部的气泡； 步骤3, C02气体保护处理：向电池内充入C02气体； 步骤4,高温化成：电池注液孔预封口，将电池置于35- 45°C恒温设备中，开始化成，确 保整个化成过程设备内部环境及电池温度恒定，直至化成结束； 步骤5,高真空处理：将化成结束的电池置于真空设备中进行高真空处理，； 步骤6，封口处理：对电池注液孔进行封口密闭。
[0006] 上述的方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，其中，该电池为电池正极材料为 磷酸铁锂体系的锂离子电池。
[0007] 上述的方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，其中，步骤1中，预定的电压范围 为3. 200?3. 250V，所采用的预充电流为0. 03?0. 05C。
[0008] 上述的方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，其中，步骤2中，第一次真空处理 是指低真空处理，真空度为-0. 02?-0. 03MPa。
[0009] 上述的方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，其中，在步骤3中，该C02气体的 纯度不低于99. 99%。
[0010] 上述的方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，其中，在步骤4中，高温化成所用 的电流为〇. l?〇. 15C，化成截止电压为3. 55?3. 65V。
[0011] 上述的方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，其中，在步骤5中，第二次真空处 理是指高真空处理，真空度为-0. 085?-0. IMPa范围。
[0012] 本发明提供的方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，包括在电池化成过程中进 行预充电处理、低真空处理、特殊气体保护处理、高温化成、高真空处理和封口处理等新工 艺实施方法。通过预充电至一定电压范围，确保电池化成反应初始阶段产生的副反应气体 充分产生并释放处理；通过低真空处理可排除化成初始阶段产生的副反应气体，且不会造 成电池内部电解液的溢出。通过对化成过程中采用特殊气体保护处理和高温处理，特殊气 体可促进化成反应进行，高温环境可增强化成反应的活性，从而确保化成反应更加充分，促 进电池化成过程SEI膜形成的稳定性和致密性，确保活性物质得到充分激活。化成结束后 采用高真空处理可将电池内部残余的气体成分彻底排空，使极片之间紧密贴合在一起，同 时避免残余气体对电池使用过程产生不良影响。上述新工艺实施方法对电池性能稳定性和 循环寿命具有较为明显的改进效果。
[0013] 本发明产生的有益效果是：采用本发明的方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方 法，有助于改善电池极片和隔膜的浸润效果，提高极片和隔膜对电解液的吸收程度；同时有 助于改善电池化成和分容效果，减少副反应，确保电池内部活性物质得到充分发挥，提高电 池初始容量，降低电池界面内阻，改善电池电化学性能的稳定性，提升电池的循环寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明的实施例和对比例的化成工艺制备的电池的循环性能曲线对照示 意图。
[0015]
【具体实施方式】 以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
[0016] 本发明提供了一种方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，具体实施例如下： 1、 制备电极片：制作锂离子动力电池用正、负电极片，具体制作方式为目前本【技术领域】 所公知，在此不作描述； 2、 装配成电池：采用叠片方式将上述制作的正、负电极片和隔膜等装配成一定数量的 额定容量为50Ah的电池，具体制作方式为目前本【技术领域】所公知，在此不作描述； 3、 注液浸润：米用半自动注液机向电池中加注一定量的电解液，然后进行一段时间的 静置浸润处理，具体制作方式为目前本【技术领域】所公知，在此不作描述； 4、电池化成：电池采用本发明所提供的一种方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法进 行处理： 步骤1，预充电处理：电池预充电至一定的电压范围； 步骤2,低真空处理：电池化成前先置于真空装置或设备中进行低真空处理； 步骤3,特殊气体保护处理：通过电池注液孔往电池内充入某种特殊气体； 步骤4,高温化成：电池注液孔预封口，将其置于带有温度自动调剂的恒温化成设备恒 定到一定的高温；开始化成，确保整个化成过程箱体内部环境及电池温度恒定，直至化成结 束： 步骤5,高真空处理：将化成结束的电池置于真空装置或设备中进行高真空处理； 步骤6,封口处理：对电池注液孔进行封口密闭。完成化成过程。
[0017] 5、分容检测：经过上述处理的一定数量的电池，进行分容检测处理。具体方式为目 前本【技术领域】所公知，在此不做描述。
[0018] 实施例1 将注液浸润处理完成的方形钢壳或铝壳锂离子电池进行化成处理：步骤1，预充电处 理：电池预充电至预定的电压范围3. 20(T3. 250V，采用的预充电流为0. 03~0. 05C。步骤 2, 低真空处理：电池化成前先置于真空装置或设备中进行低真空处理，抽真空至真空度 为-0. 02~ -0. 03MPa，去除电池中产生的气体。步骤3,特殊气体保护处理：通过电池注液孔 往电池内充入C02气体，该C0 2气体能使得反应更加充分，并能参与成膜，使得SEI膜更加稳 定，有助于提高电池的循环性能。步骤4,高温化成：电池注液孔预封口，将其置于带有温度 自动调剂的恒温化成设备恒定到一定的高温(如35-45°C);开始化成，化成过程采用的充电 电流为0. l(T〇. 15C，充电截止电压为3. 55~3. 65V，确保整个化成过程箱体内部环境及电池 温度恒定，直至化成结束。该高温化成步骤使得电池的正极、负极反应更均匀、充分；形成的 反应层更致密，电池结构更稳定，内阻较低，循环性能更好。步骤5,高真空处理：将化成结 束的电池置于真空装置或设备中进行高真空处理，抽真空至真空度为-0. 085?-0. IMPa以 下，进一步脱除电池中的气泡，确保电池容量更加稳定，提升电池循环寿命。步骤6,封口处 理：对电池注液孔进行封口密闭。完成化成过程。
[0019] 实施例2-10的制备方法同实施例1，只是工艺条件在条件范围内变化。
[0020] 对比例1-10采用传统的化成工艺：首先采用小电流充电，充电电流为0.05C， 主要为SEI膜的形成及负极预充电；然后充电电流增大至0. 1-0. 2C左右，充电到电压为 3. 55?3. 65V范围结束。
[0021] 上述实施例的具体结果如表1和图1所示。
[0022] 表1实施例和对比例的电池容量和内阻数据
【权利要求】
1. 一种方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 步骤1，预充电处理：电池采用一定电流预充电至预定的电压范围； 步骤2,第一次真空处理：电池化成前先将已预充电电池置于真空设备中进行低真空 处理； 步骤3,特殊气体保护处理：向电池内充入特殊气体，该特殊气体是指包含碳氧元素的 气体； 步骤4,高温化成：电池注液孔预封口，将电池置于35-45°C恒温设备中，开始化成，确 保整个化成过程设备内部环境及电池温度恒定，直至化成结束； 步骤5,第二次真空处理：将化成结束的电池置于真空设备中进行高真空处理； 步骤6，封口处理：对电池注液孔进行封口密闭。
2. 如权利要求1所述的方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，其特征在于，该电池 为电池正极材料为磷酸铁锂体系的锂离子电池。
3. 如权利要求1所述的方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，其特征在于，在步骤1 中，采用的电流大小为〇. 03~0. 05C。
4. 如权利要求1所述的方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，其特征在于，在步骤1 中，预定的电压范围为3. 20(T3. 250V。
5. 如权利要求1所述的方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，其特征在于，步骤2 中，第一次真空处理是指低真空处理，真空度为-0. 〇2~ -0. 03MPa。
6. 如权利要求1所述的方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，其特征在于，在步骤3 中，特殊气体选择C02气体。
7. 如权利要求6所述的方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，其特征在于，该C02气 体的纯度不低于99. 99%。
8. 如权利要求1所述的方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，其特征在于，步骤4 中，电池高温化成所采用的温度为35~45°C，该温度通过常规恒温设备可以实现。
9. 如权利要求1所述的方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，其特征在于，步骤4电 池高温化成过程所采用电流为0. l~〇. 15C，化成结束的电压为3. 55~3. 65V。
10. 如权利要求1所述的方形钢壳或铝壳锂离子电池化成新方法，其特征在于，在步骤 5中，第二次真空处理是指高真空处理，真空度为-0. 085?-0. IMPa范围。
【文档编号】H01M10/42GK104143662SQ201410385721
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】余招宇, 侯敏, 曹辉, 王刚庆, 陈丹丹, 刘婵 申请人:上海航天电源技术有限责任公司