一种软包锂离子电池的化成方法与流程

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种软包锂离子电池的化成方法。

背景技术：

锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、体积小、无记忆效应和寿命长等优点，广泛应用于3C类数码产品、新能源电动汽车等领域。

锂离子电池化成是指锂离子电池第一次充电的过程，目的是使电池具有电化学活性(锂离子电池材料激活的过程)。化成是在负极表面形成一层固体电解质界面膜(SEI膜)，SEI膜具有固体电解质性质，是电子绝缘体。但这种SEI膜却是Li⁺的优良导体，Li⁺能够自由地通过SEI膜。SEI膜的主要成分是Li₂CO₃、LiF、Li₂O、LiOH、ROCO₂Li、ROLi和(ROCO₂Li)₂等。因此SEI膜的形成会消耗Li⁺，降低首次充放电效率。SEI膜具有有机溶剂不溶的特性，有机溶剂分子不能通过SEI膜，能够有效防止电解液中的有机溶剂分子对电极材料的破坏。SEI膜的质量与化成的工艺具有很大的相关性，如果化成制度不好，就不能形成高品质的SEI膜，对电池的循环寿命和电化学性能具有很大的影响。化成工艺关系到电池容量的高低、循环寿命的长短及安全性能等多方面的品质，因此，化成工艺在一定程度上决定了电池性能的好坏。

现有的化成工艺制作的锂离子电池存在循环寿命短、高温储存性能差、安全性能差等性能问题，同时其生产过程也比较繁杂。软包锂离子电池的常规化成方法主要流程为：陈化→第一次平压→预化成→常温老化→第二次平压→第二次化成→高温老化；加上所有的操作过程，整个制备过程的时间大概在138h左右，且生产过程所需人员较多，耗时耗力。加上在生产过程中，由于人为接触电池次数较多，容易造成对软包锂离子电池的损坏和报废，不但生产效率低，而且额外增加了生产成本，尤其对面积较大的电池来说，化成后的电池负极极片表面状态不均衡，很多区域因接触不紧密导致化成程度不够，杂质分解反应不彻底，造成极片局部黑斑、析锂，严重影响电池的循环性能和安全性能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种软包锂离子电池的化成方法，解决现有化成方法生产周期长，且化成后的软包锂离子电池循环性能不佳的问题。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种软包锂离子电池的化成方法，包括先采用0.01C～0.05C电流对软包锂离子电池进行小电流预充电，至截止电压3.0V；再采用0.1C～1.0C电流恒流充电，至截止电压3.6V；然后采用0.5C～3.0C电流恒流恒压充电，至截止电压4.2V，截止电流0.01C～1.0C；

上述化成过程中，保持软包锂离子电池两侧受到的面压力不低于0.4MPa，软包锂离子电池的温度不超过80℃。

本发明的软包锂离子电池的化成方法，处理的对象是陈化结束的软包锂离子电池。

优选的，所述的软包锂离子电池的化成方法，包括如下步骤：

1)将软包锂离子电池置于化成夹具中，保证软包锂离子电池两侧受到的面压力不低于0.4MPa；对软包锂离子电池升温，温度上限不超过80℃；

2)化成：先采用0.01C～0.05C电流对软包锂离子电池进行小电流预充电，至截止电压3.0V；再采用0.1C～1.0C电流恒流充电，至截止电压3.6V；然后采用0.5C～3.0C电流恒流恒压充电，至截止电压4.2V，截止电流0.01C～1.0C；

步骤2)的化成过程中，对软包锂离子电池进行保温保压，控制温度偏差不超过±5℃，压力偏差不超过±0.02MPa。

步骤1)中，所述化成夹具为高温加压化成设备的化成夹具，该化成夹具具有用于夹持软包锂离子电池的夹板。使用时，采用化成夹具的夹板对软包锂离子电池的两侧面进行整面均匀施压，保证电池两侧受到正压力。

步骤2)的化成过程中，对软包锂离子电池进行保温保压，控制温度和压力偏差在一定范围内，保证化成温度压力条件稳定，使得形成的SEI膜具有较好的均匀度和稳定性。所述的保温保压是指保持步骤1)所设定的温度和压力。

所述的软包锂离子电池的化成方法，还包括步骤3)：

3)将步骤2)化成结束后的软包锂离子电池在40～65℃条件下进行高温老化。

所述高温老化的时间为36～96h。

化成过程中，软包锂离子电池两侧受到的面压力为0.4～3.0MPa。

化成过程中，软包锂离子电池的温度为40～80℃。在高温高压的条件下，锂离子电池的正负极与隔膜的接触性好，电解液活性高，有助于SEI膜的形成；同时产气可快速排出，避免了气体残留在极片间影响极片表面SEI膜的均匀性。

小电流预充电的时间为28～32min。优选的，小电流预充电的时间为30min。

优选的，步骤2)中，所述恒流恒压充电的电流大于所述恒流充电的电流。即在化成过程中，三阶段充电电流呈逐渐增大的趋势，有助于提高化成过程中SEI膜形成的一致性和稳定性。

所述高温老化的环境湿度为0～60％RH。

本发明的软包锂离子电池的化成方法，在化成过程中对软包锂离子电池两侧施加不低于0.4MPa的面压力，一方面保持电芯结构平整、稳定，防止化成过程中体积膨胀；另一方面使得正负极与隔膜充分接触，使极片表面状态均衡，防止因接触不紧密导致化成程度不够，杂质分解反应不彻底，造成极片局部黑斑、析锂的问题，使负极表面SEI膜的形成较均匀，达到改善负极界面状态的效果。化成过程中，先采用小电流预充电，使电池中的活性物质与电解液缓慢反应，在负极表面形成致密的钝化膜，使其具有较高的密实度和稳定性；后期采用较大电流进行充电，在激活锂离子移动的同时，有利于进一步形成稳定致密的SEI膜，同时提高化成效率，缩短生产周期。采用本发明的化成方法的软包锂离子电池，具有稳定致密的SEI膜，质量均匀，缺陷少，使之具有良好的存储性能、循环性能和安全性能，同时提高了软包锂离子电池的硬度和平整度，延长了锂离子电池循环寿命。

本发明的软包锂离子电池的化成方法，生产周期短，化成工序效率高，工艺简单，操作方便，成本低，易于自动化控制，适合大规模工业化生产。

附图说明

图1为采用实施例1的化成方法与常规化成方法的软包锂离子电池循环性能比较；

图2为采用实施例2的化成方法与常规化成方法的软包锂离子电池循环性能比较；

图3为采用实施例3的化成方法与常规化成方法的软包锂离子电池循环性能比较；

图4为采用实施例4的化成方法与常规化成方法的软包锂离子电池循环性能比较。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例的软包锂离子电池的化成方法，包括下列步骤：

1)将陈化结束的软包锂离子电池夹持于高温加压化成设备的化成夹具中，开启压力开关将夹具间压力升至设定的值，保证软包锂离子电池两侧受到的面压力为1.5MPa；

设定高温加压化成设备的温度值为65℃，开启温度开关，对软包锂离子电池升温至65℃；

2)化成：先采用0.03C电流对软包锂离子电池进行小电流预充电，充电时间30min，截止电压3.0V；再采用0.5C电流恒流充电，至截止电压3.6V；然后采用1.0C电流恒流恒压充电，至截止电压4.2V，截止电流0.1C；

步骤2)的化成过程中，对软包锂离子电池进行保温保压(65℃，1.5MPa)，控制温度偏差不超过±5℃，压力偏差不超过±0.02MPa；

上述化成过程结束后，卸去化成夹具间的压力，关闭保温装置，取出电池；

3)将步骤2)化成结束后的软包锂离子电池置于50℃、湿度40％RH的高温环境中进行高温老化70h。

实施例2

本实施例的软包锂离子电池的化成方法，包括下列步骤：

1)将陈化结束的软包锂离子电池夹持于高温加压化成设备的化成夹具中，开启压力开关将夹具间压力升至设定的值，保证软包锂离子电池两侧受到的面压力为2.9MPa；

设定高温加压化成设备的温度值为45℃，开启温度开关，对软包锂离子电池升温至45℃；

2)化成：先采用0.02C电流对软包锂离子电池进行小电流预充电，充电时间30min，截止电压3.0V；再采用0.7C电流恒流充电，至截止电压3.6V；然后采用2.0C电流恒流恒压充电，至截止电压4.2V，截止电流0.5C；

步骤2)的化成过程中，对软包锂离子电池进行保温保压(45℃，2.9MPa)，控制温度偏差不超过±5℃，压力偏差不超过±0.02MPa；

上述化成过程结束后，卸去化成夹具间的压力，关闭保温装置，取出电池；

3)将步骤2)化成结束后的软包锂离子电池置于40℃、湿度50％RH的高温环境中进行高温老化96h。

实施例3

本实施例的软包锂离子电池的化成方法，包括下列步骤：

1)将陈化结束的软包锂离子电池夹持于高温加压化成设备的化成夹具中，开启压力开关将夹具间压力升至设定的值，保证软包锂离子电池两侧受到的面压力为0.5MPa；

设定高温加压化成设备的温度值为55℃，开启温度开关，对软包锂离子电池升温至55℃；

2)化成：先采用0.01C电流对软包锂离子电池进行小电流预充电，充电时间30min，截止电压3.0V；再采用0.1C电流恒流充电，至截止电压3.6V；然后采用0.5C电流恒流恒压充电，至截止电压4.2V，截止电流0.01C；

步骤2)的化成过程中，对软包锂离子电池进行保温保压(55℃，0.5MPa)，控制温度偏差不超过±5℃，压力偏差不超过±0.02MPa；

上述化成过程结束后，卸去化成夹具间的压力，关闭保温装置，取出电池；

3)将步骤2)化成结束后的软包锂离子电池置于55℃、湿度30％RH的高温环境中进行高温老化64h。

实施例4

本实施例的软包锂离子电池的化成方法，包括下列步骤：

1)将陈化结束的软包锂离子电池夹持于高温加压化成设备的化成夹具中，开启压力开关将夹具间压力升至设定的值，保证软包锂离子电池两侧受到的面压力为2.0MPa；

设定高温加压化成设备的温度值为75℃，开启温度开关，对软包锂离子电池升温至75℃；

2)化成：先采用0.05C电流对软包锂离子电池进行小电流预充电，充电时间30min，截止电压3.0V；再采用1.0C电流恒流充电，至截止电压3.6V；然后采用3.0C电流恒流恒压充电，至截止电压4.2V，截止电流1.0C；

步骤2)的化成过程中，对软包锂离子电池进行保温保压(75℃，2.0MPa)，控制温度偏差不超过±5℃，压力偏差不超过±0.02MPa；

上述化成过程结束后，卸去化成夹具间的压力，关闭保温装置，取出电池；

3)将步骤2)化成结束后的软包锂离子电池置于60℃、湿度20％RH的高温环境中进行高温老化32h。

上述实施例的化成方法中步骤2)的化成周期在2.5～5.0h，化成周期短。

实验例

本实验例对采用实施例1-4的化成方法与常规化成方法的软包锂离子电池循环性能进行检测。检测条件为常温、2C、100％SOC。结果如图1-4所示。

从图1可以看出，采用常规化成方法的软包锂离子电池在循环超过600次后，容量保持率下降至90％，循环超过1000次之后，容量保持率呈大幅下降趋势，循环超过1300次后，容量保持率跌至75％以下。而采用实施例1的化成方法的软包锂离子电池，在循环1000次时容量保持率仍在95％，在循环超过1500次时，容量保持率仍保持在90％以上。

从图2可以看出，采用常规化成方法的软包锂离子电池在循环超过950次后，容量保持率下降至90％，之后容量保持率呈大幅下降趋势，循环超过1050次后，容量保持率跌至75％以下。而采用实施例2的化成方法的软包锂离子电池，在循环1350次时容量保持率仍在95％以上，在循环超过1800次时，容量保持率仍保持在90％以上。

从图3可以看出，采用常规化成方法的软包锂离子电池在循环超过750次后，容量保持率下降至90％，循环超过1200次之后，容量保持率呈大幅下降趋势，循环超过1300次后，容量保持率跌至70％以下。而采用实施例3的化成方法的软包锂离子电池，在循环1200次时容量保持率仍在90％以上，在循环超过2200次时，容量保持率仍保持在80％以上。

从图4可以看出，采用常规化成方法的软包锂离子电池在循环超过700次后，容量保持率下降至90％，循环超过1200次之后，容量保持率呈大幅下降趋势，循环超过1300次后，容量保持率跌至75％以下。而采用实施例4的化成方法的软包锂离子电池，在循环700次时容量保持率仍在95％以上，在循环超过1400次时，容量保持率仍保持在90％以上。

检测结果表明，采用本发明的化成方法的软包锂离子电池，具有良好的循环性能。