一种钛酸锂电池的化成方法与流程

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种钛酸锂电池的化成方法。

背景技术：

钛酸锂电池因其安全性好、倍率功率性能好、常温循环寿命长等优点而引起了学术界和工业界的广泛重视，特别是近年来已有批量应用于电动车、储能等领域的案例。然而在钛酸锂电池实际研究和应用的过程中，发现钛酸锂电池存在胀气问题，特别是在高温下胀气更严重，严重地影响了电池的循环性能。

目前，对钛酸锂电池胀气的原因已有比较明确的机理解释，电池中的残留水分以及钛酸锂表面的ti3+对电解液溶剂的催化分解(特别是在高温下)是其产气的主要原因。钛酸锂材料及电池的研究者们主要通过钛酸锂材料改性和电解液成膜添加剂两个方面来改善钛酸锂电池的高温胀气问题。然而上述方法并不能完全解决钛酸锂电池的高温胀气问题，必须结合钛酸锂电池的制备、化成工艺加以解决。

在钛酸锂电池的化成工艺研究上，已有研究者研究了小电流和高温老化的化成工艺(如：刘金亮，高峰，张汝斌，等，钛酸锂电池的化成方法，中国专利，申请号：201410765009.1)，得到了较好的抑制产气效果，但仍未能完全消除钛酸锂电池高温产气对循环等电性能的影响。

技术实现要素：

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种钛酸锂电池的化成方法。

本发明提出的一种钛酸锂电池的化成方法，对钛酸锂电池首先进行预化成老化后再进行小电流化成老化；

预化成老化包括以下步骤：

s1、将注液预封后的钛酸锂电池放置在高温环境中浸润第一时间阈值；

s2、通过定值电流i1对高温浸润后的钛酸锂电池恒流充电至电池电压达到预设的第一电压值v1；

s3、将充电完成的钛酸锂电池高温搁置第二时间阈值；

小电流化成老化包括以下步骤：

s4、在高温环境中以定值电流i2对预化成老化后的钛酸锂电池充电至电池电压达到预设的第二电压值v2，i2＜i1；

s5、以定值电流i3对钛酸锂电池进行间隔浮充，浮充截止电压为第二电压值v2，i3＜i2；

s6、对浮充结束的钛酸锂电池进行高温老化并持续第三时间阈值；

s7、老化结束，对钛酸锂电池进行抽气，然后二次封口。

优选地，步骤s1中，高温环境的温度为0-65℃，第一时间阈值为8-24h。

优选地，步骤s2中，i1为0.2c-1c，第一电压值v1为2.3-2.6v。

优选地，步骤s3中，高温搁置的温度为40-65℃，第二时间阈值为12-48h。

优选地，步骤s4中，高温环境温度为40-65℃。

优选地，步骤s4中，定值电流i2为0.02-0.2c，第二电压值v2为2.7-3.0v。

优选地，步骤s5中，定值电流i3为0.01-0.05c，浮充阶段总时间为8-48h。

优选地，步骤s6中，高温老化温度为40-65℃，第三时间阈值为1-7天。

优选地，步骤s2中，首选对高温浸润后的钛酸锂电池上夹具，然后再进行恒流充电；步骤s7中，首先对老化结束的钛酸锂电池去夹具，然后再进行抽气和二次封口。

本发明提供的钛酸锂电池的化成方法，将钛酸锂电池化成分两步进行，第一步预化成老化的主要目的为电芯除水、初步产气和完成低电位条件下的不可逆电化学反应；第二步小电流高温化成的主要目的为完成负极钛酸锂材料表面成膜，老化的目的为稳定负极成膜和完成电解液分解产气过程。该化成方法有利于电池高温循环过程中产气量的降低和性能稳定。

附图说明

图1为本发明提出的一种钛酸锂电池的化成方法流程图；

图2为实施例1制备的钛酸锂软包电池经化成老化后的高温循环寿命图。

具体实施方式

本发明提供的一种钛酸锂电池的化成方法，对钛酸锂电池首先进行预化成老化后再进行小电流化成老化。

预化成老化包括以下步骤s1-s3。

s1、将注液预封后的钛酸锂电池放置在高温环境中浸润第一时间阈值。本步骤中，高温环境的温度为0-65℃，第一时间阈值为8-24h。

s2、通过定值电流i1对高温浸润后的钛酸锂电池恒流充电至电池电压达到预设的第一电压值v1。i1为0.2c-1c，第一电压值v1为2.3-2.6v。

s3、将充电完成的钛酸锂电池高温搁置第二时间阈值。本步骤中，高温搁置的温度为40-65℃，第二时间阈值为12-48h。

小电流化成老化包括以下步骤s4-s7。

s4、在高温环境中以定值电流i2对预化成老化后的钛酸锂电池充电至电池电压达到预设的第二电压值v2，i2＜i1。本步骤中，高温环境温度为40-65℃，定值电流i2为0.02-0.2c，第二电压值v2为2.7-3.0v。

s5、以定值电流i3对钛酸锂电池进行间隔浮充，浮充截止电压为第二电压值v2，i3＜i2。本步骤中，定值电流i3为0.01-0.05c，浮充阶段总时间为8-48h。

s6、对浮充结束的钛酸锂电池进行高温老化并持续第三时间阈值。本步骤中，高温老化温度为40-65℃，第三时间阈值为1-7天。

s7、老化结束，对钛酸锂电池进行抽气，然后二次封口。

本实施方式中，为了保证钛酸锂电池在化成过程中的稳定，步骤s2中，首选对高温浸润后的钛酸锂电池上夹具，然后再进行恒流充电。步骤s7中，首先对老化结束的钛酸锂电池去夹具，然后再进行抽气和二次封口。

实施例1

参照图1，本实施例以8ah钛酸锂软包电池为例，对本发明的技术方案进行详细说明。具体的，该8ah钛酸锂软包电池，正极为瑞翔三元ncm111，负极为自产钛酸锂lto，隔膜为沧州明珠12+4单面陶瓷隔膜，电解液为广州天赐钛酸锂专用电解液。

本实施例中，预化成老化具体如下。

步骤s1中，将注液、封口完成的8ah钛酸锂电池置于55℃高温箱中，平躺搁置12h，使得电解液充分浸润正负极极片和隔膜，以完成高温浸润。步骤s2中，将完成高温浸润后钛酸锂电池置于室温下4h后，上夹具在5v、10a的化成柜上进行充电，具体可选用新威化成柜，充电电流i1为0.5c(即4a)，充电截止电压即第一电压值v1为2.6v。步骤s3中，将充电完成的钛酸锂软包电池置于55℃高温箱中老化24h，以完成预化成。

本实施例中，小电流化成老化具体如下。

步骤s4中，预化成后的钛酸锂电池置于55℃高温箱中，以0.1c(0.8a)小电流i2恒流充电至电池电压达到第二电压值v2＝2.8v；然后执行步骤s5，以0.05c(0.4a)电流i3每隔10分钟浮充一次，截止电压为第二电压值v2即2.8v。本实施例中，在步骤s5中共浮充80次。然后，执行步骤s6，将浮充结束的钛酸锂电池搁置在60℃高温箱中老化3天；然后执行步骤s7，去夹板抽气，再次封口，完成钛酸锂电池的化成老化。

参照图2，本实施例中，将完成化成老化后的电池，置于新威化成分容柜上进行分容后，置于45℃环境下，以3c/3c(24a)电流进行100％dod(depthofdischarge，放电深度)充放电循环(充放电电压区间1.5-2.7v)，观察循环3000周的产气情况，发现并无明显产气，钛酸锂软包电池循环3000周后的容量保持率达91.4％。

实施例2

本实施例以8ah钛酸锂软包电池为例，对本发明的技术方案进行详细说明。具体的，该8ah钛酸锂软包电池，正极为瑞翔三元ncm523，负极为自产钛酸锂lto，隔膜为沧州明珠12+4单面陶瓷隔膜，电解液为广州天赐钛酸锂专用电解液。

本实施例中，预化成老化具体如下。

步骤s1中，将注液、封口完成的8ah钛酸锂电池置于40℃高温箱中，平躺搁置8h，使得电解液充分浸润正负极极片和隔膜，以完成高温浸润。步骤s2中，将完成高温浸润后钛酸锂电池置于室温下4h后，上夹具在5v、10a的化成柜上进行充电，具体可选用新威化成柜，充电电流i1为0.2c(1.6a)，充电截止电压即第一电压值v1为2.5v。步骤s3中，将充电完成的钛酸锂软包电池置于40℃高温箱中老化12h，以完成预化成。

本实施例中，小电流化成老化具体如下。

步骤s4中，预化成后的钛酸锂电池置于60℃高温箱中，以0.05c(0.4a)小电流i2恒流充电至电池电压达到第二电压值v2＝2.7v；然后执行步骤s5，以0.01c(0.08a)电流i3每隔10分钟浮充一次，截止电压为第二电压值v2即2.7v。本实施例中，在步骤s5中共浮充50次。然后，执行步骤s6，将浮充结束的钛酸锂电池搁置在40℃高温箱中老化3天；然后执行步骤s7，去夹板抽气，再次封口，完成钛酸锂电池的化成老化。

实施例3

本实施例以8ah钛酸锂软包电池为例，对本发明的技术方案进行详细说明。具体的，该8ah钛酸锂软包电池，正极为瑞翔三元ncm622，负极为自产钛酸锂lto，隔膜为沧州明珠12+4单面陶瓷隔膜，电解液为广州天赐钛酸锂专用电解液。

本实施例中，预化成老化具体如下。

步骤s1中，将注液、封口完成的8ah钛酸锂电池置于65℃高温箱中，平躺搁置24h，使得电解液充分浸润正负极极片和隔膜，以完成高温浸润。步骤s2中，将完成高温浸润后钛酸锂电池置于室温下6h后，上夹具在5v、10a的化成柜上进行充电，具体可选用新威化成柜，充电电流i1为1c(8a)，充电截止电压即第一电压值v1为2.6v。步骤s3中，将充电完成的钛酸锂软包电池置于65℃高温箱中老化48h，以完成预化成。

本实施例中，小电流化成老化具体如下。

步骤s4中，预化成后的钛酸锂电池置于45℃高温箱中，以0.02c(0.16a)小电流i2恒流充电至电池电压达到第二电压值v2＝3.0v；然后执行步骤s5，以0.01c(0.08a)电流i3每隔5分钟浮充一次，截止电压为第二电压值v2即3.0v。本实施例中，在步骤s5中共浮充100次。然后，执行步骤s6，将浮充结束的钛酸锂电池搁置在45℃高温箱中老化5天；然后执行步骤s7，去夹板抽气，再次封口，完成钛酸锂电池的化成老化。

实施例2和实施例3中化成结束后的钛酸锂电池，经过多次充放电循环，均无明显产气。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。