本发明涉及一种硅碳软包锂离子电池的化成方法，属于锂离子电池制备技术领域。
背景技术：
随着全球汽车持有量的不断增加，一方面燃油大量消耗引起的能源危机变得日益严重，另一方面汽车尾气排放引起环境污染的程度也越来越严重。人们只有通过技术革新发展，寻找新能源，降低排放，才能缓解汽车需求与环境保护的矛盾。发展以电动汽车为主的新能源汽车和电动汽车，以电能取代石油等化石燃料作为动力成为重要的解决方案之一。锂离子电池以其能量密度高、使用寿命长、绿色环保的优点成为新能源汽车和电动汽车的重要储能装置。
对于新能源汽车，续航里程的提高使高能量密度电池的研发成为当务之急。现阶段商业化锂离子电池负极材料石墨类碳材料，但是其容量密度较低，难以满足新能源汽车高续航里程的要求。虽然硅负极材料中的理论容量最高，但是硅颗粒在脱嵌理时伴随着的体积膨胀和收缩容易导致的颗粒粉化、脱落以及电化学性能失效，在实际应用到受到限制。由于碳不仅具有电化学活性，而且还具有良好的导电性和锂离子渗透性，通过硅碳的复合能够改善硅作为负极材料的存在问题。硅碳负极材料因具有高容量、低脱锂电位、低成本等被认为是下一代锂离子电池极具潜力的负极材料。
碳的引入能够缓解硅的膨胀，但硅碳负极锂离子电池在使用过程中sei膜仍然会不断溶解和生成。特别是化成过程中形成的sei膜不均匀不稳定时，会加剧硅碳负极锂离子电池使用过程中sei膜溶解和生成，严重影响硅碳负极锂离子电池的电化学性能，尤其是循环性能和倍率性能。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种硅碳软包锂离子电池的化成方法，能够提高sei膜的稳定性和均匀性。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种硅碳软包锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
1)将硅碳软包锂离子电池注液后真空静置，然后进行一次封边，搁置，得到预处理电池；
2)然后以0.01～0.3c的倍率对预处理电池进行第一次充电，充电至截止电压，静置；再以0.05～3.0c的倍率进行第二次充电，充电至截止电压；然后静置；第一次充电截止电压为3.3～3.8v；第二次充电截止电压为3.5～4.5v；第一次充电、第二次充电过程中以及第一次充电和第二次充电之间的静置过程中在预处理电池的两个侧面施加0.2～0.8mpa的压力。
本发明的硅碳软包锂离子电池的化成方法，缩短了化成的时间，提高了化成的效率；还能够形成均匀稳定的sei膜，很好地改善电池界面状态；并能够减少电池界面的黑斑，提高界面的平整度和硬度。
优选的，步骤1)中，所述静置为真空静置，时间为10～30min。采用真空静置有利于正负极片与隔膜间气泡的排除，并能够促进电解液的浸润。
优选的，步骤1)中，所述抽真空的时间为2～9s。抽真空、一次封边处理可以在封边机上进行。在封边机上抽真空、一次封边是先抽真空2～9s，然后一次封边。
优选的，步骤1)中，所述搁置的时间为11～24h。进一步优选的，步骤1)中，所述搁置的温度为40～50℃，时间为11～13h。电池注液后，将电池静置，有利于正负极片和隔膜对电解液的浸润，增加电池保液量，有利于提高其循环性能。
由于电池负极片成分为硅碳，其膨胀要大于普通的石墨，在化成过程给电池施加压力，可以使正负极片与隔膜贴合紧密，在化成过程中有利于形成稳定的sei膜。优选的，步骤2)中，施加的压力为0.6～0.8mpa。
优选的，步骤2)中，第一次充电和第二次充电之间进行静置的时间为8～12min。
优选的，步骤2)中，第一次充电和第二次充电时的温度为40～50℃。第一次充电和第二次充电之间进行静置的温度与第一次充电的温度相同。
优选的，步骤2)中，第一次充电的倍率为0.02c，截止电压为3.4v；第二次充电的倍率为0.08c，截止电压为3.75v。
将电池充电结束后静置可以使充电形成的sei膜性质和组成更加趋于稳定，在使用过程中有利于电化学性能的保持。优选的，步骤2)中，第二次充电后进行静置的时间为11～24h。充电结束后，如果采用常温静置，则20～24h为优选，如果采用高温静置则11～13h为优选，这是因为高温静置时间过长，电池内部副反应会相应增多。进一步优选的，步骤2)中，第二次充电后进行静置的温度为45～80℃，时间为11～13h。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
本实施例的硅碳软包锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
1)将硅碳软包锂离子电池注液后真空静置10min，然后采用封边机抽真空9s后一次封边，常温搁置24h，得到预处理电池；
2)在预处理电池上安装化成夹具施加0.7mpa的压力，然后在常温下，先以0.02c的倍率进行第一次充电，充电至3.4v，静置10min，再以0.08c的倍率进行第二次充电，充电至3.75v；取下化成夹，然后在常温下静置24h。
实施例2
本实施例的硅碳软包锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
1)将硅碳软包锂离子电池注液后真空静置10min，然后采用封边机抽真空9s后一次封边，40℃搁置24h，得到预处理电池；
2)在预处理电池上安装化成夹具施加0.7mpa的压力，然后在常温下，先以0.02c的倍率进行第一次充电，充电至3.4v，静置10min，再以0.08c的倍率进行第二次充电，充电至3.75v；取下化成夹，然后在常温下静置24h。
实施例3
本实施例的硅碳软包锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
1)将硅碳软包锂离子电池注液后真空静置10min，然后采用封边机抽真空9s后一次封边，在45℃搁置12h，得到预处理电池；
2)在预处理电池上安装化成夹具施加0.7mpa的压力，然后在45℃下，先以0.02c的倍率进行第一次充电，充电至3.4v，静置10min，再以0.08c的倍率进行第二次充电，充电至3.75v；取下化成夹，然后在常温下静置24h。
实施例4
本实施例的硅碳软包锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
1)将硅碳软包锂离子电池注液后真空静置10min，然后采用封边机抽真空9s后一次封边，再在50℃搁置24h，得到预处理电池；
2)在预处理电池上安装化成夹具施加0.7mpa的压力，然后在40℃下，先以0.02c的倍率进行第一次充电，充电至3.4v，静置10min，再以0.08c的倍率进行第二次充电，充电至3.75v；取下化成夹，然后在70℃下静置12h。
实施例5
本实施例的硅碳软包锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
1)将硅碳软包锂离子电池注液后真空静置10min，然后采用封边机抽真空9s后一次封边，常温搁置24h，得到预处理电池；
2)在预处理电池上安装化成夹具施加0.7mpa的压力，然后在50℃下，先以0.02c的倍率进行第一次充电，充电至3.4v，静置10min，再以0.08c的倍率进行第二次充电，充电至3.75v；取下化成夹，然后在常温下静置24h。
实施例6
本实施例的硅碳软包锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
1)将硅碳软包锂离子电池注液后真空静置10min，然后采用封边机抽真空9s后一次封边，常温搁置24h，得到预处理电池；
2)在预处理电池上安装化成夹具施加0.7mpa的压力，然后在50℃下，先以0.02c的倍率进行第一次充电，充电至3.4v，静置10min，再以0.08c的倍率进行第二次充电，充电至3.75v；取下化成夹，然后在80℃下静置12h。
实施例7
本实施例的硅碳软包锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
1)将硅碳软包锂离子电池注液后真空静置10min，然后采用封边机抽真空9s后一次封边，常温搁置24h，得到预处理电池；
2)在预处理电池上安装化成夹具施加0.7mpa的压力，然后在常温下，先以0.02c的倍率进行第一次充电，充电至3.4v，静置10min，再以0.08c的倍率进行第二次充电，充电至3.75v；取下化成夹，然后在70℃下静置12h。
实施例8
本实施例的硅碳软包锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
1)将硅碳软包锂离子电池注液后真空静置20min，然后采用封边机抽真空9s后一次封边，45℃搁置13h，得到预处理电池；
2)在预处理电池上安装化成夹具施加0.7mpa的压力，然后在45℃下，先以0.02c的倍率进行第一次充电，充电至3.4v，静置10min，再以0.08c的倍率进行第二次充电，充电至3.75v；取下化成夹，然后在常温下静置24h。
实施例9
本实施例的硅碳软包锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
1)将硅碳软包锂离子电池注液后真空静置10min，然后采用封边机抽真空9s后一次封边，40℃搁置13h，得到预处理电池；
2)在预处理电池上安装化成夹具施加0.8mpa的压力，然后在50℃下，先以0.01c的倍率进行第一次充电，充电至3.3v，静置8min，再以0.05c的倍率进行第二次充电，充电至3.5v；取下化成夹，然后在80℃下静置11h。
实施例10
本实施例的硅碳软包锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
1)将硅碳软包锂离子电池注液后真空静置30min，然后采用封边机抽真空9s后一次封边，50℃搁置11h，得到预处理电池；
2)在预处理电池上安装化成夹具施加0.6mpa的压力，然后在40℃下，先以0.1c的倍率进行第一次充电，充电至3.5v，静置12min，再以2c的倍率进行第二次充电，充电至3.75v；取下化成夹，然后在45℃下静置13h。
实施例11
本实施例的硅碳软包锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
1)将硅碳软包锂离子电池注液后真空静置10min，然后采用封边机抽真空9s后一次封边，常温搁置24h，得到预处理电池；
2)在预处理电池上安装化成夹具施加0.2mpa的压力，然后在常温下，先以0.3c的倍率进行第一次充电，充电至3.8v，静置10min，再以3c的倍率进行第二次充电，充电至4.5v；取下化成夹，然后在常温下静置24h。
实施例12
本实施例的硅碳软包锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
1)将硅碳软包锂离子电池注液后真空静置10min，然后采用封边机抽真空2s后一次封边，40℃搁置12h，得到预处理电池；
2)在预处理电池上安装化成夹具施加0.7mpa的压力，然后在常温下，先以0.02c的倍率进行第一次充电，充电至3.4v，静置10min，再以0.08c的倍率进行第二次充电，充电至3.75v；取下化成夹，然后在常温下静置24h。
实施例13
本实施例的硅碳软包锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
1)将硅碳软包锂离子电池注液后真空静置30min，然后采用封边机抽真空9s后一次封边，45℃搁置12h，得到预处理电池；
2)在预处理电池上安装化成夹具施加0.7mpa的压力，然后在常温下，先以0.02c的倍率进行第一次充电，充电至3.4v，静置10min，再以0.08c的倍率进行第二次充电，充电至3.75v；取下化成夹，然后在常温下静置24h。
实施例14
本实施例的硅碳软包锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：
1)将硅碳软包锂离子电池注液后真空静置10min，然后采用封边机抽真空9s后一次封边，45℃搁置24h，得到预处理电池；
2)在预处理电池上安装化成夹具施加0.7mpa的压力，然后在常温下，先以0.02c的倍率进行第一次充电，充电至3.4v，静置10min，再以0.08c的倍率进行第二次充电，充电至3.75v；取下化成夹，然后在常温下静置24h。
实验例
将同一批次生产的规格相同的软包锂离子电池，分成14组，分别采用实施例1～14的软包锂离子电池的化成方法进行化成，化成结束后对软包锂离子电池进行满电拆解、平整度、硬度测试、循环测试和倍率性能测试，测试方法为：满电拆解观察负极片的界面状态、表面是否存在黑斑；将软包锂离子电池的平整度、硬度和标准样对比是否合格；循环测试是将软包锂离子电池以1c电流充放电，循环500周后，比较容量保持率；倍率测试是将软包锂离子电池以1c、2c、3c电流放电，对比容量保持率。测试结果见表1和表2。
表1综合性能测试的结果
表2化成后的软包锂离子电池的循环性能和倍率性能测试结果
由表1和表2可以看出实施例1～9，实施例12和实施例13的硅碳软包锂离子电池的界面无黑斑，界面状态良好，硬度和平整度较好，相应的循环性能和倍率性能也较好。而实施例10、而实施例11和实施例14锂离子电池界面存在较少量的黑斑，对应的循环性能和倍率性能较差。由此可见实施例1～9，实施例12和实施例13的工艺条件能够有效的改善电芯界面状态，可以形成稳定、致密的sei膜，从而制得的电池具有良好的循环性能和倍率性能。如果大批量生产电池，可以从实施例中选择最优的化成效率对应的工艺条件。