锂离子电池充电方法

文档序号:9329095
锂离子电池充电方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及锂离子电池领域,尤其涉及一种锂离子电池快速多步充电方法。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池运用范围的不断扩大,对于其运用条件的要求也愈加苛刻。随之而来 的是锂离子电池行业必须解决的,如何提升锂离子电池在低温下的循环要求;如何解决锂 离子电池在快速充电过程中,造成的可能影响循环性能的温升问题成为重要挑战。
[0003] 通过改善电池的充电方式来提高电池的循环性能是最廉价的解决方法之一。专利 CN102810700A和CN102195103A公开了多步充电的方法,随着电压的升高,充电电流不断减 小;专利CN102742067A公开了多步恒流加恒压的方法充电,相比于常规的充电方法可以减 少电池析锂,虽然对循环性能也有一定的提升,但由于在多步恒流充电中,随着容量增加充 电电流逐渐减小,电芯的循环性能变差。同时,持续的充电会引起电池内部温度的不断上 升,增加安全风险。随着对电池能量密度和充电速度需求的提升,目前常用的恒流加上恒压 的两步充电或者电流逐渐减小的多步充电方法,已经不能满足人们的需求。

【发明内容】

[0004] 鉴于现有技术中存在的问题,本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种 快速多步充电方法,在不增加电池设计成本的同时,能够在短时间内达到较高的充电状态, 而且有效减少电芯在大倍率充电过程中的温升;有效防止充电过程中的析锂;提升电芯循 环可逆性,提高循环性能。
[0005] 本发明提供一种锂离子电池充电方法,包括以下步骤:以电流13对电池恒流充电 至容量2-10 %,然后静置,静置为时间ta;以电流I b对电池继续恒流充电至容量40-70 %, 然后静置,静置时间为tb;以电流I。将电池继续恒流充电至容量80-95 %,然后静置,静置时 间为t。;以及以恒压充电至电池容量的100% ;其中I b>Ia,I。。
[0006] 所述电流 Ia> I c、Ia= I。或 I ,la。
[0007] 所述电流 4为 1-5C,I 3为 0· 1-0. 7C,I c为 0· 2-1C。
[0008] 所述电流 4为 I. 3-2C,I 3为 0· 3-0. 5C,I c为 0· 3-0. 7C。
[0009] 所述恒压充电的上限电压为4. 2-4. 5V,充电截止电流为0. 01-0. 1C。
[0010] 所述静置时间ta、tb、t。为1秒~20分钟,t a、tb、t。可以相同或不同。
[0011] 所述锂离子电池的正极包含钴酸锂。
[0012] 所述锂离子电池的正极包含50wt. %以上的钴酸锂。
[0013] 本发明的锂离子电池充电方法与现有技术相比具有以下三个突出优点:
[0014] 1.能够有效减少电芯在大倍率充电过程中的温升;
[0015] 2.能够有效防止充电过程中的析锂;
[0016] 3.能够提升电芯循环可逆性,提高循环性能。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明一实施例的锂离子电池充电方法的流程图;
[0018] 图2是锂离子电池直流内阻(DCR)随充电容量变化的曲线图。
【具体实施方式】
[0019] 下面通过对本发明进行详细说明,本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更 为清楚、明确。本发明提及的锂离子电池工艺及工具与传统工艺使用的基本相同,只是对充 电方式进行了改进和研究,进而改善电池本身的电化学性能。
[0020] 图1是示出电池充电方法的实施例的流程图。如图1所示,电池充电方法包括:以 电流1 3对电池恒流充电至容量2-10%,然后静置,静置为时间ta(Sl);以电流4对电池继 续恒流充电至容量40-70 %,然后静置,静置时间为tb (S2);以电流I。将电池继续恒流充电 至容量80-95%,然后静置,静置时间为(S3);以及以恒压充电至电池容量的100% (S4); 其中 Ib>Ia,I。。
[0021] 图2是锂离子电池直流内阻(DCR)随充电容量变化的曲线图,从图中可以看出随 充电容量的增加内阻逐渐减小。因此,电池充电前期对电池产生热量的影响最大。因此在 步骤Sl中,采用较小电流I a充电,一方面可以减少电芯过快产热或产热过多,另一方面可 以提高电芯在低充电容量下循环的可逆性。
[0022] 在步骤S2中,采用较大电流Ib充电,这是由于这一阶段是电芯充电稳定阶段,虽 然较大的I b由于散热相对较慢带来较大的温升,但对循环性能影响不大。
[0023] 在步骤S3中,又采用较小电流I。充电,因为充电后期,电流对产热影响较小,但是 电流过大,过电位就越大,容易产生析锂或提前充电截止,较小的I。对抑制电芯的析锂是有 帮助的。
[0024] 由于步骤Sl中Ia对电芯产热,有较大影响,进而影响电芯的循环性能;步骤S3中 I。对电芯的析锂性能有影响,因此合适的13和I。有利于提高电芯性能。故本发明通过调控 充电过程中电流和充电容量的变化情况,能够减少锂离子电池充电产热积累出现峰值的情 况,同时提尚抗析锂能力,提尚了电芯的循环性能。
[0025] 此外,在充电的过程中引入静置,以缓解持续充电中可能由极化引起的析锂影响、 更多的减少产热和提高循环性能;通过在充电过程中的静置,减弱生成热的持续积累的影 响,以达到降温的效果。静置时间t a、tb、t。可以为1秒~20分钟,t a、tb、t。可以相同或不 同。
[0026] 本发明的一实施方式,充电电流Ib可以为1-5C,Ia可以为0. 1-0. 7C,I。可以为 0· 2-1C。优选 Ib可以为 I. 3-2C,I a可以为 0· 3-0. 5C,I c可以为 0· 3-0. 7C。
[0027] 本发明的一实施方式,恒压充电的上限电压可以为4. 2-4. 5V,充电截止电流可以 为 0· 01-0. 1C。
[0028] 充电电流13为0. 1-0. 7C,这是因为先采用较小电流Ia充电,当Ia小于0.1 C时,充 电时间太长,浪费时间;当Ia大于0. 7C时,产热较多。
[0029] 充电电流4为1-5C,这是因为较小电流充电后采用较大电流Ib充电,当I b小于IC 时,充电时间太长,浪费时间;当Ib大于5C时,不能明显缩短充电时间,产热和循环略有恶 化。
[0030] 充电电流I。为0. 2-1C,这是因为较大电流充电后又采用较小电流I。充电,当I。小 于0.2C时,充电时间太长,浪费时间;当I。大于IC时,有析锂风险。
[0031] 本发明的一实施方式,选择Ia>I。,可以减少析锂风险,提高循环性能。
[0032] 本发明的另一实施方式,选择1。>13,可以减少充电过程中产热,提高循环性能。
[0033] 本发明的一实施方式,丨旦压充电的上限电压为4. 2-4. 5V,充电截止电流为 0.01-0. 1C。截止电流选择0.01-0.1 C是为了充分充电和减少极化。
[0034] 本发明的充电方式适用于任何锂离子电池,尤其对于正极材料中含有钴酸锂的电 池体系,因为钴酸锂的直流电阻在低充电容量下很大,意味着的反应动力学较差,电极反应 可逆性差,循环性能满足不了要求。本发明中的快速分步充电方法,第一步采用较小电流I a 充电,不但可以减少电芯过快产热或产热过多,重要的是能够提高钴酸锂体系在低充电容 量下循环的可逆性;第二步,采用较大电流I b充电,提高电芯的快充能力;第三步,又采用 较小电流I。充电,抑制电芯的析锂问题。这种充电方法既减少了充电过程中的反应热,又提 高锂离子电池的反应可逆性,从而提高电芯的使用寿命。对于正极材料中含有总重量50% 以上钴酸锂电芯更适宜用本发明的充电方法,当钴酸锂含量大于正极的50%时,本发明的 充电方法使电芯的充电产热和循环性能有较大的改善,然而当钴酸锂含量小于正极的50 % 时或使用其他正极材料时,对电芯充电产热和循环性能改善较小。
[0035] 以下实施例中的锂离子电池的正极材料包含锂酸锂,但本领域技术人员应当理 解,本发明的充电方法不仅仅限定为包含钴酸锂的锂离子电池。
[0036] 充电试验 [0037] 实施例1
[0038] -种由正极(钴酸锂)、负极、隔膜、电解液及包装袋,再通过组装、化成及陈化等 工艺制成的电池。常温条件下,此电池的满充充电容量为2000mAh,依据该容量,在下文中, 充电电流为IC时相当于2A。通过如下步骤对该电池充电:
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