专利名称：一种锂离子电池的预充电方法
技术领域：
本发明涉及锂离子电池的技术领域，尤其涉及一种锂离子电池的快速预充电方法。
背景技术：
锂离子二次电池作为一种绿色环保电池，具有工作电压高、比能量高和循环寿命长等优点，近年来得到了迅速发展，在手机、UPS电源、笔记本电脑、电动工具、电动自行车和电动汽车等移动设备中的应用越来越广泛。锂电池需求量的不断增加，促使电池生产商必须简化工艺流程，缩减工序时间来提高生产效率满足市场要求。锂离子电池的化成步骤是电池制造的重要工序，关系到电池的容量高低、循环寿命长短、高温存贮等方面的性能。对锂电池进行预充电即首次充电，在负极表面形成一种固体电解质界面或称SEI (Solid Electrolyte Interface)膜的过程，也称为化成工序。在负极形成SEI膜的同时，伴随副反应气体产生，产生的气体需及时排出，否则这些气体在电芯内部积聚造成电芯鼓胀、外壳变形、甚至产生爆炸。另外若化成工序气体产生不完全，在后续充放电过程中会继续产气，严重影响电芯的电性能及安全性能。为了获得较好的SEI膜， 传统化成是采用小电流进行长达数十小时的充电，生产效率极其低下。现有技术中也公开了一些技术方案来缩短化成时间，如2010年7月22号公告的世界专利W02010/081422A1通过引入两步预充电来加速产生副反应气体。但此工艺未克服大电流充电导致的极化问题，充电效果并不理想，电芯低温性能相对较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种操作方便、工艺过程简单的预充电方法。能够达到与小电流长时间化成的同样效果，同时极大的缩短化成时间，大幅度提高产能，具有较大的经济效益。为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下一种锂离子电池的预充电方法，在10 60°C环境下进行以下步骤(1)将注液静置后电芯放入两平板中并施加压力；(2)对电芯进行大电流预充电；(3)真空抽气及封装。所述步骤(1)中施在电芯表面的压力大小为0. OlMpa 1. 2Mpa，是保证电芯内部极片界面良好，降低大电流预充电时的极化，防止负极局部过充。所述步骤(1)中可以采用夹具施压，夹具具有界面平整，使用方便；同时还可以采用气缸配合施压，以便于控制压力的大小。所述步骤O)中大电流预充电为单步恒流充电，预充电量为电芯总电量的8% 70%。所述步骤O)中大电流预充电为多步充电，总预充电量为电芯总电量的8% 70%。所述步骤(2)中充电电流为0. 05C 2C，充电时间为5 120Min。
所述步骤(2)中预充电是在10 60°C境下进行。所述步骤C3)真空抽气封装是为了将预充电产生的气体尽可能完全排出，防止电芯高温鼓胀。本发明的有益效果本发明人发现，采用传统的小电流长时间化成或直接用大电流化成的时候，随着充电过程的进行，电池内产生的气体积聚越来越多，并在充电量为电池总容量的10%左右达到最大。产生的部分气体会存留在正负极片之间，阻碍了正负极之间的离子导电，导致在后续的充电过程中负极充电不均勻，充电效率低，并在大电流充电时发现负极表面有锂枝晶，同时电池出现鼓胀变形情况，电池性能下降。所以克服电芯化成时正负极片之间的气体阻碍是实现大电流充电的关键，化成时在电芯表面用夹具施加压力可以实现大电流化成。利用本发明的预充电方法，通过在电芯两面施加一定的压力，在保证电芯内部极片界面良好的情况下，进行大电流预充电。此方法消除了用大电流预充电时产生的极化而导致的充电不均勻问题，并在负极表面形成均勻的SEI膜。通过此方法获得的电芯达到与传统小电流长时间充电的电芯相似甚至更好的电性能，同时极大的缩短预充时间，提高工序效率，降低生产成本。
图1为本发明预充电方法在0.5C预充电时电压-时间曲线图
具体实施例方式下面实施例均选用软包装053450型号电池对本发明作进一步描述实施例1 以钴酸锂为正极活性材料、石墨为负极活性材料制作的的正负极极片和隔离膜通过叠片或卷绕制成裸电芯，然后将电芯装入包装壳中，向其内注入ImoVLWLiPF6/ (EC+PC+DEC)电解液，做成电池。其中碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC) 的体积比为1 1 1。将制得的电池放入两平板中并施以0. SMpa的压力，在45°C环境温度下用0. 5C电流充电15min，预充电量为电芯总电量的12. 5%，在负极表面形成SEI膜，之后抽真空封装，然后进行容量及循环测试，测试内容见表1。实施例2 以钴酸锂为正极活性材料、石墨为负极活性材料制作的的正负极极片和隔离膜通过叠片或卷绕制成裸电芯，然后将电芯装入包装壳中，向其内注入ImoVLWLiPF6/ (EC+PC+DEC)电解液，做成电池。其中碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC) 的体积比为1 1 1。将制得的电池放入两平板中并施以1.2Mpa的压力，在23°C环境温度下用0. 3C电流充电30min，预充电量为电芯总电量的15 %，在负极表面形成SEI膜，之后抽真空封装，然后进行容量及循环测试，测试内容见表1。实施例3 以锰酸锂为正极活性材料、石墨为负极活性材料制作的的正负极极片和隔离膜通过叠片或卷绕制成裸电芯，然后将电芯装入包装壳中，向其内注入ImoVLWLiPF6/ (EC+PC+DEC)电解液，做成电池。其中碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)的体积比为1 1 1。将制得的电池放入两平板中并施以0. OlMpa的压力，在10°C环境温度下用0. 05C电流充电120min，预充电量为电芯总电量的10%，在负极表面形成SEI膜， 之后抽真空封装，然后进行容量及循环测试，测试内容见表1。实施例4 以磷酸铁锂为正极活性材料、石墨为负极活性材料制作的的正负极极片和隔离膜通过叠片或卷绕制成裸电芯，然后将电芯装入包装壳中，向其内注入lmol/L的LiPF6/ (EC+PC+DEC)电解液，做成电池。其中碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC) 的体积比为1 1 1。将制得的电池放入两平板中并施以0. SMpa的压力，在60°C环境温度下用IC电流充电42min，预充电量为电芯总电量的70%，在负极表面形成SEI膜，之后抽真空封装，然后进行容量及循环测试，测试内容见表1。实施例5 以镍钴锰酸锂为正极活性材料、石墨为负极活性材料制作的的正负极极片和隔离膜通过叠片或卷绕制成裸电芯，然后将电芯装入包装壳中，向其内注入lmol/L的LiPF6/ (EC+PC+DEC)电解液，做成电池。其中碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC) 的体积比为1 1 1。将制得的电池放入两平板中并施以0.5Mpa的压力，在45°C环境温度下用2C电流充电15min，预充电量为电芯总电量的50%，在负极表面形成SEI膜，之后抽真空封装，然后进行容量及循环测试，测试内容见表1。实施例6 以钴酸锂为正极活性材料、石墨为负极活性材料制作的的正负极极片和隔离膜通过叠片或卷绕制成裸电芯，然后将电芯装入包装壳中，向其内注入lmol/L的LiPF6/ (EC+PC+DEC)电解液，做成电池。其中碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC) 的体积比为1 1 1。将制得的电池放入两平板中并施以0. IMpa的压力，在23°C环境温度下用0. 5C电流充电45min，预充电量为电芯总电量的37. 5%，在负极表面形成SEI膜，之后抽真空封装，然后进行容量及循环测试，测试内容见表1。实施例7 以钴酸锂为正极活性材料、石墨为负极活性材料制作的的正负极极片和隔离膜通过叠片或卷绕制成裸电芯，然后将电芯装入包装壳中，向其内注入lmol/L的LiPF6/ (EC+PC+DEC)电解液，做成电池。其中碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC) 的体积比为1 1 1。将制得的电池放入两平板中并施以0.5Mpa的压力，在23°C环境温度下先用0. 2C充电IOmin后再用0. 5C电流充电lOmin，预充电量为电芯总电量的10%，在负极表面形成SEI膜，之后抽真空封装，然后进行容量及循环测试，测试内容见表1。比较例1 以钴酸锂为正极活性材料、石墨为负极活性材料制作的的正负极极片和隔离膜通过叠片或卷绕制成裸电芯，然后将电芯装入包装壳中，向其内注入lmol/L的LiPF6/ (EC+PC+DEC)电解液，做成电池。其中碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC) 的体积比为1 1 1。将制得的电池不施加压力，在45°C环境温度下用0.5C电流充电 15min，充电结束后抽真空封装，然后进行容量及循环测试。比较例2 以钴酸锂为正极活性材料、石墨为负极活性材料制作的的正负极极片和隔离膜通过叠片或卷绕制成裸电芯，然后将电芯装入包装壳中，向其内注入ImoVLWLiPF6/ (EC+PC+DEC)电解液，做成电池。其中碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC) 的体积比为1 1 1。将制得的电池不施加压力，在45度环境温度下用0.035C电流充电 900min，充电结束后抽真空封装，然后进行容量及循环测试。电池性能测试1.充电曲线比较图1是实施例1与比较例1用相同电流(0. 5C)充电相同时间(15min)时的充电曲线比较。从图中可以看出实施例1电压上升幅度相对比较例1要小，表明在电芯表面施加压力情况下可以消除大电流预充电时的极化，起到防止负极局部过充作用，可以形成均勻的SEI膜，改善电芯性能。2.低温循序测试将实施例和比较例制备的电池放在低温环境(10°C )中进行容量循环测试，测试方法以0. 5C恒流充电至4. 2V后转恒压充电，至电流只0. 05C,然后以0. 5C放电至3V，并重复100个循环，获得电池容量保持率，结果见表1。从表1可以看出，比较例1直接用大电流预充电的低温循环性能较差，而实施例低温循环能较好，与比较例2传统小电流化成电芯相当。3.常温和高温循环测试将实施例和比较例制备的电池分别放在常温(25°C )和高温(45°C )环境中进行容量循环测试，测试方法以IC恒流充电至4. 2V后转恒压充电，至电流0. 05C，然后以IC放电至3V，并重复500个循环，获得电池容量保持率及电芯膨胀数据，结果见表1。从表1可以看出，比较例1的高温循环性能较差，而实施例高温循环能较好，与比较例2传统小电流化成电芯相当。表 权利要求
1.一种锂离子电池的预充电方法，其特征在于包括如下步骤(1)将注液静置后电芯放入两平板中并施加压力；(2)对电芯进行大电流预充电；(3)对充电结束后电芯进行真空抽气及封装。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池的预充电方法，其特征在于步骤(1)中施加在电芯表面的压力大小为0. OlMpa 1. 2Mpa。
3.如权利要求1所述的一种锂离子电池的预充电方法，其特征在于步骤O)中大电流预充电为单步恒流充电，预充电量为电芯总电量的8% 70%。
4.如权利要求1所述的一种锂离子电池的预充电方法，其特征在于步骤O)中大电流预充电为多步充电，总预充电量为电芯总电量的8% 70%。
5.如权利要求1所述的一种锂离子电池的预充电方法，其特征在于步骤O)中充电电流为0. 05C 2C，充电时间为5 120Min。
6.如权利要求1所述的一种锂离子电池的预充电方法，其特征在于步骤O)中预充电是在10 60°C境下进行。
7.如权利要求1所述的一种锂离子电池的预充电方法，其特征在于所述步骤(1)中平板为夹具。
8.如权利要求7述的一种锂离子电池的预充电方法，其特征在于所述夹具还配合有气缸。
全文摘要
本发明涉及锂离子电池的技术领域，尤其涉及一种锂离子电池的快速预充电方法，其包括如下步骤(1)将注液静置后电芯放入两平板中并施加压力步骤；(2)对电芯进行大电流预充电的步骤；(3)真空抽气封装步骤。采用本发明方法在一定压力下进行大电流充电，保证电芯内部极片界面良好，降低电芯大电流预充电时的极化，防止负极局部过充。同时可以缩短化成时间，保证化成时产生的气体顺利排出，使电芯在大电流预充电时形成较均一的SEI膜，从而提高电芯的性能。
文档编号H01M10/44GK102368571SQ201110269128
公开日2012年3月7日 申请日期2011年9月5日 优先权日2011年9月5日
发明者劳绍江, 张丽, 张小细, 李明, 梁如福, 赵丰刚 申请人:东莞新能源科技有限公司, 宁德新能源科技有限公司