专利名称：锂离子电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种锂离子电池。
背景技术：
目前市面上电池的种类很多，锂离子电池由于具有高能量密度、高输出电压、高输出功率等优点而被广泛应用于电子、交通、能源等领域。随着新能源行业的发展，高能量密度、高输出功率电池的开发，合金负极因其高容量、高放电平台、优异安全性能而成为新一代高容量电池发展的方向。然而，采用这种合金材料在电池化成过程中伴随着巨大体积变化，合金材料的内应力很大，容易造成电极材料的剥离，膜片内阻显著增大，同时暴露的材料表面不断形成新的SEI膜，进而导致电池的循环性能差。另外，容易导致电池壳体膨胀、变形。现有的电池制造过程中，一般采用如下电池化成工艺电池注液浸润后采用O. 01-1. O C的电流进行恒流充电，充电电压为3. 4-4. 2V ;再让电池进入恒压充电阶段，保持电压在3. 4-4. 2V之间，此时电流逐渐减小，当充电电流减小到O. 001-0. 02C则即停止充电。然后进行搁置、放电流程。上述这种电池化成工艺，对于合金负极的锂离子电池而言，极片上的负极材料层在首次充电过程中体积膨胀持续累积，导致结构明显破坏，如极片变形，电池电性能显著恶化，甚至导致短路、析锂等安全问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种锂离子电池，改善锂离子电池合金负极化成过程中，电池极片膨胀和变形的问题。本发明提出一种锂离子电池，在_2(T60°C环境下，通过以下步骤化成步骤一、对注液浸润后的锂离子电池进行脉冲恒流充电，直至电压达到指定值，所述电压的指定值范围为3. 4-4. 2V ；步骤二、对锂离子电池进行恒压充电，直至电流达到指定值，所述电流的指定值范围为O. 05C ；步骤三、对锂离子电池进行恒流放电，放电电压值范围为3. 0-2. 0V，放电电流值范围为 O. 01-2. OCo优选地，所述步骤一中对锂离子电池进行脉冲恒流充电的具体为循环执行如下步骤对锂离子电池以电流值I进行恒流充电T1 ;再以电流值I+ Δ I进行恒流充电T2 ；依次重复，直到充电电压达到指定值，所述电压的指定值范围为3. 4-4. 2V;所述电流值I范围为O. 01-1. 0C，所述Λ I范围为O. 05-5. 0C，所述T1范围为100ms-3600s ;所述T2为100 μ s-lOso优选地，所述锂离子电池的负极活性材料为硅碳复合材料，该硅碳复合材料是由碳相物质和硅相物质所组成的复合材料。优选地，所述碳相物质包括不定型碳、石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球、石墨烯、碳纳米管、碳纤维中任意一种或一种以上的混合；所述硅相物质包括单质硅、硅氧化物(SiOx)、含硅固溶体或硅金属间化合物中任意一种或一种以上的混合。优选地，所述步骤一中对锂离子电池进行脉冲恒流充电的具体为对锂离子电池以电流值I进行恒流充电T1 ;再以电流值I+ Δ I进行恒流充电T2 ；然后以电流值I进行恒流充电T1 ;再以电流值I+ Δ I- I0进行恒流充电T2 ;依次类推，第η次脉冲开始对锂离子电池以电流值I进行恒流充电T1，再以电流值I+Λ I- Cn-DI0进行恒流充电T2,当I+ Λ I- (n-1) Itl彡I时，则以电流值I进行恒流充电，直至充电电压达到指定值，所述指定值范围为3. 4-4. 2V ;所述电流值I范围为O. 01-0. 2C，所述Λ I范围为O. 05-5. 0C，所述 I0 范围为 O. 0-0. 5C ;所述 T1 范围为 100ms_3600s，所述 T2 为 100 μ s_10s。
优选地，所述步骤二中对锂离子电池进行恒压充电直至充电电流达到指定值；其中恒压值为步骤一中电压指定值，范围为3. 4-4. 2V。本发明所提供的锂离子电池，采用对锂离子电池进行脉冲恒流充电，再进行恒压充电，然后再对锂离子电池进行恒流放电的方式，可以有效减缓电池极片膨胀累积，防止极片开裂、起皱；进而减缓电池循环衰减。
图I是本发明的锂离子电池的化成方法中对电池恒流脉冲充电的电流与时间关系图；图2是本发明的锂离子电池的化成方法中对电池电流递减脉冲充电的电流与时间关系图。本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施例方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明所提供的锂离子电池，在_2(T60°C环境下，通过以下步骤化成步骤一、对注液浸润后的锂离子电池进行脉冲恒流充电，直至电压达到指定值，所述电压的指定值范围为3. 4-4. 2V ；步骤二、对锂离子电池进行恒压充电，直至电流达到指定值，所述电流的指定值为
O.05C ；步骤三、对锂离子电池进行恒流放电，放电电压值范围为4. 5-3. 0V，放电电流值范围为 O. 01-2. OC0进一步地，参见图1，所述步骤一中对锂离子电池进行脉冲恒流充电的具体为循环执行如下步骤，直到电池电压达到指定值，所述指定值范围为3. 4-4. 2V 对锂离子电池以电流值I进行恒流充电T1 ;再以电流值I+ Δ I进行恒流充电T2 ；依次重复，直到充电电压达到指定值，所述电压的指定值范围为3. 4-4. 2V;所述电流值I范围为O. 01-1. 0C，所述Λ I范围为O. 05-5. 0C，所述T1范围为100ms-3600s ;所述T2为100 μ s-10so
进一步地，参见图2，所述步骤一中对锂离子电池进行脉冲恒流充电还可以具体采用如下步骤对锂离子电池以电流值I进行恒流充电T1 ;再以大电流值Ι+ΛΙ进行恒流充电T2 ；然后以小电流值I进行恒流充电T1 ;再以电流值I+ Λ I-Itl进行恒流充电T2 ;依次类推，第η次脉冲开始对锂离子电池以电流值I进行恒流充电T1，再以电流值I+ Δ I-(Ii-I)Itl进行恒流充电T2，当I+ Λ I- (η-1)Ι0 ( I，则电流值I进行恒流充电，直至充电电压达到指定值，所述指定值范围为3. 4-4. 2V ;所述电流值I范围为O. 01-0. 2C，所述Λ I范围为O. 05-5. 0C,所述I。范围为O. 01-0. 5C;所述T1范围为100ms-3600s,所述T2为100 μ s_10s。以下以提供具体的实施例和对比例对本发明的锂离子电池进行进一步的描述。实施例I一、制作锂离子电池
(I)、制作正极极片按照质量百分比计将80-98%的钴酸锂，O. 5-10%的导电剂，I. 5-10%的粘结剂进行混合形成混合物，并在该混合物中加入溶剂；N-甲基吡咯烷酮或二甲基酰胺溶剂，在2000-6000转/分钟的条件下搅拌调成混合均匀的浆料；将所制的浆料涂布于10-50 μ m厚的铝箔集流体上，将铝箔集流体经过干燥、辊压、分切等工序制作成正极极片。其中，所述导电剂为以下组分一种或多种乙炔黑、Super-P、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、无定形碳。所述粘结剂溶液中粘结剂选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶中的一种或几种，粘结剂溶液中的溶剂选自丙酮、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲乙酮、乙酸乙酯中的一种或几种.(2)、制作负极极片按质量百分比计将80-98%的合金负极活性物质，I. 5-10%的导电剂，O. 5-10%的粘结剂进行混合形成混合物，在该混合物中加入溶剂，并搅拌调成混合均匀的浆料；将所制作的浆料涂布于8-50 μ m厚的铜箔集流体上，将铜箔集流体经干燥、辊压、分切等工序制成负极极片。其中，所述合金负极活性物质为硅碳基合金材料，该硅碳基合金材料包括任何碳物质、与硅物质组合的复合材料，或形成的新物质。所述碳物质包括不定型碳、石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球、石墨烯、碳纳米管、碳纤维中任意一种或一种以上的混合；所述硅相包括单质硅、硅氧化物(SiOx)、含硅固溶体或硅金属间化合物中任意一种或一种以上的混合。所述导电剂为以下组分一种或多种乙炔黑、Super-P、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、无定形碳。所述粘结剂为以下组分的一种聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶中的一种或几种。所述溶剂可以选自水、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、二甲基亚砜、甲乙酮、乙酸乙酯中的一种或几种。(3)、制作软包电池芯采用厚度为10-30 μ m的聚丙烯树脂和聚乙烯树脂复合膜作为隔离膜；以EC/DMC/EMC (体积比为1:1:1)的三元混合物作为电解液溶剂，电解质锂盐采用LiPF6，浓度为I摩尔/升。将分切好的正、负极极片焊接极耳后，与分切好的隔离膜一起卷绕成电池芯，封装到铝塑膜中；经过真空干燥后，注入电解液，然后经过真空封装、静置、冷热压、化成、二封等工序制作成锂离子软包电池芯。二、进行锂离子软包电池化成处理
步骤a、恒流充电阶段在温度为45° C的环境下，循环执行以下步骤①-②，直至电压为3. 85V :①用所述电池以O. 05C的电流进行恒流充电I分钟；②采用上述充电电流2C的电流恒流充电100ms。步骤b、恒压充电阶段在温度为45°C的环境下，3.85V恒压充电，直至电流为O. 05C ；步骤C、恒流放电阶段在温度为45°C的环境下，用所述锂离子电池以O. 2C的电流进行恒流放电，直至电压为3. 0V。执行上述步骤a至c,化成结束。实施例2
一、制作锂离子电池本实施例中制作锂离子电池所采用的材料和工艺流程与上述实施例I 一致。二、进行锂离子软包电池化成处理步骤a、恒流充电阶段在温度为45° C的环境下，执行以下步骤(I)、对锂离子电池以电流值I进行恒流充电600 s ;再以电流值I+Λ I进行恒流充电100 μ s ;(2)、以电流值I进行恒流充电600s;再以电流值I+Λ I- Itl进行恒流充电100 ys;(3)、以电流值I进行恒流充电600s ;再以电流值I+ Δ I- (n-1) I0进(η为3)行恒流充电100 μ s ;依次类推，直至I+ Δ I- (n-1) I0 ( I时，则以电流值I进行恒流充电，直至充电电压达到电压为3. 85V。其中，本实施中，所述电流值I为O. 1C，所述Λ I为5. 0C，所述Itl为O. 1C。步骤b、恒压充电阶段在温度为45° C的环境下，3. 85V恒压充电，直至电流为
0.05C ；步骤C、恒流放电阶段在温度为45°C的环境下，用所述锂离子电池以O. 2C的电流进行恒流放电，直至电压为3. 0V。执行上述步骤a至c,化成结束。对比例I一、制作锂离子电池本对比例中制作锂离子电池所采用的材料和工艺流程与上述实施例I 一致。二、进行锂离子软包电池进行标准化成处理步骤a、恒流充电阶段用所述电池以O. 05倍率的电流进行恒流充电，直至电压为3. 85V。步骤b、恒流放电阶段进行搁置、放电流程。化成结束后，测试实施例I、实施例2和对比例I的电池性能参数，测试结果参见表
1。拆解实施例I、实施例2和对比例I化成后的电池芯，对比电池芯厚度化成后变化，以及查看负极极片的状态。其中采用实施例I和实施例2提供的工艺化成电池芯，电池芯化成后厚度增加小于8%，负极极片仅微量起皱.而采用现有的标准化成工艺化成电池芯，电池芯化成后厚度增加超过20%，负极极片明显开裂，严重起皱。测试电池300周循环后，容量保持率实施I和实施例2均大于85%，而对比实施例I循环保持率近为47. 6%。表I :
权利要求
1.一种锂离子电池，其特征在于，在-2(T60°C环境下，通过以下步骤化成 步骤一、对注液浸润后的锂离子电池进行脉冲恒流充电，直至电压达到指定值，所述电压的指定值范围为3. 4-4. 2V； 步骤二、对锂离子电池进行恒压充电，直至电流达到指定值，所述电流的指定值为O.05C ； 步骤三、对锂离子电池进行恒流放电，放电电压值范围为3. 0-2. 0V，放电电流值为O.01-2. 0C。
2.根据权利要求I所述的锂离子电池，其特征在于，所述步骤一中对锂离子电池进行脉冲恒流充电的具体为循环执行如下步骤 对锂离子电池以电流值I进行恒流充电T1 ;再以电流值I+ Δ I进行恒流充电T2 ;依次重复，直到充电电压达到指定值，所述电压的指定值范围为3. 4-4. 2V ;所述电流值I范围为O. 01-1. 0C，所述Λ I范围为O. 05-5. O C，所述T1范围为100ms_3600s ;所述T2为100 μ s-lOso
3.根据权利要求I或2所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的负极活性材料为硅碳复合材料，该硅碳复合材料是由碳相物质和硅相物质所组成的复合材料。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述碳相物质包括不定型碳、石墨、硬碳、软碳、中间相碳微球、石墨烯、碳纳米管、碳纤维中任意一种或一种以上的混合；所述硅相物质包括单质硅、硅氧化物(SiOx)、含硅固溶体或硅金属间化合物中任意一种或一种以上的混合。
5.根据权利要求I所述的锂离子电池，其特征在于，所述步骤一中对锂离子电池进行脉冲恒流充电的具体为 对锂离子电池以电流值I进行恒流充电T1 ;再以电流值I+ Δ I进行恒流充电T2 ;然后以电流值I进行恒流充电T1 ;再以电流值I+ Δ I- I0进行恒流充电T2 ;依次类推，第η次脉冲开始对锂离子电池以电流值I进行恒流充电T1，再以电流值I+ Δ I-(n-l)L进行恒流充电T2,当I+ Λ I- (η-1)Ι0 ( I时，则以电流值I进行恒流充电，直至充电电压达到指定值，所述指定值范围为3. 4-4. 2V ;所述电流值I范围为O. 01-0. 2C，所述Λ I范围为O. 05-5. 0C,所述I0范围为O. 0-0. 5C ;所述T1范围为100ms-3600s，所述T2为100 μ s_10s。
6.根据权利要求I所述的锂离子电池，其特征在于，所述步骤二中对锂离子电池进行恒压充电直至充电电流达到指定值；其中恒压值为步骤一中电压指定值，范围为·3.4-4. 2V。
全文摘要
本发明公开了一种锂离子电池，锂离子电池在-20~60oC环境下，通过以下步骤化成对注液浸润后的锂离子电池进行脉冲恒流充电，直至电压达到指定值，所述电压的指定值范围为3.4-4.2V；对锂离子电池进行恒压充电，直至电流达到指定值，所述电流的指定值为0.05C；对锂离子电池进行恒流放电，放电电压值范围为3.0-2.0V，放电电流值范围为0.01-2.0C。本发明所提供的硅碳材料负极锂离子电池，采用脉冲恒流充电的化成方式，可以有效减缓电池体积膨胀，及因体积膨胀导致的电池变形、极片开裂、极片起皱，进而减缓容量衰减。
文档编号H01M10/058GK102820487SQ20121025605
公开日2012年12月12日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年7月23日
发明者王涛, 赖桂棠, 许晶, 李科, 严磊, 陈兴荣 申请人:深圳市海太阳实业有限公司