一种钛酸锂电池的化成方法与流程

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种钛酸锂电池的化成方法。

背景技术：

寿命、安全、能量密度、快速充放电能力一直是衡量动力电池最重要的指标。钛酸锂材料由于其零应变、对锂电位高及纳米颗粒特性，使其具备高安全性、超长寿命、及可快充的先天优势，一直被认为是替代石墨的理想负极材料。但由于钛酸锂对锂电位较高，也造成电池能量密度低，续航里程相对短的不足，但少装电池、可快充的动力电池技术方案的提出使得钛酸锂电池有了更广阔的应用前景。因此当前关键是解决钛酸锂电池产业化过程中遇到的问题。

钛酸锂负极材料由于容易吸水，并且其活性较高，在电池体系中容易与电解液反应，发生胀气，因此钛酸锂电池在化成阶段，需要使副反应充分反应，并及时除去气体并在负极表面形成一层钝化膜，可以抑制后续使用过程中发生胀气，因此化成工艺对钛酸锂电池尤为重要。

专利201110294924.3公开了一种动力锂离子电池的化成方法，该方法分三个阶段对电池充电，每个阶段中间需长时间静置，电池预充后，将电池放入手套箱中，真空除去气体，再密封注液口。该方法采用闭口化成的方式可以有效的形成稳定的SEI膜。专利申请201310192025.1公开了提高钛酸锂电池循环寿命的化成方法，该方法采用小电流化成和高温老化，搁置后减压抽气，重复进行多次小电流化成和高温老化，使电池内部的水分充分发生反应，将生成气体抽出，从而解决钛酸锂电池胀气问题。上述方法通过反复多次除气、及多个化 成步骤可实现寿命提升，但是都存在化成时间长，工艺较复杂的问题。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明公开了一种钛酸锂电池的高温化成方法。该化成方法所需时间短、过程简单、适合工业化生产，采用该化成方法制得的电池，性能优异。

一种钛酸锂电池的高温化成方法，具体的技术方案是：

一种钛酸锂电池的化成方法，将注入电解液后的气囊式电池放入压力化成设备中，对电池施加一定的压力和温度，同时对电池运行充放电程序，充放电程序结束后，对电池进行真空除气囊、封口。

其中，钛酸锂电池负极活性物质为钛酸锂，正极活性物质为钴酸锂、锰酸锂、镍锰钴酸锂中的一种或多种。

压力化成设备中施加的压力为0.05MPa-0.3MPa；温度为50℃-80℃。

充放电程序为分别以一定电流对电池进行恒流充放电。具体为：以0.1倍率-1.0倍率的电流恒流充电到2.8V，静置5min-120min，再以0.1倍率-1.0倍率的电流恒流放电到1.5V，充放电循环1-3次。

上述方法所得的电池的工作电压范围为1.5V-2.8V。

本发明的主要特点是：

1)本发明通过高温压力化成方法，将电池的预充、真空除气、高温老化多个步骤同时完成，省去了原有工艺多个步骤间的衔接、转运等过程，化成时间短，工艺简单，适合工业化生产。

2)钛酸锂电池化成过程中，充放电及搁置过程均会产生气体，本发明全程 对电池施加压力，可以及时除去电芯内部的气体，使负极表面和电解液能时时充分接触，反应更充分、并相应缩短所需反应时间，但过大的压力会使电芯内电解液不足，电池阻抗增加，影响电池的快充性能，因此本发明优选出适宜的压力有助于钛酸锂电池性能提升。

3)钛酸锂电池采用高温化成，能加速负极与电解液的反应过程，使负极表面形成稳定钝化膜，可以缩短化成时间，但温度过高会导致电解液分解。因此本发明优选的化成温度具有省时、高效、高性能的特点。

4)钛酸锂电池在越高荷电态下产气越明显，因此可在充电结束的高荷电下进行高温搁置(时长远远小于传统高温老化时长)，使预充和老化两步骤合并，反应更完全，有利于钝化膜的形成。

本发明通过对钛酸锂电池化成过程压力、温度、电流、时间参数的大量实验摸索，确定了适宜的范围，同时采用本发明化成方法制备的电池性能优异。

附图说明

图1是本发明按照各实施例化成方法所制备25Ah电池的60℃循环对比图。

图2是本发明按照各实施例化成方法所制备25Ah电池的阻抗谱图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明一种钛酸锂电池的化成方法作更详尽的说明。但本发明并不限于以下实施例。

实施例一：

以钛酸锂为负极活性物质，钴酸锂为正极活性物质，制备25Ah软包装叠片型电池。

对电池注入电解液，静置24h，之后放入压力化成设备中，极耳两端连接充放电化成柜。开启压力化成设备同时启动预充程序，其中设定压力为0.1MPa，温度为70℃，预充程序为：静置预热30min，0.2C电流恒流充电到2.8V，静置10min，0.2C电流恒流放电到1.5V停止，程序结束之后将电池取下，真空除气囊、封口，化成结束。

实施例二：

本实施例中设定压力为0.3MPa，其余同实施例一。

实施例三：

本实施例中设定温度为60℃，其余同实施例一。

实施例四：

本实施例中预充程序为：静置预热30min，0.5C电流恒流充电到2.8V，静置10min，0.5C电流恒流放电到1.5V停止，其余同实施例一。

实施例五：

本实施例预充程序为：静置预热30min，0.2C电流恒流充电到2.8V，静置120min，0.2C电流恒流放电到1.5V停止，其余同实施例一。

实施例六：

本实施例预充程序为：静置预热30min，0.2C电流恒流充电到2.8V，静置10min，0.2C电流恒流放电到1.5V停止，循环两次，其余同实施例一。

对比例一：

以钛酸锂为负极活性物质，钴酸锂为正极活性物质，制备25Ah软包装叠片型电池。

对电池注入电解液，静置24h，真空除气后，0.2C电流恒流充电到2.8V，静置10min，0.2C电流恒流放电到1.5V停止，再对电池真空除气，进行70℃高温老化，搁置72小时后，取出电池真空除气，再0.2C电流恒流充电到2.8V，静置10min，0.2C电流恒流放电到1.5V停止，真空除气后封口。

按上述实施例中化成方法参数对比如表1，对上述实施例所制备的电池分别进行倍率充放电、高温循环测试，结果数据对比如表2。

从性能数据对比表1和2与附图1和2中可以看出，与对比例一相比，以上实施例化成所需时间均明显缩短，且所得产品性能更为优异。实施例表明本发明的方法中化成电流、圈数、压力、时间都对电池性能有影响，减小充放电电流、增加化成时间可以提升电池寿命，但会一定程度降低生产效率；增大压力可以使电池内部气体排出更彻底，但也会使电池阻抗增加，对倍率性能有影响；在充电结束后，适当延长高温静置时间，使电池在高荷电态下充分反应，性能较优。综上所述，本发明的化成方法省时、高效、工艺简单、适合工业化生产，制备得到的电池性能优异，进一步可根据具体产品对电性能及对生产效率的要求，在本发明优选参数范围内确定最佳工艺。

表1

表2