一种高能量密度软包锂离子电池化成工艺的制作方法

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及到一种高能量密度软包锂离子电池化成工艺。

背景技术

随着随着移动设备的更新换代，消费者也对锂离子电池的性能提出了更高的要求，促使锂离子电池技术的不断发展，一般希望锂离子电池更小、更轻便、储能更多，这些诉求也在推动着锂离子电池研究工作不断前进。从电池结构和新材料、新体系的采用，锂离子电池研究者们不断尝试各种方法提高锂离子电池能量密度的方法,其中软包装锂离子电池在能量密度上占据一定的优势。

化成是软包装锂离子电池制造过程中一个重要的工序，其主要有以下几个方面的作用：（1）通过施加一定的电流，使得电池内部的非活性物质转化成活性物质，从而在后期充放电过程中来回可逆的转换；（2）在负极表面形成一层紧密、均匀的固体电解质膜（sei膜），保证电芯的循环性能；（3）电解液、材料中的微量水分与电解液发生副反应产生气体的排出；（4）通过一定温度下的压力，使得正负极、隔膜之间接触更加紧密，从而减小电池内阻，增强离子导通能力。

现有化成工艺，一般包括以下三个步骤，例如申请号为201610750223.9，授权公开号为cn106340690a，名称为“一种软包锂离子电池化成工艺”的发明专利的化成工艺，主要包括（1）电芯加温加压；（2）第一阶段预充；（3）第二阶段预充，该化成工艺虽然简单，但是因软包电芯能量密度要求越来越高，极片压实越来越大，以致在增加存液量、降低电芯厚度上没有优势，因而会引起电芯循环过早失效。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高能量密度软包锂离子电池化成工艺，有效提升高能量密度软包锂离子电池存液量，改善循环性能，同时降低电芯厚度，

本发明采用的技术方案如下：一种高能量密度软包锂离子电池化成工艺，包括以下步骤：

（1）给电芯进行首次加压加热；

（2）给步骤（1）中的电芯进行预充电至一定的soc；

（3）对步骤（2）中的电芯剪气囊；

（4）对步骤（3）中的电芯抽真空，进行预二封；

（5）对步骤（4）中处理过的电芯进行二次加压加热；

（6）将步骤（5）中的电芯预充至满电即可。

优选的，所述步骤（1）中加热温度为40—90℃，电芯表面施加的压强为4—12kg/cm²。

优选的，所述步骤（2）中预充电流大小为0.1—1c，预充结束的电芯soc为60—80%。

优选的，所述步骤（4）中预二封的真空度高于-0.08mpa。

优选的，所述步骤（5）中加热的温度为20—40℃，电芯表面施加压强为1—4kg/cm²。

优选的，所述步骤（6）中预充电流大小为0.1—1c。

本发明的优点在于：首先通过前步骤（1）、（2）可使电芯内部气体完全产生，第（3）、（4）步骤，可有效排出电芯内部气体，使得正负极与隔膜紧密接触，第（5）、（6）步，可在加压状态下充至满电，极片膨胀最大，在增加电芯存液量的同时，因为压力抑制作用，亦可有效降低电芯厚度。本发明的工艺，可有效在负极表面生成均匀、致密、稳定的sei膜，同时增加电芯存液量、降低电芯厚度，最终在一定程度上延长电芯的循环寿命，同时提高产品合格率。

附图说明

图1为本发明一种高能量密度软包锂离子电池化成工艺的步骤流程图。

具体实施方式

下面对本发明一种高能量密度软包锂离子电池化成工艺作进一步详细描述。

实施例1

一种高能量密度软包锂离子电池化成工艺，包括以下步骤：

（1）给电芯进行首次加压、加热；其中，加热的温度为80℃，加压的压力为8kg/cm²；

（2）给步骤（1）中的电芯进行分段预，其中第一段充电电流为0.2c，预充时间为18min，第二段预充充电电流为0.5c，预充时间为86min；

（3）对步骤（2）中的电芯剪气囊处理；

（4）对步骤（3）中的电芯抽真空，进行预二封；其中真空度大于-0.08mpa；

（5）对步骤（4）中处理过的电芯进行二次加压加热；其中，加热温度为25℃，加压压力为4kg/cm²；

（6）将步骤（5）中的电芯预充至满电即可，其中，充电电流为0.2c，恒流恒压充电至满电电压4.4v，充电时间为460min。

实施例2

一种高能量密度软包锂离子电池化成工艺，包括以下步骤：

（1）给电芯进行首次加压、加热；其中，加热的温度为40℃，加压的压力为4kg/cm²；

（2）给步骤（1）中的电芯进行分段预，其中第一段充电电流为0.1c，预充时间为18min，第二段预充充电电流为0.4c，预充时间为86min；

（3）对步骤（2）中的电芯剪气囊处理；

（4）对步骤（3）中的电芯抽真空，进行预二封；其中真空度大于-0.08mpa；

（5）对步骤（4）中处理过的电芯进行二次加压加热；其中，加热温度为20℃，加压压力为1kg/cm²；

（6）将步骤（5）中的电芯预充至满电即可，其中，充电电流为0.1c，恒流恒压充电至满电电压4.4v，充电时间为460min。

实施例3

一种高能量密度软包锂离子电池化成工艺，包括以下步骤：

（1）给电芯进行首次加压、加热；其中，加热的温度为90℃，加压的压力为12kg/cm²；

（2）给步骤（1）中的电芯进行分段预，其中第一段充电电流为0.7c，预充时间为18min，第二段预充充电电流为1c，预充时间为86min；

（3）对步骤（2）中的电芯剪气囊处理；

（4）对步骤（3）中的电芯抽真空，进行预二封；其中真空度大于-0.08mpa；

（5）对步骤（4）中处理过的电芯进行二次加压加热；其中，加热温度为40℃，加压压力为3kg/cm²；

（6）将步骤（5）中的电芯预充至满电即可，其中，充电电流为1c，恒流恒压充电至满电电压4.4v，充电时间为460min。

对比例1

本实施例为现有通用常规软包锂离子电池化成工艺，依次包括以下两个步骤：

（1）电芯加热、加压，其中，加热温度为80℃，加压压力为8kg/cm²；

（2）电芯分段预充电，其中第一段充电电流为0.2c，充电时间为18min，第二段充电电流为0.5c，充电时间为86min。

对比例2

本对比例为简化高能量密度电芯化成工艺，其中，减少剪气囊、预二封两步骤，包括以下步骤：

（1）电芯加热加压，加热温度为80℃，加压压力为8kg/cm²；

（2）电芯分段充电，其中第一段充电电流为0.2c，充电时间为18min，第二段充电电流为0.5c，充电时间为86min；

（3）二次预充电电流为0.2c，恒流恒压充电至满电电压4.4v，充电时间460min。

对比例3

本实施例为高能量密度电芯化成工艺，其中，减少剪气囊、预二封步骤，变压力预充，包括以下步骤：

（1）电芯加热加压，加热温度为80℃，加压压力为8kg/cm²；

（2）电芯分段充电，其中第一段充电电流为0.2c，充电时间为18min，第二段充电电流为0.5c，充电时间为86min；

（3）电芯加热、加压，加热温度为25℃，加压压力为4kg/cm²；

（4）电芯充至满电，充电电流为0.2c，恒流恒压充电至满电电压4.4v，充电时间460min。

实验例：

取对比例1、2、3以及实施例1进行实验，其中实施例、对比例均为高能量密度软包锂离子电池，正极材料为钴酸锂，负极材料为人造石墨，电池能量密度约为680wh/l，化成均在同一化成柜上进行。

其中，对比例1、2、3以及实施例1中锂离子电池电解液存液量，为二封后电芯质量和气囊质量之和减去电芯注液前质量，每块电池都一一称量，数据一一对应。对比例1、2、3以及实施例1中的锂离子电池存液量数据为50块电池的平均值，具体数据见表1。

其中，对比例1、2、3以及实施例1中锂离子电池厚度，为电芯分容后，统一充电至相同soc后，电芯最厚位置厚度，即电芯正极耳处厚度，使用专业的测量工具，游标卡尺测试50块电池的平均值，具体数据见表1。

其中，对比例1、2、3以及实施例1中锂离子电池的循环性能测试条件为：常温25℃，下0.5c充放，电压范围为3.0-4.4v，循环电芯选取存液量均值附近的电芯，记录循环放电次数及电芯容量保持率，统计电芯保持率到达80%时，电芯的循环次数，具体数据见表1。

实验数据分析：对比例1为现在通用常规化成工艺，对比例2为满电化成工艺，对比例2与对比例1相比，对比例2极片膨胀最大，电芯存液量、循环次数有明显提升，且压力抑制极片时间较长，电芯厚度较薄。与对比例2相比，对比例3采用变压力化成，后期压力减小，存液量、循环次数再次明显提升，但由于压力减小，电芯厚度上升。与对比例3相比，实施例1,增加剪气囊排气步骤，由于气体的排除，在压力作用下，正负极极片与隔膜接触更加紧密，已至在存液量变化不大的情况下，循环性能有所提升，且电池厚度下降。由此可见，采用本发明的化成工艺方法，有利于提升高能量密度软包电池存液量，提升电池循环性能，降低电池厚度，提升电芯能量密度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。