本发明涉及一种高倍率放电锂离子电池的化成方法。
背景技术：
在液态锂离子电池首次充放电过程中,电极材料与电解液在固液相界面上发生反应,形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。这种钝化层是一种界面层,具有固体电解质的特征,不但是电子绝缘体，而且是li+的优良导体,li+可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出,因此这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”,简称sei膜。sei膜具有有机溶剂不溶性,在有机电解质溶液中能稳定存在,并且溶剂分子不能通过该层钝化膜,从而能有效防止溶剂分子的共嵌入,避免了因溶剂分子共嵌入对电极材料造成的破坏,因而大大提高了电极的循环性能和使用寿命。对于高倍率放电的电池，由于在电池初次放电过程中在短时间内内部产生大量热量使电池温度升高，加速了锂离子在界面快速的释放穿梭，对于sei膜的有较大的破坏侵蚀作用，sei膜遭到破坏以后，溶剂分子能够通过该层钝化膜,导致溶剂分子的共嵌入,溶剂分子共嵌入对电极材料造成的破坏，以至于在后续的使用过程中，电池以高倍率放电时其循环寿命会大大降低。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的是提供一种高倍率放电锂离子电池的化成方法，生产的锂离子电池具有在高倍率放电的情况下长寿命的循环特性。
技术方案：本发明所述的高倍率放电锂离子电池的化成方法，包括以下步骤
步骤1，锂离子充电设备放置于温度调节的环境下进行工作，锂离子电池放置于充电电流可调的设备中进行首次充电；
步骤2，当锂离子电池处于充电状态时，每隔一段时间，将锂离子电池进行上下180°倒转的方式进行化成；
步骤3，当锂离子电池充满电之后，停止翻转，并且保持锂离子电池处于满荷电的开路状态一段时间，提升锂离子电池的陈化效果。
通过采用上述技术方案，将锂离子充电设备放入到低温环境下工作，锂离子充电设备对锂离子电池进行充电，sei膜形成于电池的首次充放电过程中，低温条件下sei膜趋于稳定。电极表面的反应是一个sei膜形成与电荷传递的竞争反应。由于各种离子的扩散速度不同和离子迁移数不同,所以在不同的电流密度下进行电化学反应的主体就不相同,膜的组成也不同，通过调整电流密度以达到形成稳定的sei膜。
将电池间歇式的进行一次上下180°倒转的方式进行化成，使得电解液在极片上分布更加均匀以使得sei膜成膜均匀。
上述步骤旨在提高sei膜的稳定性，并且根据上述步骤可得到在较低的温度环境下、使用较小电流密度以及间歇式的反转锂电池壳体都能提高锂离子的sei膜的稳定性，以提高锂离子电池的循环寿命。
有益效果：本发明通过改变电流密度、调整化成温度、动态化成的方式，生产的锂离子电池具有在高倍率放电的情况下长寿命的循环特性。
具体实施方式
锂离子电池包括正极为镍钴锰酸锂、负极为改性人造石墨、电解液体系以及锂盐；电解液体系包括碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯和碳酸甲基乙基酯；锂盐包括lipf6和libf4。
锂离子电池的sei膜形成于电池的首次充放电过程中，锂离子与电解液体系、痕量水、hf等在石墨表面形成的一层钝化膜，sei膜主要成分为二聚碳酸甲酯锂、lich2ch2oco2li、聚碳酸甲酯锂、氢氧化锂、碳酸锂以及氟化锂。
因此，本发明的一种高倍率放电锂离子电池的化成方法旨在提高锂离子电池的sei膜稳定性以延长锂离子电池的循环使用寿命，包括以下步骤：
步骤1，锂离子充电设备放置于温度调节的环境下进行工作，锂离子电池放置于充电电流可调的设备中进行首次充电；
步骤2，当锂离子电池处于充电状态时，每隔一段时间，将锂离子电池进行上下180°倒转的方式进行化成；
步骤3，当锂离子电池充满电之后，停止翻转，并且保持锂离子电池处于满荷电的开路状态一段时间，提升锂离子电池的陈化效果。
结合上述步骤，对四个因素进行对照试验，即对温度条件、电流密度、电解液形态以及陈化时间进行对照试验，以检验锂离子电池形成的sei膜是否稳定，其电池性能是否达到预期。
一、温度条件
考虑锂离子电池在不同温度下进行充放电，可能会产生不同的效果，因此，我们设定了如下几个反应温度：-10℃，10℃，25℃，40℃，锂离子充电设备上述温度环境下进行对锂离子电池充电，对不同条件的电池进行性能测试，得到的数据如下：
表一
如表一所示，在温度较低的情况下，sei膜的稳定性更加好，锂离子电池的循环使用寿命更加长。在温度较高的情况下，sei膜的稳定性下降和电极循环性能变差，这是因为高温时sei膜的溶解和溶剂分子的共嵌入加剧。同时在温度较高的情况下，,原来的膜进行结构重整,膜的溶解与重新沉积使新的膜具有多孔的结构,从而使得电解液与电极产生进一步接触并继续还原。
二、电流密度
电极表面的反应是一个sei膜形成与电荷传递的竞争反应。由于各种离子的扩散速度不同和离子迁移数不同,所以在不同的电流密度下进行电化学反应的主体就不相同,膜的组成也不同。
我们分别设定电流密度为0.25ma/cm2，0.5ma/cm2，1.0ma/cm2，2.0ma/cm2的条件下进行的成膜反应，对不同条件的电池进行性能测试，正极容量发挥测试和10c放电循环寿命测试，得到数据如下：
表二
如表二所示，锂离子充电设备给锂离子电池通过较小的电流密度进行充电时，sei膜更加稳定，锂离子电池的循环使用寿命更加长。
三、电解液形态
由于在电池壳体内的电解液受重力因素的影响，在注液完之后电解液更多的积聚在电池的中下部，使得圆柱形电池的内部极片上部处于电解液较少的贫液状态，而电解液较多的下部出于富液状态。而sei膜的成膜反应主要为负极表面与电解液之间的界面接触反应，因此通常会造成极片上下部的成膜不均匀，对电池性能产生影响。
我们设定了通常将电池静置化成的方式和将电池每60min进行一次上下180°倒转的方式进行化成，使得电解液在极片上分布更加均匀。并对不同的电池进行性能测试，得到的数据如下：
表三
如表三所示，经过翻转之后的锂离子电池，sei膜成型均匀，锂离子电池的循环使用寿命更长。
四、陈化时间条件
通常认为sei膜在特定的一个电位下形成，并且会在该电位下形成一个平台电压，在这个平台电压下负极界面与电荷反应形成sei膜。但也有文献报道在sei膜形成之后的一段时间内，即使电池内部没有电荷传递，sei膜本身也会与电解液发生部分反应而导致膜的成分重组变化。因此，我们设定了化成之后的不同陈化时间，分别为3h，6h，12h，24h来对不同条件的电池进行性能测试，得到的数据如下：
表四
如表四所示，陈化12～18h，该条件下化成的锂离子电池形成的sei膜更加稳定，并且均有较好的高倍率循环寿命。
综上，本方法采用的最佳条件是以0.5ma/cm2到1.0ma/cm2的电流密度进行化成，化成的温度控制在-10℃～25℃，陈化12～24h，该条件下化成的锂离子电池不仅具有良好的容量发挥，并且均有较好的高倍率循环寿命，在10c放电的条件下，循环充放电500周，容量保持率仍然能达到85％以上。