锂离子电池电芯及其化成、分容方法与流程

本发明涉及锂离子电池领域，具体而言，涉及一种锂电芯及其化成、分容方法。

背景技术：

1、橄榄石基lifepo4(lfp)材料以其低成本和高安全性一直作为锂离子电池正极材料的主流，但其3.4v的平台工作电压、170mah/g的理论比容量、578wh/kg的理论能量密度限制了其发展；而磷酸铁锰锂(lmfp)以其相比于lfp较高的电压平台以及高15～20％的理论能量密度等优势，开始逐步走进动力电池市场。

2、然而，对于新型材料lmfp，因为其电化学特性中含有fe2+/fe3+和mn2+/mn3+两个氧化还原电对，且mn2+/mn3+的电压平台十分接近lmfp电芯的截止电压，所以常规的化成、分容方法并不能使得其发挥出最大的容量；同时常规的高温(42～48℃)化成方法比较容易引起lmfp在充、放电过程中存在的jahn-teller效应，导致mn的溶出，进而引发电池容量的衰减。

3、因此针对lmfp材料体系，提高正极lmfp材料可发挥的最大容量，进而提高其电芯能量密度，是本领域亟待解决技术问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种锂电芯及其化成、分容方法，以解决现有lmfp材料体系锂离子电池电芯能量密度低的问题。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种锂离子电池电芯的化成、分容方法，锂离子电池为磷酸铁锰锂系电池，该方法包括：

3、步骤s1，对锂离子电池电芯进行二次阶梯式充电，至其荷电状态达到33～35％soc(state of charge，荷电状态)；

4、步骤s2，对二次阶梯式充电后的锂离子电池电芯进行老化；

5、步骤s3，对老化后的锂离子电池电芯进行三次阶梯式充电，三次阶梯式充电包括：

6、步骤s3-1，以电流值0.1～0.2c进行恒流充电，且使充电电压达到3.65v；

7、步骤s3-2，以电流值0.05～0.1c进行恒流充电，且使充电电压达到4.00v；

8、步骤s3-3，以电流值为0.02～0.05c进行恒流充电，且使充电电压达到4.3v；

9、步骤s4，继续对述锂离子电池电芯进行恒流放电，以完成化成步骤；

10、步骤s5，对化成后的锂离子电池电芯进行分容。

11、进一步地，上述化成、分容方法在21～27℃条件下进行。

12、进一步地，步骤s1中的二次阶梯式充电步骤包括：步骤s1-1，以电流值0.02～0.05c进行恒流充电，充电时间为1.6～5h，至其荷电状态达到8～10％soc；步骤s1-2，以电流值0.05～0.15c进行恒流充电，充电时间为1.6～5h，至其充电电压达到3.65v，并至其荷电状态达到33～35％soc。

13、进一步地，步骤s2中，老化时长为18～30h。

14、进一步地，步骤s3中，完成所述三次阶梯式充电的锂离子电池电芯其荷电状态达到100％soc，并搁置5～20min。

15、更进一步地，步骤s3中，步骤s3-1中电流值为0.1～0.2c，优选为0.15c；步骤s3-2中电流值为0.05～0.1c，优选为0.10c；步骤s3-3中电流值为0.02～0.05c，优选为0.05c。

16、进一步地，步骤s5还包括对完成化成步骤后的锂离子电池电芯进行四次阶梯式充电，具体包括：步骤s5-1，以电流值0.4～1.0c进行恒流充电，且使充电电压达到3.65v；步骤s5-2，以电流值0.2～0.4c进行恒流充电，且使充电电压达到4.1v，并在4.1v下恒压充电；步骤s5-3，以电流值0.1～0.2c进行恒流充电，且使充电电压达到4.2v；步骤s5-4，以电流值0.05～0.1c进行恒流充电，且使充电电压达到4.25v。

17、进一步地，步骤s5中，步骤s5-1中电流值为0.4～1.0c，优选为0.6～0.8c；步骤s5-2中充电截止电流值为0.1～0.2c，优选为0.15c；步骤s5-3中电流值为0.1～0.2c，优选为0.15c；步骤s5-4中电流值为0.05～0.1c，优选为0.1c。

18、更进一步地，步骤s5中还包括：步骤s5-5，对完成所述四次阶梯式充电的所述锂离子电池电芯进行搁置，搁置时间为20～40min；步骤s5-6，将完成所述搁置后的所述锂离子电池电芯进行恒流放电。

19、本发明的另一方面提供了一种磷酸铁锰锂系锂离子电池电芯，该磷酸铁锰锂系锂离子电池电芯采用上述分容、化成方法制得。

20、应用本申请所提供的技术方案，在不同的电位采用不同的电流值对电芯进行阶梯式的充电，尽可能地匹配了lmfp电芯的多个电压平台，对不同的电压平台的充电电流和充电电压分别进行设计，既避免了因极化较大而达到充电截至电压，又保证锂离子能够尽可能多地释放，提高lmfp材料的容量发挥，进而提升锂离子电池电芯的能量密度。

技术特征：

1.一种锂离子电池电芯的化成、分容方法，锂离子电池为磷酸铁锰锂系电池，其特征在于，所述化成、分容方法包括：

2.根据权利要求1所述的化成、分容方法，其特征在于，所述化成、分容方法在21～27℃条件下进行。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的化成、分容方法，其特征在于，所述步骤s1中的所述二次阶梯式充电步骤包括：

4.根据权利要求1至3中任一项所述的分容、化成方法，其特征在于，所述步骤s2中，老化时长为18～30h。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的分容、化成方法，其特征在于，所述步骤s3中，完成所述三次阶梯式充电的所述锂离子电池电芯其荷电状态达到100％soc，并搁置5～20min。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的分容、化成方法，其特征在于，所述步骤s3中：

7.根据权利要求1至6中任一项所述的分容、化成方法，其特征在于，所述步骤s5还包括对完成化成步骤后的所述锂离子电池电芯进行四次阶梯式充电，具体包括：

8.根据权利要求7所述的分容、化成方法，其特征在于，所述步骤s5中：

9.根据权利要求7和8中任一项所述的分容、化成方法，其特征在于，步骤s5中还包括：

10.一种磷酸铁锰锂系锂离子电池电芯，其特征在于，所述磷酸铁锰锂系锂离子电池电芯采用权利要求1至9中任一项所述的分容、化成方法制得。

技术总结
本发明提供了一种锂离子电池电芯及其化成、分容方法，锂离子电池为磷酸铁锰锂系电池，化成、分容方法包括对锂离子电池电芯进行二次阶梯式充电；对二次阶梯式充电后的锂离子电池电芯进行老化；对老化后的锂离子电池电芯进行三次阶梯式充电：以电流值0.10～0.20C进行恒流充电，且使充电电压达到3.65V；以电流值0.05～0.10C进行恒流充电，且使充电电压达到4.00V；以电流值为0.02～0.05C进行恒流充电，且使充电电压达到4.3V；对锂离子电池电芯进行恒流放电，以完成化成步骤，以及对化成后的锂离子电池电芯进行分容。该化成、分容方法提高了LMFP材料的容量发挥，进而提升了锂离子电池电芯的能量密度。

技术研发人员：刘岩,王义飞,夏伦鹏,项胜
受保护的技术使用者：合肥国轩高科动力能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31