本发明涉及电池化成领域,具体涉及一种圆柱锂离子电池化成工艺及制备得到的电池。
背景技术:
1、化成是锂离子电池制造过程中一个重要步骤,是采用小电流对电芯开始充电的过程。在电池化成过程中,活性材料会被首次激活,锂离子开始从正极材料中脱出,穿过隔膜抵达负极,电解液在负极表面发生还原分解生成固体电解质界面膜(sei),致密的sei膜对锂离子有很好的导电性,同时它也是电子的绝缘体,可以防止溶剂分子共嵌入电极材料中,提高电极的循环性能和使用寿命。
2、良好的化成工艺是锂离子电池正常、稳定工作的前提条件之一。目前,现有技术中公开了采用不同倍率、温度、压力进行化成进而改善sei膜质量的技术教导,但对于圆柱型锂离子电池而言,其是先封口后化成,因此,常规化成技术手段中,无法采用改变电芯化成过程压力的方式来改善sei膜质量,而如何更好地改善圆柱型锂离子电池的sei膜质量,进而提高存储一致性及循环性能是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、因此,本发明要解决的技术问题在于,如何提高圆柱型锂离子电池化成工艺化成后电池的sei膜质量,进而提高存储一致性及循环性能;从而获得具有更低内阻、更高存储一致性及循环性能的一种圆柱锂离子电池化成工艺及制备得到的电池。
2、一种圆柱锂离子电池化成工艺,包括以下三个阶段对圆柱锂离子电池进行处理:
3、第一阶段:在温度t1下,对电芯进行第一阶段恒流充电至0.1~0.5%soc,充电电流0.01~0.02c;
4、第二阶段:在温度t2下,对电芯进行第一阶段恒流充电至15~30%soc,充电电流0.05~0.1c;
5、第三阶段:在温度t3下,对电芯进行第三阶段恒流恒压充电至4.1v~4.2v,充电电流≤0.5c。
6、上述三个阶段的温度可以相同也可以不同,在25℃~60℃温度范围内,随着化成的温度越高,内阻相比25℃时越低,因此,t1、t2和t3均优选在25℃~60℃之间。
7、经过进一步验证得出:梯度温度的设置可以进一步降低电池内阻,因此,本发明中优选为t1<t2<t3。
8、经过实验验证,在t1为42~48℃,t2为47~53℃,t3为52~58℃的设置下,本发明中的工艺制备得到的内阻相比其他温度条件更低。
9、本发明中的第三阶段可以采用常规的0.1c以上的倍率进行充电,只要充电电流≤0.5c均能达到本发明的目的,但为了节约充电时间,本发明优选该第三阶段的充电电流为0.2~0.5c。
10、所述三个阶段的每个阶段之后还包括在t0温度下进行老化搁置的步骤,搁置时间为18h以上。
11、作为一种优选设置,第一阶段之后的老化搁置的时长为18~24h。
12、第二阶段之后的老化搁置的时长为≤48h。在不明显影响电池性能的情况下,为了进一步减少处理时间,所述第二阶段之后的老化搁置的时长优选为20~28h。
13、第三阶段之后的老化搁置的时长为24~72h。
14、本发明中,t0优选为42~48℃。即,本发明中老化搁置的温度设置为42~48℃的高温温度,该温度下可以使sei膜进行结构重组,降低副反应发生,电解液充分浸润,有利于电池容量充分发挥。
15、一种圆柱锂离子电池,采用上述的工艺制备得到。
16、本发明技术方案,具有如下优点:
17、1.本发明提供的一种圆柱锂离子电池化成工艺,采用分段处理的方式,优化每个阶段处理的电流大小,可以有效降低内阻并提高循环稳定性;具体的,第一阶段采用小电流预充,即采用极小倍率(0.01~0.02c)充电至0.1~0.5%soc,保证初步生成致密的sei膜;第二阶段采用较小倍率(0.05~0.1c)充电至15~30%soc,小电流对预充形成的sei膜进行修补重组,形成稳定的sei膜;第三阶段化成只需保证在≤0.5c的充电电流下恒流恒压充电至4.1v~4.2v即可完成整个化成工艺;本发明通过化成工艺三个阶段的处理,可以有效提高sei膜质量,进而降低电池内阻,改善电芯电化学极化,提高电池的存储一致性及循环性能。
18、2.本发明提供的一种圆柱锂离子电池化成工艺,在第一阶段和第二阶段中,sei膜已经形成并修补完善,在第三阶段采用较大倍率化成,可以缩短化成时间,提高生产效率的同时并不会对电芯循环及存储性能造成影响;因此,在第三阶段采用较大倍率(0.2~0.5c)化成,可以缩短化成时间,提高生产效率。
19、3.本发明提供的一种圆柱锂离子电池化成工艺,进一步优化各个阶段的温度,其中,t1为42~48℃,t2为47~53℃,t3为52~58℃;第一阶段采用45℃左右的温度可以加速溶剂化锂离子成膜过程,确保充分的电化学反应过程,快速激活电池;第二阶段采用50℃左右温度可以降低电解液黏度、加速锂离子扩散过程,同时加速隔膜浸润过程;第三阶段采用55℃左右温度可以保证在大电流下电子与离子快速结合;通过阶梯温度和阶梯电流的相互配合,可以进一步显著降低电池内阻,进一步提高电池的存储一致性及循环性能。
1.一种圆柱锂离子电池化成工艺,其特征在于,包括以下三个阶段对圆柱锂离子电池进行处理:
2.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于,t1、t2和t3均在25℃~60℃之间。
3.根据权利要求2所述的工艺,其特征在于,t1<t2<t3。
4.根据权利要求3所述的工艺,其特征在于,t1为42~48℃,t2为47~53℃,t3为52~58℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的工艺,其特征在于,所述第三阶段的充电电流为0.2~0.5c。
6.根据权利要求1-5任一项所述的工艺,其特征在于,所述三个阶段的每个阶段之后还包括在t0温度下进行老化搁置的步骤,搁置时间为18h以上。
7.根据权利要求6所述的工艺,其特征在于,第一阶段之后的老化搁置的时长为18~24h;
8.根据权利要求7所述的工艺,其特征在于,第二阶段之后的老化搁置的时长为20~28h。
9.根据权利要求6-8任一项所述的工艺,其特征在于,t0为42~48℃。
10.一种圆柱锂离子电池,其特征在于,采用权利要求1-9任一项所述的工艺制备得到。