一种锂离子电池的化成方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：A)锂离子电池注液后常温静置12～24h，然后40～45℃下静置8～20h；B)以0.01C～0.03C的电流将电池电压充至3.5～3.8V，保持环境温度在5～15℃；C)以0.03～0.06C的电流将电池电压充至3.8～4.35V，保持环境温度在20～30℃；D)以0.06～0.15C的电流将电池电压充至4.55～4.65V，然后以4.55～4.65V恒压充电至电流≤0.02C，保持环境温度在20～30℃；E)高温老化。本发明专利技术在锂离子电池的化成方法能够有效降低电池的内阻，提升电池的循环性能，提高电池的能量密度。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池的化成方法
本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池的化成方法。
技术介绍
当前，随着电子产品广泛应用、电动汽车行业的快速发展，人们对锂离子电池的续航能力提出了更高的要求，越来越多的研究机构和电池企业开始大力开展更高能量密度的锂离子电池的研制工作。正极材料对锂离子电池的能量密度具有决定性的作用，富锂锰基正极材料以其较高的实际可发挥容量(250mAh/g以上)成为当前研究的热点。研究发现，富锂锰基材料xLi2MnO3·(1-x)LiMO2在首次充电时，充电电压高于4.5V时，Li2MnO3组分得到活化，锂层和过渡金属中的锂一起脱出，并伴随有O2的释放而形成层状的MnO2,充电曲线上会出现一个脱锂伴随脱氧的平台，使得比容量高于250mAh/g，放电时，因为氧的脱出产生的空位被过渡金属阳离子占据，使充电时脱出的部分锂离子的回嵌受到阻碍，造成首次不可逆容量损失。另一方面，电池在较高的电压下，可能造成的电解液氧化分解以及在负极表面的副反应发生，导致电池胀气，阻抗增大。高容量的负极应用可以减少用量以减轻电池的重量及体积，提升能量密度。硅碳复合负极材料具有较好的循环性能，但同时由于硅的膨胀效应，会造成SEI膜在负极表面的重复生长，过度增加锂离子的消耗，造成容量及循环寿命的下降。高能量密度电池的研制需要使用高容量的富锂锰基材料，搭配石墨材料或更进一步搭配硅碳复合负极材料，但由于上述问题，采用普通的化成方法制作的电池正极克容量无法有效发挥，比能量低、胀气严重、内阻大、首次效率低、倍率性能差、循环性能差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池的化成方法，由本专利技术中的化成方法得到的锂离子电池能量密度和首次效率高、倍率性能较好、内阻小，且能够有效解决胀气问题。本专利技术提供一种锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：A)锂离子电池常温静置12～24h，然后40～45℃下静置8～20h；B)以0.01C～0.03C的电流将电池电压充至3.5～3.8V，保持环境温度在5～15℃；C)以0.03～0.06C的电流将电池电压充至3.8～4.35V，保持环境温度在20～30℃；D)以0.06～0.15C的电流将电池电压充至4.55～4.65V，然后以4.55～4.65V恒压充电至电流≤0.02C，保持环境温度在20～30℃；E)高温老化。优选的，所述步骤B)～E)将所述锂离子电池置于高低温真空箱中，保持除气气压-0.02MPa～-0.06MPa。优选的，所述高温老化的温度为40～50℃；所述高温老化的时间为24～60小时。优选的，在所述锂离子电池注液之前的含水量不高于300ppm。优选的，所述化成方法的所有步骤均在湿度低于1％的环境下进行。优选的，所述锂离子电池的正极活性材料为富锂锰基固溶体材料。优选的，所述锂离子电池的正极活性材料为xLi2MnO3·(1-x)LiMO2，其中0＜x＜1，M为Ni、Mn、Co、Ti、Cr、Al、Fe和Mg中的一种或多种。优选的，所述锂离子电池的负极活性材料为硅碳复合材料或石墨材料。优选的，所述硅碳复合材料中，硅的质量分数为5～40％。本专利技术提供了一种锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：A)锂离子电池注液后常温静置12～24h，然后40～45℃下静置8～20h；B)以0.01C～0.03C的电流将电池电压充至3.5～3.8V，保持环境温度在5～15℃；C)以0.03～0.06C的电流将电池电压充至3.8～4.3V，保持环境温度在20～30℃；D)以0.06～0.15C的电流将电池电压充至4.55～4.65V，然后以4.55～4.65V恒压充电至电流≤0.02C，保持环境温度在20～30℃；E)高温老化。本专利技术在锂离子电池的化成各阶段采取不同倍率充电，可以更好促进负极表面各阶段SEI膜的形成，充电前期降低环境温度，更有助于形成致密、均匀、有韧性的SEI膜，避免电解液与正负极的继续反应，有效降低了电池的内阻，提升电池的循环性能。同时，设置充电截止电压4.55～4.65V，高电压下的活化更有助于富锂锰基材料层间锂的充分脱出，使得富锂锰基材料能够发挥出更高的容量，从而提高电池的能量密度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术锂离子电池的化成流程图；图2为本专利技术实施例1～3和比较例1～3中化成后的锂离子电池的循环寿命曲线。具体实施方式本专利技术提供一种锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：A)锂离子电池注液后常温静置12～24h，然后40～45℃下静置8～20h；B)以0.01C～0.03C的电流将电池电压充至3.5～3.8V，保持环境温度在5～15℃；C)以0.03～0.06C的电流将电池电压充至3.8～4.35V，保持环境温度在20～30℃；D)以0.06～0.15C的电流将电池电压充至4.55～4.65V，然后以4.55～4.65V恒压充电至电流≤0.02C，保持环境温度在20～30℃；E)高温老化。在本专利技术中，所述锂离子电池的正极活性材料优选为富锂锰基材料，更优选为xLi2MnO3·(1-x)LiMO2，其中0＜x＜1，M为Ni、Mn、Co、Ti、Cr、Al、Fe和Mg中的一种或多种，具体的，在本专利技术的实施例中，可以是0.3Li2MnO3·0.7LiNiCoMnO2、0.5Li2MnO3·0.5LiNiCoMnO2或0.7Li2MnO3·0.3LiNiCoMnO2。本专利技术对所述正极没有特殊的限制，采用上述富锂锰基材料作为活性材料，再与其他常规正极材料制备得到正极即可。如，可以按照富锂锰基材料：导电炭黑：导电石墨：聚偏二氟乙烯＝96:1.5：0.5：2的质量比，将聚偏二氟乙烯溶于N-甲基吡咯烷酮溶剂中配制成8％的胶液，然后加入导电石墨和导电炭黑，分散完全后加入富锂锰基材料，直至浆料混合分散均匀，加入N-甲基吡咯烷酮调节粘度至5000～8000cp，然后将混合好的浆料均匀的涂布在厚度为15μm的铝箔上，涂布双面面密度为36mg/cm2，并辊压分切得到正极片。在本专利技术中，所述锂离子电池的负极活性材料优选为硅碳复合材料或石墨材料，所述硅碳复合材料中，硅的质量分数优选为5～40％。具体的，可以是15％、7％或12％。本专利技术对所述负极没有特殊的限制，采用上述负极活性材料，再与其他常规负极材料制备得到负极即可。如按照负极活性材料：导电炭黑：导电石墨：羧甲基纤维素钠:丁苯橡胶＝95：1.5：1.5：2的质量比；将增稠剂羧甲基纤维素钠溶于去离子水中配制成2.5％的胶液，然后加入导电炭黑，分散完全后分批多次加入负极活性材料，混合均匀后加入粘结剂丁苯橡胶乳液，加水调节粘度至2000～4000cp，然后将混合好的浆料均匀的涂布在厚度为8μm的铜箔上，涂布面密度以对应正极容量过量4％计算，并辊压分切得到负极片。本专利技术以富锂锰基作为正极材料，硅碳复合材料、石墨的一种或混合作为负极材料，制作的锂离子电池，N/P的设定值为1.02～1.08，其设计更加合理，富锂锰基材料容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：A)锂离子电池常温静置12～24h，然后40～45℃下静置8～20h；B)以0.01C～0.03C的电流将电池电压充至3.5～3.8V，保持环境温度在5～15℃；C)以0.03～0.06C的电流将电池电压充至3.8～4.35V，保持环境温度在20～30℃；D)以0.06～0.15C的电流将电池电压充至4.55～4.65V，然后以4.55～4.65V恒压充电至电流≤0.02C，保持环境温度在20～30℃；E)高温老化。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：A)锂离子电池常温静置12～24h，然后40～45℃下静置8～20h；B)以0.01C～0.03C的电流将电池电压充至3.5～3.8V，保持环境温度在5～15℃；C)以0.03～0.06C的电流将电池电压充至3.8～4.35V，保持环境温度在20～30℃；D)以0.06～0.15C的电流将电池电压充至4.55～4.65V，然后以4.55～4.65V恒压充电至电流≤0.02C，保持环境温度在20～30℃；E)高温老化。2.根据权利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述步骤B)～E)将所述锂离子电池置于高低温真空箱中，保持除气气压-0.02MPa～-0.06MPa。3.根据权利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述高温老化的温度为40～50℃；所述高温老化...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋亚北，田爽，刘兆平，贺志龙，胡华胜，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33