一种全固态电池及化成工艺制造技术

本发明专利技术公开一种全固态电池化成工艺，包括以下步骤：步骤一、通过夹具对全固态电池施加压力；步骤二、恒流充电原始全固态电池至第一荷电状态，其中全固态电池所处环境的温度为T

【技术实现步骤摘要】
一种全固态电池及化成工艺
本专利技术涉及化学电源
，特别是涉及一种快速、有效的固态电池化成工艺及通过该工艺制得的全固态电池。
技术介绍
电池技术的发展重新定义了能源，从电子产品到电动汽车，电池技术已无处不在，专利技术了锂离子电池而分享2019年诺贝尔化学奖的日本科学家吉野彰(ArikaYoshino)表示：“锂离子电池在创新中将扮演非常重要的角色，并引领可持续社会的发展。”随着锂离子电池对能量密度和安全要求的进一步提高，固态电池成为未来发展方向。相比传统锂离子电池，固态电池的能量密度和安全性更高。机构预计，固态电池将在十年后量产。中外企业争相持重金进入，国内的个别企业早已抢先布局，部分企业已具备小批量生产能力。现有技术对固态电池生产工艺探讨不足，固态电池推广中，急需解决的问题在于：固态电解质与正负极界面间的界面电阻，即固-固界面电阻较大，这个问题直接影响电池的循环性能和倍率性能。现有技术并没有针对固态电池特性定制的生产工艺，尤其在化成阶段。化成是指对锂离子首次进行充放电激活的过程，此步骤可直接影响倍率性能、循环及倍率性能。但现有固态电池化成工艺，在固态电池中固态电解质与正负极界面间的界面电阻方面研究不足，并没有一套适合固态电池的化成工艺，针对现有固态电池化成工艺的问题，现有技术多数是延用液态电池工艺，并没有针对固态电池界面问题做出相应的措施，没有很好发挥出固态电池的优势，现在使用的工艺耗时长，并且倍率性能低，化成后的电芯循环性能不佳。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种全固态电池化成工艺，该专利技术通过夹具对电芯加压，配合高温以及阶段性脉冲完成化成，快速，有效。为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：一种全固态电池化成工艺，包括以下步骤：步骤一、通过夹具对全固态电池施加压力；步骤二、恒流充电原始全固态电池至第一荷电状态，其中全固态电池所处环境的温度为T1；步骤三、调整全固态电池所处环境温度为T2，对全固态电池脉冲充电至100％SOC；步骤四、经过步骤三的全固态电池恒流放电至一定深度截止；其中T1＞T2，且80℃≤T1≤150℃。优选步骤一中夹具对全固态电池施加的压强为50KPa至200KPa；压强太小起不到减小电芯间距的作用，压强太大，容易损坏电池。优选步骤二中恒流充电的电流为0.2C至0.5C，第一荷电状态为5％至15％SOC。第一步恒流充电对电芯用适当电流初步激活，此时负极处于空电状态，在5％-15％SOC内，直流充电不易产生较大的极化，此时用0.2C至0.5C对电芯初步充电可在不产生极化的前提下，缩短化成整体用时。优选步骤三中脉冲充电依次包括以下步骤：第一正向脉冲；第二正向脉冲和反向脉冲交替，如此循环直至电池充电达到100％SOC；上述各脉冲充电之间存在搁置时间。此脉冲过程制定所依据的原理是根据每个阶段所产生极化的大小，前期产生极化较小，所以仅用单一正向脉冲的方式进行充电；当极化增大时，单一的正向脉冲已无法完全的消除极化，此时选择正向脉冲加反向脉冲的组合进行充电。此流程即提升了充电速度，又可消除提升充电速度带来的极化。搁置是为了让电池消化上一步的充放电，时间太短，上一步的操作将影响下一步，格式时间太长将浪费时间；如此循环直至电池充电达100％SOC，满电化成可使正负极界面完全融合，化成时消化掉所有副反应。优选步骤三脉冲充电的工艺条件为：第一正向脉冲：电流0.5C至1.5C；充电时间180s至300s；搁置10s；反复6次；第二正向脉冲：电流1C至2.5C；充电时间60s至120s；搁置2s至8s；反向脉冲：电流0.5C至1C；充电时间10s至30s；搁置2s至5s。优选恒流放电的电流为0.5C至1.0C；恒流放电40％至50％DOD。优选包括以下步骤：步骤一、通过夹具对全固态电池施加压力为100KPa；步骤二、原始全固态电池以0.3C的电流恒流充电至10％SOC，搁置；其中全固态电池所处环境的温度为100℃；步骤三、调整全固态电池所处环境温度为80℃，对全固态电池按照如下顺序和参数脉冲充电：第一正向脉冲电流0.75C，充电180s，搁置10s，反复6次；第二正向脉冲电流1.5C，充电90s，搁置2s；反向脉冲电流0.7C，充电10s，搁置2s；第二正向脉冲和反向脉冲交替进行，如此循环直至电池达到100％SOC；步骤四、经过步骤三的全固态电池恒流放电，电流0.75C，放电深度40％DOD。通过本方案化成的效果最佳，经过本专利技术化成的全固态电池循环性能显著提升。优选所述步骤三中全固态电池所处环境温度为T2，其中60℃≤T2≤110℃。本专利技术的目的在于提供一种通过上述化成工艺制得的全固态电池，该专利技术倍率与循环性能获得提高。通过采用上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出全固态电芯在夹具加压下进行化成，可有效提升固-固界面契合的速度、加深组分相互扩散的程度，从而降低由于两层间的间隙带来的电阻；配合高温，可辅助提升活性物质活性，增加材料动力学性能，帮助电子顺利脱嵌，进一步提升固-固界面契合速度，加深组分相互扩散的程度，同时加速体系副反应的进行，使化成后的体系更稳定，宏观表现出更好的循环性能；本专利技术提出恒流充电-脉冲充放电-恒流放电的模式，对固态电池进行首次充放电激活，可有效促进固-固界面契合，降低界面电阻，改善固态电池循环性能；本专利技术提出了一种针对全固态电池快速、有效的化成工艺，提升化成总速度，节省工艺时间，化成时间少于3小时，具有高效性；经过本专利技术化成的全固态电池倍率与循环性能有效提升。从而实现本专利技术的上述目的。具体实施方式为了进一步解释本专利技术的技术方案，下面通过具体实施例来对本专利技术进行详细阐述。以下实施方式及对比例所用电芯前期制作方式：正极按照质量分数选用：NCM81194％，CNT0.5％，PVDF1.5％，LiPF61％，Li2S-P2S53％；负极选用：锂金属片固态电解质选用硫化物电解质Li2S-P2S5，按照质量分数：Li2S-P2S595％，锂盐2％，粘结剂3％，溶剂NMP若干；Al箔选用12um，Cu箔选用6um；将正极材料按照配方混合均匀，涂敷到Al箔上，经干燥，冷压，制片后得到正极极片；将负极金属锂片压到Cu箔上，同时将固态电解质按照配方搅拌均匀，浆料涂敷于负极金属锂片上，经干燥，制片后得到负极+固态电解质层极片；将正极极片与负极+固态电解质层极片相间叠片，得到裸电芯，裸电芯经过装配段后，制得未化成的原始电芯。实施例1本实施例公开一种全固态电池的化成工艺，包括以下步骤：步骤一、将搁置完毕后的10颗固态电池上夹具，加压到50KPa，放置在化成柜上；步骤二、在80本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全固态电池化成工艺，其特征在于：/n包括以下步骤：/n步骤一、通过夹具对全固态电池施加压力；/n步骤二、恒流充电原始全固态电池至第一荷电状态，其中全固态电池所处环境的温度为T

【技术特征摘要】
1.一种全固态电池化成工艺，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一、通过夹具对全固态电池施加压力；
步骤二、恒流充电原始全固态电池至第一荷电状态，其中全固态电池所处环境的温度为T1；
步骤三、调整全固态电池所处环境温度为T2，对全固态电池脉冲充电至100％SOC；
步骤四、经过步骤三的全固态电池恒流放电至一定深度截止；
其中T1＞T2，且80℃≤T1≤150℃。


2.如权利要求1所述的一种全固态电池化成工艺，其特征在于：步骤一中夹具对全固态电池施加的压强为50KPa至200KPa。


3.如权利要求1所述的一种全固态电池化成工艺，其特征在于：步骤二中恒流充电的电流为0.2C至0.5C，第一荷电状态为5％至15％SOC。


4.如权利要求1所述的一种全固态电池化成工艺，其特征在于：步骤三中脉冲充电依次包括以下步骤：
第一正向脉冲；
第二正向脉冲和反向脉冲交替，如此循环直至电池充电达100％SOC；
上述各脉冲充电之间存在搁置时间。


5.如权利要求4所述的一种全固态电池化成工艺，其特征在于：步骤三脉冲充电的工艺条件为：
第一正向脉冲：
电流0.5C至1.5C；充电时间180s至300s；搁置10s；反复6次；
第二正向脉冲：
电流1C至2.5C；充电时间60s至...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓玉，李炳江，王立群，郑浪，易祖良，刘奕凯，叶鑫，
申请(专利权)人：常州赛得能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32