一种电池化成方法技术

本发明专利技术公开了一种电池化成方法，包括如下步骤：以0.02

【技术实现步骤摘要】
一种电池化成方法


[0001]本专利技术属于电池化成
，具体涉及一种电池化成方法。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]磷酸锰铁锂正极是在磷酸铁锂基础上进行锰元素改性，由于Mn
2+
/Mn
3+
氧化还原活性对的存在，其平均电压平台超过3.9V，因此磷酸锰铁锂能量密度较磷酸铁锂提高20％。磷酸锰铁锂(以下简称锰铁锂)正极的出现在维持良好结构稳定性基础上，进一步拓宽橄榄石结构正极的能量密度优势。
[0004]当前，因磷酸铁锂电池主要成膜阶段在3.25V前，故商用化的磷酸铁锂电池化成工艺大多在高温下采用阶梯式分段充电至40
‑
60％SOC电量。对于Mn改性后的锰铁锂电池，实际生产中直接沿用磷酸铁锂的化成工艺似乎不适用锰铁锂体系，制造出的电池鼓胀变形率高，循环产气严重，以及出现容量异常衰减和DCR增长过快等问题，难以突显材料的性能优势。锰铁锂正极较磷酸铁锂正极的较大区别在于粒径小一个数量级(锰铁锂平均粒径仅为200～400nm)、一次颗粒之间和二次颗粒内部存在的大量孔隙(图1)使得材料水含量更高且难以烘出、工作电压区间更宽(或充电截止电压更高)，因其具有粒径小、比表面积大的特点，所消耗的电解液量更多、副反应活性也越大，难烘出的水分转化为大量的HF则会反复破坏SEI，而高的多的充电截止电压需要SEI具有很好的机械弹性和稳定性。而直接沿用磷酸铁锂电池的化成工艺未能除尽电极内部过量的水，首次形成的SEI膜在过宽的工作电压范围反复膨胀收缩，可塑性及抗冲击性不足，易造成持续的膜破坏和修复，造成循环过程中活性锂快速消耗以及内阻异常增长等问题，严重制约锰铁锂正极的商业化推广。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种电池化成方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0007]一种电池化成方法，包括如下步骤：
[0008]以0.02
‑
0.05C恒流充电至第一阶段产气结束对应电压至少两遍，以第一阶段产气结束对应电压进行恒压充电至0.002
‑
0.005C，完成第一阶段充电；
[0009]在第一阶段产气结束对应电压至第二阶段产气起始对应电压之间，采用0.3
‑
0.6C的恒流充电，完成第二阶段充电；
[0010]在第二阶段产气对应的电压范围内，采用0.05
‑
0.1C恒流充电，然后以第二阶段产气结束电压进行恒压充电至0.002
‑
0.005C，完成第三阶段充电；
[0011]0.3
‑
0.5C恒流放电至2.5
‑
3.0V；
[0012]充放电循环至少1.5圈，充放电电流为0.3
‑
0.6C，充电截止电压为4.1
‑
4.35V，放电截止电压为2.5
‑
2.8V。
[0013]化成充电第一阶段采用两步恒流充电的目的是于负极特定电位下，反复分解电池
内部H2O以H2的形式释放。
[0014]化成充电第一阶段采用小电流及恒压充电过程的目的在于尽可能地延长分解H2O及初始成膜的反应时间，使H2O充分电解及形成较致密的SEI膜。
[0015]化成充电第二阶段化成电流为0.3
‑
0.6C，旨在缩短整个化成时间，形成稳定的锂快速迁移通道，激活材料电化学活性，该阶段可快速进行，是因为在该区间电池几乎不产气。
[0016]化成充电第三阶段的目的在于利用高SOC下正极强氧化性、负极强还原性激活两电极间的穿梭串扰反应构建正极CEI及修补负极SEI膜层，从而达到屏蔽出厂电池电极的界面副反应。该阶段小电流充电并恒压在于延长电极间串扰反应的反应时间，使电池内部产生的气体可充分通过真空抽气系统被抽走，小电流有利于得到致密的界面膜。
[0017]0.3
‑
0.5C恒流放电至2.5
‑
3.0V，以防止放电至更低电压时导致的SEI分解。
[0018]充放电循环至少1.5圈的目的在于利用中等电流大小深充深放增加界面膜的抗伸缩性，形成可逆性、稳定性良好的SEI、CEI膜。
[0019]在一些实施例中，所述电池的正极为锰铁锂或锰铁锂和三元镍钴锰混掺正极。
[0020]锰铁锂电池工作电压区间一般在2.5
‑
4.30V乃至4.35V，若搭配三元镍钴锰材料混用形成混掺正极，充电截止电压可达更高。高电压下正极的氧化性及负极的还原性更强，因此形成稳定、良好、电子绝缘性好的固体界面电解质膜对抑制溶剂持续分解具有重要意义。
[0021]要得到理想的固体电解质膜，在首次化成过程中，应设法除尽电池外部引入和内部生成的H2O，而现有的化成工艺容易导致造成电池内部水分未能充分去除，水分残余会严重破坏SEI膜的稳定性。
[0022]专利技术人发现，可利用控制化成电流大小、电压区间及化成时间使水分尽可能地被分解成H2从而通过抽气系统被抽走，此外，不适宜的化成截止SOC所成的膜在后期分容及前期循环过程中亦会因反复膨胀收缩而被破坏。因此应通过调整化成工艺使得SEI具有良好的稳定性及抗伸缩性。
[0023]锰铁锂正极具有易吸水、水分难烘出，粒径小、活性比表面积大，充电截止电压高等特点，使其在化成成膜产气方面与磷酸铁锂电池具有很大不同，区别于磷酸铁锂电池化成产气主要集中在一段(3.25V前)，锰铁锂电池化成产气集中在两段(3.0V前，及4.05V后，见图2)，且两段集中产气阶段产气成分中H2均占有较大比例(3.0V前占比～42％，4.05V后～60％，见图3)。根据现有的对产H2机理知，H2一方面来源于外部引入水的分解，如电极吸附水，以及电芯内部反应自生成的水；另一方面可能来源于正、负电极之间不断发生的氧化还原穿梭串扰反应。
[0024]因此要想得到稳定性优异的正负极界面膜，应当尽可能地除去电芯内部过量的水，避免转换为危害性大的HF，且应当形成稳定性高的CEI、SEI膜以屏蔽高SOC下高反应活性的穿梭串扰反应。
[0025]本专利技术的化成方法通过控制化成电流大小、化成时间及化成截止电压，在化成充电第一阶段充分分解电芯内部过量的水或HF，并在负极高电位下利用成膜添加剂优先成膜；化成充电第二阶段以较大电流充电至适当截止电压，大电流旨在缩短化成时间；化成充电第三阶段通过调节适当电流大小引导电池在高SOC段利用正极强氧化性、负极强还原性激活两电极间的穿梭串扰反应构建正极CEI及修补负极SEI膜层，以屏蔽电池在出厂后高
SOC下的高活性副反应；三步充电后，电池放电至合适电压，避免过低电压引起SEI膜的分解。随后在大电流下在电池工作电压区间循环1.5圈，充分利用深充深放以增加界面膜的抗伸缩性、机械弹性，形成可逆性、稳定性良好的SEI、C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池化成方法，其特征在于：包括如下步骤：以0.02
‑
0.05C恒流充电至第一阶段产气结束对应电压至少两遍，以第一阶段产气结束对应电压进行恒压充电至0.002
‑
0.005C，完成第一阶段充电；在第一阶段产气结束对应电压至第二阶段产气起始对应电压之间，采用0.3
‑
0.6C的恒流充电，完成第二阶段充电；在第二阶段产气对应的电压范围内，采用0.05
‑
0.1C恒流充电，然后以第二阶段产气结束电压进行恒压充电至0.004
‑
0.005C，完成第三阶段充电；0.3
‑
0.5C恒流放电至2.5
‑
3.0V；充放电循环至少1.5圈，充放电电流为0.4
‑
0.6C，充电截止电压为4.1
‑
4.35V，放电截止电压为2.5
‑
2.8V。2.根据权利要求1所述的电池化成方法，其特征在于：所述电池的正极为磷酸锰铁锂、锰铁锂或磷酸锰铁锂和三元镍钴锰混掺正极；优选的，所述电池的正极为磷酸锰铁锂或锰铁锂。3.根据权利要求2所述的电池化成方法，其特征在于：当电池的正...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘德芳，王阳阳，郭宏，梁铎，方雷，
申请(专利权)人：安徽得壹能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：