一种锂离子电池化成方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池化成方法，锂离子电池所使用的阳极活性物质包括无定形碳材料，化成方法至少包括充电和静置两个步骤，锂离子电池的电池平衡比为（1.04~1）：1，首次充电化成结束时阳极电位在0.03-0V之间。相对于现有技术，本发明专利技术通过控制电池平衡比，并将首次化成结束时阳极电位控制在0.03-0V之间，能够提前将无定形碳材料的一些不可逆活性点充分消耗，在阳极表面形成完整的SEI膜，改善电池的高温存储性能，延长电芯的日历寿命，从而得到具有良好的快充性能和低温性能的锂离子电池。?

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种阳极活性物质包括无定形碳材料的锂离子电池的化成方法。
技术介绍
无定形碳材料包括硬碳和软碳等，其有着较石墨更高的理论克容量，并有着非常好的循环寿命，另外，这类无定形碳材料层间距大(CL2),且成无规则排序，锂离子传输通道多，锂离子在以这种无定形碳材料做为活性物质的阳极里有着很高的扩散速率，可以避免因大电流充电或恶劣环境下充电而导致的阳极析锂，因而无定形碳材料被越来越多的应用在锂离子电池的阳极上，尤其是对快速充放电有着较高要求，或对低温充电有着较高要求 的锂离子电池的阳极上。但是，这类无定形碳材料常带有具有活性的官能团和杂化原子，并且存在很多具有活性的边缘微晶缺陷及微孔结构(尺寸范围在2-4nm)，而这些活性点大多数都是不可逆的，这些多余的不可逆活性点使得无定形碳材料阳极的首次效率远低于石墨。如果不在首次充电时有效消耗这些不可逆活性点，将影响到SEI膜(界面电解质膜)的稳定性。本专利技术的专利技术者的试验验证结果表明采用无定形碳材料作为活性物质的阳极制成的半电池在首次充电时，充电电位从2. 5V到0V，该半电池的不可逆容量一直在增加，这说明无定形碳材料阳极制成的半电池在整个电位区间内首次充电时，都存在着上述不可逆的活性点，才导致不可逆容量一直累加，而且阳极与电解液之间的固相电解质界面(SEI)膜也未能形成完難iF. O因此若将适用于石墨阳极的化成方法直接应用在无定形碳材料阳极的电芯上(石墨阳极的化成方法一般为以一小电流(O. 01-0. 1C)恒流充电至某一 SOC (充电状态)后停止充电，或者以阶梯式的电流大小充电至某一 SOC停止充电，化成结束时对应的阳极电位一般为O. 2-0. 4V)，那么在首次充电过程中将不能很充分的消耗不可逆活性点，从而不能在阳极表面形成稳定的SEI膜，最后导致电池高温存储胀气，交流阻抗增长比例高，容量衰减快，电芯日历寿命(calendar life)变差。这是目前采用无定形碳材料作为阳极活性物质的锂离子电池的现状，这在很大程度制约了无定形碳材料阳极在锂离子电池中的应用。有鉴于此，确有必要提供一种针对于阳极活性物质包括无定形碳材料的锂离子电池的化成方法，以在电芯首次充电过程中尽可能地消耗无定形碳材料中的不可逆活性点，从而在阳极表面形成稳定的SEI膜，改善电池的高温存储性能，延长电芯的日历寿命，从而得到具有良好的快充性能和低温性能的锂离子电池。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种针对于阳极活性物质包括无定形碳材料的锂离子电池的化成方法，以在电芯首次充电过程中尽可能地消耗无定形碳材料中的不可逆活性点，从而在阳极表面形成稳定的SEI膜，改善电池的高温存储性能，延长电芯的日历寿命，从而得到具有良好的快充性能和低温性能的锂离子电池，以克服现有技术中针对于用无定形碳材料作为阳极活性物质的锂离子电池的化成方法在首次充电过程中将不能很充分的消耗不可逆活性点而导致的高温存储性能差和电芯日历寿命短的不足。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案，所述锂离子电池所使用的阳极活性物质包括无定形碳材料，所述化成方法至少包括充电和静置两个步骤，所述锂离子电池的电池平衡比为(I. 0Γ1) :1，所述电池平衡比的计算公式为(AcXAr )/(CcXC XAi),其中，Αε为阳极活性物质的首次充电克容量，单位为mAh/g，Air为阳极活性物质的质量，单位为g，Cc为阴极活性物质设计电压下的首次放电克容量，单位为mAh/g，Cir为阴极活性物质的质量，单位为g，Ci为阴极活性物质的首次充放电效率，kf为阳极活性物质的首次充放电效率；首次充电化成结束时阳极电位在O. 03-0V之间。作为本专利技术锂离子电池化成方法的一种改进，所述化成包括以下步骤第一步，恒流充电至电池可逆容量的35-45% ;第二步，静置l_20min ;第三步，恒流恒压充电至截止电压为阴极活性物质的上限电压，然后继续恒压充电，直至电流小于O. 02C，停止充电。 作为本专利技术锂离子电池化成方法的一种改进，第一步的充电电流为O. 01-0. 1C。作为本专利技术锂离子电池化成方法的一种改进，第二步所述静置的时间为5-10min。作为本专利技术锂离子电池化成方法的一种改进，第三步的充电电流为O. 1-0. 25C。作为本专利技术锂离子电池化成方法的一种改进，所述锂离子电池的电池平衡比为I. 02 :1。作为本专利技术锂离子电池化成方法的一种改进，所述阳极活性物质还包括石墨、钛酸锂和硅的氧化物中的至少一种，其中，无定形碳材料占阳极活性物质总质量的质量百分比为5-99%ο作为本专利技术锂离子电池化成方法的一种改进，无定形碳材料占阳极活性物质总质量的质量百分比为50-90%。作为本专利技术锂离子电池化成方法的一种改进，所述无定形碳材料包括软碳和硬碳中的至少一种。作为本专利技术锂离子电池化成方法的一种改进，所述阴极活性物质为锂镍钴锰、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂、钴酸锂和磷酸钒锂中的至少一种。相对于现有技术，本专利技术通过控制电池平衡比，并将首次化成结束时阳极电位控制在O. 03-0V之间，能够使得在电池的首次充电过程中，采用无定形碳材料作为活性物质的阳极的电位接近0V，从而提前将无定形碳材料的一些不可逆活性点充分消耗，在阳极表面形成完整的SEI膜，改善电池的高温存储性能，延长电芯的日历寿命，从而得到具有良好的快充性能和低温性能的锂离子电池，防止在电池的正常使用和存放过程中，那些未被消耗的不可逆活性点带来的一系列副反应，如吸附锂离子、消耗锂盐、溶解SEI膜以及与电解液溶剂反应等(在高温情况下，这些副反应会加快)。此外，本专利技术工艺简单，无需对化成设备等资源进行额外的研发投资，成本小，能够实现工业化生产，且具有较高的效率，因此具有良好的应用前景。具体实施方式下面结合对比例和实施例对本专利技术及其有益效果进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方案和特例仅仅用来解释和描述本专利技术过程，并不用来限定本专利技术精神范畴。实施例I :本实施例采用IAh左右的功率型软包锂离子电池，阳极活性物质采用硬碳，阴极活性物质采用磷酸铁锂(LiFePO4),并且本实施例中的电池平衡比为I. 04: I。本实施例的化成方法如下先以O. 05C的恒定电流充电至电池可逆容量的35%，然后静置5min，然后以O. IC的恒定电流充电至电池平衡比设计时的阴极活性物质的上限电位(3. 65V)，化成结束，化成结束时阳极对应电位在O. 020-0. 029V之间。对本实施例中的电池进行容量测试化成结束后按1C/1C的充放电方式进行容量测试，测试电压区间为2.00-3.42V。测得的结果表明此电位区间的电池容量为1032-1040mAh, 3. 42V 满充时阳极电位为 O. 081-0. 087V。 实施例2 :本实施例采用IAh左右的功率型软包锂离子电池，阳极活性物质采用硬碳和石墨的混合物(二者的质量比为1:1)，阴极活性物质采用锰酸锂，并且本实施例中的电池平衡比为1.03:1。本实施例的化成方法如下先以O. OlC的恒定电流充电至电池可逆容量的37%，然后静置7min，然后以O. 15C的恒定电流充电至电池平衡比设计时的阴极活性物质的上限电位，化成结束，化成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池化成方法，所述锂离子电池所使用的阳极活性物质包括无定形碳材料，所述化成方法至少包括充电和静置两个步骤，其特征在于：所述锂离子电池的电池平衡比为（1.04~1）：1，所述电池平衡比的计算公式为(Ac×Aw？)/(Cc×C？w×Cf？×Af)，其中，Ac为阳极活性物质的首次充电克容量，单位为mAh/g，Aw为阳极活性物质的质量，单位为g，Cc为阴极活性物质设计电压下的首次放电克容量，单位为mAh/g，Cw为阴极活性物质的质量，单位为g，Cf为阴极活性物质的首次充放电效率，Af为阳极活性物质的首次充放电效率；首次充电化成结束时阳极电位在0.03？0V之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹武元，于哲勋，陈小平，金婧，
申请(专利权)人：东莞新能源科技有限公司，宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：