本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鈦酸鋰電池的化成方法。

背景技術(shù)：

壽命、安全、能量密度、快速充放電能力一直是衡量動力電池最重要的指標。鈦酸鋰材料由于其零應(yīng)變、對鋰電位高及納米顆粒特性，使其具備高安全性、超長壽命、及可快充的先天優(yōu)勢，一直被認為是替代石墨的理想負極材料。但由于鈦酸鋰對鋰電位較高，也造成電池能量密度低，續(xù)航里程相對短的不足，但少裝電池、可快充的動力電池技術(shù)方案的提出使得鈦酸鋰電池有了更廣闊的應(yīng)用前景。因此當前關(guān)鍵是解決鈦酸鋰電池產(chǎn)業(yè)化過程中遇到的問題。

鈦酸鋰負極材料由于容易吸水，并且其活性較高，在電池體系中容易與電解液反應(yīng)，發(fā)生脹氣，因此鈦酸鋰電池在化成階段，需要使副反應(yīng)充分反應(yīng)，并及時除去氣體并在負極表面形成一層鈍化膜，可以抑制后續(xù)使用過程中發(fā)生脹氣，因此化成工藝對鈦酸鋰電池尤為重要。

專利201110294924.3公開了一種動力鋰離子電池的化成方法，該方法分三個階段對電池充電，每個階段中間需長時間靜置，電池預(yù)充后，將電池放入手套箱中，真空除去氣體，再密封注液口。該方法采用閉口化成的方式可以有效的形成穩(wěn)定的SEI膜。專利申請201310192025.1公開了提高鈦酸鋰電池循環(huán)壽命的化成方法，該方法采用小電流化成和高溫老化，擱置后減壓抽氣，重復進行多次小電流化成和高溫老化，使電池內(nèi)部的水分充分發(fā)生反應(yīng)，將生成氣體抽出，從而解決鈦酸鋰電池脹氣問題。上述方法通過反復多次除氣、及多個化 成步驟可實現(xiàn)壽命提升，但是都存在化成時間長，工藝較復雜的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種鈦酸鋰電池的高溫化成方法。該化成方法所需時間短、過程簡單、適合工業(yè)化生產(chǎn)，采用該化成方法制得的電池，性能優(yōu)異。

一種鈦酸鋰電池的高溫化成方法，具體的技術(shù)方案是：

一種鈦酸鋰電池的化成方法，將注入電解液后的氣囊式電池放入壓力化成設(shè)備中，對電池施加一定的壓力和溫度，同時對電池運行充放電程序，充放電程序結(jié)束后，對電池進行真空除氣囊、封口。

其中，鈦酸鋰電池負極活性物質(zhì)為鈦酸鋰，正極活性物質(zhì)為鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳錳鈷酸鋰中的一種或多種。

壓力化成設(shè)備中施加的壓力為0.05MPa-0.3MPa；溫度為50℃-80℃。

充放電程序為分別以一定電流對電池進行恒流充放電。具體為：以0.1倍率-1.0倍率的電流恒流充電到2.8V，靜置5min-120min，再以0.1倍率-1.0倍率的電流恒流放電到1.5V，充放電循環(huán)1-3次。

上述方法所得的電池的工作電壓范圍為1.5V-2.8V。

本發(fā)明的主要特點是：

1)本發(fā)明通過高溫壓力化成方法，將電池的預(yù)充、真空除氣、高溫老化多個步驟同時完成，省去了原有工藝多個步驟間的銜接、轉(zhuǎn)運等過程，化成時間短，工藝簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

2)鈦酸鋰電池化成過程中，充放電及擱置過程均會產(chǎn)生氣體，本發(fā)明全程 對電池施加壓力，可以及時除去電芯內(nèi)部的氣體，使負極表面和電解液能時時充分接觸，反應(yīng)更充分、并相應(yīng)縮短所需反應(yīng)時間，但過大的壓力會使電芯內(nèi)電解液不足，電池阻抗增加，影響電池的快充性能，因此本發(fā)明優(yōu)選出適宜的壓力有助于鈦酸鋰電池性能提升。

3)鈦酸鋰電池采用高溫化成，能加速負極與電解液的反應(yīng)過程，使負極表面形成穩(wěn)定鈍化膜，可以縮短化成時間，但溫度過高會導致電解液分解。因此本發(fā)明優(yōu)選的化成溫度具有省時、高效、高性能的特點。

4)鈦酸鋰電池在越高荷電態(tài)下產(chǎn)氣越明顯，因此可在充電結(jié)束的高荷電下進行高溫擱置(時長遠遠小于傳統(tǒng)高溫老化時長)，使預(yù)充和老化兩步驟合并，反應(yīng)更完全，有利于鈍化膜的形成。

本發(fā)明通過對鈦酸鋰電池化成過程壓力、溫度、電流、時間參數(shù)的大量實驗摸索，確定了適宜的范圍，同時采用本發(fā)明化成方法制備的電池性能優(yōu)異。

附圖說明

圖1是本發(fā)明按照各實施例化成方法所制備25Ah電池的60℃循環(huán)對比圖。

圖2是本發(fā)明按照各實施例化成方法所制備25Ah電池的阻抗譜圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明一種鈦酸鋰電池的化成方法作更詳盡的說明。但本發(fā)明并不限于以下實施例。

實施例一：

以鈦酸鋰為負極活性物質(zhì)，鈷酸鋰為正極活性物質(zhì)，制備25Ah軟包裝疊片型電池。

對電池注入電解液，靜置24h，之后放入壓力化成設(shè)備中，極耳兩端連接充放電化成柜。開啟壓力化成設(shè)備同時啟動預(yù)充程序，其中設(shè)定壓力為0.1MPa，溫度為70℃，預(yù)充程序為：靜置預(yù)熱30min，0.2C電流恒流充電到2.8V，靜置10min，0.2C電流恒流放電到1.5V停止，程序結(jié)束之后將電池取下，真空除氣囊、封口，化成結(jié)束。

實施例二：

本實施例中設(shè)定壓力為0.3MPa，其余同實施例一。

實施例三：

本實施例中設(shè)定溫度為60℃，其余同實施例一。

實施例四：

本實施例中預(yù)充程序為：靜置預(yù)熱30min，0.5C電流恒流充電到2.8V，靜置10min，0.5C電流恒流放電到1.5V停止，其余同實施例一。

實施例五：

本實施例預(yù)充程序為：靜置預(yù)熱30min，0.2C電流恒流充電到2.8V，靜置120min，0.2C電流恒流放電到1.5V停止，其余同實施例一。

實施例六：

本實施例預(yù)充程序為：靜置預(yù)熱30min，0.2C電流恒流充電到2.8V，靜置10min，0.2C電流恒流放電到1.5V停止，循環(huán)兩次，其余同實施例一。

對比例一：

以鈦酸鋰為負極活性物質(zhì)，鈷酸鋰為正極活性物質(zhì)，制備25Ah軟包裝疊片型電池。

對電池注入電解液，靜置24h，真空除氣后，0.2C電流恒流充電到2.8V，靜置10min，0.2C電流恒流放電到1.5V停止，再對電池真空除氣，進行70℃高溫老化，擱置72小時后，取出電池真空除氣，再0.2C電流恒流充電到2.8V，靜置10min，0.2C電流恒流放電到1.5V停止，真空除氣后封口。

按上述實施例中化成方法參數(shù)對比如表1，對上述實施例所制備的電池分別進行倍率充放電、高溫循環(huán)測試，結(jié)果數(shù)據(jù)對比如表2。

從性能數(shù)據(jù)對比表1和2與附圖1和2中可以看出，與對比例一相比，以上實施例化成所需時間均明顯縮短，且所得產(chǎn)品性能更為優(yōu)異。實施例表明本發(fā)明的方法中化成電流、圈數(shù)、壓力、時間都對電池性能有影響，減小充放電電流、增加化成時間可以提升電池壽命，但會一定程度降低生產(chǎn)效率；增大壓力可以使電池內(nèi)部氣體排出更徹底，但也會使電池阻抗增加，對倍率性能有影響；在充電結(jié)束后，適當延長高溫靜置時間，使電池在高荷電態(tài)下充分反應(yīng)，性能較優(yōu)。綜上所述，本發(fā)明的化成方法省時、高效、工藝簡單、適合工業(yè)化生產(chǎn)，制備得到的電池性能優(yōu)異，進一步可根據(jù)具體產(chǎn)品對電性能及對生產(chǎn)效率的要求，在本發(fā)明優(yōu)選參數(shù)范圍內(nèi)確定最佳工藝。

表1

表2