本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高能量密度鋰離子電芯化成工藝。
背景技術(shù)：
鋰離子電池作為一種綠色環(huán)保電池，具有能量密度高，工作電壓高，循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在手機(jī)、筆記本電腦、UPS電源、電動(dòng)汽車(chē)等移動(dòng)設(shè)備上得到了廣泛的應(yīng)用。
應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大及電池需求量的增加促使電芯生產(chǎn)商去精化工藝流程，縮短工序時(shí)間并提高生產(chǎn)效率以滿足市場(chǎng)需求。隨著電芯行業(yè)機(jī)械化程度提高，化成工序成為目前制約生產(chǎn)效率的重要環(huán)節(jié)。而隨著高能量密度產(chǎn)品的市場(chǎng)需求的加深，高能量密度電芯對(duì)于生產(chǎn)商的電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化和制程工序能力要求越來(lái)越嚴(yán)格，其中對(duì)于化成工藝的要求尤為甚者。
現(xiàn)有的高溫夾具化成工藝，在充電開(kāi)始階段，對(duì)電池施加的壓力一般為0.3～0.5Mpa，電流一般為0.1～0.2C，這樣的壓力和電流都過(guò)大，從而使產(chǎn)氣量大大增加，具體理由是：1)首次充電過(guò)程中，如果電流過(guò)大，Li+與電解液反應(yīng)會(huì)過(guò)于劇烈，從而導(dǎo)致產(chǎn)氣量也過(guò)大；2)在高溫下，大電流化成相比小電流化成，其所形成的SEI膜不是很致密，成膜遇高溫分解也會(huì)產(chǎn)生一部分氣體。然而，產(chǎn)氣量大容易造成產(chǎn)氣排除不暢的問(wèn)題，一方面，這會(huì)引起界面黑斑；另一方面，大量產(chǎn)氣推動(dòng)著游離于包裝袋內(nèi)的電解液，這對(duì)于電芯的頂封邊和角位沖擊過(guò)大，容易導(dǎo)致沖邊或移位。除此之外，現(xiàn)有的化成工藝化成效率和產(chǎn)能也都有待改善。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種高能量密度鋰離子電芯化成工藝，以改善化成過(guò)程中遇到的黑斑界面、沖邊移位不良的問(wèn)題，同時(shí)提高化成效率和產(chǎn)能。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種高能量密度鋰離子電芯化成工藝，包括前處理階段、化成階段和烘烤處理階段，所述化成階段包括以下步驟：
步驟一，以0.05C的恒定電流為電芯充電，首先給電芯施加300～500kgf的壓力，充電15～20min；然后給電芯加壓到0.2～0.3MPa，充電10～15min；最后給電芯加壓到0.3～0.4MPa，充電5～10min；
步驟二，給步驟一所得電芯施加0.4～0.5MPa的壓力，以0.2C的恒定電流為其進(jìn)行充電，充電時(shí)間為20min；
步驟三，保持0.4～0.5MPa的壓力，以0.8～1.0C的恒定電流為步驟二所得電芯充電，充電時(shí)間為40～60min。
作為本發(fā)明所述的高能量密度鋰離子電芯化成工藝的一種改進(jìn)，所述化成階段的操作溫度為75～85℃。
作為本發(fā)明所述的高能量密度鋰離子電芯化成工藝的一種改進(jìn)，步驟一所得電芯的實(shí)際電壓為2.5～3.0V。
作為本發(fā)明所述的高能量密度鋰離子電芯化成工藝的一種改進(jìn)，所述電芯的安全充電上限電壓為4.4V。
作為本發(fā)明所述的高能量密度鋰離子電芯化成工藝的一種改進(jìn)，所述前處理階段是在常溫下，往電芯中注入電解液，靜置12-24h，再將電芯置于40～45℃的溫度條件下，靜置16～24h。
作為本發(fā)明所述的高能量密度鋰離子電芯化成工藝的一種改進(jìn)，所述烘烤處理階段是將所述化成階段所得電芯在溫度為80～90℃的條件下烘烤4～6h。
本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供一種高能量密度鋰離子電芯化成工藝，電芯在化成過(guò)程中，本發(fā)明采用分段加壓的形式，在小壓力小電流條件下對(duì)電芯進(jìn)行充電，一方面，首次充電過(guò)程中，小電流充電使得Li+與電解液反應(yīng)不會(huì)過(guò)于劇烈，從而減少產(chǎn)氣量，緩解了電芯沖邊和移位問(wèn)題的產(chǎn)生；另一方面，分段加壓的形式使得反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體逐漸排出，有效地改善了因排氣不暢引起的黑斑界面問(wèn)題。另外，隨著化成的深入，產(chǎn)氣逐漸增加，本發(fā)明通過(guò)加大面壓和電流，使接觸更緊密，從而成膜更穩(wěn)定，同時(shí)提高化成效率和產(chǎn)能。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明及其有益效果作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但是，本發(fā)明的具體實(shí)施方式并不局限于此。
實(shí)施例1
一種高能量密度鋰離子電芯化成工藝，包括以下步驟：
1)前處理階段：在常溫下，往電芯中注入電解液，靜置12h，再將電芯置于45℃的溫度條件下，靜置16h。
2)化成階段：步驟一，以0.05C的恒定電流為電芯充電，首先給電芯施加300kgf的壓力，充電20min；然后給電芯加壓到0.2MPa，充電15min；最后給電芯加壓到0.3MPa，充電10min；電芯的實(shí)際電壓為2.5V；步驟二，給步驟一所得電芯施加0.4MPa的壓力，以0.2C的恒定電流為其進(jìn)行充電，充電時(shí)間為20min；步驟三，保持0.4MPa的壓力，以0.8C的恒定電流為步驟二所得電芯充電，充電時(shí)間為60min?；呻A段的操作溫度為75℃。
3)烘烤處理階段：將化成階段所得電芯在溫度為80℃的條件下烘烤6h。
實(shí)施例2
一種高能量密度鋰離子電芯化成工藝，包括以下步驟：
1)前處理階段：在常溫下，往電芯中注入電解液，靜置18h，再將電芯置于40℃的溫度條件下，靜置20h。
2)化成階段：步驟一，以0.05C的恒定電流為電芯充電，首先給電芯施加400kgf的壓力，充電18min；然后給電芯加壓到0.25MPa，充電12min；最后給電芯加壓到0.35MPa，充電10min；電芯的實(shí)際電壓為3.0V；步驟二，給步驟一所得電芯施加0.45MPa的壓力，以0.2C的恒定電流為其進(jìn)行充電，充電時(shí)間為20min；步驟三，保持0.45MPa的壓力，以0.9C的恒定電流為步驟二所得電芯充電，充電時(shí)間為50min?；呻A段的操作溫度為80℃。
3)烘烤處理階段：將化成階段所得電芯在溫度為85℃的條件下烘烤5h。
實(shí)施例3
一種高能量密度鋰離子電芯化成工藝，包括以下步驟：
1)前處理階段：在常溫下，往電芯中注入電解液，靜置24h，再將電芯置于40℃的溫度條件下，靜置24h。
2)化成階段：步驟一，以0.05C的恒定電流為電芯充電，首先給電芯施加500kgf的壓力，充電15min；然后給電芯加壓到0.3MPa，充電10min；最后給電芯加壓到0.4MPa，充電5min；電芯的實(shí)際電壓為3.0V；步驟二，給步驟一所得電芯施加0.5MPa的壓力，以0.2C的恒定電流為其進(jìn)行充電，充電時(shí)間為20min；步驟三，保持0.5MPa的壓力，以1.0C的恒定電流為步驟二所得電芯充電，充電時(shí)間為40min?；呻A段的操作溫度為85℃。
3)烘烤處理階段：將化成階段所得電芯在溫度為90℃的條件下烘烤4h。
對(duì)比例1
一種高能量密度鋰離子電芯化成工藝，包括以下步驟：
1)前處理階段：在常溫下，往電芯中注入電解液，靜置12h，再將電芯置于45℃的溫度條件下，靜置16h。
2)化成階段：步驟一，給電芯施加0.3MPa的壓力，以0.1C的恒定電流為電芯充電，充電45min；步驟二，給步驟一所得電芯施加0.4MPa的壓力，以0.2C的恒定電流為其進(jìn)行充電，充電時(shí)間為20min；步驟三，保持0.4MPa的壓力，以0.5C的恒定電流為步驟二所得電芯充電，充電時(shí)間為100min。化成階段的操作溫度為75℃。
3)烘烤處理階段：將化成階段所得電芯在溫度為80℃的條件下烘烤6h。
對(duì)比例2
一種高能量密度鋰離子電芯化成工藝，包括以下步驟：
1)前處理階段：在常溫下，往電芯中注入電解液，靜置18h，再將電芯置于40℃的溫度條件下，靜置20h。
2)化成階段：步驟一，給電芯施加0.4MPa的壓力，以0.1C的恒定電流為電芯充電，充電40min；步驟二，給步驟一所得電芯施加0.45MPa的壓力，以0.2C的恒定電流為其進(jìn)行充電，充電時(shí)間為20min；步驟三，保持0.45MPa的壓力，以0.5C的恒定電流為步驟二所得電芯充電，充電時(shí)間為90min?；呻A段的操作溫度為80℃。
3)烘烤處理階段：將化成階段所得電芯在溫度為85℃的條件下烘烤5h。
對(duì)比例3
一種高能量密度鋰離子電芯化成工藝，包括以下步驟：
1)前處理階段：在常溫下，往電芯中注入電解液，靜置24h，再將電芯置于40℃的溫度條件下，靜置24h。
2)化成階段：步驟一，給電芯施加0.45MPa的壓力，以0.1C的恒定電流為電芯充電，充電30min；步驟二，給步驟一所得電芯施加0.5MPa的壓力，以0.2C的恒定電流為其進(jìn)行充電，充電時(shí)間為20min；步驟三，保持0.5MPa的壓力，以0.5C的恒定電流為步驟二所得電芯充電，充電時(shí)間為75min。化成階段的操作溫度為85℃。
3)烘烤處理階段：將化成階段所得電芯在溫度為90℃的條件下烘烤4h。
測(cè)試結(jié)果
分別對(duì)實(shí)施例1～3和對(duì)比例1～3的電芯進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。
表1測(cè)試結(jié)果
由表1可以看出，實(shí)施例1～3的電芯不存在界面黑斑、不發(fā)生沖邊和移位，而對(duì)比例1～3的電芯基本都存在界面黑斑、發(fā)生沖邊或移位，由此可見(jiàn)，本發(fā)明的化成工藝能有效改善化成過(guò)程中遇到的黑斑界面、沖邊移位不良的問(wèn)題，這是因?yàn)楸景l(fā)明以恒定小電流為電芯充電而且采用了分段加壓的形式給電芯施加壓力，減少產(chǎn)氣量同時(shí)也減慢了產(chǎn)氣速度，解決了排氣不暢的問(wèn)題，從而解決了界面黑斑的問(wèn)題，同時(shí)避免發(fā)生沖邊和移位。另外，由表1中的化成階段用時(shí)可以看出，實(shí)施例1～3的用時(shí)比對(duì)比例1～3的用時(shí)短，化成效率有所提高，這是因?yàn)閷?shí)施例1～3在化成階段的最后一步以0.8～1.0C的恒定電流為電芯充電，而對(duì)比例1～3均是以0.5C的恒定電流為電芯充電，也就是說(shuō)，本發(fā)明在化成階段的最后一步采取了大電流充電的形式，從而縮短了化成時(shí)間，而且這不影響電芯的其它性能。
根據(jù)上述說(shuō)明書(shū)的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還能夠?qū)ι鲜鰧?shí)施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，凡是本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的基礎(chǔ)上所作出的任何顯而易見(jiàn)的改進(jìn)、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。此外，盡管本說(shuō)明書(shū)中使用了一些特定的術(shù)語(yǔ)，但這些術(shù)語(yǔ)只是為了方便說(shuō)明，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何限制。