一種可優(yōu)化sei膜性能的鋰離子電池化成方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種可優(yōu)化SEI膜性能的鋰離子電池化成方法，該方法首先取樣本電池進(jìn)行成膜電位的測(cè)定，然后在所有成膜電位處，設(shè)定正弦交變電流進(jìn)行周期性的充放電，并反復(fù)多次，在不發(fā)生成膜的電位區(qū)間則可選擇以較大電流進(jìn)行充電。本發(fā)明可以對(duì)鋰離子電池進(jìn)行有針對(duì)性的化成工藝的設(shè)計(jì)，同時(shí)由于在不發(fā)生成膜的電位區(qū)間采取大電流充電，因此在提高電池整體性能的同時(shí)可節(jié)約化成時(shí)間，縮短電池制作周期。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種可優(yōu)化SE I膜性能的鋰離子電池化成方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于鋰電池化成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可優(yōu)化SEI膜性能的鋰離子電池化成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，鋰離子電池作為我們身邊最常見(jiàn)的綠色環(huán)保能源已被廣泛推廣和使用。近年來(lái)，隨著應(yīng)用市場(chǎng)的不斷發(fā)展，客戶端對(duì)鋰離子電池性能的要求在不斷提升，特別是在電動(dòng)車(chē)應(yīng)用方面，要求配組電池必須具有較高的一致性和穩(wěn)定性，以滿足在車(chē)用環(huán)境下各電芯在長(zhǎng)期循環(huán)過(guò)程仍具有高的一致性，不致因個(gè)別電池的劣化而導(dǎo)致整組電池性能的衰減甚至發(fā)生安全事故。
[0003]在鋰離子電池的生產(chǎn)過(guò)程中，首次化成對(duì)電池的一致性和穩(wěn)定性起著關(guān)鍵性甚至決定性的作用。在充電過(guò)程中，伴隨著鋰離子在負(fù)極的嵌入，電解液添加劑在負(fù)極上發(fā)生還原而沉積在負(fù)極表面，形成固體電解質(zhì)中間相(SEI)膜;同時(shí)，近年來(lái)的研究表明，電解液添加劑在正極表面發(fā)生氧化也可形成保護(hù)膜(也被稱(chēng)為CEI，這里統(tǒng)稱(chēng)為SEI)。在循環(huán)過(guò)程中，有缺陷的、不穩(wěn)定的SEI膜將繼續(xù)發(fā)生修補(bǔ)和重整反應(yīng)，因而會(huì)不斷的消耗電解液和活性鋰離子，致使電池可逆容量降低，循環(huán)性能發(fā)生衰減;在極端情況下，可能會(huì)由于副反應(yīng)沉積物的增長(zhǎng)或鋰枝晶刺穿隔膜致使電池發(fā)生短路，引發(fā)安全事故。
[0004]鑒于以上原因，電池生產(chǎn)廠家及學(xué)者們提出多種優(yōu)化電池性能的化成方法，在這些方法中，大多采用降低首次充電電流密度的方式，以期通過(guò)緩慢、充分的反應(yīng)得到致密的SEI膜，但是顯然這種化成方法耗時(shí)長(zhǎng)，大大延長(zhǎng)了電池的生產(chǎn)周期;且該方法沒(méi)有將電池體系或電解液的具體配方考慮在內(nèi)，沒(méi)有針對(duì)性，緩慢成膜反應(yīng)效果雖相對(duì)較好，但是在循環(huán)測(cè)試前期，仍避免不了膜的修復(fù)及重整反應(yīng)，導(dǎo)致循環(huán)初期電池容量衰減較快。本發(fā)明提供的方法，首先根據(jù)具體的電池體系或電解液配方進(jìn)行成膜電位的測(cè)定，在每個(gè)成膜電位下，有針對(duì)性的以正弦交變電流進(jìn)行反復(fù)充放電，使每個(gè)添加劑都充分發(fā)揮作用，從而形成穩(wěn)定致密的SEI膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決上述的技術(shù)問(wèn)題而提供一種可優(yōu)化SEI膜性能的鋰離子電池化成方法，其可根據(jù)具體的電池體系或電解液配方，有針對(duì)性的進(jìn)行SEI膜性能的優(yōu)化，從而提高電池的整體性能。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種可優(yōu)化SEI膜性能的鋰離子電池化成方法，包括以下步驟:
[0008]第一步，取樣本電池進(jìn)行充放電測(cè)試，分析所得的電池充放電數(shù)據(jù)，得到每種成膜添加劑發(fā)生成膜反應(yīng)的成膜電位V ；
[0009]第二步，將待化成電池充電至每種成膜添加劑的成膜電位V，然后反復(fù)多次施加頻率f的正弦交變電流，使電池在V±Vf的電壓范圍內(nèi)反復(fù)充放電，使每種成膜添加劑在對(duì)應(yīng)的成膜電位V下充分反應(yīng)成膜后充電到滿電狀態(tài)；
[0010]第三步，以常規(guī)方法進(jìn)行電池的老化及后處理。
[0011]本發(fā)明中，第二步將待化成電池充電至每種成膜添加劑的成膜電位V，然后反復(fù)多次施加頻率f正弦交變電流，使電池在V± Vf的電壓范圍內(nèi)反復(fù)充放電，可以使每種成膜添加劑在對(duì)應(yīng)的成膜電位V下充分反應(yīng)成膜，從而達(dá)到在對(duì)應(yīng)的成膜電位V下每種成膜添加劑的成膜性能的優(yōu)化。
[0012]所述反復(fù)多次可以根據(jù)實(shí)際不同添加劑的成膜情況來(lái)確定相應(yīng)的次數(shù)，以使成膜達(dá)到所要求的性能為原則來(lái)確定。
[0013]在每種成膜添加劑的成膜電位V下，反復(fù)多次施加頻率f正弦交變電流，使電池在V± Vf的電壓范圍內(nèi)反復(fù)充放電，由于充放電電流呈周期性的正弦變化，因此可以兼顧大電流和小電流對(duì)成膜性能的影響，并達(dá)到互補(bǔ)效果，因此成膜更加致密和穩(wěn)定。
[0014]優(yōu)選的，第一步中，對(duì)樣本電池進(jìn)行充放電測(cè)試采用小電流進(jìn)行，其電流大小為
0.02C-0.1C。通過(guò)采用小電流進(jìn)行充放電測(cè)試，可以降低極化的影響。
[0015]優(yōu)選的，第二步中，在非成膜電位區(qū)間(即電池初始態(tài)至第一個(gè)成膜電位，或第一個(gè)成膜電位到第二個(gè)成膜電位的區(qū)間)對(duì)待化成電池的充電電流大于成膜電位區(qū)間(以一成膜電位為基準(zhǔn)上下浮動(dòng)的電位區(qū)間)的充電電流。
[0016]優(yōu)選的，在非成膜電位區(qū)間對(duì)待化成電池充電時(shí)，可以采用大電流進(jìn)行，采取的電流大小為0.2C-1.0C，采用大電流充電，相比于整個(gè)流程均采用低電流密度的化成方式，可縮短化成總時(shí)間。
[0017]本發(fā)明中，所述正弦交變電流的頻率和電流最大振幅可根據(jù)實(shí)際電池體系進(jìn)行設(shè)定和優(yōu)化。
[0018]優(yōu)選的，第二步中，所述正弦交變電流的頻率f的范圍為2mHZ-50mHZ，電流最大振幅Imax大于等于0.2C且小于等于電池標(biāo)稱(chēng)的最大充電電流。
[0019]其中，第二步中，在不同的成膜電位V下所施加的正弦交變電流的頻率f和電流最大振幅Imax可以為相同值，也可以是不同值。
[0020]優(yōu)選的，第一步中，分析所得的電池充放電數(shù)據(jù)采用容量微分法，即通過(guò)對(duì)比電池在充電、放電以及再次充放電過(guò)程中的脫嵌鋰峰位，然后得到電池中各成膜添加劑發(fā)生反應(yīng)的成膜電位V。由于成膜添加劑僅在第一次充電過(guò)程中發(fā)生顯著反應(yīng)，區(qū)別于正常的鋰離子嵌入和脫出峰位。因此，以容量微分法對(duì)充放電數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，通過(guò)對(duì)比電池在充電、放電以及再次充放電過(guò)程中的脫嵌鋰峰位，即可得到電池中各添加劑發(fā)生反應(yīng)的成膜電位;且通過(guò)以容量微分法對(duì)電池進(jìn)行有針對(duì)性的成膜電位的測(cè)定，可以使成膜反應(yīng)控制更加精準(zhǔn)。
[0021]另外，對(duì)不同成膜電位下的成膜反應(yīng)，還可以輔之以通過(guò)控制環(huán)境溫度的方式進(jìn)行成膜溫度特性的改善，如將待化成電池充電至一個(gè)成膜電位Vl，同時(shí)將環(huán)境溫度調(diào)整至對(duì)應(yīng)的溫度Cl，然后施加頻率為fl的正弦交變電流，反復(fù)多次，則電池在Vl ±Vfl的電壓范圍內(nèi)反復(fù)充放電，因而達(dá)到對(duì)成膜電位Vl下成膜性能的優(yōu)化。
[0022]本發(fā)明以正弦交變電流在V±Vf的電壓范圍內(nèi)對(duì)電池反復(fù)充放電，由于充放電電流呈周期性的正弦變化，因此可以兼顧大電流和小電流對(duì)成膜性能的影響，并達(dá)到互補(bǔ)效果，可以使成膜更加致密、穩(wěn)定;在每個(gè)成膜電位下通過(guò)進(jìn)行正弦交變電流充放電，使每個(gè)添加劑均發(fā)生成膜反應(yīng)，可充分發(fā)揮成膜添加劑的協(xié)同作用，增強(qiáng)SEI膜的穩(wěn)定性。
[0023 ]本發(fā)明方法用于對(duì)鋰離子電池化成，可以有針對(duì)性的進(jìn)行SE I膜性能的優(yōu)化，從而提高電池的整體性能。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1出示了以容量微分法測(cè)試電池的成膜電位曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面，結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于所列的實(shí)施例。
[0026]本實(shí)施例中，待化成電池為圓柱形18650電池，lC = 2500mA，正極為鎳鈷錳酸鋰三元材料，負(fù)極為石墨，電解液為DMC/EMC/EC-LiPF6，成膜添加劑有FEC和VC。
[0027]第一步，首先取待化成電池進(jìn)行小電流充放電測(cè)試，將所得的電池充放電數(shù)據(jù)以容量微分法進(jìn)行分析，得到添加劑FEC和VC發(fā)生反應(yīng)的成膜電位，計(jì)作Vl，V2。
[0028]本實(shí)施例中，優(yōu)選采用的充放電電流為0.05C，即125mA，設(shè)定充放電流程為:125mA恒流充電至4.2V，休眠1min，125mA恒流放電至2.0V，休眠1min，125mA恒流充電至4.2V。
[0029]以容量微分法對(duì)第一步獲得的充放電數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖1，其中Vl為添加劑FEC的成膜電位;V2為添加劑VC的成膜電位。通過(guò)對(duì)比電池在首次充電以及再次充電過(guò)程中的脫嵌鋰峰位，即可得到添加劑FEC和VC發(fā)生反應(yīng)的成膜電位Vl = 2.4V，V2 = 2.8V。
[0030]第二步，以125mA電流將待化成電池充電至Vl= 2.4V，然后施加正弦交變電流(頻率為2mHZ，最大振幅1000mA)，并反復(fù)3次，則電池在2.4±0.08V的電壓范圍內(nèi)充放電，從而使添加劑FEC在2.4V電位下充分反應(yīng)成膜；
[0031]以較大電流0.2C = 500mA對(duì)電池繼續(xù)充電至V2 = 2.8V，然后施加正弦交變電流(頻率為2mHZ，最大振幅1000mA)，并反復(fù)5次，則電池在2.8±0.08V的電壓范圍內(nèi)充放電，從而使添加劑VC在2.8V電位下充分反應(yīng)成膜；
[0032]繼續(xù)以較大電流0.5C= 1250mA恒流充電至4.2V，恒壓充電至50mA，完成電池的首次化成。
[0033]第三步，以常規(guī)方法進(jìn)行電池的老化及后處理，即可得到SEI膜性能優(yōu)化后的成品電池。
[0034]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可優(yōu)化SEI膜性能的鋰離子電池化成方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，取樣本電池進(jìn)行充放電測(cè)試，分析所得的電池充放電數(shù)據(jù)，得到每種成膜添加劑發(fā)生成膜反應(yīng)的成膜電位V ； 第二步，將待化成電池充電至每種成膜添加劑的成膜電位V，然后反復(fù)多次施加頻率f的正弦交變電流，使電池在V± Vf的電壓范圍內(nèi)反復(fù)充放電，使每種成膜添加劑在對(duì)應(yīng)的成膜電位V下充分反應(yīng)成膜后充電到滿電狀態(tài)； 第三步，以常規(guī)方法進(jìn)行電池的老化及后處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述可優(yōu)化SEI膜性能的鋰離子電池化成方法，其特征在于，第一步中，對(duì)樣本電池進(jìn)行充放電測(cè)試的電流大小為0.02C-0.1C。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述可優(yōu)化SEI膜性能的鋰離子電池化成方法，其特征在于，第二步中，在非成膜電位區(qū)間對(duì)待化成電池的充電電流大于成膜電位區(qū)間的充電電流。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述可優(yōu)化SEI膜性能的鋰離子電池化成方法，其特征在于，第二步中，在非成膜電位區(qū)間對(duì)待化成電池的充電電流大小為0.2C-1.0C。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述可優(yōu)化SEI膜性能的鋰離子電池化成方法，其特征在于，第二步中，所述正弦交變電流的頻率f的范圍為2mHz-50mHz，電流最大振幅Imax大于等于0.2C且小于等于電池標(biāo)稱(chēng)的最大充電電流。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述可優(yōu)化SEI膜性能的鋰離子電池化成方法，其特征在于，第二步中，在不同的成膜電位V下所施加的正弦交變電流的頻率f和電流最大振幅Imax為相同值或不同值。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述可優(yōu)化SEI膜性能的鋰離子電池化成方法，其特征在于，第一步中，分析所得的電池充放電數(shù)據(jù)采用容量微分法，即通過(guò)對(duì)比電池在充電、放電以及再次充放電過(guò)程中的脫嵌鋰峰位，然后得到電池中各成膜添加劑發(fā)生反應(yīng)的成膜電位V。
【文檔編號(hào)】H01M10/058GK106058326SQ201610650944
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年8月9日 公開(kāi)號(hào)201610650944.2, CN 106058326 A, CN 106058326A, CN 201610650944, CN-A-106058326, CN106058326 A, CN106058326A, CN201610650944, CN201610650944.2
【發(fā)明人】李慧芳, 李飛, 陳榮
【申請(qǐng)人】天津力神電池股份有限公司