一種用于高能量密度鋰離子電池的化成方法,其包括以下步驟:S1:對電池注液后在注液孔處加封口棉,靜置16~48h;S2:以0.01~0.02C的倍率將電池充電至3.7~4.0V;S3:以0.03~0.05C的倍率將電池充電至4.0~4.35V;S4:以0.1~0.2C的倍率將電池充電至4.35~4.5V,然后以4.35~4.5V恒壓充電1~3h;S5:將電池進行高溫老化,老化后將電池進行排氣處理,然后根據其重量變化進行二次注液以補充化成及老化過程損失的電解液;S6:電池封口。本發明專利技術提供的化成方法可以提高富鋰正極-碳類負極體系電池的首次效率、安全性能和循環性能,避免化成過程中的脹氣問題,且可以降低電池的內阻。
【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】,其包括以下步驟:S1:對電池注液后在注液孔處加封口棉,靜置16~48h;S2:以0.01~0.02C的倍率將電池充電至3.7~4.0V;S3:以0.03~0.05C的倍率將電池充電至4.0~4.35V;S4:以0.1~0.2C的倍率將電池充電至4.35~4.5V,然后以4.35~4.5V恒壓充電1~3h;S5:將電池進行高溫老化,老化后將電池進行排氣處理,然后根據其重量變化進行二次注液以補充化成及老化過程損失的電解液;S6:電池封口。本專利技術提供的化成方法可以提高富鋰正極-碳類負極體系電池的首次效率、安全性能和循環性能,避免化成過程中的脹氣問題,且可以降低電池的內阻。【專利說明】
本專利技術屬于鋰電池
,特別是一種用于富鋰正極-碳類負極體系的高能量 密度鋰離子電池的化成方法。
技術介紹
富鋰正極材料xLi2Mn03 (l_x) LiM02是由Li2Mn03和LiM02形成的固溶體材料,其 中Μ為Ni、Co、Mn、Ti、Cr、Al、Fe、Mg中的一種或幾種,具有a -NaFe02層狀結構,屬于六方 晶系,R-3m空間群,Li占據3a位,過渡金屬占據3b位,Li 2Mn03的過渡金屬層是由Li、Mn原 子以1:2的比例交替排列的。在充電電壓不高于4. 5V時,材料中只有鋰層中的鋰脫出,過渡 金屬發生氧化還原反應,Li2Mn03不會變化,充電電壓高于4. 5V時,鋰層的鋰及混排在過渡 金屬層的鋰共同脫出,伴隨著鋰層的氧一起脫出,脫出了 Li20。氧脫出后,產生的鋰空位被 過渡金屬離子占據,所以在放電時,鋰離子不能全部嵌回到晶格中,所以放電容量遠低于充 電容量,即所謂的首次不可逆容量損失。富鋰正極材料可以充電至4. 8V,具有大于250mAh/ g的比容量,遠遠高于現有的商業化的正極材料,可以制作高能量密度的電池。 碳負極是目前應用最為廣泛的負極材料,具有循環性能好,容量高的特點。碳類負 極包括石墨、軟碳、硬碳等種類,此外,硅碳復合材料既具有硅負極材料的高容量,又具有碳 材料的長循環壽命,是一種新型的負極材料,比容量可以達到550mAh/g。 富鋰正極材料和碳類負極匹配可以制作高能量密度的電池,能量密度可以達到 240Wh/kg以上,但由于富鋰材料充電電壓較高、倍率性能較差的特點,目前常用的化成方法 并不適用于富鋰-碳類負極的高能量密度電池。
技術實現思路
為解決上述問題,本專利技術提供了,所 述鋰離子電池為富鋰正極-碳類負極體系,其特征在于,包括以下步驟: S1 :對電池注液,注液完成后在注液孔處加封口棉,并固定封口棉,靜置16? 48h ; S2 :以0. 01?0. 02C的倍率將所述電池充電至3. 7?4. 0V, S3 :以0. 03?0. 05C的倍率將所述電池充電至4. 0?4. 35V ; S4 :以0. 1?0. 2C的倍率將所述電池充電至4. 35?4. 5V,然后以4. 35?4. 5V恒 壓充電1?3h ; S5:將所述電池進行高溫老化,老化后將電池進行排氣處理,然后對電池進行稱 重,根據其重量變化進行二次注液以補充化成和高溫老化過程中損失的電解液; S6:電池封口。 較佳地,所述富鋰正極為 xLi2Mn03 · (l-x)LiM02,其中 0〈χ〈1,Μ 為 Ni、Co、Mn、Ti、 Cr、Al、Fe、Mg中的一種或幾種,所述碳類負極包括石墨、軟碳、硬碳、娃含量小于10%的娃 碳復合材料中的一種或幾種。 較佳地,所述高溫老化的溫度為40?80°C,時間為1?5h。 較佳地,所述排氣處理的步驟為: (1)電池置于真空箱中抽真空至-0. 09MPa,保持負壓3min,充入干燥氣體至一個 大氣壓,保壓3min ; (2)重復上述步驟一次; (3)將電池在緩慢離心的狀態下抽真空至-0. 09MPa,保持負壓5?lOmin,,離心角 速度為60?80r/min ; (4)將電池在超聲振蕩的狀態下抽真空至-0. 09MPa,保持負壓5?lOmin,,超聲波 頻率為20?30KHz。 較佳地,所述的干燥氣體為化學惰性的氣體。 較佳地,所述干燥氣體為氮氣、氬氣或氦氣。 較佳地,所述的所有操作均在如下環境中進行:露點低于_44°C,氣溫在20?25°C 之間。 本專利技術具有以下有益效果: (1)不同倍率分階段充電可以促進碳類負極表面SEI膜中不同成分的先后生長, 既提高了 SEI膜的離子導電性,又提高了 SEI膜的穩定性。恒壓充電步驟可以促進正極表 面SEI膜的生成,避免高電壓下電解液的分解;優良的正負極SEI膜的生成可以避免電解液 和正負極的繼續反應,提升電池的循環性能;優良的SEI膜的離子透過性好,可以降低電池 的內阻; (2)以較小的充電容量完成化成步驟,可以減少電池在SEI膜生成造成的首次容 量損失,提升首次效率; (3)排氣步驟可以減少電池的脹氣,保證了電池的外形沒有變化;并減少氣體在 碳類負極表面的吸附造成的析鋰現象,提高了電池的安全性能和循環性能; (4)高溫老化可以促進SEI膜的重整,提高SEI膜的穩定性; (5)環境濕度和露點溫度的控制可以盡量減少水分進入電解液中,避免水分造成 電池性能的惡化。 當然,實施本專利技術的任一產品并不一定需要同時達到以上所述的所有優點。 【具體實施方式】 實施例一 首先進行電池的制作: 按照富鋰正極材料:PVDF (聚偏氟乙烯):Super P (導電碳黑):KS_6(片狀石墨導 電劑)=94 :2. 5 :3 :0. 5的質量比例稱取材料,并烘干除去水分。將PVDF溶解到NMP (N-甲 基吡咯烷酮)中,制成PVDF膠液,向其中加入Super P、KS-6攪拌制成導電劑膠液,再向其 中加入富鋰正極材料,攪拌均勻,然后按照ll〇g/m2的單面面密度均勻涂覆到鋁箔雙面上, 100°C下干燥10h,然后輥壓、分切成正極片,點焊正極極耳。 按照石墨:Super P(導電碳黑):SBR(丁苯橡膠):CMC(羧甲基纖維素鈉)= 93. 2 :2. 5 :2. 5 :1. 8的質量比例稱取材料,其中SBR為乳液狀態,其它材料烘烤除去水分。 將CMC溶解到去離子水中,制成CMC膠液,向其中加入Super P攪拌制成導電劑膠液,再向其 中加入碳類負極材料,最后向其中加入SBR乳液,攪拌均勻制成負極楽料。按照90g/m2的單 面面密度均勻涂覆到銅箔雙面上,l〇〇°C下干燥10h,然后輥壓、分切成負極片,點焊負極極 耳。將正極片、隔膜、負極片卷繞成圓柱卷芯,裝入圓柱鋁殼中,85°C烘烤24h,注入耐4. 5V 高壓電解液。 電池的化成過程為: (1)電池注液完成后,在注液孔處加封口棉,并用透明膠帶固定封口棉;靜置24h ; (2)以0· 02C的倍率充電至3. 8V, (3)以0· 05C的倍率充電至4. 2V ; (4)以0· 1C的倍率充電至4. 5V ; (5) 4. 5V 恒壓充電 lh ; (6)將電池80°C老化2h,老化后將電池進行排氣處理,然后對電池進行稱本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于高能量密度鋰離子電池的化成方法,所述鋰離子電池為富鋰正極?碳類負極體系,其特征在于,包括以下步驟:S1:對電池注液,注液完成后在注液孔處加封口棉,并固定封口棉,靜置16~48h;????S2:以0.01~0.02C的倍率將所述電池充電至3.7~4.0V,S3:以0.03~0.05C的倍率將所述電池充電至4.0~4.35V;S4:以0.1~0.2C的倍率將所述電池充電至4.35~4.5V,然后以4.35~4.5V恒壓充電1~3h;S5:將所述電池進行高溫老化,老化后將電池進行排氣處理,然后對電池進行稱重,根據其重量變化進行二次注液以補充化成和高溫老化過程中損失的電解液;S6:電池封口。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員:邢軍龍,楊續來,王啟歲,
申請(專利權)人:合肥國軒高科動力能源股份公司,
類型:發明
國別省市:安徽;34
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