一種鋰離子電池預充方法技術

本發明專利技術公開了一種鋰離子電池預充方法，所述鋰離子電池的正極活性物質為鎳鈷鋁材料，依次包括階段式充電步驟和恒壓充電步驟；其中，所述階段式充電步驟依次包括第一充電步驟和第二充電步驟，所述第一充電步驟的電流小于第二充電步驟的電流，且所述第一充電步驟的預充電量為所述鋰離子電池總電量的20％-40％。本發明專利技術能夠使電芯達到與采用傳統小電流長時間預充工藝的電芯相當甚至更優的電學性能，同時縮短了預充時間，提高了生產效率。

Lithium ion battery pre charging method

The invention discloses a method for pre charging lithium ion battery, cathode active material of the lithium ion battery is nickel cobalt aluminum material, which comprises steps of phase charging and constant voltage charging step; among them, the stage type charging step comprises first and second step charging charging steps, the first step of charging current less than second steps of charging current, charging power pre 20%-40% and the first step for charging the total power lithium ion battery. The invention can make the electric core reach the electric property comparable to or even better than the electric core with the traditional small current and long time pre charging process, shorten the charging time and improve the production efficiency at the same time.

【技術實現步驟摘要】
一種鋰離子電池預充方法
本專利技術涉及一種鋰離子電池預充方法。
技術介紹
目前鋰離子電池應用日趨廣泛，電池需求量不斷增加，對電池制造商而言，一方面要提高生產效率來滿足市場需要，另一方面要求改進和完善工藝，在提高產品質量的同時提高生產效率。隨著鋰電行業的生產機械化，預充工序已經成為目前制約生產速率及產品質量的重要環節。對于鋰離子電池而言，預充即首次充電時，由于電化學反應，不可避免地在石墨負極與電解液的相界面上形成覆蓋在石墨表面的鈍化薄層，此薄層即為固體電解質界面(solidelectrolyteinterface)或稱SEI膜。對鋰離子電池預充時，在負極表面生成SEI膜的同時，會發生副反應產生氣體產物，而如果預充過程中氣體產生不完全，在電芯后期的電循環過程中會持續放出，嚴重影響電芯的電性能及安全性能。因此鋰離子電池的預充步驟是制造電芯的重要階段，關系到電芯的容量、倍率、循環壽命、安全等多方面的性能。現階段的預充工序,通常是采用小電流進行長達十幾個小時的充電,以期獲得理想的SEI膜，保持電池性能的穩定。但是長時間的預充步驟導致生產效率低下。鎳鈷鋁材料是一種比容量很高的正極材料，其比容量超過鈷酸鋰以及鎳鈷錳三元材料，是高能量密度電池產品的優選正極材料。鎳鈷鋁材料活性較高，為提高其在電池使用過程中的穩定性，人們一般使用相匹配的電解液，同時也需要形成穩定的SEI膜。室溫下該材料的電化學反應速率緩慢，導致該材料的大電流充放電性能不佳，大多數有關該材料的研究都采用低倍率充放，較低的倍率性將嚴重影響該體系材料的應用，因此預充仍采用傳統的鈷酸鋰預充方法即采用小電流長時間充電，成為目前制約該材料體系生產效率和產品性能的重要環節。
技術實現思路
為了克服現有技術的不足，本專利技術提供了一種針對正極活性物質為鎳鈷鋁材料的鋰離子電池的預充方法，能在電芯性能得到提升的前提下極大地提高生產效率。一種鋰離子電池預充方法，所述鋰離子電池的正極活性物質為鎳鈷鋁材料，依次包括階段式充電步驟和恒壓充電步驟；其中，所述階段式充電步驟依次包括第一充電步驟和第二充電步驟，所述第一充電步驟的電流小于第二充電步驟的電流，且所述第一充電步驟的預充電量為所述鋰離子電池總電量的20％-40％。在一個實施例中，所述第一充電步驟的預充電量為所述鋰離子電池總電量的20％-30％。在一個實施例中，所述第一充電步驟的充電電流小于0.2C，充電時間為1-3h。在一個實施例中，所述第一充電步驟的充電電流為0.1C-0.2C，充電時間為1.5h-3h。在一個實施例中，所述充電時間為1.3h-1.5h。在一個實施例中，所述第二充電步驟的充電電流為0.2C-0.33C。在一個實施例中，第二充電步驟的充電電流為0.3C。在一個實施例中，所述鋰離子電池的負極為石墨負極。在一個實施例中，所述鎳鈷鋁材料中，Ni：Co：Al＝0.8：0.15：0.05。在一個實施例中，所述第一充電步驟的充電電流為0.1C，充電時間為2h。本專利技術的有益效果是：采用本專利技術的預充方法對以鎳鈷鋁為正極活性物質的鋰離子電池進行預充電，能夠使電芯達到與采用傳統小電流長時間預充工藝的電芯相當甚至更優的電學性能，同時縮短了預充時間，提高了生產效率；同時，本專利技術預充方法的實施為鎳鈷鋁材料更廣泛的運用提供了堅實基礎。【附圖說明】圖1是種實施例的鋰離子電池預充方法采用電流為0.1C的充電曲線圖，橫坐標為時間，縱坐標為電壓值。【具體實施方式】以下對專利技術的較佳實施例作進一步詳細說明。如圖1所示，一種實施例的鋰離子電池預充方法，其中，所述鋰離子電池的正極活性物質為鎳鈷鋁材料，所述鋰離子電池的負極為石墨負極，鋰離子電池預充方法依次包括階段式充電步驟和恒壓充電步驟，即階段式充電步驟在恒壓充電步驟之前；其中，所述階段式充電步驟依次包括第一充電步驟和第二充電步驟，所述第一充電步驟的電流小于第二充電步驟的電流，且所述第一充電步驟的預充電量為所述鋰離子電池總電量的20％-40％。第一充電步驟中采用小電流對SEI膜的形成有積極作用，有利于提高電芯性能，但長時間的小電流充電會導致形成的SEI膜阻抗增大，從而影響成品電芯的倍率放電性能(就是不同電流下的放電容量性能)，時間較長也影響生產效率。根據前期研究，第一充電步驟中充電電量在20％-30％時SEI膜可形成完全。第二充電步驟中引入大電流，大電流的充電方式能提高效率，但容易破壞SEI膜或造成析鋰，影響電芯的性能，同時預充柜使用大電流穩定性和誤差均較大，因此應選擇合適的充電電流和充電時間。本實施例的第二充電步驟中的電流選擇在0.2C-0.33C之間，充電至電芯電壓達到恒壓充電的電壓，例如4.2V。針對同一批次電芯，采用上述鋰離子電池預充方法，根據充電電流、時間和預充電量的不同，分別得到了實施例1至9，如表1所示，其中，實施例1至9，以及對比例1、2中所用到的電芯均是同一批次生產的18650-2.6Ah電芯，正極活性物質為鎳鈷鋁，同一批次的電芯具有一致的正負極敷料量、電極密度，采用相同的電解液注液、注液量，保持同樣的注液、封口、清洗、陳化等實驗條件。一種實施例的鋰離子電池預充方法具體過程可以采用步驟如下：將陳化后電芯上預充柜按0.1C充3h，0.2C充至4.2V，再4.2V恒壓充電至電流降為26mA停止。電芯老化3天后進行分容，分容制度按表2中所示參數進行。考察其容量、內阻、倍率、常溫循環及45℃循環性能，結果見表3所示。其中考察電芯內阻和倍率性能是因為內阻小和倍率性能好說明界面性能好，SEI膜形成的性能好。電芯內阻和倍率性能的影響因素比較多，由于我們所選用的電芯是同一批次生產的電芯進行不同預充方法實驗，因此能夠盡量排除預充方法以外的其余工序帶來的干擾。如果預充方法不合理，造成SEI膜不穩定或極片有局部析鋰等狀況，此時界面內阻就相應得比較高，內阻會比較大，倍率性能會比較差，因此本專利技術的實施例中內阻和倍率性能可作為側面反映充電效果的指標。考察常溫循環和45℃循環是因為在電芯循環過程中，SEI膜會長期經歷鋰離子通過其中的過程，若SEI膜不穩定，鋰離子通過會受到阻礙，，充放電容量會減少，反映在循環上就是循環性能下降；45℃的溫度對SEI膜穩定性的考驗更為嚴峻。因此常溫循環和45℃循環可作為反映充電效果的關鍵指標。同樣，其他實施例及對比例1、2采用相同的步驟，只是預充方法采用的時間和電流不一樣。所有實施例和對比例的預充方法見表1所示，其技術效果數據見表3。表1.各實施例及對比例的預充方法表2.分容制度工步工作模式電流mA電壓mV結束電流mA結束電壓mV結束時間min1恒流充電52042001202恒壓充電52042002642001203擱置54恒流放電52025002500360電芯在此工序測試得到容量，稱為分容。表3.各實施例及對比例技術效果表3中，3C放電容量/0.2C放電容量則表示了電芯的倍率放電性能。實施例1-9與對比例1-2的數據表明,通過選用本專利技術的預充方法,能夠使電芯達到與傳統預充工藝的電芯相當甚至更優的電化學性能,同時能夠極大地縮短預充時間,提高生產效率。而實施例1-9與對比例2的數據表明了第一小電流充電的必要性，若不進行第一步小電流預充的話其電芯容量發揮、內阻本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋰離子電池預充方法，所述鋰離子電池的正極活性物質為鎳鈷鋁材料，其特征是，依次包括階段式充電步驟和恒壓充電步驟；其中，所述階段式充電步驟依次包括第一充電步驟和第二充電步驟，所述第一充電步驟的電流小于第二充電步驟的電流，且所述第一充電步驟的預充電量為所述鋰離子電池總電量的20％?40％。

【技術特征摘要】
1.一種鋰離子電池預充方法，所述鋰離子電池的正極活性物質為鎳鈷鋁材料，其特征是，依次包括階段式充電步驟和恒壓充電步驟；其中，所述階段式充電步驟依次包括第一充電步驟和第二充電步驟，所述第一充電步驟的電流小于第二充電步驟的電流，且所述第一充電步驟的預充電量為所述鋰離子電池總電量的20％-40％。2.如權利要求1所述的鋰離子電池預充方法，其特征是，所述第一充電步驟的預充電量為所述鋰離子電池總電量的20％-30％。3.如權利要求1所述的鋰離子電池預充方法，其特征是，所述第一充電步驟的充電電流小于0.2C，充電時間為1-3h。4.如權利要求3所述的鋰離子電池預充方法，其特征是，所述第一充電步驟的充電電流為0.1C-0...

【專利技術屬性】
技術研發人員：滕曉波，曹新，
申請(專利權)人：深圳市比克動力電池有限公司，深圳市比克電池有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東,44