锂离子电池组化成过程制造技术

一种对具有阳极(12)、阴极(16)、电解质(22)和隔离物(20)的锂离子电池(10)进行化成过程的方法，所述化成过程包括向电解质(22)中加入添加剂，以便改善在阳极(12)建立的固体电解质界面(24)，按第一预定充电率进行电池的第一次充电，进行按第一预定充电率对电池(10)放电/充电的循环，重复所述循环，直到在电池(10)的充电期间，循环最大dQ/dV峰值小于或等于预定dQ/dV为止，和按第二预定充电率把电池(10)充电到完全充电容量，所述第二预定充电率大于第一预定充电率。所述方法目的在于减小锂离子电池化成过程的持续时间，同时仍然获得在大量的充电/放电循环内表现出良好特性的电池组电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂离子电池组化成过程
本公开涉及锂离子电池组或电池，更具体地，涉及对这种电池组进行初始充电的改进的方法(化成过程)。
技术介绍
锂离子电池组(lithium-ionbattery)是一系列的可再充电电池组类型的一部分，其中锂离子在放电期间，从负电极向正电极移动，而在充电时，从正电极向负电极移动。存在各种类型的锂离子电池组。阳极通常包含碳，而阴极包含锂化合物。阳极和阴极被由允许离子通过的多孔聚合物(比如微穿孔塑料片)构成的隔离物隔开。阳极、阴极和隔离物被浸入电解质中。锂离子电池组是按照阴极材料分类的。一旦锂离子电池组组装完毕，在电池组适合于使用之前，可使锂离子电池组经历至少一个精确控制的充电/放电循环，以激活工作材料。该步骤被称为化成过程(formationprocess)。所述化成过程提供电池组的初始完全充电。在化成过程期间，在阳极上形成固体电解质界面(SEI)。SEI的形成对于锂离子电池组或电池(cell)的寿命是很重要的。提出了用于锂离子电池组的初始充电(即，化成过程)的方法。一般地，电池组是按恒定充电率充电的。充电率也被表示成C率，它表示1个小时内，等于电池组的容量的充电率或放电率。已发现在较小的C率下，最佳地形成SEI，这意味在延长的一段内时间内进行初始充电。实际上，按等于C/5的C率对电池组完全充电会用时约5个小时。电池组以较小的C率充电到电池组的完全充电电压，以便在第一次充电期间在碳阳极上形成SEI，然后使电池组在完全充电电压下保持恒定，直到电流低于阈值为止。随后使电池组休息2个小时，然后按较小的C率放电到预置电压，即，放电截止电压。该化成过程可被循环至少一次。为了减小锂离子电池组的制造时间，提出了所谓的动态化成过程。在这样的过程中，按较小的C率对电池组充电，直到阳极上的SEI层形成的终止为止，对应于阈值电压值，随后，利用较大的C率把电池组充电到完全充电电压为止。例如，US2015/060290公开了这样的化成规程，它仍然至少涉及至少两次把电池组充电到完全充电电压，和在电池的每个充电/放电之间，使电池休息2个小时，动态化成过程的总持续时间大于40小时。此外，需要按较小的C率把电池充电到的电压只有通过对要生产的每一新类型或类别的电池进行测试才能确定。实际上，该阈值电压值因电池类型而异。另外，向电解质中加入了添加剂，以改善SEI的形成，于是增强阳极稳定性。
技术实现思路
目前，仍然期望的是减小化成过程的持续时间，同时得到在大量的充电/放电循环内表现出良好特性的电池组。于是，按照本公开的实施例，提供一种对具有阳极、阴极、电解质和隔离物的锂离子电池进行化成过程的方法。所述方法包括：-向电解质中加入添加剂，以便改善在阳极建立的固体电解质界面；-按第一预定充电率进行电池的第一次充电，所述第一次充电包括：ο在第一次充电期间计算dQ/dV；ο在dQ/dV曲线中检测波峰；ο确定峰值电压值的终点和对应于第一最大dQ/dV峰值的最大峰值电压值，所述峰值电压值的终点是dQ/dV值小于或等于第一预定dQ/dV值之处的电压；ο在峰值电压值的终点停止第一次充电；-进行按第一预定充电率对电池放电/充电的循环，所述循环包括：ο在峰值电压值的终点和阈值电压值之间对电池放电；ο在阈值电压值和峰值电压值的终点之间对电池充电；-重复所述循环，直到在电池的充电期间，循环最大dQ/dV峰值小于或等于第二预定dQ/dV值为止；和-按第二预定充电率把电池充电到完全充电容量，所述第二预定充电率大于第一预定充电率。通过提供这种方法，与已知的化成过程相比，化成过程的持续时间可被减小。已发现当从电解质在阳极上形成SEI时，表示作为充电容量(单位：mAh)的函数的电压(单位：伏)的曲线会表现出平台。该平台代表在阳极上形成SEI期间，在具有添加剂的电解质中发生的反应。然而，所述平台的起点和终点不易识别。于是，可以计算充电容量相对于实测电压的一阶导数。所述一阶导数至少表现出具有与最大峰值电压值对应的最大dQ/dV峰值的波峰。峰值电压值的终点还被确定为dQ/dV值小于或等于第一预定dQ/dV值的电压，所述第一预定dQ/dV值对应于最大dQ/dV峰值的一部分。还确定阈值电压值。所述阈值电压值是表示电压与充电容量的关系的曲线中的平台还未开始之处的电压值。按第一预定充电率在峰值电压值的终点和阈值电压值之间的放电/充电允许在不把电池充电到完全充电容量的情况下，在阳极上形成SEI。从而减小化成过程的持续时间。第一预定充电率既用于对电池充电，又用于对电池放电。重复所述循环，直到特定循环的最大dQ/dV峰值(即，循环最大dQ/dV峰值)小于或等于第二预定dQ/dV值为止，允许在阳极上形成SEI。例如，所述第二预定dQ/dV值可以小于或等于第一最大dQ/dV峰值的2/3。尽管一些添加剂可能没有反应，因为在电池充电期间，波峰仍然存在，不过，在阳极上已建立了足够的SEI，以使利用这种方法充电的电池的保持容量(retentioncapacity)很好，例如超过90％。通过进行第一放电/放电循环，并通过重复该循环，直到循环最大dQ/dV峰值小于或等于第二预定dQ/dV值为止，确定放电/充电循环被重复的次数。注意，上面说明的进行化成过程的方法可在不包括其中在每个充电和放电步骤之间使电池休息的步骤的情况下进行。这进一步允许减小化成过程的持续时间。这种化成过程可在电池的生产期间使用，以控制SEI形成过程。实际上，在化成过程期间，对于电池可容易地测量电压和充电容量。于是，在把该方法用在新类型或类别的电池上之前，不需要进行大量的测试，以在生产之前，确定峰值电压值的终点、最大峰值电压值和阈值电压值。第一预定dQ/dV值可以小于或等于第一最大dQ/dV峰值的20％，优选小于或等于10％。可重复所述循环，直到不再存在波峰为止。当SEI形成过程完成时，这也意味添加剂已完全反应，并作为SEI的一部分沉积在阳极上，所述一阶导数不再表现出波峰。于是，可以按第二预定充电率进行直到完全充电容量的充电，该第二预定充电率大于第一预定充电率。这也允许减小化成过程的持续时间。第一预定充电率可以小于或等于2C，优选小于或等于1C，更优选的是小于或等于0.5C。第一预定充电率允许在阳极上形成SEI。所述第一预定充电率允许形成电化学特性良好的SEI，而不会过多延长整个化成过程的持续时间。第二预定充电率可以等于或大于2C，优选等于或大于3C，更优选的是等于或大于4C。第二预定充电率允许减小化成过程持续时间，因为第二预定充电率大于第一预定充电率。实际上，由于第二预定充电率大于第一预定充电率，因此与按第一预定充电率相比，按第二预定充电率，从峰值电压值的终点达到完全充电电压的充电时间较小。可按照式(1)，计算所述阈值电压值：Vthresh＝Vend-2*(Vend-Vpeak)(1)其中Vthresh是所述阈值电压值；Vend是峰值电压值的终点；和Vpeak是最大峰值电压值。这种以最大峰值电压值和峰值电压值的终点的函数来确定阈值电压值的方法是一种简单而直接的方法，允许确定在SEI的形成过程还未开始处的电压值。在阳极的主平坦(flat)电压值以下，添加剂可造成至少一个dQ/dV波峰。例如，所述波峰可能存在于3V以下，优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对具有阳极(12)、阴极(16)、电解质(22)和隔离物(20)的锂离子电池(10)进行化成过程的方法，所述化成过程包括：‑向电解质(22)中加入添加剂，以便改善在阳极(12)建立的固体电解质界面(24)；‑按第一预定充电率(C1)进行电池的第一次充电，所述第一次充电包括：o在第一次充电期间计算dQ/dV；o在dQ/dV曲线中检测波峰；o确定峰值电压值的终点(Vend)和对应于第一最大dQ/dV峰值的最大峰值电压值(Vpeak)，所述峰值电压值的终点(Vend)是dQ/dV值小于或等于第一预定dQ/dV值之处的电压；o在峰值电压值的终点(Vend)停止第一次充电；‑进行按第一预定充电率(C1)对电池(10)放电/充电的循环，所述循环包括：o在峰值电压值的终点(Vend)和阈值电压值(Vthresh)之间对电池(10)放电；o在阈值电压值(Vthresh)和峰值电压值的终点(Vend)之间对电池充电；‑重复所述循环，直到在电池(10)的充电期间，循环最大dQ/dV峰值小于或等于第二预定dQ/dV值为止；和‑按第二预定充电率(C2)把电池(10)充电到完全充电容量，所述第二预定充电率(C2)大于第一预定充电率(C1)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种对具有阳极(12)、阴极(16)、电解质(22)和隔离物(20)的锂离子电池(10)进行化成过程的方法，所述化成过程包括：-向电解质(22)中加入添加剂，以便改善在阳极(12)建立的固体电解质界面(24)；-按第一预定充电率(C1)进行电池的第一次充电，所述第一次充电包括：o在第一次充电期间计算dQ/dV；o在dQ/dV曲线中检测波峰；o确定峰值电压值的终点(Vend)和对应于第一最大dQ/dV峰值的最大峰值电压值(Vpeak)，所述峰值电压值的终点(Vend)是dQ/dV值小于或等于第一预定dQ/dV值之处的电压；o在峰值电压值的终点(Vend)停止第一次充电；-进行按第一预定充电率(C1)对电池(10)放电/充电的循环，所述循环包括：o在峰值电压值的终点(Vend)和阈值电压值(Vthresh)之间对电池(10)放电；o在阈值电压值(Vthresh)和峰值电压值的终点(Vend)之间对电池充电；-重复所述循环，直到在电池(10)的充电期间，循环最大dQ/dV峰值小于或等于第二预定dQ/dV值为止；和-按第二预定充电率(C2)把电池(10)充电到完全充电容量，所述第二预定充电率(C2)大于第一预定充电率(C1)。2.按照权利要求1所述的方法，其中第一预定dQ/dV值小于或等于第一最大dQ/dV峰值的20％，优选小于或等于10％。3.按照权利要求1或2所述的方法，其中重复所述循环，直到不再存在波峰为止。4.按照权利要求1-3任意之一所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：樱井贵宏，角友秀，松山嘉夫，
申请(专利权)人：丰田自动车欧洲公司，丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：比利时,BE