一种圆柱钛酸锂电池的闭口化成方法技术

本发明专利技术公开一种圆柱钛酸锂电池的闭口化成方法，适用于负极材料为钛酸锂材料的圆柱形锂离子电池，其包括步骤：测定圆柱钛酸锂电池卷芯极片水分含量，将注液后点胶预封圆柱钛酸锂电池置于高温房中搁置，充分浸润极片并稳定后，除封口胶，抽真空排气，封钢珠二次点胶封口；置于化成柜上进行电池的化成处理，常温环境下，化成过程分为两个阶段，第一阶段以I1电流恒流充至电压达到V1，第二阶段以小电流I2进行恒流恒压充电，截止电压为V2，截止电流为I3；置于常温环境条件下进行老化处理。该方法实现了圆柱钛酸锂电池的闭口化成，抑制了钛酸锂电池化成过程及循环过程的产气问题，易于实现规模化工业生产。

A closed formation method for a cylindrical lithium titanate battery

Close to the invention discloses a method for cylindrical lithium titanate anode material, suitable for cylindrical lithium ion battery for lithium titanate material, which comprises the following steps: Determination of cylindrical lithium titanate core sheet moisture content, the liquid injection after dispensing pre sealed cylindrical lithium titanate battery in high temperature in use, very full infiltration and stable, in addition to sealing glue, vacuum pumping, sealing the ball two times in the cabinet into sealing glue; chemical treatment of the battery, normal temperature environment, the formation process is divided into two stages, the first stage to I1 constant current charge to voltage up to V1, the second stage constant current constant voltage charging to small the current I2, cut-off voltage V2, cut-off current of I3; aging treatment under normal temperature. The method realizes closed formation of lithium titanate battery, restraining the gas production process and cycle process, and is easy to achieve large-scale industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种圆柱钛酸锂电池的闭口化成方法
本专利技术涉及一种钛酸锂电池的化成方法，具体是一种圆柱钛酸锂电池的闭口化成方法，所述圆柱钛酸锂电池以Ni、Co、Mn三元复合物材料为正极活性物质，以尖晶石钛酸锂材料为负极活性物质。
技术介绍
近年来，针对钛酸锂(LTO)电池的产气问题，学术界和产业界发现很难从材料、电解液本身完全解决，需要结合钛酸锂材料、电解液、制备过程水分控制和化成老化制度工艺等方面综合解决才能达到较好的抑制钛酸锂电池产气效果。从钛酸锂电池的产气机理来看，主要来自三个方面的影响。首先是本身钛酸锂材料的纯度，如含有其它杂质则会加重其高温产气过程；其次是电解液溶剂与钛酸锂表面的Ti3+的催化分解(高温下反应更快)；最后是电芯制备过程中引入的微量水分参与的电化学反应导致的产气。目前已知钛酸锂电池的化成工艺对抑制电池产气和负极钛酸锂表面成膜有较大影响。在钛酸锂电池的化成工艺研究上，已有研究者研究了不同的化成制度对电池产气和正负极极片材料表面成膜的影响，如小电流和高温老化的化成工艺(刘金亮，高峰，张汝斌，等，钛酸锂电池的化成方法，中国专利，申请号：201410765009.1)。同时也有各种开口化成工艺对电池产气和成膜的报道，上述方法的应用取得了较好的抑制产气效果，但也存在化成制度复杂、工艺繁琐、对环境条件要求高、生产效率低下、成本高等不利影响。针对上述问题，研究人员也有关于工艺简单、生产效率高和成本更低的闭口化成工艺的研究。如化成充电后，再次打开注液口，真空抽去电池内产生的气体后再封口，保证了化成过程的闭口化成方式(王军，张海滨.一种动力锂离子电池的化成方法，中国专利，申请号：201110294924.3)，此方法提供了一种新的化成方式。仍存在需要在环境条件要求苛刻的手套箱中进行操作、效率低下等缺点。为解决上述问题，本专利技术提供了一种新的圆柱钛酸锂电池闭口化成方法，具有抑制产气效果好、环境要求低、工艺更简单、操作更方便、生产效率更高等优势，可快速应用于圆柱钛酸锂电池的制备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服钛酸锂电池化成工艺的不足之处，提供一种更优的钛酸锂电池闭口化成方法，以达到抑制钛酸锂电池产气、降成本和提高生产效率的目的。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种圆柱钛酸锂电池的闭口化成方法，包括化成前预处理和、常温闭口化成和常温老化处理三步，具体步骤如下：(1)化成前预处理：测定圆柱钛酸锂电池卷芯极片水分含量，将注液后点胶预封圆柱钛酸锂电池置于高温房中搁置，充分浸润极片并稳定后，除封口胶，进行抽真空排气，封钢珠二次点胶封口；(2)常温闭口化成：将完成步骤(1)预处理的圆柱钛酸锂电池置于化成柜上，进行电池的化成处理，常温环境下，化成过程分为两个阶段，第一阶段以I1电流恒流充至电压达到V1，第二阶段以小电流I2进行恒流恒压充电，截止电压为V2，截止电流为I3；(3)常温老化：将步骤(2)常温闭口化成完毕的电池置于常温环境条件下进行老化处理，使得钛酸锂负极成膜更加稳定。进一步方案，所述步骤(1)中的圆柱钛酸锂电池正极活性物质为Ni、Co、Mn三元复合物材料，优选为NCM622、NCM523、NCM111，负极活性物质为尖晶石钛酸锂材料，圆柱电池型号为32131。进一步方案，所述步骤(1)中圆柱钛酸锂电池卷芯极片水分含量＜120ppm。进一步方案，所述步骤(1)中高温房温度为40-65℃，相对湿度RH≤60％；浸润和稳定时间为36-72h。进一步方案，所述步骤(1)中的抽真空排气的真空度为-0.01～-0.1MPa，抽真空时间为10-30s。进一步方案，所述步骤(2)中的圆柱钛酸锂电池第一阶段化成电流I1为0.2-0.5C，电压V1为2.5-2.7V，第二阶段化成电流I2为0.02-0.2C，截止电压V2为2.8-3.0V，截止电流I3为0.01-0.05C。进一步方案，所述步骤(2)中的常温环境的温度为20-35℃，空气相对湿度RH≤60％。进一步方案，所述步骤(3)中的常温老化时间为1-3天，老化温度为20-35℃，空气相对湿度RH≤60％。本专利技术的有益效果：本专利技术将圆柱钛酸锂电池化成分三步进行，第一步化成前预处理是闭口化成步骤得以成功实施的重要前提和保障，其主要目的为加强电解液对极片的完全浸润和稳定的作用，同时钛酸锂材料表面与电解液接触后可能发生分解反应，导致少量气体的产生，需要将此部分气体完全抽出；第二步常温闭口化成的目的为电极活性物质材料表面成膜(所用电解液中含有少量正极NCM和负极钛酸锂材料表面成膜添加剂)；第三步采用常温老化的目的是加速负极钛酸锂表面成膜和稳定成膜的作用。该闭口化成方法有利于最大程度地降低化成过程中的产气和正、负极极片材料表面的稳定成膜，有利于降低后续高温存储和高温循环产气量。附图说明图1是本专利技术一种圆柱钛酸锂电池的闭口化成方法的工艺流程图。图2是实施例1圆柱钛酸锂电池经闭口化成处理后的55℃高温循环寿命图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1如图1所示，本专利技术一种圆柱钛酸锂电池的闭口化成方法，包括以下步骤：(1)化成前预处理首先，测定32131圆柱钛酸锂电池卷芯极片水分含量，为98ppm；将注液完成的9Ah钛酸锂圆柱电池(正极为瑞翔三元NCM622材料，负极为自产钛酸锂LTO材料，隔膜为沧州明珠12+4单面陶瓷隔膜，电解液为含正负极成膜添加剂的广州天赐钛酸锂专用电解液)进行一次点胶处理(不封钢珠)；将一次点胶封口后的钛酸锂电池置于相对湿度RH55％的高温房中45℃搁置72h，使得电解液充分浸润正负极极片和隔膜，并少量产气；去除电池注液口处的固化胶，置于空注液机下依次进行抽真空处理，真空度为-0.1MPa，抽真空时间为15s；将抽取真空的钛酸锂电池进行封钢珠、二次点胶处理；(2)常温闭口化成将完成预处理的圆柱钛酸锂电池置于化成柜上，于28℃室温下，进行电池的化成处理，化成过程分为两个阶段，第一阶段以0.2C电流(1.8A)恒流充至电压达到2.5V，第二阶段以小电流0.1C(0.9A)进行恒流恒压充电，截止电压为2.9V，充电截止电流为0.02C(0.18A)，完成常温闭口化成；(3)常温老化将常温闭口化成完毕的电池置于25℃、相对湿度RH60％的环境条件下，进行老化3天处理，使得钛酸锂负极成膜更加稳定。将完成化成老化后的电池，置于化成分容柜上进行分容(环境条件25℃)后，置于55℃环境下，以3C/3C(27A)电流进行充放电循环(充放电电压区间1.5-2.7V，100％DOD)，观察高温循环835周的产气情况，发现相对于循环前电池，循环后的产气量并无显著增加，钛酸锂软包电池循环835周后的容量保持率达98.4％，如图2所示。说明该圆柱钛酸锂电池闭口化成老化方法对抑制钛酸锂电池高温产气、提高循环性能起到了重要作用。实施例2本专利技术一种圆柱钛酸锂电池的闭口化成方法，包括以下步骤：(1)化成前预处理首先，测定32131圆柱钛酸锂电池卷芯极片水分含量，为120ppm；将注液完成的8Ah钛酸锂圆柱电池(正极为瑞翔三元NCM111材料，负极为自产钛酸锂LTO材料，隔膜为沧州明珠12+4单面陶瓷隔膜，电解液为含正负极成膜添加剂的广州天赐钛酸锂专用电解液)进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆柱钛酸锂电池的闭口化成方法，其特征在于，包括化成前预处理和、常温闭口化成和常温老化处理三步，具体步骤如下：（1）化成前预处理：测定圆柱钛酸锂电池卷芯极片水分含量，将注液后点胶预封圆柱钛酸锂电池置于高温房中搁置，充分浸润极片并稳定后，除封口胶，进行抽真空排气，封钢珠二次点胶封口；（2）常温闭口化成：将完成步骤（1）预处理的圆柱钛酸锂电池置于化成柜上，进行电池的化成处理，常温环境下，化成过程分为两个阶段，第一阶段以I1电流恒流充至电压达到V1，第二阶段以小电流I2进行恒流恒压充电，截止电压为V2，截止电流为I3；（3）常温老化：将步骤（2）常温闭口化成完毕的电池置于常温环境条件下进行老化处理，使得钛酸锂负极成膜更加稳定。

【技术特征摘要】
1.一种圆柱钛酸锂电池的闭口化成方法，其特征在于，包括化成前预处理和、常温闭口化成和常温老化处理三步，具体步骤如下：（1）化成前预处理：测定圆柱钛酸锂电池卷芯极片水分含量，将注液后点胶预封圆柱钛酸锂电池置于高温房中搁置，充分浸润极片并稳定后，除封口胶，进行抽真空排气，封钢珠二次点胶封口；（2）常温闭口化成：将完成步骤（1）预处理的圆柱钛酸锂电池置于化成柜上，进行电池的化成处理，常温环境下，化成过程分为两个阶段，第一阶段以I1电流恒流充至电压达到V1，第二阶段以小电流I2进行恒流恒压充电，截止电压为V2，截止电流为I3；（3）常温老化：将步骤（2）常温闭口化成完毕的电池置于常温环境条件下进行老化处理，使得钛酸锂负极成膜更加稳定。2.根据权利要求1所述的圆柱钛酸锂电池的闭口化成方法，其特征在于，所述步骤（1）中的圆柱钛酸锂电池正极活性物质为Ni、Co、Mn三元复合物材料，负极活性物质为尖晶石钛酸锂材料。3.根据权利要求1所述的圆柱钛酸锂电池的闭口化成方法，其特征在于，所述步骤（1）中圆柱钛酸锂电池卷芯极片...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱春林，杨尘，汪涛，王金龙，段锐，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34