电极的快速化成制造技术

用于为锂离子电池化成负电极的方法，所述方法具有如下步骤：以第一充电电流进行第一恒流充电直至达到相对于参比电极的第一半电池电位，在相对于所述参比电极的所述第一半电池电位下进行第一恒压充电直至达到第二充电电流，以所述第二充电电流进行第二恒流充电直到达到相对于所述参比电极的第二半电池电位，在相对于所述参比电极的所述第二半电池电位下进行第二恒定电压充电直到达到最终充电电流。

Rapid formation of electrodes

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电极的快速化成
本专利技术涉及一种用于为锂离子电池化成负电极的方法。
技术介绍
在锂离子电池的负电极之间的界面对电池的特性和性能具有决定性的影响。在锂离子电池中的所述负电极相对于Li/Li+参比电极位于<250mV的电化学的电位，例如参看Andreetal.,J.Mater.Chem.A(2015),6709-6732或Abrahametal.,JournalofPowerSources170(2007),465-475。因为常见的电解质在如此小的电位时在还原方面是不稳定的，所述电解质在电极界面上反应并且在负电极上形成层、即所谓的SEI(solidelectrolyteinterphase，固体电解质中间相)层。在此，不仅不可逆地消耗锂带电粒子(容量损耗)而且阻碍锂离子的离子运输(功率损耗)。在精明地选择电解质的情况下，电解质还原的产物是钝化的，从而在形成闭合层之后禁止按自调节效果意义的进一步的还原(电绝缘)，例如参看Vetteretal.,JournalofPowerSources147(2005),269-281。在理想情况下，所述SEI是理想的电绝缘体(禁止的、即完全钝化的电解质还原)而且同时是理想的锂离子导体。所述覆盖层在为负电极第一次充电时出现，这也被称为化成或生成(Formation)。所述第一次充电(亦即(在石墨阳极作为负电极的情况下)第一次把锂离子嵌入到石墨中)与构建SEI覆盖层同时进行。精确的化成条件对于构成所述SEI覆盖层是重要的。除了选择化学组分(例如电解质)之外，所述覆盖层的特性(例如对锂离子的渗透性、老化特性或层的稳定性)与所述化成条件有关。为了获得所述覆盖层的尽可能有利的特性，按照现有技术以小的电流负载来化成。例如从文献US20150060290A1可得出时间方面高效率的化成变化曲线。尤其是，按照现有技术周期性地重复化成变化曲线，以便获得优化的化成结果。
技术实现思路
本专利技术的任务是提供一种改善的用于为锂离子电池化成石墨阳极的方法。所述任务通过按照权利要求1所述的方法解决。本专利技术的有利的实施形式和进一步拓展方案由从属权利要求中得出。根据本专利技术，所述方法包括以第一充电电流进行第一恒流充电直至达到负电极的相对于参比电极的第一半电池电位的步骤，在相对于参比电极的所述第一半电池电位下进行第一恒压充电直至达到第二充电电流的进一步的步骤，以及以第二充电电流进行第二恒流充电直到达到相对于参比电极的第二半电池电位的进一步的步骤。因此建议一种如下的化成方法，所述方法包括所描述的各形成步骤。所述化成步骤的影响这样相互作用(greifenineinander)，使得节省化成时间，亦即，还可以在时间上更高效地实施所述化成。附加地，出现较小的库仑损耗，从而提高整个电池的可逆的容量。根据本专利技术的所述化成变化曲线应该实施一次，而周期性的、多次的化成是不必要的。这是因为在所述化成开始时相对“快速”地经历(Durchlaufen)高电位区域。所述SEI覆盖层的形成受在所述化成时的电位直接影响。所述SEI覆盖层的形成在化成期间实现两个反应步骤，即在相对于Li/Li+参比电极大约700mV时的第一反应步骤(在石墨阳极作为负电极的情况下)和在相对于Li/Li+参比电极从大约400mV起的第二反应步骤(在石墨阳极作为负电极的情况下)，在所述第一反应步骤中形成初级的SEI覆盖层(SEI覆盖层的初步阶段)，在所述第二反应步骤中完全构成SEI覆盖层。初级SEI覆盖层已经具有钝化的特性。所述SEI覆盖层的所述初步阶段于是在第二反应阶段中还原成最终的次级SEI。非常缓慢地经历所述上面的电位区域导致膨胀地构成初级SEI覆盖层。这导致锂在电极上较难还原，亦即，例如在石墨电极作为负电极的情况下导致锂较难地嵌入所述石墨层中。如果化成电位基于小的电流强度长时间停留在高的值，则化成更厚的初级SEI覆盖层，亦即，更厚的初级SEI覆盖层同样必须在第二阶段中进一步还原成次级(亦即完全构成的)SEI覆盖层。然而证明了，初级SEI覆盖层的形成的程度对之后的次级SEI覆盖层具有影响。原因可能在于，厚的初级SEI覆盖层仅部分地进一步形成为次级SEI覆盖层并且因此部分地残留(zurückbleibt)。所述初级SEI覆盖层又阻碍了锂离子的嵌入。结果，初级SEI覆盖层必须通过多次的化成和因此多次地经历第二反应阶段在容量损耗(活性材料的不可逆的消耗)的情况下才完全地转化为次级SEI覆盖层，以便消除初级层的阻碍的影响。除了不必要的容量损耗之外还残留如下的次级SEI覆盖层，所述次级SEI覆盖层同样地在所获得的厚度方面是不利的。过厚的SEI层导致在锂离子电池运行期间对于锂离子的不必要的高的穿透阻力，并之后造成功率损耗。所述根据本专利技术的方法具有如下优点，即，在按照本专利技术的步骤的化成过程中可以尽可能实现直接地化成次级SEI覆盖层。这是通过以第一充电电流的第一恒定电流充电和随后的恒压再充电来较快地实现第二反应步骤来进行的。通过由于(通过恒流充电)快速达到第二反应步骤的电位而造成初级SEI覆盖层的少量化成，不仅在化成时可以减少库伦损耗或容量损耗而且可以节约以不必要的另外的周期形式的化成时间。此外，也可以减少内电阻。由此得到的、较小的超电位能实现电池的较高的功率以及较高的能量效率。此外，所述根据本专利技术的方法同样称为快速化成。此外有意义的是，在相对于参比电极的所述第二半电池电位下进行第二恒压充电直至达到最终的充电电流中存在另外的步骤。按照本专利技术的另一种变型方案，所述第一充电电流至少为持续一个小时的电流的五分之一。所述持续一个小时的电流1C描述了如下电流，即，在所述电流的情况下在1小时内在额定条件下取得电池的额定容量。这种持续一个小时的电流的多倍标记为C率的多倍。在至少为0.2C的电流的情况下顺利地经历初级SEI覆盖层形成的阶段。所述相对于参比电极的半电池电位在恒流充电期间(例如在石墨阳级作为电极时)足够快速地下降，以便可以保持充电电流。此外有利的是，所述第一半电池电位相对于所述Li/Li+参比电极为150-800mV。于是，从恒流充电转变至恒压充电。按照在负电极的电极材料，第一半电池电位的值与如下电位一起下降，在所述电位下实现所述第二反应步骤以用于完全地构成所述SEI覆盖层。在石墨阳极中，所述值大约位于200mV至400mV之间。同样有利的是，选择小于第一充电电流的第二充电电流。在第二反应步骤中，在达到第二充电电流之前，所述电位相应地长时间作用在电极上。最终，以所述第二充电电流对所述电极进行恒流地再充电，直到达到相对于所述Li/Li+参比电极的所述第二半电池电位，其中，所述第二半电池电位小于所述第一半电池电位。所述化成过程以在第二半电池电位下的恒压的充电过程结束，直到达到时间判据(例如1h)或达到由所述电池的最终的电流消耗(例如0.05C)。此外，本专利技术有利的是，利用所述快速化成可以调整一个又一个定义的充电状态。在按照现有技术的传统的化成中，所述化成通常包括多个、至少一个整个的完整周期(亦即，在一个充电状态间隔上的放电过程和充电过程分别多于额定容量的80％)。在化成被定义为结束之后(亦即在至少一个完整周期之后)，在交付于运输和存仓之前直至首次使用所述电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于为锂离子电池化成负电极的方法，所述方法具有如下步骤：‑以第一充电电流进行第一恒流充电直至达到负电极相对于参比电极的第一半电池电位，‑在相对于所述参比电极的所述第一半电池电位下进行第一恒压充电直至达到第二充电电流，以及‑以所述第二充电电流进行第二恒流充电直到达到相对于所述参比电极的第二半电池电位。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.06 DE 102015212590.41.一种用于为锂离子电池化成负电极的方法，所述方法具有如下步骤：-以第一充电电流进行第一恒流充电直至达到负电极相对于参比电极的第一半电池电位，-在相对于所述参比电极的所述第一半电池电位下进行第一恒压充电直至达到第二充电电流，以及-以所述第二充电电流进行第二恒流充电直到达到相对于所述参比电极的第二半电池电位。2.按照权利要求1所述的方法，具有如下另外的步骤，即-在相对于所述参比...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·K·安托诺保罗斯，C·施托克，
申请(专利权)人：宝马股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE