锂离子电池的化成方法、化成系统、锂离子电池和电动车辆技术方案

本发明专利技术公开了一种锂离子电池的化成方法、化成系统、锂离子电池和电动车辆，涉及锂离子电池技术领域。锂离子电池的化成方法包括以下步骤：将待化成裸电芯并联叠放，每两个并联叠放的裸电芯之间紧贴设置至少一个补锂电极；化成时，先用连接在一起的补锂电极和连接在一起的裸电芯负极对裸电芯进行一次充电，再用连接在一起的裸电芯正极和连接在一起的裸电芯负极对裸电芯进行二次充电和放电，得到化成后的电芯。本发明专利技术通过统一集中化成，提高了电芯的一致性，并通过在叠放的裸电芯之间紧贴设置至少一个补锂电极，补充形成SEI膜需要的锂源，提高了首次库伦效率和能量密度，部分利用了补锂电极中的锂源，化成效率高，电池的循环寿命也得以提高。

Lithium-ion batteries formation method, formation system, lithium-ion batteries and electric vehicles

The invention discloses a lithium ion battery formation method, a formation system, a lithium ion battery and an electric vehicle, and relates to the technical field of lithium ion battery. The formation method of lithium-ion batteries includes the following steps: the bare batteries to be converted into bare batteries are stacked in parallel, and at least one lithium-replenishing electrode is set between each two bare batteries in parallel; when converted, the bare batteries are charged once with the connected lithium-replenishing electrodes and the connected bare negative electrodes, and then the connected bare positive electrodes and the connected bare electrodes are used to recharge the bare batteries. The bare core is recharged and discharged by the core negative electrode, and the converted core is obtained. The invention improves the consistency of the cores by unified centralization, and by fixing at least one lithium-supplementing electrode between the overlapped bare cores, supplements the lithium source needed to form SEI film, improves the first coulomb efficiency and energy density, partially utilizes the lithium source in the lithium-supplementing electrode, with high chemical efficiency, and improves the cycle life of the battery.

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池的化成方法、化成系统、锂离子电池和电动车辆
本专利技术涉及锂离子电池
，具体而言，涉及一种锂离子电池的化成方法、化成系统、锂离子电池和电动车辆。
技术介绍
化成是对锂离子电池进行第一次充电的过程，其作用是将其内部正负极物质激活，改善电池的充放电性能及自放电、储存等综合性能。在锂离子电池的化成过程中，会在电池内发生电化学反应，在碳负极与电解液的相界面上、形成覆盖在碳电极表面的钝化薄层，即固体电解质界面膜(SolidElectrolyteInterface，SEI膜)，SEI膜具有固体电解质性质，是良好的电子绝缘体，能够有效的降低内部的短路概率，改善自放电；SEI膜对负极材料会产生保护作用，防止溶剂分子的共嵌入，提高电极的循环寿命。但形成SEI膜会消耗电池中有限的锂离子，造成化成后的电池首次循环效率偏低，限制了锂离子电池能量密度的提升。对碳材料掺杂或表面处理、使用含有离子液体的锂离子电池电解液与石墨类材料构成电极系统、先在负极片上沉积一层稳定SEI膜而后组装电池的方法虽然在一定程度上可以提高锂离子电池可逆容量和首次充放电效率，但是这些方法操作繁琐、成本高，不宜大规模进行。目前也有通过额外的外电极来补充消耗的锂源，但由于外电极距离电池的负极较远，锂离子在电解液中的迁移受限，造成化成效率低，电池首次循环效率和能量密度的提升受限，而且形成的SEI膜不均匀，影响电池的循环寿命。此外，化成过程本身不易控制，得到的不同电池在性能上(首次库伦效率和循环寿命)相差较大，造成电池之间的一致性差。此外，在大电流充放电时，会容易造成电池析锂、鼓壳等，影响电池的安全。因此，所期望的是提供一种新的锂离子电池的化成装置和方法，其能够解决上述技术问题中的至少一个。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种锂离子电池的化成方法，能够缓解上述技术问题中的至少一个，化成后的电池在首次库伦效率、能量密度以及循环寿命性能上均有较大程度的提升，且可实现对电池的批量化成，电池间一致性高。本专利技术的目的之二在于提供一种实现上述锂离子电池的化成方法的化成系统，通过该系统可实现上述化成方法，具有与上述方法相同的优势。本专利技术的目的之三在于提供一种锂离子电池，使用上述锂离子电池的化成方法或采用上述化成系统进行化成，化成后的电芯首次库伦效率高，提高了电池的能量密度和循环寿命，同时提高了电池的一致性。本专利技术的目的之四在于提供一种电动车辆，包括上述锂离子电池，具有与上述锂离子电池相同的优势。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：将待化成裸电芯并联叠放，每两个并联叠放的裸电芯之间紧贴设置至少一个补锂电极；化成时，先用连接在一起的补锂电极和连接在一起的裸电芯负极对裸电芯进行一次充电，再用连接在一起的裸电芯正极和连接在一起的裸电芯负极对裸电芯进行二次充电和放电，得到化成后的电芯。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，并联叠放的裸电芯两端和两侧均独立地紧贴设置至少一个补锂电极。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，全部补锂电极所含的锂源量为全部裸电芯正极锂源量的30-100％。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，一次充电的参数包括：充电温度为20-35℃，充电电流在0.01C以下，电压为2.3-3.0V，内部气压为0-0.15MPa；优选地，二次充电的参数包括：充电温度为20-35℃，充电电流为0.1-0.3C，电压在4.2V以下，内部气压为0-0.15MPa；优选地，化成时进行超声。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：(a)将待化成裸电芯并联叠放，每两个并联叠放的裸电芯之间、两端以及两侧均独立地紧贴设置补锂电极，补锂电极由多个补锂电极片组成；全部补锂电极所含的锂源量为全部裸电芯正极锂源量的30-100％；(b)将补锂电极连接在一起作为正极；将待化成裸电芯的正极极柱或极耳连接在一起作为正极；将待化成裸电芯的负极极柱或极耳连接在一起作为负极；(c)在保护环境下注液，使电解液充分浸润极片；(d)用连接在一起的补锂电极和连接在一起的裸电芯负极对裸电芯进行一次充电，同时开启超声，一次充电的参数包括：充电温度为20-35℃，充电电流在0.01C以下，电压为2.3-3.0V，内部气压为0-0.15MPa；(e)用连接在一起的裸电芯正极和连接在一起的裸电芯负极对裸电芯进行二次充电，二次充电的参数包括：充电温度为20-35℃，充电电流为0.1-0.3C，电压在4.2V以下，内部气压为0-0.15MPa；(f)放电，放电的参数包括：放电温度为20-35℃，放电电流为0.1-0.3C，放电电压下限为2.3-3.0V，内部气压为0-0.1MPa；(g)重复步骤(e)和(f)；(h)老化后得到化成后的电芯；优选地，老化温度为20-55℃之间，内部气压为0-0.1Mpa，老化时间为3-7天。第二方面，提供了一种实现上述锂离子电池的化成方法的化成系统，包括化成槽壳体和与所述化成槽壳体配套的化成槽盖体，所述化成槽壳体内并联叠放有待化成裸电芯，每两个并联叠放的裸电芯之间紧贴设置至少一个补锂电极；全部所述裸电芯负极通过电芯负极引线连接在一起，全部所述裸电芯正极通过电芯正极引线连接在一起，全部所述补锂电极通过补锂电极引线连接在一起；所述化成槽盖体上设有化成正极接线柱、化成负极接线柱和补锂电极接线柱。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，所述化成槽壳体内还设有温控系统，用于控制化成槽内温度。优选地，所述化成槽壳体内还设有超声系统。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，所述化成槽盖体上还设有用于连接注液装置的注液口，以及通气管路，所述通气管路分别与制保护气体系统和真空泵连通，与所述真空泵相连的通气管路上设有用于调节气压的调节阀；优选地，所述通气管路上还设有净化系统。第三方面，提供了一种锂离子电池，使用上述锂离子电池的化成方法进行化成。第四方面，提供了一种电动车辆，包括上述锂离子电池。与已有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术的化成方法通过将待化成电芯并联叠放统一集中进行化成，并通过在叠放的裸电芯之间紧贴设置至少一个补锂电极，不仅保证电芯间所处的化成条件，即外界环境(温度、压强)、充电电压和电流一致，能够形成一致性高的SEI膜，减小化成工序对一致性的影响，提高了电芯的一致性，而且通过采用补锂电极补充形成SEI膜以及为稳定负极材料的结构而需要的锂源，提高了首次库伦效率，提高电池能量密度。同时，本专利技术先用连接在一起的补锂电极和电芯负极对裸电芯进行一次充电，再用连接在一起的电芯正极和负极对裸电芯进行二次充电和放电，部分利用了补锂电极中的锂源，化成效率高，形成的SEI更加均匀，使电池的循环寿命也得以较大程度的提高。在相同材料、相同工艺的基础上，通过本专利技术的化成方法，可使电芯的首次库伦效率达99％以上，能量密度达140mAh/g以上，500周循环后容量保持率在99％以上。(2)本专利技术的化成系统结构简单、易于操作，可实现本专利技术的化成方法，能够对多个电芯进行批量化成，保证化成条件一致，化成后的电芯SEI膜一致性高，化成后的电池在首次库伦效率、能量密度以及循环寿命性能上均有较大程度的提升，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池的化成方法，其特征在于，包括以下步骤：将待化成裸电芯并联叠放，每两个并联叠放的裸电芯之间紧贴设置至少一个补锂电极；化成时，先用连接在一起的补锂电极和连接在一起的裸电芯负极对裸电芯进行一次充电，再用连接在一起的裸电芯正极和连接在一起的裸电芯负极对裸电芯进行二次充电和放电，得到化成后的电芯。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池的化成方法，其特征在于，包括以下步骤：将待化成裸电芯并联叠放，每两个并联叠放的裸电芯之间紧贴设置至少一个补锂电极；化成时，先用连接在一起的补锂电极和连接在一起的裸电芯负极对裸电芯进行一次充电，再用连接在一起的裸电芯正极和连接在一起的裸电芯负极对裸电芯进行二次充电和放电，得到化成后的电芯。2.按照权利要求1所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，并联叠放的裸电芯两端和两侧均独立地紧贴设置至少一个补锂电极。3.按照权利要求1所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，全部补锂电极所含的锂源量为全部裸电芯正极锂源量的30-100％。4.按照权利要求1-3任一项所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，一次充电的参数包括：充电温度为20-35℃，充电电流在0.01C以下，电压为2.3-3.0V，内部气压为0-0.15MPa；优选地，二次充电的参数包括：充电温度为20-35℃，充电电流为0.1-0.3C，电压在4.2V以下，内部气压为0-0.15MPa；优选地，化成时进行超声。5.按照权利要求1-3任一项所述的锂离子电池的化成方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将待化成裸电芯并联叠放，每两个并联叠放的裸电芯之间、两端以及两侧均独立地紧贴设置补锂电极，补锂电极由多个补锂电极片组成；全部补锂电极所含的锂源量为全部裸电芯正极锂源量的30-100％；(b)将补锂电极连接在一起作为正极；将待化成裸电芯的正极极柱或极耳连接在一起作为正极；将待化成裸电芯的负极极柱或极耳连接在一起作为负极；(c)在保护环境下注液，使电解液充分浸润极片；(d)用连接在一起的补锂电极和连接在一起的裸电芯负极对裸电芯进行一次充电，同时开启超声，一次充电的参数包括：充电温度为20-35℃，充电电流在0.01C以下，电压为2.3-3.0V...

【专利技术属性】
技术研发人员：王化胜，鲁剑，
申请(专利权)人：山东衡远新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37