一种磷酸铁锂锂离子电池及其化成工艺制造技术

本发明专利技术提供一种磷酸铁锂锂离子电池及其化成工艺，通过特制的锂离子电池正极材料磷酸铁锂，经过涂布、烘烤、辊压、叠片、组装、烘烤等工艺，结合特定的化成工艺，具体包括注液、预封孔、搁置、打开预封的孔、常温小电流充电和重新封孔步骤，最终制得的磷酸铁锂锂离子电池，可以降低水分吸收，减少水分对电池的危害，得到寿命高、安全性能好的磷酸铁锂电池，该电池通过循环试验测试发现，50周容量保持率可达到97.7‑98.2%，电池循环使用寿命较高，具有很好的充放电性能。

Lithium iron phosphate lithium ion battery and its formation process

【技术实现步骤摘要】
一种磷酸铁锂锂离子电池及其化成工艺
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种磷酸铁锂锂离子电池及其化成工艺。
技术介绍
我国从“十五”时期开始实施新能源汽车科技规划，电动汽车，混合动力汽车就开始进入人们的视野。经过多年的研究推进，目前我国电动汽车行业已经初具规模。由于传统能源的短缺和以及环境保护的要求，我国制定了相关政策鼓励和扶持新能源汽车的发展，发展新能源汽车具有重要的使用价值。电池为电动汽车的驱动电动机提供电能，通过电动机将电能转化为机械能。前期应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于能量低，充电速度慢，寿命短，逐渐被锂离子电池所取代。磷酸铁锂电池是锂离子电池中的一种，其使用寿命较长、安全性能更好一些。锂离子电池生产工艺中，化成是重要工序，化成时在负极表面形成固态电解质(SolidElectrolyteInterface，简称SEI)膜，SEI膜的好坏，直接影响电池的安全性、稳定性、倍率性、循环寿命等电化学性能。现有技术中，我国大部分公司在对磷酸铁锂锂离子电池化成充电时都是开口化成，容易吸水，导致电解液变质，电池铆钉生锈，造成电池内部压力过大、高内阻、高自放电、低容量、低循环寿命等问题。CN104900930A提供一种锂离子电池高效化成的方法，其先进行恒流充电，后进行恒压充电至电流小于0.01-0.1C，采用该化成工艺制备的磷酸铁锂、镍钴锰等锂离子电池，电池容量在1475mAh以下，循环使用300次后电池容量即低于95%，电池循环寿命并不高，其电池内阻也必然较高。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，对现有工艺进行进一步优化，本专利技术提供一种一种磷酸铁锂锂离子电池及其化成工艺，以实现以下专利技术目的：1、磷酸铁锂锂离子电池降低水分吸收，减少水分对电池的危害，提高电池寿命；2、降低电池内阻；3、提高电池容量；为解决以上技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种磷酸铁锂锂离子电池的化成工艺，其特征在于，包括注液、预封孔、搁置、打开预封的孔、常温小电流充电和重新封孔；所述注液，注液时电芯温度25-45℃，手套箱内相对湿度低于1%；所述注液，电解液的成分包括：溶剂60-73份、锂盐25-35份、添加剂2-5%；所述溶剂，为EC、EMC和DMC的混合溶剂，EC、EMC和DMC的质量比为1:1-1.2:1-1.4；所述添加剂为VC、FEC、PS中的一种或几种；所述锂盐，为LiPO2F2，锂盐浓度1.05MOL/L；所述预封孔，在封住注液孔2分钟之内完成预封孔；所述搁置，搁置温度20-45℃，搁置时间18-24h；所述打开预封的孔，待搁置完成，打开注液后封好的注液孔；所述常温小电流充电，充电工步如下：①搁置2分钟；②0.01C充电10-30分钟，限制电压2.5V；③搁置2-3分钟；④0.02C充电10-30分钟，限制电压2.8V；⑤搁置2-3分钟；⑥0.05C充电30-60分钟，限制电压3V；⑦搁置2-3分钟；⑧0.1C充电100-120分钟，限制电压3.4V；⑨搁置2-3分钟；⑩0.12C充电350-450分钟，限制电压3.85V；所述重新封孔，在充电完成后，再次封住注液孔；其中，正极材料磷酸铁锂的制备方法，其特征在于，包括纳米级磷酸铁锂前驱体颗粒的制备、掺杂、碳包覆和煅烧；所述纳米级磷酸铁锂前驱体颗粒的制备，氮气氛围反应温度180-185℃，保温反应8-10h；无水乙酸钠的加入量为原料锂盐铁盐磷酸盐总摩尔量的1-1.5倍；聚丙烯酸的添加浓度为10.5-12g/L；所述纳米级磷酸铁锂前驱体颗粒的制备，锂盐Li2CO3、铁盐Fe2Cl2·4H2O和磷酸盐LiH2PO4的摩尔比为1：0.5-1.5：1-2；所述掺杂，掺杂比例为2%-5%；其中钠掺杂氧化锌与钴掺杂氧化锰的混合质量比为1：1.6-2.2；钠掺杂氧化锌、钴掺杂氧化锰的加入总量是前驱体颗粒质量的11-15%；所述掺杂，N-甲基吡咯烷酮的加入量为前驱体颗粒质量的5-7%；所述掺杂，以无水乙醇为介质在球磨机中湿法球磨3-5h，球磨机转速500-550rad/min；所述碳包覆，室温液相包覆6-12h，球磨机的转速为100-120rad/min，玉米淀粉的乙二醇溶液质量浓度为15-18%；所述煅烧，置于氩气环境中进行煅烧处理，首先以20℃/min的升温速率升温至400℃，保温2h后，再以10℃/min的升温速率升温至650℃，保温2h后，最后以5℃/min的升温速率升温至750℃，保温4h，后随室温冷却得到锂离子电池正极材料磷酸铁锂。采用上述技术方案，本专利技术的有益效果为：1、采用本专利技术的磷酸铁锂锂离子电池及其化成工艺，能够降低水分吸收，减少水分对电池的危害，可以得到寿命高、安全性能好的磷酸铁锂电池，循环使用1000次时放电容量仍可达到初始容量的95%以上；2、采用本专利技术的磷酸铁锂锂离子电池及其化成工艺，制得电池内阻降低为50-55毫欧，单体标称电压提升为3.33-3.34V，高位终止充电电压为4.00-4.11V，低位终止放电电压为2.5-3.2V；3、采用本专利技术的磷酸铁锂锂离子电池及其化成工艺，电池容量可达到1830-1885mAh，磷酸铁锂克容量可达到150-155mAh；4、采用本专利技术的磷酸铁锂锂离子电池及其化成工艺，将制得的铝壳电池进行循环试验，50周容量保持率97.7-98.2%，电池循环使用寿命较高，具有很好的充放电性能。具体实施方式：下面结合具体的实施例，进一步阐述本专利技术。实施例1一种磷酸铁锂锂离子电池及其化成工艺所述锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法，包括以下步骤：1）纳米级磷酸铁锂前驱体颗粒的制备：将1mmol锂盐Li2CO3、0.5mmol铁盐Fe2Cl2·4H2O和1mmol磷酸盐LiH2PO4溶解于30ml乙二醇溶液中，磁力搅拌溶解均匀，后向混合溶液中加入3mmol无水乙酸钠和0.32g聚丙烯酸，搅拌至混合均匀；后转移至密封高压反应釜中，氮气氛围升高温度至180℃，保温反应8h；反应结束，自然冷却降至室温，过滤并收集固体产物，用体积分数50%去离子水乙醇混合溶剂洗涤多次，至溶剂清澈透明，放入50℃烘箱烘7h，得到纳米级磷酸铁锂前驱体颗粒；2）掺杂：向纳米级磷酸铁锂前驱体颗粒中加入钠掺杂氧化锌、钴掺杂氧化锰，同时加入N-甲基吡咯烷酮，以无水乙醇为介质在球磨机中湿法球磨3h，球磨机转速为550rad/min，后放置在45℃真空干燥箱中干燥12h；所述掺杂，掺杂比例为2.5%；其中，钠掺杂氧化锌与钴掺杂氧化锰的混合质量比为1：1.6；所述钠掺杂氧化锌、钴掺杂氧化锰的加入总量是前驱体颗粒质量的11.5%；所述N-甲基吡咯烷酮的加入量为前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷酸铁锂锂离子电池的化成工艺，其特征在于，包括注液、预封孔、搁置、打开预封的孔、常温小电流充电和重新封孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种磷酸铁锂锂离子电池的化成工艺，其特征在于，包括注液、预封孔、搁置、打开预封的孔、常温小电流充电和重新封孔。


2.根据权利要求1所述的化成工艺，其特征在于，所述常温小电流充电，充电工步如下：
①搁置2分钟；
②0.01C充电10-30分钟，限制电压2.5V；
③搁置2-3分钟；
④0.02C充电10-30分钟，限制电压2.8V；
⑤搁置2-3分钟；
⑥0.05C充电30-60分钟，限制电压3V；
⑦搁置2-3分钟；
⑧0.1C充电100-120分钟，限制电压3.4V；
⑨搁置2-3分钟；
⑩0.12C充电350-450分钟，限制电压3.85V。


3.根据权利要求1所述的化成工艺，其特征在于，所述注液，注液时电芯温度25-45℃，手套箱内相对湿度低于1%。


4.根据权利要求3所述的化成工艺，其特征在于，所述注液，电解液的成分包括：溶剂60-73份、锂盐25-35份、添加剂2-5%；所述溶剂，为EC、EMC和DMC的混合溶剂，EC、EMC和DMC的质量比为1:1-1.2:1-1.4；所述添加剂为VC、FEC、PS中的一种或几种；所述锂盐，为LiPO2F2，锂盐浓度1.05MOL/L。


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【专利技术属性】
技术研发人员：朱德金，孙俊成，张学花，李兆龙，刘子敬，韩勇，李江涛，
申请(专利权)人：山东同大新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37