一种提高锂离子电池首次充放电效率的化成方法技术

本发明专利技术涉及一种提高锂离子电池首次充放电效率的化成方法。将电池极组通过热压贴合成一个整体；将经过热压后的极组封装在铝塑袋中，注入电解液，完成半成品电池的制备；将半成品电池静置后再用热压化成设备进行夹压化成。本发明专利技术的化成温度区别于高温化成，直接设定为20～35℃，化成压力设定为0.4～0.6MPa；化成结束后，将电池送至老化房老化后，再进行抽气分容。本发明专利技术通过化成工艺的改善来提高锂离子电池的首次充放电效率。

【技术实现步骤摘要】
一种提高锂离子电池首次充放电效率的化成方法
本专利技术涉及电池领域，具体涉及一种提高锂离子电池首次充放电效率的化成方法。
技术介绍
石油，天然气等化学能源的大量使用，给生态环境和人民生活带来了日益突出的负面影响。随着石油资源的日益枯竭，各国都争相发展清洁能源。锂离子电池具有无污染，比容量大，循环寿命长，安全性能好等一系列优点被各国视为可代替石油作为汽车的动力来源。传统的3C消费品领域，由于操作系统的智能化，便捷化、和多样化的迭代导致需要更高功率，更高能量密度的电池。电动汽车领域，为了缓解续航里程焦虑，动力电池也需向更高能量密度迈进。硅负极具有超高的嵌锂容量(4200mAh/Kg)被认为是下一代电池的重要组成部分。锂离子电池相比于其他能源也存在各样的问题。例如，电池在首次充电过程中，负极片和正极片的固液界面处都需要消耗大量的锂离子来形成SEI膜和CEI膜，从而导致其充放电效率低。
技术实现思路
本专利技术旨在通过化成工艺的改善来提高锂离子电池的首次充放电效率。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种提高锂离子电池首次充放电效率的化成方法，包括以下步骤：1)将正极活性材料、导电剂、粘结剂匀浆涂覆分切成正极片；将负极活性材料、导电剂、增稠剂、粘结剂匀浆涂覆分切成负极片；将正极片和负极片、隔膜以卷绕或者堆叠的方式组合成一个极组；2)将极组用夹压化成设备进行热压，贴合成一个整体；3)将经过热压后的极组封装在铝塑袋中，注入电解液，完成半成品电池的制备；4)将半成品电池放置在45℃静置2天后，再用夹压化成设备进行夹压化成，化成温度区别于高温化成(45℃～90℃)，直接设定为20℃～35℃；5)化成结束后，将电池送至老化房老化后，再进行抽气分容。进一步的，步骤1)所述的正极活性材料为LiCoO2、Li(NixMnyCo1-x-y)O2(0≤x≤1,0≤y≤1)、Li(NixCoyAl1-x-y)O2(0≤x≤1,0≤y≤1)、Li2MnO4、LiNi0.5Mn0.5O2、LiNi0.5Mn1.5O4、LiMPO4，M选自Co、Ni、Mn中的一种或多种。步骤1)所述的负极活性材料包含天然石墨、表面改性的天然石墨、人造石墨、硬碳、软碳、中间相炭微球、硅颗粒、硅线、硅棒、硅管、硅锥、多孔硅、氧化亚硅、硅-碳复合物、硅-石墨复合物、硅-石墨-碳复合物、多孔硅-碳复合物、氧化亚硅-碳复合物、硅-有机高分子复合物、多孔硅-有机高分子复合物、氧化亚硅-有机高分子复合物、硅基合金粉末和上述所有预充锂材料中的一种或者多种组合。步骤1)所述隔膜成分包括聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯-聚丙烯复合隔膜、芳纶隔膜、聚酰亚胺、PET、无纺布；所述隔膜的其中一面或者两面可以涂覆功能性物质，所述功能性物质为陶瓷材料、高分子聚合物、锂离子快导体材料中一种或多种的组合；所述陶瓷材料为Al2O3、TiO2、AlOOH、ZrO2、SnO2、SiO2、MgO、Mg(OH)2、Al(OH)3、CaO、ZnO中的一种或多种的组合；所述高分子聚合物为聚氧化乙烯(PEO)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)中的一种或多种的组合；所述锂离子快导体材料为锂镧锆氧化合物(LLZO)、锂镧钛氧化合物(LLTO)、锂锗磷硫化合物(LGPS)、锂磷硫化合物(LPS)中的一种或多种的组合。步骤2)所述的热压贴合时间为15～35min，温度设定为70～90℃，压力设定为0.4～0.6Mpa。步骤3)所述中的电解液包括包括溶剂、添加剂、锂盐。其中锂盐为LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)、LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiODFB、LiAsF6、Li(CF3SO2)2N、LiCF3SO3、LiFSI、LiTFSI、LiClO4中的一种或多种的组合，其中，x、y为正整数；所述溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、γ-丁内酯(GBL)、1,3-二氧戊烷(DOL)、乙腈(AN)、甲酸甲酯(MF)、乙酸甲酯(MA)、乙基丙酸酯(EP)、丙酸丙酯(PP)中的一种或者多种的组合；所述添加剂为碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、二氟代碳酸乙烯酯(DFEC)、亚硫酸丙烯酯(PS)、亚硫酸乙烯酯(ES)、亚硫酸二甲酯(DMS)、亚硫酸二乙酯(DES)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)、联苯(BP)、氟苯(FB)、环己基苯(CHB)、1-丙基环状磷酸酐(PPACA)、全氟丁基磺酸钾(PNB)、三(2，2，2-三氟乙基)亚磷酸酯(TTFP)、六甲基磷腈(HMPN)、1,3-丙烯磺酸内酯(PTS)、四氟苯硼锂、邻苯二甲酸酐，六甲基二硅胺烷、戊二腈(AND)、丁二腈(SN)、硫酸亚乙酯(DTD)、乙二醇双丙基醚(DENE)中的一种或者多种的组合。步骤4)中，化成的条件为0.02C～0.05C充电1h，0.1C～0.2C充电2h，化成温度20～35℃，压力0.4～0.6MPa。步骤5)中，老化的温度为45～60℃，老化时间为24～72小时。本专利技术的化成方法相对于传统的高温化成，具有如下优点：1.电池成膜阻抗小，充放电效率高，能量密度高。2.常温化成，便于实际的生产操作，有利于提高生产效率。3.常温化成后的电池电性能优于高温化成的电池。附图说明图1：电池工艺流程图。图2：实施例1和对比例1电池的首次充放电效率对比图。图3：实施例1和对比例1电池的放电容量对比图。图4：实施例1和对比例1电池的重量能量密度对比图。图5：实施例1和对比例1循环对比图。图6：实施例1和对比例1电池倍率放电对比图。图7：实施例1和对比例1电池倍率充电对比图。具体实施方式下面结合具体实施例和对比例对本专利技术作进一步说明。对比例11.将镍钴锰三元材料(Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2)，导电剂科琴黑(ECP)和碳纳米管(CNT)，粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按97％：1.0％：0.5％：1.5％质量分数比在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中混合制备正极浆料；均匀分散的浆料按19mg/cm2面密度涂覆在12um铝箔上，经烘烤碾压分切后得到正极片(正极片的压实密度为3.3g/cc)。2.将人造石墨，氧化亚硅-碳复合物材料，导电剂导电炭黑(SuperP)，粘结剂聚丙烯酸(PAA)和丁苯橡胶(SBR)，增稠剂(CMCNa)按质量分数比为85.5％：11％：0.5％：0.5％：1.1％：1.2％在去离子水(H2O)的溶剂中混合制备负极浆料；均匀分散的浆料按8.9mg/cm2的面密度涂覆在6um铜箔上，经烘烤碾压分切后得到负极片(负极片的压实密度为1.75g/cc)。3.将正极片，负本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高锂离子电池首次充放电效率的化成方法，其特征在于：包括以下步骤：/n1)将正极活性材料、导电剂、粘结剂匀浆涂覆分切成正极片；将负极活性材料、导电剂、增稠剂、粘结剂匀浆涂覆分切成负极片；将正极片和负极片、隔膜以卷绕或者堆叠的方式组合成一个极组；/n2)将极组放置在热压化成设备内进行热压贴合，正负极片与隔膜通过热压贴合成一个整体；/n3)将经过热压后的极组封装在铝塑袋中，注入电解液，完成半成品电池的制备；/n4)将半成品电池放置在45℃静置2天后，再用热压化成设备进行夹压化成；/n5)化成结束后，将电池送至老化房老化后，再进行抽气分容。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高锂离子电池首次充放电效率的化成方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将正极活性材料、导电剂、粘结剂匀浆涂覆分切成正极片；将负极活性材料、导电剂、增稠剂、粘结剂匀浆涂覆分切成负极片；将正极片和负极片、隔膜以卷绕或者堆叠的方式组合成一个极组；
2)将极组放置在热压化成设备内进行热压贴合，正负极片与隔膜通过热压贴合成一个整体；
3)将经过热压后的极组封装在铝塑袋中，注入电解液，完成半成品电池的制备；
4)将半成品电池放置在45℃静置2天后，再用热压化成设备进行夹压化成；
5)化成结束后，将电池送至老化房老化后，再进行抽气分容。


2.根据权利要求1所述的提高锂离子电池首次充放电效率的化成方法，其特征在于：步骤1)所述的正极活性材料为LiCoO2、aLi2MnO3·(1-a)Li(NixMnyCo1-x-y)O2(0≤x≤1,0≤y≤1)、Li(NixMnyCo1-x-y)O2(0≤x≤1,0≤y≤1)、Li(NixCoyAl1-x-y)O2(0≤x≤1,0≤y≤1)、Li2MnO4、LiNi0.5Mn0.5O2、LiNi0.5Mn1.5O4、LiMPO4，M选自Co、Ni、Mn中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的提高锂离子电池首次充放电效率的化成方法，其特征在于：步骤1)所述的负极活性材料包含天然石墨、表面改性的天然石墨、人造石墨、硬碳、软碳、中间相炭微球、硅颗粒、硅线、硅棒、硅管、硅锥、多孔硅、氧化亚硅、硅-碳复合物、硅-石墨复合物、硅-石墨-碳复合物、多孔硅-碳复合物、氧化亚硅-碳复合物、硅-有机高分子复合物、多孔硅-有机高分子复合物、氧化亚硅-有机高分子复合物、硅基合金粉末和上述所有预充锂材料中的一种或多种组合。


4.根据权利要求1所述的提高锂离子电池首次充放电效率的化成方法，其特征在于：步骤1)所述隔膜成分包括聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚乙烯-聚丙烯复合隔膜、芳纶隔膜、聚酰亚胺、PET、无纺布；所述隔膜的其中一面或者两面可以涂覆功能性物质，所述功能性物质为陶瓷材料、高分子聚合物、锂离子快导体材料中一种或多种的组合；所述陶瓷材料为Al2O3、TiO2、AlOOH、ZrO2、SnO2、SiO2、MgO、Mg(OH)2、Al(OH)3、CaO、ZnO中的一种或多种的组合；所述高分子聚合物为聚氧化乙烯(PEO)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊生，王岑，叶兰，张秋红，李喆，
申请(专利权)人：安普瑞斯南京有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32