一种化成方法和锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种化成方法和锂离子电池。所述方法包括以下步骤：(1)对待化成的电芯用第一温度和第一压力进行处理，得到预处理电芯；(2)降低至第二温度，对步骤(1)所述预处理电芯在第二温度和第二压力下进行充电化成，得到第一半成品；(3)在第三温度和第三压力下，对步骤(2)所述第一半成品进行充电化成，得到第二半成品；(4)停止充电，降低至第四温度，在第四压力下对步骤(3)所述第二半成品进行处理，得到化成后的电芯。本发明专利技术提供的化成方法可以通过调控温度、压力、SOC、时间等因素，增强极片隔膜的粘附力，释放卷芯卷绕的张力，解决锂离子电池常温及高温循环变形问题，及降低循环膨胀率。胀率。胀率。

【技术实现步骤摘要】
一种化成方法和锂离子电池


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种化成方法和锂离子电池。

技术介绍

[0002]软包锂离子电池在手表、手环、TWS充电盒等穿戴产品中有着广泛的应用。下游供应链对电芯的体积能量密度也越来越高，相应地提出更严苛的循环膨胀率要求，包括常温、高温循环膨胀率。
[0003]锂离子电池材料的固性使然，存在循环膨胀是必然的。如钴酸锂
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石墨体系锂离子电池，基于循环满电电芯在初始厚度，常温500周循环后的膨胀率在10
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15％，45℃300周循环在10
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15％，高膨胀率容易导致电芯变形，进一步导致循环失效；另外，较高的循环膨胀率使终端电子产品在后期容易被撑裂，或者续航时间减短，甚至于存在安全风险。
[0004]解决循环电芯变形及膨胀率大的问题，不仅仅要优化材料体系，也需要从化成工艺着手，通过优化化成各方面因素降低后期循环膨胀率。
[0005]目前的钴酸锂
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石墨
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隔膜(PE/陶瓷/PVDF)体系，PVDF在低温度/低压力下并不能发挥出粘附极片的作用，而高的温度会破坏锂离子的性能、高的压力也会导致电芯自放电加大；提高SOC(state of charge)可以尽量释放卷绕张力有助于降低膨胀率，防止循环后期变形；虽然，时间久可以释放张力，达到定型的效果，但也会阻碍生产产能的提高。
[0006]CN111180800A公开了一种锂离子电池的化成工艺，包括以下步骤：S1、将含有烷基磺酸酯的电解液通过注液口注入，然后注入正极活性物质和负极活性物质；S2、对锂离子电池进行挤压；S3、将锂离子电池放入密封的化成箱中，并将化成箱内压力置于负压环境中，随后将锂离子电池与化成电路连接对电池进行化成；S4、在0.05
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0.1C充电电流范围内，以阶梯分段充电方式对锂离子电池进行充电，完成对锂离子电池的化成处理；S5、锂离子电池化成完成后，将化成箱置于保护性气体氛围中，打开化成箱，用掺铂铝塑复合膜对锂离子电池外壳进行封装。
[0007]CN111313115A公开了一种锂离子电池化成方法及锂离子电池，包括以下步骤：第一次注液：对锂离子电池进行注液，注液完成后封口；烘烤：将完成所述第一次注液步骤后的所述锂离子电池进行烘烤，通过高温热解反应使所述锂离子电池的正负极表面均形成LiF膜；第二次注液：所述烘烤步骤完成后，再次对所述锂离子电池进行注液，注液完成后抽气封口。
[0008]CN107910592A公开了一种锂离子电池的化成方法及锂离子电池，涉及电池
主要采用的技术方案为：一种锂离子电池的化成方法包括如下步骤：预压，对电芯进行预压、阶梯式充电，在不低于预压压力的压力下，对电芯进行阶梯式充电、老化，对电芯进行老化处理；冷压，对电芯进行冷压处理。
[0009]但是上述方案均存在循环变形问题有待解决以及循环膨胀率有待降低的问题。

技术实现思路

[0010]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种化成方法和锂离子电池。本专利技术提供的化成方法为变温变压化成能够增强极片隔膜的粘附力，释放卷芯卷绕的张力，从而防止循环后期变形，及降低循环膨胀率，同时减少化成时间。
[0011]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0012]第一方面，本专利技术提供一种化成方法，所述方法包括以下步骤：
[0013](1)对待化成的电芯用第一温度和第一压力进行处理，得到预处理电芯；
[0014](2)降低至第二温度，对步骤(1)所述预处理电芯在第二温度和第二压力下进行充电化成，得到第一半成品；
[0015](3)在第三温度和第三压力下，对步骤(2)所述第一半成品进行充电化成，得到第二半成品；
[0016](4)停止充电，降低至第四温度，在第四压力下对步骤(3)所述第二半成品进行处理，得到化成后的电芯。
[0017]本专利技术提供的化成方法可以通过调控温度、压力、SOC(state of charge，荷电状态)、时间等因素，增强极片隔膜的粘附力，释放卷芯卷绕的张力，从而防止循环后期变形，及降低循环膨胀率，同时寻求合适的SOC，降低化成时间。
[0018]具体来讲，温度、压力、SOC和时间，对于增强极片隔膜的粘附力、释放卷芯卷绕的张力、解决锂离子电池常温及高温循环变形问题及降低循环膨胀率，各自起到的作用分别为：温度升高可以使隔膜上的PVDF更好软化，使隔膜跟正极片紧紧粘附一起；同时高温下热胀使电池在初始化中释放了膨胀应力，后续正常使用中降低膨胀率。但温度不能无限提高，过高温度会使电液分解，拆解结构变差造成电池性能不满足要求；压力是在化成充电膨胀中起到抑制膨胀，释放应力，压力也不能无限提高，否则造成材料压死析锂，或者K值不良增加；增加SOC同样是在电池化成中提前释放膨胀应力，降低膨胀作用；化成时间增加的作用也是使隔膜跟正极片粘附更好，化成膨胀释放应力。
[0019]本专利技术提供的方法中，在充电化成之前，先对待化成的电芯施加高温和压力，其目的在于在充电前使隔膜软化更好跟正极粘附在一块，同时避免带电态在高温高压下的电池性能损害。在充电化成过程中进行变温和变压，其目的在于充电后，降低温度跟压力，避免过高温度及压力对带电态电池造成性能损害。
[0020]本专利技术提供的方法中，步骤(4)为冷压，步骤(1)、(2)和(3)为热压。
[0021]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0022]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述待化成的电芯为锂离子电池电芯。
[0023]优选地，步骤(1)所述待化成的电芯主要由正极片、负极片、隔膜和电解液组成。
[0024]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述第一温度为90
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100℃，例如90℃、92℃、95℃、97℃或100℃等。
[0025]优选地，步骤(1)所述第一压力为0.6
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1.6MPa，例如0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.2MPa、1.4MPa或1.6MPa等。
[0026]优选地，步骤(1)所述进行处理的时间为5
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30min，例如5min、10min、15min、20min、25min或30min等。
[0027]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述降温至第二温度的降温时间为1
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10min，例如1min、3min、5min、7min或10min等。
[0028]优选地，步骤(2)所述第二温度为60
‑
85℃，例如60℃、65℃、70℃、75℃、80℃或85℃等。
[0029]优选地，步骤(2)所述第二压力为0.6
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1.2MPa，例如0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa或1.2M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化成方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)对待化成的电芯用第一温度和第一压力进行处理，得到预处理电芯；(2)降低至第二温度，对步骤(1)所述预处理电芯在第二温度和第二压力下进行充电化成，得到第一半成品；(3)在第三温度和第三压力下，对步骤(2)所述第一半成品进行充电化成，得到第二半成品；(4)停止充电，降低至第四温度，在第四压力下对步骤(3)所述第二半成品进行处理，得到化成后的电芯。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述待化成的电芯为锂离子电池电芯；优选地，步骤(1)所述待化成的电芯主要由正极片、负极片、隔膜和电解液组成。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述第一温度为90
‑
100℃；优选地，步骤(1)所述第一压力为0.6
‑
1.6MPa；优选地，步骤(1)所述进行处理的时间为5
‑
30min。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述降温至第二温度的降温时间为1
‑
10min；优选地，步骤(2)所述第二温度为60
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85℃；优选地，步骤(2)所述第二压力为0.6
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1.2MPa；优选地，步骤(2)所述第二压力与步骤(1)所述第一压力相同。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述充电化成为三阶段恒流充电化成，所述三阶段恒流充电化成中后一阶段的充电电流大于前一阶段的充电电流；优选地，所述三阶段恒流充电中，第一阶段的充电电流为0.01
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0.03C；优选地，所述三阶段恒流充电中，第一阶段的限制电压在2.8V以下；优选地，所述三阶段恒流充电中，第一阶段的时间为2
‑
4min；优选地，所述三阶段恒流充电中，第二阶段的充电电流为0.1
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0.3C；优选地，所述三阶段恒流充电中，第二阶段的限制电压在3.5V以下；优选地，所述三阶段恒流充电中，第二阶段的时间为1
‑
3min；优选地，所述三阶段恒流充电中，第三阶段的充电电流为1.4
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1.6C；优选地，所述三阶段恒流充电中，第三阶段的限制电压在4.4V以下；优选地，所述三阶段恒流充电中，第三阶段的时间为35
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：吴伊威，黄彬彬，刘建华，刘金成，
申请(专利权)人：惠州亿纬创能电池有限公司，
类型：发明
国别省市：