一种正极补锂剂、锂离子电池及其正极预锂化的化成方法技术

本发明专利技术提供一种正极补锂剂、锂离子电池及其正极预锂化的化成方法，通过采用Li2NiO2包覆Li5FeO4的核壳结构作为正极补锂剂，并通过采用确定的化成压力、充放电电流和截止电压，对正极预锂化锂离子电池进行化成处理，能够有效地减少化成过程中锂离子电池的极化现象，从而有效地改善化成时锂离子电池内部电流的密集均匀性、温度与压力的匹配性，避免化成充放电时产生的极化及鼓胀现象，使生成的SEI膜更加致密，提高了SEI膜的完整性和稳定性，提高了锂离子电池的循环性能和安全性能。锂离子电池的循环性能和安全性能。锂离子电池的循环性能和安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种正极补锂剂、锂离子电池及其正极预锂化的化成方法


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种正极补锂剂、锂离子电池及其正极预锂化的化成方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池在首次充放电过程中，需要消耗大量的活性锂来形成SEI膜，初始充放电过程中的活性锂损失会显著降低锂离子电池的容量和能量密度。
[0003]解决上述问题的相关技术手段是通过锂离子电池正负极预锂化，在材料内引入活性锂来补充循环过程中锂离子的损耗。预锂化可以分为正极预锂化和负极预锂化。负极预锂化主要包括锂箔预锂化、锂粉预锂化、硅化锂预锂化和电解锂盐水溶液进行预锂化。负极预锂化路线中锂试剂容量高，但操作复杂；另外，由于锂金属比较活泼，对储存和制造环境要求高，生产成本高。与负极预锂化相比，正极预锂化更为简便，典型的正极预锂化是在正极浆料混合过程中添加少量的高容量材料，在充电过程中，锂从高容量材料中分离出来，补充首次充放电造成的不可逆锂损失。正极预锂化因安全性和稳定性高，生产工艺简便得到锂电行业的广泛关注。
[0004]对于常规的磷酸铁锂电芯而言，加入预锂化添加剂后，可以补充首次充放电形成SEI膜消耗的活性锂，使锂离子电池的容量、能量密度及循环性能均得到一定的提升。然而化成工序作为激活锂离子电池的关键过程，对后期锂离子电池容量发挥和循环能力提升具有很大影响，传统的化成工艺很难发挥其预锂效果，使得锂离子电池预锂后，克容量发挥低且首效提升不明显。

技术实现思路

[0005]本专利技术的实施例提供了一种正极补锂剂、锂离子电池及其正极预锂化的化成方法，可以提高SEI膜的完整性和稳定性，提高锂离子电池的循环性能和安全性能。
[0006]第一方面，本专利技术的实施例提供了一种正极补锂剂，所述正极补锂剂为核壳结构，所述核壳结构的核体包括Li5FeO4，壳体包括Li2NiO2。
[0007]第二方面，本专利技术的实施例提供了一种锂离子电池正极预锂化的化成方法，所述化成方法包括：
[0008]制备正极预锂化锂离子电池；其中，所述正极预锂化锂离子电池包括本专利技术实施例所述的正极补锂剂；
[0009]采用预定的化成压力、化成电流和截止电压对所述正极预锂化锂离子电池进行化成处理；其中，所述化成压力为0.1MPa
‑
0.3MPa范围内的恒定值，所述化成电流的范围为0.01C
‑
0.5C，所述截止电压的范围为2.0V
‑
4.5V。
[0010]在一实施例中，所述采用预定的化成压力、化成电流和截止电压对所述正极预锂化锂离子电池进行化成处理的步骤，包括：
[0011]第一阶段，采用第一预定电流对所述正极预锂化锂离子电池进行充电，充电量为
第一充电量，截止电压为第一截止电压；
[0012]第二阶段，采用第二预定电流对所述正极预锂化锂离子电池进行充电，充电量为第二充电量，截止电压为第二截止电压；
[0013]第三阶段，采用第三预定电流对所述正极预锂化锂离子电池进行充电，充电量为第三充电量，截止电压为第三截止电压；
[0014]第四阶段，采用第四预定电流对所述正极预锂化锂离子电池进行放电，放电量为第四放电容量，截止电压为第四截止电压；
[0015]第五阶段，采用第五预定电流对所述正极预锂化锂离子电池进行充电，充电量为第五充电量，截止电压为第五截止电压；
[0016]其中，所述第一预定电流大于等于所述第三预定电流，且小于等于所述第二预定电流、所述第四预定电流和所述第五预定电流；所述第一充电量等于所述第五充电量，且小于所述第二充电量，所述第四放电量大于所述第二充电量且小于等于所述正极预锂化锂离子电池的设计容量，所述第三充电量大于所述正极预锂化锂离子电池的设计容量；所述第一截止电压、所述第二截止电压和所述第五截止电压相等，所述第四截止电压小于所述第一截止电压，所述第三截止电压大于所述第一截止电压。
[0017]在一实施例中，所述采用预定的化成压力、化成电流和截止电压对所述正极预锂化锂离子电池进行化成处理的步骤，包括：
[0018]所述第一阶段，采用0.1C
‑
0.2C的电流对所述正极预锂化锂离子电池进行充电，控制充电时间为1.5小时
‑
2小时，充电量为所述正极预锂化锂离子电池设计容量的30％，截止电压为3.65V；
[0019]所述第二阶段，采用0.2C
‑
0.5C的电流对所述正极预锂化锂离子电池进行充电，控制充电时间为1.5小时
‑
3.5小时，充电量为所述正极预锂化锂离子电池设计容量的70％，截止电压为3.65V；
[0020]所述第三阶段，采用0.01C
‑
0.1C的电流对所述正极预锂化锂离子电池进行充电，控制充电时间为1.5小时
‑
2小时，充电量为所述正极预锂化锂离子电池设计容量的110％
‑
120％，截止电压为4.3V；
[0021]所述第四阶段，采用0.2C
‑
0.5C的电流对所述正极预锂化锂离子电池进行放电，控制放电时间为2小时
‑
5小时，放电量为所述正极预锂化锂离子电池设计容量的100％，截止电压为2.5V或2.0V；
[0022]所述第五阶段，采用0.2C
‑
0.5C的电流对所述正极预锂化锂离子电池进行充电，控制充电时间为0.6小时
‑
1.5小时，充电量为所述正极预锂化锂离子电池设计容量的30％，截止电压为3.65V。
[0023]在一实施例中，在所述化成处理之后，所述化成方法还包括：
[0024]对化成后的所述正极预锂化锂离子电池进行老化、除气和二次封装；其中，所述老化的温度范围为30℃
‑
60℃，时间范围为24小时
‑
48小时，所述除气和所述二次封装的真空度小于
‑
90kPa。
[0025]在一实施例中，在所述二次封装之后，所述化成方法还包括：
[0026]对所述正极预锂化锂离子电池进行充放电，完成分容；其中，充电过程为恒流恒压充电，恒流阶段电流为0.05C
‑
0.2C，截止电流为0.01C，放电过程的电流为0.2C
‑
0.5C。
[0027]在一实施例中，在所述制备正极预锂化锂离子电池之后，所述化成处理之前，所述化成方法还包括：
[0028]将所述正极预锂化锂离子电池于温度45℃
‑
60℃、压力0.03MPa
‑
0.6MPa的条件下，进行锂化处理8小时
‑
15小时。
[0029]在一实施例中，在所述制备正极预锂化锂离子电池之后，所述锂化处理之前，所述化成方法还包括：
[0030]将所述正极预锂化锂离子电池进行注液和真空封口，并进行搁置；其中，所述搁置的环境温度为25℃
‑
60℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极补锂剂，其特征在于，所述正极补锂剂为核壳结构，所述核壳结构的核体包括Li5FeO4，壳体包括Li2NiO2。2.一种锂离子电池正极预锂化的化成方法，其特征在于，包括：制备正极预锂化锂离子电池；其中，所述正极预锂化锂离子电池包括如权利要求1所述的正极补锂剂；采用预定的化成压力、化成电流和截止电压对所述正极预锂化锂离子电池进行化成处理；其中，所述化成压力为0.1MPa
‑
0.3MPa范围内的恒定值，所述化成电流的范围为0.01C
‑
0.5C，所述截止电压的范围为2.0V
‑
4.5V。3.如权利要求2所述的化成方法，其特征在于，所述采用预定的化成压力、化成电流和截止电压对所述正极预锂化锂离子电池进行化成处理的步骤，包括：第一阶段，采用第一预定电流对所述正极预锂化锂离子电池进行充电，充电量为第一充电量，截止电压为第一截止电压；第二阶段，采用第二预定电流对所述正极预锂化锂离子电池进行充电，充电量为第二充电量，截止电压为第二截止电压；第三阶段，采用第三预定电流对所述正极预锂化锂离子电池进行充电，充电量为第三充电量，截止电压为第三截止电压；第四阶段，采用第四预定电流对所述正极预锂化锂离子电池进行放电，放电量为第四放电容量，截止电压为第四截止电压；第五阶段，采用第五预定电流对所述正极预锂化锂离子电池进行充电，充电量为第五充电量，截止电压为第五截止电压；其中，所述第一预定电流大于等于所述第三预定电流，且小于等于所述第二预定电流、所述第四预定电流和所述第五预定电流；所述第一充电量等于所述第五充电量且小于所述第二充电量，所述第四放电量大于所述第二充电量且小于等于所述正极预锂化锂离子电池的设计容量，所述第三充电量大于所述正极预锂化锂离子电池的设计容量；所述第一截止电压、所述第二截止电压和所述第五截止电压相等，所述第四截止电压小于所述第一截止电压，所述第三截止电压大于所述第一截止电压。4.如权利要求3所述的化成方法，其特征在于，所述采用预定的化成压力、化成电流和截止电压对所述正极预锂化锂离子电池进行化成处理的步骤，包括：所述第一阶段，采用0.1C
‑
0.2C的电流对所述正极预锂化锂离子电池进行充电，控制充电时间为1.5小时
‑
2小时，充电量为所述正极预锂化锂离子电池设计容量的30％，截止电压为3.65V；所述第二阶段，采用0.2C
‑
0.5C的电流对所述正极预锂化锂离子电池进行充电，控制充电时间为1.5小时
‑
3.5小时，充电量为所述正极预锂化锂离子电池设计容量的70％，截止电压为3.65V；所述第三阶段，采用0.01C
‑
0.1C的电流对所述正极预锂化锂离子电池进行充电，控制充电时间为1.5小时
‑
2小时，充电量为所述正极预锂化锂离子电...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈玉丽，盛松松，朱家新，刘范芬，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：