一种含硅负极的锂电池的充电方法技术

本发明专利技术提供一种含硅负极的锂电池的充电方法，其特征在于：包括第一充电阶段和第二充电阶段；在第一充电阶段中，采用

【技术实现步骤摘要】
一种含硅负极的锂电池的充电方法


[0001]本专利技术属于锂电池
，具体涉及一种含硅负极的锂电池的充电方法
。

技术介绍

[0002]析锂是影响锂离子电池快充的主要原因，析锂是指锂离子直接在负极表面还原为金属锂而不是进入负极中
。
在锂离子电池快速充电过程中，电池内部存在巨大的极化，包括欧姆阻抗
、
浓差过电势和电荷转移过电势，这会导致很大的电压损失
。
[0003]在目前所发现的锂离子电池负极材料中，硅基材料的理论质量比容量最高，为
4200mAh
·
g
‑1，另外，硅基材料对母体的嵌入电位比石墨类材料略高，不易在材料表面形成枝晶而引发安全性问题，这些都使得硅基材料成为极具潜力和吸引力的负极材料
。
[0004]而在目前的硅基负极材料中，硅
/
石墨负极材料因硅
、
石墨原料易获取，且这两种材料具有相对稳定的电化学性能而被广泛研究与应用
。
而硅作为一种半导体材料，其本身离子迁移能力差，按照现有的阶梯充电策略，每一步快充常根据快充时间要求计算最高倍率然后依次降阶，这种方法在快充开始时就对电池施加较大的充电倍率，这样会使得脱嵌锂动力学较差的硅颗粒承受很高的内部应力，容易导致硅颗粒破碎，不利于硅基负极材料长期性能的发挥，加速快充循环过程中的容量衰减
。
且在这种方法中，因为硅颗粒一开始无法适应快速的脱嵌锂速率，导致电池极化现象加剧，输入电压无法与充电量相对应，即造成输入能量的无效损失，最终也会导致充电时间的延长，
[0005]有鉴于此，提供一种适合硅
/
石墨负极的锂电池的充电方法，提高电池循环容量性能和充电效率，具有重大的实际意义
。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术中存在的问题与不足，本专利技术提供一种含硅负极的锂电池的充电方法，该充电方法有利于提高硅颗粒在充电过程的稳定性，保证硅颗粒容量的长期发挥
、
优化电池循环性能以及减少充电时间
。
[0007]本专利技术提供一种含硅负极的锂电池的充电方法，包括第一充电阶段和第二充电阶段；在第一充电阶段中，采用
C1
倍率充电；在第二充电阶段中，采用
C2
倍率充电；其中，
C1
和
C2
满足以下关系式：
C1
＝
n1
×
n2
×
C2
×
(P1
×
W1)/(P1
×
W1+P2
×
W2)
；其中，
n1
＝
0.3
～
0.7
，
n2
＝
3.6
‑5×
W1
；
C2
＝
1.25
～
12
；其中，在含硅负极中，负极活性物质包括硅和石墨，
P1
表示硅可逆容量，
P2
表示石墨可逆容量，
W1
表示硅含量，
W2
表示石墨含量；在锂电池的充电过程中，当第一充电阶段中锂电池的
SOC
值到达阈值
a
，第一充电阶段结束，切换为第二充电阶段；其中，
a
＝
n1
×
(P1
×
W1)/(P1
×
W1+P2
×
W2)。
[0008]在上述公式中，硅可逆含量
(P1)
表示硅负极片
(
这里硅负极片指负极活性物质只有硅
)
制成的半电池首次脱锂克容量；半电池制作过程如下：取
1.5g
碳纳米管
(CNT)
及
15g
固含量为
1.4
％的羧甲基纤维素
(CMC)
胶液匀浆，再称取
0.09g
导电炭黑
(SP),
称取
2.7g
负极活性物质，加水
9g
搅拌均匀后，将得到的负极浆料在负极集流体上涂布
350
μ
m
，
80℃
烘2小时，
得到负极片；将上述负极片与锂箔片组成扣式电池，搁置至少
12
小时；测试方法如下：静置
2h
；
0.1C
倍率放电至
5mv
；
0.05C
倍率放电至
5mv
；
0.02C
倍率放电至
5mv
；
0.01C
倍率放电至
5mv
；
0.1C
倍率充电至
2V
；随后计算硅可逆容量
。
在这里，硅可逆容量＝硅
(
脱锂容量
/
负极活性物质质量；倍率公式里的可逆容量已经归一化为克容量
。
[0009]石墨可逆容量
(P2)
表示石墨可逆容量指石墨负极片
(
这里石墨负极片指负极活性物质只有石墨
)
制成的半电池首次脱锂克容量；半电池制作过程如下：取
1.5gCNT
及
15g
固含量为
1.4
％的
CMC
胶液匀浆，再称取
0.09gSP
，称取
2.7g
负极活性物质，加水
9g
搅拌，涂布
350um
，
80℃
烘
2H
；将上述负极片与锂箔片组成扣式电池，搁置至少
12
小时；测试方法如下：静置
2h
；
0.1C
倍率放电至
5mv
；
0.05C
倍率放电至
5mv
；
0.02C
倍率放电至
5mv
；
0.01C
倍率放电至
5mv
；
0.1C
倍率充电至
2V
；随后计算石墨可逆容量
。
在这里，石墨可逆容量＝石墨脱锂容量
/
负极活性物质质量；倍率公式里的可逆容量已经归一化为克容量
。
[0010]硅含量
(W1)
表示硅的质量在硅和石墨的总质量中的占比；石墨含量
(W2)
表示石墨的质量在硅和石墨的总质量中的占比
。
[0011]n1
表示预嵌锂的硅占比，即嵌锂的硅的质量占所有硅的质量的比例；
n1
的值是根据长期经验而得到的值；其中，具体而言，<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种含硅负极的锂电池的充电方法，其特征在于：包括第一充电阶段和第二充电阶段；在所述第一充电阶段中，采用
C1
倍率充电；在所述第二充电阶段中，采用
C2
倍率充电；其中，
C1
和
C2
满足以下关系式：
C1
＝
n1
×
n2
×
C2
×
(P1
×
W1)/(P1
×
W1+P2
×
W2)
；其中，
n1
＝
0.3
～
0.7
，
n2
＝
3.6
‑5×
W1
；
C2
＝
1.25
～
12
；其中，在含硅负极中，负极活性物质包括硅和石墨，
P1
表示硅可逆容量，
P2
表示石墨可逆容量，
W1
表示硅含量，
W2
表示石墨含量；在锂电池的充电过程中，当所述第一充电阶段中所述锂电池的
SOC
值到达阈值
a
，所述第一充电阶段结束，切换为所述第二充电阶段；其中，
a
＝
n1
×
(P1
×
W1)/(P1
×
W1+P2
×
W2)。2.
如权利要求1所述含硅负极的锂电池的充电方法，其特征在于：
W1
＝
0.01
～
0.5
，
W2
＝1‑
W1
，
n2
＝
1.1
～
3.55。3.
如权利要求1所述含硅负极的锂电池的充电方法，其特征在于：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：许俊杰，黄家鑫，蒋嘉琳，李康，
申请(专利权)人：中创新航科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：