專利名稱：一種鋰離子二次電池的首次充電化成方法
技術領域：
本發明屬于鋰離子二次電池技術領域，尤其涉及一種鋰離子二次電池的首次充電化成方法。
背景技術：
目前，鋰離子二次電池的首次充電化成方法是以一定的電流恒流對電池進行充電至3.4V 3.9V，然后對電池進行抽真空封口，封口后再老化24h 168h，最后恒流充電至
4.2V。這種方法的弊端在于:形成固體電解質界面膜(SEI膜)的過程中，會伴隨一定的副反應發生，產生有害氣體。有害氣體不能在形成固體電解質界面膜的過程中及時排出，而是存在于極片和隔膜之間，當電壓到達3.4V 3.9V后在低壓環境內貯存時氣體才能逸出。因此在抽真空之前有害氣體以雜質的方式存在于電池的內部，影響電池的尺寸、內阻和倍率等，甚至會繼續干擾、破壞電池的充放電反應。經封口老化的3.4V 3.9V的電池以恒流(分為大電流(倍率為0.5C 2C)和小電流(倍率為0.1C 0.5C)兩種方式)的方式進行充電至
4.2V。這種充電方式的弊端在于:小電流充電會延長電池的生產周期，大電流充電尤其是高電壓段時的大電流充電則會造成負極析鋰，進而影響電池的容量、壽命和安全等各種性能。因此單純的采用小電流或大電流都存在明顯的不足。有鑒于此，確有必要提供一種鋰離子二次電池的首次充電化成方法，該方法通過改進鋰離子二次電池的首次充電化成的工藝和參數等，有效地克服了現有技術中的首次充電化成方法導致的有害氣體產生后殘留在鋰離子二次電池內部的問題，更好的保證Li+的遷移，使形成的SEI膜更加均一、穩定和致密，從而保證鋰離子二次電池的容量、壽命、內阻、倍率和安全等性能，提高產品的質量。此外，采用本發明還能縮短電池的生產周期。
發明內容
本發明的目的在于:針對現有技術的不足，而提供一種鋰離子二次電池的首次充電化成方法，該方法通過改進鋰離子二次電池的首次充電化成的工藝和參數等，有效地克服了現有技術中的首次充電化成方法導致的有害氣體產生后殘留在鋰離子二次電池內部的問題，更好的保證Li+的遷移，使形成的SEI膜更加均一、穩定和致密，從而保證鋰離子二次電池的容量、壽命、內阻、倍率和安全等性能，提高產品的質量。此外，采用本發明還能縮短電池的生產周期。為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案，一種鋰離子二次電池的首次充電化成方法，包括以下步驟:第一步，將已注有電解液的鋰離子二次電池在溫度為20°C 70°C和相對濕度小于或等于10%的環境下陳化處理2 96h，然后在負壓狀態下逐步增加充電電流對電池進行分段充電化成，當電壓到達3.6V時，對電池進行封口。第二步，對封口后的電池進行2h 480h的老化處理，然后先以0.5C IC的倍率恒流充電至3.8 4.0V,再以0.2C 0.5C的倍率恒流充電至4.2V，最后在4.2V下恒壓充電，充電截止電流為IOmA 200mA。
作為本發明鋰離子二次電池的首次充電化成方法的一種改進，所述負壓為-0.0lMPa -0.099MPa。作為本發明鋰離子二次電池的首次充電化成方法的一種改進，所述負壓為-0.085MPa -0.092MPa。作為本發明鋰離子二次電池的首次充電化成方法的一種改進，第一步所述充電化成為先以0.0lC 0.03C的倍率恒流充電至2.5V，再以0.05C 0.1C的倍率恒流充電至
3.2V，然后以0.1C 0.2C的倍率恒流充電至3.6V。作為本發明鋰離子二次電池的首次充電化成方法的一種改進，第一步所述充電化成為先以0.0lC的倍率恒流充電至2.5V，再以0.05C的倍率恒流充電至3.2V，然后以0.1C的倍率恒流充電至3.6V。作為本發明鋰離子二次電池的首次充電化成方法的一種改進，所述陳化處理的溫度為20°C 40°C，這是較佳的選擇。作為本發明鋰離子二次電池的首次充電化成方法的一種改進，所述陳化處理的持續時間為12h 24h，這是較佳的選擇。作為本發明鋰離子二次電池的首次充電化成方法的一種改進，所述老化處理的持續時間為24h 72h，這是較佳的選擇。作為本發明鋰離子二次電池的首次充電化成方法的一種改進，所述老化處理的溫度為10°C 70°C。作為本發明鋰離子二次電池的首次充電化成方法的一種改進，第二步老化處理后，先以0.5C的倍率恒流充電至4.0V，再以0.2C的倍率恒流充電至4.2V，最后在4.2V下恒壓充電，充電截止電流為IOmA 200mA。相對于現有技術，首先，本發明采用分段充電化成的方法先將電池充電至3.6V，可以將在形成固體電解質界面膜(SEI膜)的過程中產生的有害氣體及時排出，更好的保證Li+的遷移，使形成的SEI膜更加均一、穩定和致密，從而有效地避免有害氣體對電池的尺寸、內阻和倍率及充放電反應造成的不良影響，提高其循環性能和大倍率放電性能。其次，在電池老化后，先以大電流充電、再以小電流充電，充分結合了大電流充電和小電流充電的優點，避開了二者的缺點，不僅可以縮短電池的生產周期，也可以避免負極析鋰問題的發生，從而保證電池的循環壽命和安全性能等各種性能。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明及其有益效果進行詳細的說明，但是本發明的具體實施方式
并不僅限于此。實施例1，本實施例提供的一種鋰離子二次電池的首次充電化成方法，包括以下步驟:第一步，將已注有電解液的鋰離子二次電池在溫度為20°C和相對濕度小于或等于10%的環境下陳化處理12h，然后在-0.085MPa的負壓狀態下，先以0.0lC的倍率恒流充電至
2.5V，再以0.05C的倍率恒流充電至3.2V，然后以0.1C的倍率恒流充電至3.6V，當電壓到達3.6V時，對電池進行封口。第二步，對封口后的電池在50°C下進行24h的老化處理，然后先以0.5C的倍率恒流充電至4.0V,再以0.2C的倍率恒流充電至4.2V，最后在4.2V下恒壓充電，充電截止電流為 100mA。實施例2，本實施例提供的一種鋰離子二次電池的首次充電化成方法，包括以下步驟:第一步，將已注有電解液的鋰離子二次電池在溫度為70°C和相對濕度小于或等于10%的環境下陳化處理24h，然后在-0.092MPa的負壓狀態下，先以0.02C的倍率恒流充電至2.5V，再以0.07C的倍率恒流充電至3.2V，然后以0.15C的倍率恒流充電至3.6V，當電壓到達3.6V時，對電池進行封口。第二步，對封口后的電池在70°C下進行72h的老化處理，然后先以0.7C的倍率恒流充電至3.9V，再以0.3C的倍率恒流充電至4.2V，最后在4.2V下恒壓充電，充電截止電流為 10mA。實施例3，本實施例提供的一種鋰離子二次電池的首次充電化成方法，包括以下步驟:第一步，將已注有電解液的鋰離子二次電池在溫度為50°C和相對濕度小于或等于3%的環境下陳化處理18h，然后在-0.090MPa的負壓狀態下，先以0.03C的倍率恒流充電至
2.5V，再以0.1C的倍率恒流充電至3.2V，然后以0.2C的倍率恒流充電至3.6V，當電壓到達
3.6V時，對電池進行封口。第二步，對封口后的電池在10°C下進行48h的老化處理，然后先以IC的倍率恒流充電至3.8V，再以0.5C的倍率恒流充電至4.2V，最后在4.2V下恒壓充電，充電截止電流為200mAo實施例4，本實施例提供的一種鋰離子二次電池的首次充電化成方法，包括以下步驟:第一步，將已注有電解液的鋰離子二次電池在溫度為70°C和相對濕度小于或等于10%的環境下陳化處理96h，然后在-0.099MPa的負壓狀態下，先以0.03C的倍率恒流充電至
2.5V，再以0.1C的倍率恒流充電至3.2V，然后以0.2C的倍率恒流充電至3.6V，當電壓到達
3.6V時，對電池進行封口。第二步，對封口后的電池在30°C下進行480h的老化處理，然后先以IC的倍率恒流充電至3.8V，再以0.5C的倍率恒流充電至4.2V，最后在4.2V下恒壓充電，充電截止電流為150mAo實施例5，本實施例提供的一種鋰離子二次電池的首次充電化成方法，包括以下步驟:第一步，將已注有電解液的鋰離子二次電池在溫度為30°C和相對濕度小于或等于7%的環境下陳化處理2h，然后在-0.0lMPa的負壓狀態下，先以0.0lC的倍率恒流充電至2.5V,再以0.05C的倍率恒流充電至3.2V，然后以0.1C的倍率恒流充電至3.6V，當電壓到達3.6V時，對電池進行封口。第二步，對封口后的電池在20°C下進行2h的老化處理，然后先以0.5C的倍率恒流充電至4.0V,再以0.2C的倍率恒流充電至4.2V，最后在4.2V下恒壓充電，充電截止電流為50mAo實施例6，本實施例提供的一種鋰離子二次電池的首次充電化成方法，包括以下步驟:第一步，將已注有電解液的鋰離子二次電池在溫度為55°C和相對濕度小于或等于5%的環境下陳化處理48h，然后在-0.05MPa的負壓狀態下，先以0.02C的倍率恒流充電至2.5V,再以0.07C的倍率恒流充電至3.2V，然后以0.13C的倍率恒流充電至3.6V，當電壓到達
3.6V時，對電池進行封口。第二步，對封口后的電池在60°C下進行128h的老化處理，然后先以0.5C的倍率恒流充電至4.0V,再以0.2C的倍率恒流充電至4.2V，最后在4.2V下恒壓充電，充電截止電流為 30mA。實施例7，本實施例提供的一種鋰離子二次電池的首次充電化成方法，包括以下步驟:第一步，將已注有電解液的鋰離子二次電池在溫度為40°C和相對濕度小于或等于8%的環境下陳化處理8h，然后在-0.07MPa的負壓狀態下，先以0.02C的倍率恒流充電至2.5V,再以0.07C的倍率恒流充電至3.2V，然后以0.13C的倍率恒流充電至3.6V，當電壓到達
3.6V時，對電池進行封口。第二步，對封口后的電池在60°C下進行IOh的老化處理，然后先以0.5C的倍率恒流充電至4.0V,再以0.2C的倍率恒流充電至4.2V，最后在4.2V下恒壓充電，充電截止電流為 180mA。對比例1，本對比例提供的一種鋰離子二次電池的首次充電化成方法為:先以
0.1C的倍率恒流對電池進行充電至3.8V，然后對電池進行抽真空封口，封口后再老化48h，最后以1.5C的倍率恒流充電至4.2V。對比例2，本對比例提供的一種鋰離子二次電池的首次充電化成方法為:先以
0.1C的倍率恒流對電池進行充電至3.7V，然后對電池進行抽真空封口，封口后再老化48h，最后以0.2C的倍率恒流充電至4.2V。對采用實施例1至7及對比例I和2的方法充電化成后的鋰離子二次電池(分別編號為S1-S7和D1，D2)進行如下測試:(1)循環性能測試:在45°C下，以0.7C的充電倍率和IC的放電倍率對電池進行300次充放電循環，然后計算其容量保持率Cl，所得結果見表
1(2)內阻測試:采用電池內阻測試儀對編號為S1-S7和Dl，D2的鋰離子二次電池進行直流內阻測試，所得結果見表I。(3)大倍率放電性能測試:將編號為S1-S7和D1，D2分別以2C的充電倍率恒流充電至4.2V，再以0.5C恒壓充電，然后以IC的放電倍率放電至3.0V，反復100次這樣的充放電循環，測定第一次循環時的放電容量和第100次循環時的放電容量，求出循環后的容量保持率C2，所得結果見表I。(4)極片析鋰測試:拆解經過循環性能測試的各電池，觀察各電池的負極片上是否發生了析鋰，所得結果見表I。由表I可以看出，采用本發明的方法對鋰離子二次電池進行充電化成后，不僅能夠有效地改善鋰離子二次電池的循環性能，降低其內阻，而且還能改善電池的大倍率放電性能。此外，采用本發明的方法還能防止負極片上析鋰現象的發生，從而提高電池的安全性能，而且與老化后采用小電流充電的對比例2相比，本發明還能縮短電池的生產周期。這是因為本發明采用分段充電化成的方法先將電池充電至3.6V，可以將在形成固體電解質界面膜(SEI膜)的過程中產生的有害氣體及時排出，更好的保證Li+的遷移，使形成的SEI膜更加均一、穩定和致密，從而有效地避免有害氣體對電池的尺寸、內阻和倍率及充放電反應造成的不良影響，提高其循環性能和大倍率放電性能。而且，本發明在電池老化后，先以大電流充電、再以小電流充電，充分結合了大電流充電和小電流充電的優點，避開了二者的缺點，不僅可以縮短電池的生產周期，也可以避免負極析鋰問題的發生，從而保證電池的循環壽命和安全性能等各種性能。
表1:編號為S1-S7和Dl，D2的電池的循環性能測試、內阻測試、大倍率放電性能測試以及極片析鋰情況測試的結果。
權利要求
1.一種鋰離子二次電池的首次充電化成方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，將已注有電解液的鋰離子二次電池在溫度為20°C 70°C和相對濕度小于或等于10%的環境下陳化處理2 96h，然后在負壓狀態下逐步增加充電電流對電池進行分段充電化成，當電壓到達3.6V時，對電池進行封口 ； 第二步，對封口后的電池進行2h 480h的老化處理，然后先以0.5C IC的倍率恒流充電至3.8 4.0V，再以0.2C 0.5C的倍率恒流充電至4.2V，最后在4.2V下恒壓充電，充電截止電流為IOmA 200mA。
2.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池的首次充電化成方法，其特征在于:所述負壓為-0.0lMPa -0.099MPa。
3.根據權利要求2所述的鋰離子二次電池的首次充電化成方法，其特征在于:所述負壓為-0.085MPa -0.092MPa。
4.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池的首次充電化成方法，其特征在于:第一步所述充電化成為先以0.0lC 0.03C的倍率恒流充電至2.5V，再以0.05C 0.1C的倍率恒流充電至3.2V，然后以0.1C 0.2C的倍率恒流充電至3.6V。
5.根據權利要求4所述的鋰離子二次電池的首次充電化成方法，其特征在于:第一步所述充電化成為先以0.0lC的倍率恒流充電至2.5V，再以0.05C的倍率恒流充電至3.2V，然后以0.1C的倍率恒流充電至3.6V。
6.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池的首次充電化成方法，其特征在于:所述陳化處理的溫度為20°C 40°C。
7.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池的首次充電化成方法，其特征在于:所述陳化處理的持續時間為12h 24h。
8.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池的首次充電化成方法，其特征在于:所述老化處理的持續時間為24h 72h。
9.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池的首次充電化成方法，其特征在于:所述老化處理的溫度為10°C 70°C。
10.根據權利要求1所述的鋰離子二次電池的首次充電化成方法，其特征在于:第二步老化處理后，先以0.5C的倍率恒流充電至4.0V，再以0.2C的倍率恒流充電至4.2V，最后在.4.2V下恒壓充電，充電截止電流為IOmA 200mA。
全文摘要
本發明屬于鋰離子二次電池技術領域，尤其涉及一種鋰離子二次電池的首次充電化成方法，包括以下步驟將已注有電解液的鋰離子二次電池進行陳化處理，然后在負壓狀態下逐步增加充電電流對電池進行分段充電化成，當電壓到達3.6V時，對電池進行封口；對電池進行老化處理，然后先以0.5C～1C的倍率恒流充電至3.8～4.0V，再以0.2C～0.5C的倍率恒流充電至4.2V，最后在4.2V下恒壓充電。相對于現有技術，本發明采用分段充電化成的方法先將電池充電至3.6V，可以將在形成SEI膜的過程中產生的有害氣體及時排出，更好的保證Li+的遷移，使形成的SEI膜更加均一、穩定和致密，從而提高其循環性能和大倍率放電性能。
文檔編號H01M10/44GK103151565SQ20131008975
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月20日 優先權日2013年3月20日
發明者洪良仕, 熊軍, 陳威 申請人:東莞市力嘉電池有限公司