[发明专利]一种锂离子二次电池的化成方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种电池的化成方法，具体地说，本发明是关于一种锂离子二次电池的化成方法。

背景技术

锂离子二次充电电池的化成步骤是制造电池的重要阶段，化成关系到电池的容量高低、循环寿命长短、安全性能等多方面的品质。化成是指对电池进行首次充电的过程。现有的锂离子二次电池的化成主要有两种方式，密封化成和开口化成。密封化成是在注完电解液后将注液孔密封，然后进行电池化成，在进行化成的过程中会产生氟化氢、一氧化碳、二氧化碳等气体，这些气体在电池内部积聚会造成电池膨胀，外壳发鼓、变形，甚至会导致电池发生爆炸。为了克服这一问题，通常采用另一种方式进行化成，即在电池注液孔未密封的情况下进行电池化成，待电池化成之后再密封，即开口化成。但是开口化成也会带来一些问题，如，化成时产生的气体会在排放过程中夹带电解液外溢，既损失电解液，又影响电池外壳的美观。

在电池的化成过程中，电解液和电解质在电池负极发生反应，在负极表面生成SEI膜(Surface Electrolyte Interface)，柔性的SEI膜能很好地适应锂离子的嵌入和脱出引起的体积改变，因此形成柔性的SEI膜对电池的各种电化学性能都是有利的。采用现有的方法对电池进行开口化成的时候，通常采用小电流进行长达几十个小时的充电，以期望获得理想的SEI膜，保证电池性能的稳定性。但是，由于化成时间漫长，且在化成过程中，电解液和电解质的反应非常复杂，因此是否能够在负极形成柔性的SEI膜是很难控制的。

发明内容

本发明的目的是克服现有对锂离子电池进行化成的时间长、对理想SEI膜的形成不容易控制而导致电池的循环性能不理想的缺陷，而提供一种快速、容易得到柔性SEI膜且使电池具有良好循环性能的锂离子二次电池的化成方法。

在锂离子电池的化成阶段，电解液和电解质在负极会发生如下反应：

电解液的反应：

EC(碳酸乙烯酯)：2(CH₂O)₂CO+2e-+2Li⁺→Li₂CO₃+CH₂＝CH₂↑

PC(碳酸丙稀酯)：CH₃CHOCO₂CH₂+2e-+2Li⁺→Li₂CO₃+CH₃CHCH₂↑

电解液中的盐如，LiPF₆具有较高的反应性。

如，盐的分解反应：

LiPF₆→LiF+PF₅↑

盐的电化学反应：

LiPF₆+ne-+nLi⁺→LiF+Li_xPF_y

PF₅+2xLi⁺+2xe^-→LiPF_5-x+xLiF

盐与不纯物的反应：

H₂O+LiPF₆→LiF+POF₃+2HF↑

POF₃+2xLi+2xe-→LixPF_3-xO+xLiF

上述反应为在锂离子电池化成过程中电解液和电解质在负极发生的还原反应，从上述反应可以看出，在反应过程中有乙烯、二乙烯、氟化磷、氟化氢等气体产生，如果不加抑制就会导致气体夹带电解液的溢出，损失电解液，而影响电池性能，还会对电池外壳的美观造成破坏。再者，锂盐发生分解反应后，或者在与水或其它杂质发生反应后，也会产生气体如氟化氢，此外，产物中还包括多种无机锂盐。这些生成的无机锂盐质脆，易破裂，因此，如果在负极生成的SEI膜的表面存在过多无机锂盐，就会形成较厚的SEI膜，这样的SEI膜不能很好的适应锂离子的嵌入与脱出引起的体积改变，必然会引起膜的裂开，因此，副反应加剧，使SEI膜不断增厚，导致电池的循环性能下降。为了获得理想的SEI膜，采用小电流长时间的缓慢充电，虽然能够减慢气体的生成速度，但是，在电池的化成过程中，除了上述主要反应外，还会伴随有其它的复杂反应，因此，就不可避免的会加剧副反应的发生，在很大程度上影响柔性SEI膜的形成，因此，对柔性SEI膜的形成不容易控制，不容易得到理想的SEI膜，从而导致电池的循环性能不理想。