[发明专利]一种提高锂离子电池循环性能的化成方法

说明书

技术领域

本发明属于锂电池领域，具体涉及一种提高尖晶石镍锰酸锂与碳负极体系锂离子电池循环性能的化成方法。

背景技术

尖晶石镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)作为一种5V级的高电压正极材料，它拥有众多的优点。首先，它的电压平台4.7V，理论克容量为达146.7mAh/g，材料的质量能量密度达690Wh/kg。其次，它具有尖晶石结构，结构稳定，随着充放电的进行不会有结构坍塌；同时有三维的锂离子扩散通道，适合大倍率的充放电。而且由于锰元素为+4价，不存在锰溶解的问题。第三，它不含有资源缺乏的钴元素，材料来源丰富，适合大规模使用的成本降低。

基于上述原因，尖晶石镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)被认为是最有前途的高电压正极材料。

碳负极作为商业化应用最为广泛的负极材料，与尖晶石镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)与组成锂离子电池，继承了镍锰酸锂高能量密度、优异电化学性能等特点。碳负极电池传统的化成方法充电到50%左右的SOC，但这种方法无法克服高电压镍锰酸锂对电解液氧化产气导致的界面问题，在后续的分容和测试过程中会产生胀气和锂枝晶析出的问题，严重影响了电池的循环性能、倍率性能和安全性。

发明内容

本发明为了解决现有锂离子电池无法克服高压电镍锰酸锂对电解液氧化产气导致的界面问题，后续的分容和测试过程中会产生胀气和锂枝晶析出的问题。而提供一种提高尖晶石镍锰酸锂与碳负极体系锂离子电池循环性能的化成方法，能够形成稳定的镍锰酸锂/电解液界面和紧凑的电池界面，进而提高锂电池的循环性能，倍率性能和安全性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种提高尖晶石镍锰酸锂与碳负极体系锂离子电池循环性能的化成方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）以0.01C～0.1C的电流对锂离子电池进行充电，充电后SOC保持在5%～15%之间；再以0.1C～0.5C的电流对电池进行充电，充电后SOC保持在40%～60%之间；

2）对锂离子电池进行第一次预抽气封口处理；

3）以0.2C～1.0C的电流对锂离子电池进行充电，充电后SOC达到100%；

4）对锂离子电池进行老化处理，老化处理后再进行第二次预抽气封口处理；

5）以0.01C～0.1C的电流对锂离子电池进行浮充，浮充后再进行老化处理； 

6）再对锂离子电池进行抽气封口处理。完成后对锂离子电池进行分容测试。

进一步地，所述步骤4中的老化处理，老化处理的温度为40℃～60℃，老化处理的时间为12～36小时。

进一步地，所述步骤5中的浮充和老化处理工序循环的次数为1—5次。

进一步地，所述步骤5中的浮充时间为1—24小时。

进一步地，所述步骤5中的老化处理，老化处理的温度为40℃～60℃，老化处理的时间为12～36小时。

进一步地，所述锂离子电池正极活性物质为尖晶石镍锰酸锂；负极活性物质为碳负极。

进一步地，所述为碳负极为石墨、中间相碳微球、软碳，硬碳中的一种或几种。

在第一步骤中，0.01C～0.1C的电流充电到5%～15% SOC可以形成致密稳定的SEI膜（Solid Electrolyte Interface, 固体电解质界面膜）；0.1C～0.5C的电流充电到40%～60%  SOC可以促进SEI膜充分形成。

上述技术方案中，第二、三步的共同作用是：当镍锰酸锂/碳负极在高SOC下，因电解液氧化有气体持续产生，而此时碳负极电位逐渐接近于锂枝晶析出电位，因气体存在影响电池界面和电池的动力学性能，进而产生析锂现象。

上述技术方案中，第四、五和六步的共同作用是：促进镍锰酸锂与电解液的副反应充分发生，并将产生的气体最终除去，以形成稳定的镍锰酸锂/电解液界面和紧凑的电池界面。

本发明的有益效果是：有利于负极表面致密稳定的SEI膜形成，避免负极表面锂枝晶析出；促进镍锰酸锂与电解液的副反应充分发生，形成稳定的镍锰酸锂/电解液界面和紧凑的电池界面。进而提高电池的循环性能，倍率性能和安全性。

附图说明

图1是采用现有化成工艺制成的锂电池进行电池测试后拆解的负极片；

图2是本发明的锂电池进行电池测试后的拆解的负极片；