[发明专利]提高锂离子电池容量的方法

说明书

本发明提供了一种提高锂离子电池容量的方法，对高理论容量的活性材料组成的锂离子电池进行部分充放电来提升电池容量和循环稳定性。操作简单方便，能够运用于实际。本方法可具体通过三种控制手段来实现：电压范围控制、容量控制和容量‑电压控制。本发明对高容量锂离子电池的部分充放电，在充放电过程中控制其充电或放电深度，即电极中的活性材料只进行部分锂化/脱锂化。本发明对高理论容量的活性材料组成的锂离子电池进行部分充放电来提升电池容量和循环稳定性，操作简单方便，能够运用于实际，成本低。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池的性能优化方法，特别是涉及一种锂离子电池容量调控和优化的方法，应用于锂离子电池技术领域。

背景技术

为满足现代科技的高速发展，作为常见储能原件的锂离子电池被期望于拥有更强的储能能力，而高容量电极材料的出现使之成为可能。以负极为例，目前常见商业化锂离子电池负极材料均为石墨，其理论容量为372mAh/g，远低于高容量负极材料。以硅为例，其理论容量高达4200mAh/g。对正极来说，以硫为例，其理论容量高达1675mAh/g，远高于广泛应用的钴酸锂正极135mAh/g的容量。然而，高容量电极材料均存在一个共同的问题，即在充放电过程中变形巨大。例如硅在充放电过程中的体积膨胀高达300％，硫约为80％。如此巨大的变形使得电极快速退化。因此，电池使用寿命成为高容量电极材料推广应用的主要瓶颈。

为了克服活性材料变形大、容量退化严重的问题，已有许多方法试图从材料层面对高容量电极材料进行改性和优化，例如：纳米化活性材料，制作硅/碳或硫/碳等复合材料电极，改性或改变使用电解质和粘结剂等。但这些方法大多涉及制作新材料和新工艺，电极制作时间长、成本高，使其难以广泛应用。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种提高锂离子电池容量的方法，对高容量锂离子电池的部分充放电，在充放电过程中控制其充电或放电深度，即电极中的活性材料只进行部分锂化/脱锂化。本发明对高理论容量的活性材料组成的锂离子电池进行部分充放电来提升电池容量和循环稳定性，操作简单方便，能够运用于实际，成本低。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高锂离子电池容量的方法，通过部分充放电的手段来实现，其步骤如下：

a.使用理论容量不低于372mAh/g的高容量电极材料作为电极活性材料，制作锂离子电池；优选采用硅或硫作为高容量锂离子电池电极材料。

b.对电池进行部分充放电循环，使电极中的活性材料只进行部分锂化/脱锂化，从而在充放电过程中控制锂离子电池的充电或放电深度；

利用在所述步骤a制备锂离子电池并采用在所述步骤b的方法，来调控和提高锂离子电池的循环容量。在所述步骤b中，优选充放电过程中进行部分充放电循环的方法包括：缩小充放电过程中充放电的电压范围、控制充放电容量在一个低于电极活性材料理论容量的定值、或者二者结合的容量-电压组合控制部分充放电方法。

作为本发明第一种优选的技术方案，当采用缩小充放电过程中充放电的电压范围的方法时，通过降低上限电压或提高下限电压，来实现锂离子电池的部分充放电过程。

作为本发明第二种优选的技术方案，当采用控制充放电容量在一个低于电极活性材料理论容量的设定值时，首先采用恒流循环来控制充放电容量，当充放电容量无法达到设定值时，再通过改变循环方式，将仅采用恒流循环改为恒流循环结合恒压循环的方式，来保持充放电容量达到设定值。

作为本发明第三种优选的技术方案，当采用容量-电压组合控制部分充放电方法时，首先采用恒流循环来控制充放电容量，当充放电容量无法达到设定值时，直接继续在设定参考电压窗口下恒流充放电循环。