[发明专利]一种锂离子电池靶向化成方法及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种锂离子电池靶向化成方法及锂离子电池，包括以下步骤：预先确定锂离子电池在化成过程中产气的电位区间；在确定的产气电位区间内，在预设温度下采用不大于0.2C的电流进行充电；静置预设时间后，以不小于0.5C的电流放电至预设电位。本发明提供的锂离子电池靶向化成方法,通过确定锂离子电池化成过程中产生气体的电位区间，并在产生气体的电位区间进行较小电流的充电，在其他电位区间以较大的电流进行充电；进一步通过控制产气区间的化成温度，有利于在电池负极表面形成致密而平滑的SEI膜，显著提升电池性能的同时大大提高了电池的化成效率，该方法简单易行，可快速应用到生产中。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种锂离子电池靶向化成方法及锂离子电池。

背景技术

近年来，新能源汽车及分布式能源快速发展，储能产业也迎来了快速增长期。以锂离子电池为代表的电化学电池因高能量密度、无记忆效应、无污染等优越特性，在电动汽车和储能市场得到广泛应用。电化学储能也对电池的安全性、成本及一致性等方面提出了更高的要求。锂离子电池由于出色的电化学性能，在电化学储能领域成为主流的发展方向，储能工况对锂离子电池的要求可以概括为长寿命、高安全和低成本。在锂离子电池制备过程中，化成是一道重要的工序，化成即对注液搁置后的电池进行首次充电，形成固体电解质界面膜（ＳＥＩ）的过程。不同的化成工艺形成的ＳＥＩ膜则有所不同，ＳＥＩ膜的形态直接影响单体电池的综合性能，特别是对电池的循环性能影响巨大。传统的小电流预充方式有助于稳定的ＳＥＩ膜形成，然而长时间的小电流或高截止电压充电会导致形成的ＳＥＩ膜阻抗增大，从而影响电池的循环性能、倍率性能等。同时，小电流充电导致的长时间化成工序，会导致生产效率低下，增加锂离子电池的生产成本。此外，研究中发现，化成电压的高低也会影响电池ＳＥＩ膜的形成，因为锂离子电池的化成是一个首次活化过程，随着充电的进行，电池内部电压升高且伴随气体的产生，而一旦产气速率高于注液孔的排气速率，气体就会在电池内部的隔膜间聚集，从而会影响负极表面ＳＥＩ膜的形成。

由此可见，锂离子电池电池在生产流程中，化成作为一道重要的工序，化成的好坏直接影响着电池的性能。化成的过程包括电解液浸润、电池界面活化、电池副反应发生和SEI膜形成等过程，化成方式会通过SEI 膜的生长，对膜对电池性能产生很大影响。传统的小电流化成工艺虽能得到较好的正负极界面，但其工艺繁杂、且耗时较长生产成本较高。如何缩短化成时间，节约生产成本也是锂电池工艺不断研究的方向。

目前，高温高压大电流化成因其能有效的缩短化成时间，提高生产效率，而引起研究人员的广泛关注。对电池施加一定的压力，有利于缩短锂离子的扩散距离，同时能保证电池正负极界面平整、均匀接触，有利于电子的均匀分布；而在化成过程中，施加高温，可以降低电解液的黏度，加速离子的扩散，保证在大电流下，电子与离子迅速结合。然而，若电芯表面压力过小则极片接触不够均匀充分，这与传统的化成方式相同；当电芯表面压力过大时，电极表面的电解液被挤出，离子浓度降低，不利于SEI 膜形成；对于化成温度，当化成温度过低时因采用的化成电流较大，离子速度无法达到与电子匹配的速度，对SEI 膜形成有影响；当化成温度过高时，对电解液和材料及后期性能均有影响。

不同的化成方式，生成的SEI 膜的性能不同，不同的SEI 膜对电池性能影响很大，既包括电性能方面的影响，也包括安全方面的影响，致密而平滑的SEI膜对锂枝晶的生长有较好的抑制作用。锂枝晶是指采用液态电解质的锂电池在充电时，锂离子还原形成的树枝状的金属锂单质。锂枝晶是导致发生安全性问题的最主要原因，在充放电过程中金属锂会在电极表面不均匀沉积，形成锂枝晶，且其不断生长，有可能会刺穿隔膜使电池发生内部短路，导致严重的安全问题。锂枝晶生长机理研究发现，改善锂离子电池负极表面形貌，干扰或抑制锂离子在负极表面定向沉积形成锂枝晶，是一直有效的抑制锂枝晶的方法。通过优化化成方法，在锂离子电池负极表面生产一层致密的光滑的SEI膜，干扰锂在SEI膜表面沉积，是一种很好的抑制锂枝晶生长，提高电池安全性能的方法。