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CN106229572B - 一种抑制高镍三元电池高温循环产气的化成方法 - Google Patents

一种抑制高镍三元电池高温循环产气的化成方法 Download PDF

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Abstract

一种抑制高镍三元电池高温循环产气的化成方法,涉及锂离子电池工艺制程领域,其目的是提供一种能改善高镍三元电池高温循环产气并提高高镍三元电池高温循环性能的化成工艺。本发明的具体方案为:采用循环约束化成方法(1‑3次),在每一次化成充电结束阶段,进行一次抽真空操作。此化成方法可促使形成更稳定的SEI膜及正极表面保护层,减少正负极与电解液的直接接触,避免金属离子溶出,沉积在负极造成的产气现象及因正负极与隔膜接触不良造成的析锂现象。本发明可有效抑制高镍三元电池高温循环过程中的产气现象,提高电池的高温循环寿命及安全性能。

Description

一种抑制高镍三元电池高温循环产气的化成方法
技术领域
本发明涉及锂电池的制备工艺领域,具体涉及一种抑制高镍三元电池高温循环产气的化成方法。
背景技术
在国家2020年单体电池能量密度达200W/kg的政策推动下,高镍三元材料成为研发的热点,但国内高镍三元电池存在存储过程中易产气及高温循环性能差等缺点,至今没有完全得到解决。特别是在方形铝壳电池各向异构的体系上,电池产气现象明显,严重影响到电池的高温循环性能。专利CN 105406040 A对高镍三元材料表面进行Al2O3包覆,隔绝活性物质与电解液的直接接触,减少充放电过程中金属离子的溶出,催化电解液的分解产气情况;Qin等(Journal of Power Sources 195 (2010) 6888–6892)采用成膜添加剂阻隔电解液与正负极活性物质的直接接触。专利CN 105449301 A则采用循环化成的方式,改善了钛酸锂电池胀气的问题。针对高镍三元电池,必须结合约束化成及低SOC满电态抽真空操作才能有效改善高镍三元电池高温循环产气现象。
发明内容
本发明的目的是为了有效抑制高镍三元电池高温循环过程中的产气现象,提高电池的高温循环寿命。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种抑制高镍三元电池高温循环产气的化成方法,其特征在于,此化成方法采用循环化成方法并配以约束化成方式;所述循环化成方法是电池进行连续充放电的化成方法,所述约束化成方式是对电池壳体表面进行夹紧约束的化成方法。
优选地,所述循环化成方法包括如下具体步骤:
1)电池上柜后,以0.01-0.05C的电流恒流充电1-2h,再以0.1-0.5C的电流恒流充电至一定SOC,上限电压是4.2V,抽真空补充氮气后,再以0.2-0.5C的电流放电至3V;
2)循环第1)步1-3次,优选2次;
3)最后以0.01-0.05C的电流恒流充电1-2h,再以0.1-0.5C的电流恒流充电至一定SOC后,抽真空补充氮气。
更进一步地,步骤1)和步骤3)中的SOC是同一SOC。
优选地,所述约束化成方式是指电池采用开口化成方式,并在电池的几何中心位置进行约束,约束力为1-3Mpa,优选2Mpa。
优选地,所述高镍三元电池的正极材料是
Li(NixCoyMnz)O2,其中x+y+z=1,x:y:z=5:3:2或6:2:2或8:1:1;
或Li(NixCoyAlz)O2,其中x+y+z=1,x:y:z=8:1.5:0.5。
优选地,所述抽真空补充氮气是指在每一次化成充电结束阶段,采用-60KPa 到-97KPa的真空度对电池进行持续抽真空1-3min后,补充3-5min干燥氮气。
优选地,所述循环化成方法采用SOC为50-60%进行化成。
本发明的有益效果在于:
此循环化成方法可促使形成更稳定的SEI膜及正极表面保护层,减少正负极与电解液的直接接触,避免金属离子溶出,沉积在负极造成的产气现象;约束化成方法可一定程度上实现夹紧排气的功能,实现正负极与隔膜的紧密接触,减少充放电过程中的析锂现象,提高安全性能。本发明将循环化成及约束化成方法充分结合起来,可有效抑制高镍三元电池高温循环过程中的产气现象,提高电池的高温循环寿命及安全性能。
附图说明
图1为本发明实施例一和对比例一的高镍三元电池(型号:20100140,容量:25Ah)在高温55℃ 1C充放电循环性能对比图,其中黑色实心圆和空心圆分别对应实施例一和对比例一的结果。
图2为本发明实施例一和对比例一的高镍三元电池(型号:20100140,容量:25Ah)在高温55℃ 1C充放电循环过程中电池厚度变化率对比图,其中黑色实心圆和空心圆分别对应实施例一和对比例一的结果。
图3为方形铝壳电池夹具约束位置示意图;其中,1.电池模型,2.绝缘挡板,3.U型夹具,4.拧紧螺丝。
具体实施方式
实施例一
一种容量为25 Ah的高镍三元方形铝壳电池(20100140),所述正极片上的活性物质为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2三元材料。
上述高镍三元电池的化成方法采用开口约束化成,约束方式见图3,约束力为2Mpa,具体步骤如下:
1)电池上柜后,以0.05C恒流充电1h,0.1C恒流充电5h至55%SOC,上限电压4.2V,采用-60KPa 到-97KPa的真空度对电池进行持续抽真空1-3min后,补充3min干燥氮气,再0.2C放电至3V;
2)循环第1)步2次;
3)以0.05C恒流充电1h,0.1C恒流充电5h至55%SOC,对电池采用-60KPa 到-97KPa的真空度对电池进行持续抽真空1-3min后,补充3 min干燥氮气。
测试该电池在高温55℃ 1C充放电的循环性能以及电池的厚度变化,结果如图1和2中黑色实心圆所示。
对比例一
一种容量为25 Ah的高镍三元方形铝壳电池(20100140),所述正极片上的活性物质为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2三元材料。
此高镍三元电池,其化成方式为:
采用开口化成,以0.05C恒流充电1h,0.1C恒流充电5h至55%SOC,对电池采用-60KPa 到-97KPa的真空度对电池进行持续抽真空1-3min后,补充3 min干燥氮气。
测试该电池在高温55℃ 1C充放电的循环性能以及电池的厚度变化,结果如图1和2中空心圆所示。
由图1-2中,我们可以看出,循环约束化成方式能明显改善电池的高温循环性能及减小高温循环过程中电池的产气量。说明,此化成方式形成了稳定的SEI膜及正极保护膜,减少了正负极与电解液的直接接触,减少了因金属离子溶出在负极造成的产气现象。
实施例二
一种容量为30 Ah的高镍三元方形铝壳电池(20100140),所述正极片上的活性物质为Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2三元材料。
上述高镍三元电池的化成方法采用开口约束化成,约束方式见图3,约束力为2Mpa,具体步骤如下:
1)电池上柜后,以0.05C恒流充电1h,0.1C恒流充电5.5h至60%SOC,上限电压4.2V,采用-60KPa 到-97KPa的真空度对电池进行持续抽真空1-3min后,补充3min干燥氮气,再0.2C放电至3V;
2)循环第1)步2次;
3)以0.05C恒流充电1h,0.1C恒流充电5.5h至55%SOC,对电池采用-60KPa 到-97KPa的真空度对电池进行持续抽真空1-3min后,补充3 min干燥氮气。
对比例二
一种容量为30 Ah的高镍三元方形铝壳电池(20100140),所述正极片上的活性物质为Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2三元材料。
上述高镍三元电池的化成方法采用开口化成,未约束,具体步骤如下:
1)电池上柜后,以0.05C恒流充电1h,0.1C恒流充电5.5h至60%SOC,上限电压4.2V;
2)循环第1)步2次;
3)以0.05C恒流充电1h,0.1C恒流充电5.5h至55%SOC,对电池采用-60KPa 到-97KPa的真空度对电池进行持续抽真空1-3min后,补充3 min干燥氮气。
针对高镍三元电池,仅有循环化成方式无法将气体顺利排出,造成很多暗斑(死锂区)的存在。需要借助夹具约束方式结合每次充电结束状态下的抽真空操作,在化成过程中将气体顺利排出。
实施例三
一种容量为30 Ah的高镍三元方形铝壳电池(20100140),所述正极片上的活性物质为LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2三元材料。
上述高镍三元电池的化成方法采用开口约束化成,约束方式见图3,约束力为1Mpa,具体步骤如下:
1)电池上柜后,以0.01C恒流充电2h,0.5C恒流充电至50%SOC,上限电压4.2V,采用-60KPa 到-97KPa的真空度对电池进行持续抽真空1-3min后,补充5min干燥氮气,再0.5C放电至3V;
2)循环第1)步1次;
3)以0.01C恒流充电2h,0.5C恒流充电至65%SOC,对电池采用-60KPa 到-97KPa的真空度对电池进行持续抽真空1-3min后,补充5 min干燥氮气。
实施例四
一种容量为30 Ah的高镍三元方形铝壳电池(20100140),所述正极片上的活性物质为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2三元材料。
上述高镍三元电池的化成方法采用开口约束化成,约束方式见图3,约束力为3Mpa,具体步骤如下:
1)电池上柜后,以0.05C恒流充电1h,0.1C恒流充电5.5h至60%SOC,上限电压4.2V,采用-60KPa 到-97KPa的真空度对电池进行持续抽真空1-3min后,补充4min干燥氮气,再0.2C放电至3V;
2)循环第1)步3次;
3)以0.05C恒流充电1h,0.1C恒流充电5.5h至55%SOC,对电池采用-60KPa 到-97KPa的真空度对电池进行持续抽真空1-3min后,补充4 min干燥氮气。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种抑制高镍三元电池高温循环产气的化成方法,其特征在于,此化成方法采用循环化成方法并配以约束化成方式;所述循环化成方法是电池进行连续充放电的化成方法,所述约束化成方式是对电池壳体表面进行夹紧约束的化成方法;所述循环化成方法包括如下具体步骤:
1)电池上柜后,以0.01-0.05C的电流恒流充电1-2h,再以0.1-0.5C的电流恒流充电至一定SOC,上限电压是4.2V,抽真空补充氮气后,再以0.2-0.5C的电流放电至3V;
2)循环第1)步1-3次;
3)最后以0.01-0.05C的电流恒流充电1-2h,再以0.1-0.5C的电流恒流充电至一定SOC后,抽真空补充氮气;
所述步骤1)中采用的SOC范围为50-60%。
2.根据权利要求1所述的一种抑制高镍三元电池高温循环产气的化成方法,其特征在于,步骤1)和步骤3)中的SOC是同一SOC。
3.根据权利要求1所述的一种抑制高镍三元电池高温循环产气的化成方法,其特征在于,所述约束化成方式是指电池采用开口化成方式,并在电池的几何中心位置进行约束,约束力为1-3Mpa。
4.根据权利要求1所述的一种抑制高镍三元电池高温循环产气的化成方法,其特征在于,步骤2)所述循环次数为2次。
5.根据权利要求3所述的一种抑制高镍三元电池高温循环产气的化成方法,其特征在于,所述约束力为2Mpa。
6.根据权利要求1所述的一种抑制高镍三元电池高温循环产气的化成方法,其特征在于,所述高镍三元电池的正极材料是
Li(NixCoyMnz)O2,其中x+y+z=1,x:y:z=5:3:2或6:2:2或8:1:1;
或Li(NixCoyAlz)O2,其中x+y+z=1,x:y:z=8:1.5:0.5。
7.根据权利要求1所述的一种抑制高镍三元电池高温循环产气的化成方法,其特征在于,所述抽真空补充氮气是指在每一次化成充电结束阶段,采用-60KPa 到-97KPa的真空度对电池进行持续抽真空1-3min后,补充3-5min干燥氮气。
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Assignee: NANJING GUOXUAN BATTERY Co.,Ltd.

Assignor: Gotion High-tech Co., Ltd.

Contract record no.: 2017320000046

Denomination of invention: A kind of chemical synthesizing method suppressing nickelic ternary battery high-temperature circulation aerogenesis

License type: Exclusive License

Record date: 20170306

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