本发明涉及电池,具体而言,涉及一种软包电池的变压变温化成方法和锂离子电池。
背景技术:
1、动力电池要求电池具有优异的长期循环能力,同时需要具有一定安全性,其中随着充放电的进行,电池会产生大量气体对电池的性能及形状造成不利影响,而电池在经过多次充放电后会出现大幅度容量衰减,在负极形成锂枝晶而刺破隔膜,造成热失控。以上问题与sei膜的稳定性有着密切联系,而决定形成稳定sei膜的工序是化成,目前最多使用的是恒温恒压化成,即使对电池进行多步化成或温度化成依旧无法改善电池的长期循环能力,并且电池会出现鼓胀状况而加剧电池危险性,而过高的温度会造成电解液的分解或过长的冷却时间会增加时间成本。
2、sei膜的形成除了与正负极材料、电解液配方等因素有关,还和化成电压、化成电流、化成温度及化成压力等工艺参数相关。化成温度主要是通过影响电解液的粘度和电导率及电极材料离子扩散速度,对化成效果产生影响的。化成电流的大小则会影响sei的结构和组分。化成电压主要影响成膜反应路径。化成压力则可以使电池极片界面接触更紧密,即使排除化成产生的气体,得到更好的界面。因此,为了得到质量更好的sei膜,化成电压、化成电流、化成压力及化成温度的选择就显得尤为重要。目前大部分化成工序却把三者分开研究,尤其是恒温恒压化成,无法及时对化成所造成的电池应力进行释放,持续过高温化成会降低sei膜的稳定性,引起电池循环性能变差,这是因为高温会加剧sei膜的溶解和溶剂分子的共嵌入,而造成后续电池严重膨胀。即使考虑了电流及温度对电池的化成效果的影响,也忽略了电流改变对电池产气带来的体积变化的影响,而过高的化成温度会造成电池冷却时间过长而增加时间成本。而采用阶段加压和电流变化的化成方式,也只是恒压化成的改良版,却忽视两个阶段带来的压力骤然变化。采用恒压变温化成,虽然减少了时间成本,但是高温下导致极片间产生的气体无法充分释放,导致极片之间不能充分接触。
3、鉴于此,特提出本发明。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种软包电池的变压变温化成方法和锂离子电池。
2、本发明是这样实现的:
3、第一方面,本发明提供一种软包电池的变压变温化成方法,其包括:将静置后的软包电池进行变压变温化成,在所述变压变温化成的过程中,监测所述软包电池的厚度增加率,根据所述厚度增加率进行多阶段变压变温化成,其中,任意两个相邻的阶段中,在后阶段的化成温度降低、化成电流升高且化成压力降低,所述化成压力的降低与所述厚度增加率呈线性关系。
4、在可选的实施方式中,所述多阶段变压变温化成的阶段数为2-5段,所述厚度增加率的变化区间为0-5%,所述化成温度的变化区间为45-80℃,所述化成电流的变化区间为0.05-4c,所述厚度增加率、所述化成温度和所述化成电流拆分为2-5段范围值,其拆分的段数与所述多阶段变压变温化成的阶段数对应。
5、在可选的实施方式中,所述多阶段变压变温化成的阶段数为2段时,当所述厚度增加率在0~1.25%范围内时,进行第一阶段变压变温化成;当所述厚度增加率在1.25%~5%范围内时,进行第二阶段变压变温化成;
6、其中,所述第一阶段变压变温化成中的第一化成温度为55~80℃,第一化成电流为0.05~0.33c,第一化成压力随所述软包电池的厚度增加而降低;
7、所述第二阶段变压变温化成中的第二化成温度为45~55℃,第二化成电流为0.33~4c,第二化成压力随所述软包电池的厚度增加而降低。
8、在可选的实施方式中,所述第一化成压力为y1=k1x1+c1,其中,k1<0,0≤x1≤1.25%,2≤c1≤5,x1为第一阶段变压变温化成的所述厚度增加率。
9、在可选的实施方式中,待所述第一化成压力降低至第一恒定压力时,保持所述第一恒定压力继续充电化成,待所述软包电池充电至充电率的40%~60%时或所述厚度增加率达到1.25%时,进入第二阶段变压变温化成,其中,所述第一恒定压力p1∈(1.5,2.5)。
10、在可选的实施方式中,所述第二化成压力为y2=k2x2+c2,其中,k1≤k2<0,1.25%≤x2≤5%,0≤c2≤3,x2为第二阶段变压变温化成的所述厚度增加率。
11、在可选的实施方式中,待所述第二化成压力降低至第二恒定压力时,保持所述第二恒定压力继续充电化成,待所述软包电池充电至截止电压时,完成化成,其中,所述第二恒定压力p2∈(0.5,p1)。
12、在可选的实施方式中,所述多阶段变压变温化成均在可变压变温的化成柜内进行;
13、优选地,所述第二阶段变压变温化成结束后,还包括将化成后的所述软包电池进行老化、封口和分容;
14、优选地,所述老化包括于40~50℃的温度下老化12~36h;
15、优选地,所述封口时真空度保持在-90kpa以下;
16、优选地,所述分容包括于0.33~0.5c恒流充电到截至电压上限,再恒压充电到0.02~0.05c,最后0.33~0.5c恒流放电到截至电压下限。
17、在可选的实施方式中,进行变压变温化成之前的所述静置包括将所述软包电池置于45~80℃下静置24~48h。
18、第二方面,本发明提供一种锂离子电池,所述锂离子电池的电池按照前述实施方式任一项所述的软包电池的变压变温化成方法进行化成。
19、本发明具有以下有益效果:
20、本发明提供的软包电池的变压变温化成方法,基于对化成温度、化成电流及电压的影响的考虑,准确根据电池厚度增加率及时调整化成压力,进行多阶段变压变温化成,并且前期小电流高压高温化成、后期大电流低压低温化成的变压变温化成方法对软包电池进行化成处理,有助于化成过程中极片之间气体的释放,同时形成稳定的sei膜,化成及分容克容量发挥具有良好的一致性,且45℃循环性能及55℃存储性能优异,避免后期电池的体积的膨胀,大幅度增加了电池的安全性,显著提升电池库伦效率、长期循环及高温存储性能。
1.一种软包电池的变压变温化成方法,其特征在于,其包括:将静置后的软包电池进行变压变温化成,在所述变压变温化成的过程中,监测所述软包电池的厚度增加率,根据所述厚度增加率进行多阶段变压变温化成,其中,任意两个相邻的阶段中,在后阶段的化成温度降低、化成电流升高且化成压力降低,所述化成压力的降低与所述厚度增加率呈线性关系。
2.根据权利要求1所述的软包电池的变压变温化成方法,其特征在于,所述多阶段变压变温化成的阶段数为2-5段,所述厚度增加率的变化区间为0-5%,所述化成温度的变化区间为45-80℃,所述化成电流的变化区间为0.05-4c,所述厚度增加率、所述化成温度和所述化成电流拆分为2-5段范围值,其拆分的段数与所述多阶段变压变温化成的阶段数对应。
3.根据权利要求1所述的软包电池的变压变温化成方法,其特征在于,所述多阶段变压变温化成的阶段数为2段时,当所述厚度增加率在0~1.25%范围内时,进行第一阶段变压变温化成;当所述厚度增加率在1.25%~5%范围内时,进行第二阶段变压变温化成;
4.根据权利要求3所述的软包电池的变压变温化成方法,其特征在于,所述第一化成压力为y1=k1x1+c1,其中,k1<0,0≤x1≤1.25%,2≤c1≤5,x1为第一阶段变压变温化成的所述厚度增加率。
5.根据权利要求4所述的软包电池的变压变温化成方法,其特征在于,待所述第一化成压力降低至第一恒定压力时,保持所述第一恒定压力继续充电化成,待所述软包电池充电至充电率的40%~60%时或所述厚度增加率
6.根据权利要求3所述的软包电池的变压变温化成方法,其特征在于,所述第二化成压力为y2=k2x2+c2,其中,k1≤k2<0,1.25%≤x2≤5%,0≤c2≤3,x2为第二阶段变压变温化成的所述厚度增加率。
7.根据权利要求6所述的软包电池的变压变温化成方法,其特征在于,待所述第二化成压力降低至第二恒定压力时,保持所述第二恒定压力继续充电化成,待所述软包电池充电至截止电压时,完成化成,其中,所述第二恒定压力第二恒定压力p2∈(0.5,p1)。
8.根据权利要求1~7任一项所述的软包电池的变压变温化成方法,其特征在于,所述多阶段变压变温化成均在可变压变温的化成柜内进行;
9.根据权利要求1~7任一项所述的软包电池的变压变温化成方法,其特征在于,进行变压变温化成之前的所述静置包括将所述软包电池置于45~80℃下静置24~48h。
10.一种锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池的电池按照权利要求1~9任一项所述的软包电池的变压变温化成方法进行化成。