专利名称：一种锂离子二次电池的首次充电化成方法
技术领域：
本发明属于锂离子二次电池技术领域，尤其涉及一种锂离子二次电池的首次充电化成方法。
背景技术：
目前，锂离子二次电池的首次充电化成方法是以一定的电流恒流对电池进行充电至3.4V 3.9V，然后对电池进行抽真空封口，封口后再老化24h 168h，最后恒流充电至
4.2V。这种方法的弊端在于:形成固体电解质界面膜(SEI膜)的过程中，会伴随一定的副反应发生，产生有害气体。有害气体不能在形成固体电解质界面膜的过程中及时排出，而是存在于极片和隔膜之间，当电压到达3.4V 3.9V后在低压环境内贮存时气体才能逸出。因此在抽真空之前有害气体以杂质的方式存在于电池的内部，影响电池的尺寸、内阻和倍率等，甚至会继续干扰、破坏电池的充放电反应。经封口老化的3.4V 3.9V的电池以恒流(分为大电流(倍率为0.5C 2C)和小电流(倍率为0.1C 0.5C)两种方式)的方式进行充电至
4.2V。这种充电方式的弊端在于:小电流充电会延长电池的生产周期，大电流充电尤其是高电压段时的大电流充电则会造成负极析锂，进而影响电池的容量、寿命和安全等各种性能。因此单纯的采用小电流或大电流都存在明显的不足。有鉴于此，确有必要提供一种锂离子二次电池的首次充电化成方法，该方法通过改进锂离子二次电池的首次充电化成的工艺和参数等，有效地克服了现有技术中的首次充电化成方法导致的有害气体产生后残留在锂离子二次电池内部的问题，更好的保证Li+的迁移，使形成的SEI膜更加均一、稳定和致密，从而保证锂离子二次电池的容量、寿命、内阻、倍率和安全等性能，提高产品的质量。此外，采用本发明还能缩短电池的生产周期。
发明内容
本发明的目的在于:针对现有技术的不足，而提供一种锂离子二次电池的首次充电化成方法，该方法通过改进锂离子二次电池的首次充电化成的工艺和参数等，有效地克服了现有技术中的首次充电化成方法导致的有害气体产生后残留在锂离子二次电池内部的问题，更好的保证Li+的迁移，使形成的SEI膜更加均一、稳定和致密，从而保证锂离子二次电池的容量、寿命、内阻、倍率和安全等性能，提高产品的质量。此外，采用本发明还能缩短电池的生产周期。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案，一种锂离子二次电池的首次充电化成方法，包括以下步骤:第一步，将已注有电解液的锂离子二次电池在温度为20°C 70°C和相对湿度小于或等于10%的环境下陈化处理2 96h，然后在负压状态下逐步增加充电电流对电池进行分段充电化成，当电压到达3.6V时，对电池进行封口。第二步，对封口后的电池进行2h 480h的老化处理，然后先以0.5C IC的倍率恒流充电至3.8 4.0V,再以0.2C 0.5C的倍率恒流充电至4.2V，最后在4.2V下恒压充电，充电截止电流为IOmA 200mA。
作为本发明锂离子二次电池的首次充电化成方法的一种改进，所述负压为-0.0lMPa -0.099MPa。作为本发明锂离子二次电池的首次充电化成方法的一种改进，所述负压为-0.085MPa -0.092MPa。作为本发明锂离子二次电池的首次充电化成方法的一种改进，第一步所述充电化成为先以0.0lC 0.03C的倍率恒流充电至2.5V，再以0.05C 0.1C的倍率恒流充电至
3.2V，然后以0.1C 0.2C的倍率恒流充电至3.6V。作为本发明锂离子二次电池的首次充电化成方法的一种改进，第一步所述充电化成为先以0.0lC的倍率恒流充电至2.5V，再以0.05C的倍率恒流充电至3.2V，然后以0.1C的倍率恒流充电至3.6V。作为本发明锂离子二次电池的首次充电化成方法的一种改进，所述陈化处理的温度为20°C 40°C，这是较佳的选择。作为本发明锂离子二次电池的首次充电化成方法的一种改进，所述陈化处理的持续时间为12h 24h，这是较佳的选择。作为本发明锂离子二次电池的首次充电化成方法的一种改进，所述老化处理的持续时间为24h 72h，这是较佳的选择。作为本发明锂离子二次电池的首次充电化成方法的一种改进，所述老化处理的温度为10°C 70°C。作为本发明锂离子二次电池的首次充电化成方法的一种改进，第二步老化处理后，先以0.5C的倍率恒流充电至4.0V，再以0.2C的倍率恒流充电至4.2V，最后在4.2V下恒压充电，充电截止电流为IOmA 200mA。相对于现有技术，首先，本发明采用分段充电化成的方法先将电池充电至3.6V，可以将在形成固体电解质界面膜(SEI膜)的过程中产生的有害气体及时排出，更好的保证Li+的迁移，使形成的SEI膜更加均一、稳定和致密，从而有效地避免有害气体对电池的尺寸、内阻和倍率及充放电反应造成的不良影响，提高其循环性能和大倍率放电性能。其次，在电池老化后，先以大电流充电、再以小电流充电，充分结合了大电流充电和小电流充电的优点，避开了二者的缺点，不仅可以缩短电池的生产周期，也可以避免负极析锂问题的发生，从而保证电池的循环寿命和安全性能等各种性能。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明及其有益效果进行详细的说明，但是本发明的具体实施方式
并不仅限于此。实施例1，本实施例提供的一种锂离子二次电池的首次充电化成方法，包括以下步骤:第一步，将已注有电解液的锂离子二次电池在温度为20°C和相对湿度小于或等于10%的环境下陈化处理12h，然后在-0.085MPa的负压状态下，先以0.0lC的倍率恒流充电至
2.5V，再以0.05C的倍率恒流充电至3.2V，然后以0.1C的倍率恒流充电至3.6V，当电压到达3.6V时，对电池进行封口。第二步，对封口后的电池在50°C下进行24h的老化处理，然后先以0.5C的倍率恒流充电至4.0V,再以0.2C的倍率恒流充电至4.2V，最后在4.2V下恒压充电，充电截止电流为 100mA。实施例2，本实施例提供的一种锂离子二次电池的首次充电化成方法，包括以下步骤:第一步，将已注有电解液的锂离子二次电池在温度为70°C和相对湿度小于或等于10%的环境下陈化处理24h，然后在-0.092MPa的负压状态下，先以0.02C的倍率恒流充电至2.5V，再以0.07C的倍率恒流充电至3.2V，然后以0.15C的倍率恒流充电至3.6V，当电压到达3.6V时，对电池进行封口。第二步，对封口后的电池在70°C下进行72h的老化处理，然后先以0.7C的倍率恒流充电至3.9V，再以0.3C的倍率恒流充电至4.2V，最后在4.2V下恒压充电，充电截止电流为 10mA。实施例3，本实施例提供的一种锂离子二次电池的首次充电化成方法，包括以下步骤:第一步，将已注有电解液的锂离子二次电池在温度为50°C和相对湿度小于或等于3%的环境下陈化处理18h，然后在-0.090MPa的负压状态下，先以0.03C的倍率恒流充电至
2.5V，再以0.1C的倍率恒流充电至3.2V，然后以0.2C的倍率恒流充电至3.6V，当电压到达
3.6V时，对电池进行封口。第二步，对封口后的电池在10°C下进行48h的老化处理，然后先以IC的倍率恒流充电至3.8V，再以0.5C的倍率恒流充电至4.2V，最后在4.2V下恒压充电，充电截止电流为200mAo实施例4，本实施例提供的一种锂离子二次电池的首次充电化成方法，包括以下步骤:第一步，将已注有电解液的锂离子二次电池在温度为70°C和相对湿度小于或等于10%的环境下陈化处理96h，然后在-0.099MPa的负压状态下，先以0.03C的倍率恒流充电至
2.5V，再以0.1C的倍率恒流充电至3.2V，然后以0.2C的倍率恒流充电至3.6V，当电压到达
3.6V时，对电池进行封口。第二步，对封口后的电池在30°C下进行480h的老化处理，然后先以IC的倍率恒流充电至3.8V，再以0.5C的倍率恒流充电至4.2V，最后在4.2V下恒压充电，充电截止电流为150mAo实施例5，本实施例提供的一种锂离子二次电池的首次充电化成方法，包括以下步骤:第一步，将已注有电解液的锂离子二次电池在温度为30°C和相对湿度小于或等于7%的环境下陈化处理2h，然后在-0.0lMPa的负压状态下，先以0.0lC的倍率恒流充电至2.5V,再以0.05C的倍率恒流充电至3.2V，然后以0.1C的倍率恒流充电至3.6V，当电压到达3.6V时，对电池进行封口。第二步，对封口后的电池在20°C下进行2h的老化处理，然后先以0.5C的倍率恒流充电至4.0V,再以0.2C的倍率恒流充电至4.2V，最后在4.2V下恒压充电，充电截止电流为50mAo实施例6，本实施例提供的一种锂离子二次电池的首次充电化成方法，包括以下步骤:第一步，将已注有电解液的锂离子二次电池在温度为55°C和相对湿度小于或等于5%的环境下陈化处理48h，然后在-0.05MPa的负压状态下，先以0.02C的倍率恒流充电至2.5V,再以0.07C的倍率恒流充电至3.2V，然后以0.13C的倍率恒流充电至3.6V，当电压到达
3.6V时，对电池进行封口。第二步，对封口后的电池在60°C下进行128h的老化处理，然后先以0.5C的倍率恒流充电至4.0V,再以0.2C的倍率恒流充电至4.2V，最后在4.2V下恒压充电，充电截止电流为 30mA。实施例7，本实施例提供的一种锂离子二次电池的首次充电化成方法，包括以下步骤:第一步，将已注有电解液的锂离子二次电池在温度为40°C和相对湿度小于或等于8%的环境下陈化处理8h，然后在-0.07MPa的负压状态下，先以0.02C的倍率恒流充电至2.5V,再以0.07C的倍率恒流充电至3.2V，然后以0.13C的倍率恒流充电至3.6V，当电压到达
3.6V时，对电池进行封口。第二步，对封口后的电池在60°C下进行IOh的老化处理，然后先以0.5C的倍率恒流充电至4.0V,再以0.2C的倍率恒流充电至4.2V，最后在4.2V下恒压充电，充电截止电流为 180mA。对比例1，本对比例提供的一种锂离子二次电池的首次充电化成方法为:先以
0.1C的倍率恒流对电池进行充电至3.8V，然后对电池进行抽真空封口，封口后再老化48h，最后以1.5C的倍率恒流充电至4.2V。对比例2，本对比例提供的一种锂离子二次电池的首次充电化成方法为:先以
0.1C的倍率恒流对电池进行充电至3.7V，然后对电池进行抽真空封口，封口后再老化48h，最后以0.2C的倍率恒流充电至4.2V。对采用实施例1至7及对比例I和2的方法充电化成后的锂离子二次电池(分别编号为S1-S7和D1，D2)进行如下测试:(1)循环性能测试:在45°C下，以0.7C的充电倍率和IC的放电倍率对电池进行300次充放电循环，然后计算其容量保持率Cl，所得结果见表
1(2)内阻测试:采用电池内阻测试仪对编号为S1-S7和Dl，D2的锂离子二次电池进行直流内阻测试，所得结果见表I。(3)大倍率放电性能测试:将编号为S1-S7和D1，D2分别以2C的充电倍率恒流充电至4.2V，再以0.5C恒压充电，然后以IC的放电倍率放电至3.0V，反复100次这样的充放电循环，测定第一次循环时的放电容量和第100次循环时的放电容量，求出循环后的容量保持率C2，所得结果见表I。(4)极片析锂测试:拆解经过循环性能测试的各电池，观察各电池的负极片上是否发生了析锂，所得结果见表I。由表I可以看出，采用本发明的方法对锂离子二次电池进行充电化成后，不仅能够有效地改善锂离子二次电池的循环性能，降低其内阻，而且还能改善电池的大倍率放电性能。此外，采用本发明的方法还能防止负极片上析锂现象的发生，从而提高电池的安全性能，而且与老化后采用小电流充电的对比例2相比，本发明还能缩短电池的生产周期。这是因为本发明采用分段充电化成的方法先将电池充电至3.6V，可以将在形成固体电解质界面膜(SEI膜)的过程中产生的有害气体及时排出，更好的保证Li+的迁移，使形成的SEI膜更加均一、稳定和致密，从而有效地避免有害气体对电池的尺寸、内阻和倍率及充放电反应造成的不良影响，提高其循环性能和大倍率放电性能。而且，本发明在电池老化后，先以大电流充电、再以小电流充电，充分结合了大电流充电和小电流充电的优点，避开了二者的缺点，不仅可以缩短电池的生产周期，也可以避免负极析锂问题的发生，从而保证电池的循环寿命和安全性能等各种性能。
表1:编号为S1-S7和Dl，D2的电池的循环性能测试、内阻测试、大倍率放电性能测试以及极片析锂情况测试的结果。
权利要求
1.一种锂离子二次电池的首次充电化成方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步，将已注有电解液的锂离子二次电池在温度为20°C 70°C和相对湿度小于或等于10%的环境下陈化处理2 96h，然后在负压状态下逐步增加充电电流对电池进行分段充电化成，当电压到达3.6V时，对电池进行封口 ； 第二步，对封口后的电池进行2h 480h的老化处理，然后先以0.5C IC的倍率恒流充电至3.8 4.0V，再以0.2C 0.5C的倍率恒流充电至4.2V，最后在4.2V下恒压充电，充电截止电流为IOmA 200mA。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的首次充电化成方法，其特征在于:所述负压为-0.0lMPa -0.099MPa。
3.根据权利要求2所述的锂离子二次电池的首次充电化成方法，其特征在于:所述负压为-0.085MPa -0.092MPa。
4.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的首次充电化成方法，其特征在于:第一步所述充电化成为先以0.0lC 0.03C的倍率恒流充电至2.5V，再以0.05C 0.1C的倍率恒流充电至3.2V，然后以0.1C 0.2C的倍率恒流充电至3.6V。
5.根据权利要求4所述的锂离子二次电池的首次充电化成方法，其特征在于:第一步所述充电化成为先以0.0lC的倍率恒流充电至2.5V，再以0.05C的倍率恒流充电至3.2V，然后以0.1C的倍率恒流充电至3.6V。
6.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的首次充电化成方法，其特征在于:所述陈化处理的温度为20°C 40°C。
7.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的首次充电化成方法，其特征在于:所述陈化处理的持续时间为12h 24h。
8.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的首次充电化成方法，其特征在于:所述老化处理的持续时间为24h 72h。
9.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的首次充电化成方法，其特征在于:所述老化处理的温度为10°C 70°C。
10.根据权利要求1所述的锂离子二次电池的首次充电化成方法，其特征在于:第二步老化处理后，先以0.5C的倍率恒流充电至4.0V，再以0.2C的倍率恒流充电至4.2V，最后在.4.2V下恒压充电，充电截止电流为IOmA 200mA。
全文摘要
本发明属于锂离子二次电池技术领域，尤其涉及一种锂离子二次电池的首次充电化成方法，包括以下步骤将已注有电解液的锂离子二次电池进行陈化处理，然后在负压状态下逐步增加充电电流对电池进行分段充电化成，当电压到达3.6V时，对电池进行封口；对电池进行老化处理，然后先以0.5C～1C的倍率恒流充电至3.8～4.0V，再以0.2C～0.5C的倍率恒流充电至4.2V，最后在4.2V下恒压充电。相对于现有技术，本发明采用分段充电化成的方法先将电池充电至3.6V，可以将在形成SEI膜的过程中产生的有害气体及时排出，更好的保证Li+的迁移，使形成的SEI膜更加均一、稳定和致密，从而提高其循环性能和大倍率放电性能。
文档编号H01M10/44GK103151565SQ20131008975
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月20日 优先权日2013年3月20日
发明者洪良仕, 熊军, 陈威 申请人:东莞市力嘉电池有限公司