[发明专利]一种锂离子电池的化成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池生产领域，尤其涉及一种锂离子电池的化成方法。

背景技术

随着传统能源的日益枯竭以及环境污染的不断加剧，绿色环保的锂离子电池得到了人们的极大青睐，其在3C、交通、储能、航空航天等领域获得了广泛的推广应用，尤其以高能量密度锂离子电池的需求最为迫切。锂离子电池的容量发挥除与材料自身的电化学储能属性有关外，在化成阶段的工艺控制也对其容量的发挥起着相当重要的作用，并且对其后期的循环性能、倍率性能等也产生不可忽略的影响。

锂离子电池的化成即首次充电过程中，伴随着电池电压的不断升高，驻留在负极片表面处的微量水、电解液中的痕量水以及氟化氢会在负极发生电化学还原反应，产生氢气，随着电压的继续升高，电解液有机溶剂如EC、PC、DMC等也会在负极处得到电子发生电化学还原反应，产生烷烃、烯烃类等各种气体，为保证电芯内部气压与外界环境的平衡，目前行业内大多采取开口化成工艺，为了防止外界环境中的水分对电池电化学性能的不利影响，通常在化成过程中对电池注液口进行贴膜处理，采取这种做法虽然一定程度上抑制了水分的进入，但是化成过程中产生的气体由于得不到充分的排出而聚集在电池内部，尤其以SEI膜形成阶段电解液溶剂的还原反应产气量最大，当该部分气体的排出速率小于产气速率时，则电池内部的气体就会越积越多，此时电池的负极界面处由电极材料/电解液的固液两相区变为电极材料/气体/电解液的固液气三相区，这种电极界面状态对电池的化成极为不利，具体表现在以下方面：

首先，由正极活性材料脱嵌出来经由电解液并穿过隔膜游离过来的锂离子由于受到气体的阻碍作用而不能嵌入到负极石墨中去，其会与电解液溶剂的电化学还原反应产生的自由基进行各种复杂的链式反应生成有机锂盐，当气泡消失后，这部分锂盐就会沉积在负极表面处形成白斑，其具有电化学惰性，即当对电池进行放电时白斑内的锂离子不会再回迁入正极活性材料中，此时电池的放电容量就会变少，此外沉积在负极表面的白斑导锂性能较差，使得电池的倍率、循环性能欠佳。

其次，本应嵌入到负极石墨中发生电化学反应的锂离子由于气体的阻碍使得负极产生了浓差极化，负极电位迅速下降，此时由无气体阻隔区域游离过来的锂离子会在负极发生电化学还原反应生成金属锂，金属锂的集聚产生了锂枝晶，存在刺穿隔膜的安全隐患；同时负极表面生成的SEI膜不够均匀致密。

最后，随着化成深度的不断加深，负极电位越来越低，同时生成大量高还原活性的LiC₆，LiC₆会与化成过程中产生的气体发生化学反应而被部分消耗，使得电池的容量受到损失。

此外，化成过程中产生的气体带走了大量的电解液，外溢的电解液会腐蚀电池壳体及化成柜，影响电池外观，缩短化成柜的使用周期。最重要的是电解液的溢出使得电池内实际存留注液量小于工艺值，电池性能将受到不利影响。

中国专利申请号CN103094621A公开了一种锂离子电池的化成方法，如：控制电池内部压强在0.15MPa～2.0MPa，采用0.03C～0.1C的电流对其充入电池设计容量的30％-40％，然后控制电池内压在-0.01～-0.1MPa，采用0.1C～0.5C电流充电，充入电量为设计容量的20％-30％，采取在化成初期使用正压化成，化成后期采用负压化成的方法对电池进行激活，但是这种在化成初期采取正压的方法会使得电池内部极片与极片之间、极片与隔膜之间充斥着大量气体，无法使它们之间保持最紧密状态，扩大了锂离子的扩散距离，增大其浓差极化的同时由于气体的阻隔作用在负极表面形成了大量的电化学惰性白斑，影响了后期电池的电化学性能。中国专利申请号CN101908647A公开了一种按照电池设计容量的10％先进行常压化成，再按照设计容量的60％进行负压化成的锂离子电池化成方法，这种方法还是不能有效地降低负极表面处的白斑，由于当充入容量为2％～3％SOC时，电池电压已达到2.5V，此时电解液中的EC开始在碳负极表面发生还原分解，充入容量为5％SOC左右时，电压达到3.0V，此时DMC、DEC开始在负极还原分解，有机溶剂的电化学还原反应产生了大量的气体，气体的不及时排出不仅阻碍了锂离子很好地嵌入到石墨中去造成了极化，产生析锂的风险，而且形成的白斑状物质浪费了电池中有限的锂离子，对电池的电性能产生了不利影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种锂离子电池的化成方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种锂离子电池的化成方法，包括以下步骤：