[发明专利]一种高比特性动力电池化成工艺

说明书

本发明提供了一种高比特性动力电池化成工艺，首先对电池进行约束力、约束温度、约束时间的第1次整平，随后进行常温防护性/预防性充电，牢固树立SEI膜根基；其次，电池采用一定约束力、约束温度、约束时间的第2次整平，增强电池的平整度和硬度；最后，采用低SOC化成充电，继续生长形成稳定、致密、均匀的SEI膜，完成在约束力作用下的高温老化方法。本发明能有效改善化成时电流的均匀性、温度和压力的匹配性，生成稳定的SEI膜保护层，从而极大的降低电极与电解液的直接接触，避免金属离子的溶出和电池鼓胀情况，提高电池电性能发挥、改善电池安全性能；制备出的电池避免了极片表面黑斑的形成。

技术领域

本发明涉及锂离子动力电池，具体涉及一种高比特性动力电池化成工艺。

背景技术

随着大型集装箱储能、户外柜储能、家庭储能等系列储能产品大规模发展，智能电网用产品的迅速推广，纯电动汽车的续航里程强劲增长需求，以及新能源汽车补贴政策的颁布实施，提高电池能量密度成为电池行业深入研究的迫切需求。各大电池企业都在积极开发高镍三元材料、硅基复合材料的电池以进一步提高动力电池的能量密度。相关政策都要求动力电池的产业化能量密度达到300Wh/kg以上。研究者不断尝试从电池结构、新材料等各种角度来提高锂离子电池的能量密度、电性能，其中软包三元||硅基/碳基体系的电池能量密度占据较高的优势。

化成是软包动力锂离子电池制造过程中一个非常重要的工序，直接影响生成SEI膜的质量和性能，关乎电池的寿命和电性能发挥。锂离子电池首次充放电过程中形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层，即正极表面钝化层称为CEI膜，负极表面的钝化层称为SEI膜。在电池存储及使用过程中SEI膜仍然会不断溶解和生成，特别是在化成过程中若形成的SEI膜不足够致密，稳定性相对较差时，不但影响锂离子电池的初始库伦效率、自放电、倍率性能和安全性能，而且会加剧硅碳负极在使用过程中SEI膜溶解和生成，严重影响其电化学性能，尤其是循环性能和倍率性能。此外，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，气体就会在电池内部的隔膜附近区域聚集，从而影响负极表面SEI膜形成。针对三元-碳类或硅碳/碳类复合材料或硅氧/碳类体系电池，有必要开发一种更适用的化成方法，能够形成致密、稳定的SEI膜，优化高比特性动力电池综合性能。

发明内容

本发明提出了一种高比特性动力电池化成工艺，为使SEI膜形成达到最佳，约束合适的环境温度、充电电流、环境压力等方式对锂离子电池进行化成。采用预充电前实施电芯整形技术；防护性/预防性预充电；低SOC化成充电，并约束力、约束温度、约束电压；未循环放电抽真空化成。降低了极片出现黑斑（死锂区）概率，提高锂离子电池的容量发挥；形成了稳定均匀一致的SEI膜；大大减少电池表面外观缺陷及硬度；使电池的比能量达到304Wh/kg，电池的循环寿命大于1210周，能量密度比目前报道的280Wh/kg的电池能量密度提高8%以上，具有优异的高低温性能，良好的倍率特性等综合性能。

实现本发明的技术方案是：

一种高比特性动力电池化成工艺，包括以下步骤：

步骤1：电池注液静置后第1次整平：电池采用高温-常温加压整平技术；

将电池放入约束力、约束温度的化成夹具中，电芯约束加压整形时间为0.5-2h，其中，先高温0.25h-1h后常温0.25h-1h，控制温度20℃-75℃；约束力0.7-1.6MPa/cm²。主要用于促使电池塑形化成、外观整体平整，控制电池厚度；排出正负极片与隔膜缝隙之间的气体，保证正负极片与隔膜紧密贴合，促使在一定电流下电子与离子迅速结合，使充电过程中电子均匀分布；被加热后，增加电解液的流动性，利于将富余电解液挤入气袋；