[发明专利]预锂化电池的化成方法、锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种预锂化电池的化成方法、锂离子电池及其制备方法，该预锂化电池设置有负极预锂化层，化成方法包括以下步骤：将装配有预锂电芯的预锂化电池抽真空，分次注入电解液；预封边，在温度为‑20℃～15℃的环境中加压静置，压力为0.01～5Kgf/cm²；在温度为15℃～35℃的环境下，以0.01～0.1C的电流，充电至5～30％SOC，充电结束后，将电芯放电至4％～6％SOC；在温度为15℃～35℃的环境下，采用分段电流进行充电，且电流从小到大，充至100％SOC。该预锂化电池的化成方法操作简便，能够形成稳定的SEI膜，进而可以提升锂离子电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及预锂化电池的化成方法、锂离子电池及其制备方法。

背景技术

随着锂离子电池的广泛使用，电化学储能对锂离子电池成本、能量密度、循环寿命以及安全性提出更高要求。在锂离子电池生产流程中，电芯制备完成后需要经过注液、化成和老化的连续工序，注液、化成/老化工序是长时间、高成本的过程，该工序对锂离子电池的性能和服务寿命具有重要的影响。其中，很重要的一个因素为电极润湿过程，充分且均衡的电芯润湿在化成/老化过程显得尤为重要。电解液充分浸润电极后，电极/电解液界面SEI膜在化成阶段形成并在老化阶段进一步化学重排调整。在此过程中，温度、外部机械压力、充放电电流、充放电电压、荷电态、电解液组成与性质、电池化学特性等多种技术参数影响电池的化成效果，造成电池化成时间长短和性能优劣的差异，直接决定了电池的生产成本。

化成是电池完成注液后对电芯进行首次充电，激活电池中的活性物质，使锂离子电池活化。在化成过程中，随着锂离子在负极的嵌入，电解液成分在负极发生还原反应形成一层稳定的固体电解质界面膜(SEI膜)，以防止后续循环过程中电解液和锂离子的不可逆消耗，因此该技术对电池性能的意义非同寻常，化成的效果直接影响锂离子电池的后续性能表现，包括存储性能、循环寿命、倍率性能和安全性等。一个完整的化成工艺需要进行多个充放电循环，研究显示，在首个充放电循环中，锂离子电池有初始容量的10％～20％是作为不可逆容量损失来形成SEI膜的，后续的循环中继续形成少量的SEI膜。由于化成过程中来自正极的锂离子被消耗，无法成为能为电芯提供有效容量的活性锂，各种补锂技术得到了重视。现有使用金属锂的补锂方法都没有考虑精准的使用金属锂补充锂离子，而直接将金属锂附在负极片上，等待氧化成锂离子，这样会造成很多的死锂，效果跟锂枝晶相当，甚至会造成安全隐患。尤其随着人们对电池能量密度要求越来越高，高镍三元正极材料及硅负极大规模使用，会进一步加剧锂离子电池内部产气，化成过程SEI膜的生成情况至关重要。

常规的化成工艺是将注液预封口后的电池静置一段时间后进行充放电，形成SEI膜，再静置一段时间，实现SEI膜的稳定化。不同的化成工艺，形成的SEI膜形态有差别。为了获得均匀性及稳定性较好的SEI膜，传统的化成工艺是采用小电流的化成工艺，此种化成工艺有助于稳定的SEI膜形成，但是工艺会导致形成的SEI膜阻抗增大，从而导致电池的循环、倍率性能不佳；而另一种方式就是高温大电流化成方式，但高温下电解液溶剂或添加剂不稳定，也会影响电解液在负极的成膜，进而导致锂离子电池的电化学性能降低。

因此，急需开发一种操作简便、SEI界面良好的预锂化电池的化成方法，以提高锂离子电池的循环性能。

发明内容

基于此，有必要提供一种操作简便，能够形成稳定的SEI膜，进而可以提升锂离子电池的循环性能的预锂化电池的化成方法、锂离子电池及其制备方法。

一种预锂化电池的化成方法，所述预锂化电池设置有负极预锂化层，所述化成方法包括以下步骤：

(1)将装配有预锂电芯的所述预锂化电池抽真空，分次注入电解液；

(2)预封边后，在温度为-20℃～15℃的真空环境中加压静置，压力为0.01～5Kgf/cm²；