锂离子电池化成工艺及其得到的锂离子电池.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010935830.9 (22)申请日 2020.09.08 (71)申请人 湖北亿纬动力有限公司 地址 448000 湖北省荆门市荆门高新区掇 刀区荆南大道68号 (72)发明人 刘虎陈利权李倩伟何巍 (74)专利代理机构 北京品源专利代理有限公司 11332 代理人 巩克栋 (51)Int.Cl. H01M 10/44(2006.01) H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 一种锂离子电池化成工艺及其得到的锂离 子电池 (57)摘要 本发明涉及一。

2、种锂离子电池化成工艺及其 得到的锂离子电池， 锂离子电池化成工艺采用分 段负压和分段电流相结合的方式， 化成过程包括 三个阶段， 第一阶段， 负压为2060Kpa， 以 0.051C恒流充电至515SOC； 及第二阶段， 负 压为8090Kpa， 以0.10.3C恒流充电至20 30SOC， 及第三阶段， 负压为2040Kpa， 以 0.3C0.5C恒流充电至截止电压； 上述化成工艺 有利于化成过程排气， 降低失液量， 避免电芯鼓 胀， 改善化成界面； 且其操作简便、 化成时间短， 便于生产， 同时， 本发明化成工艺采用一次满充， 有利于电极与电解液界面副反应充分进行， 提高 了容量一致性及自。

3、放电筛选一致性。 权利要求书1页 说明书6页 附图1页 CN 111883866 A 2020.11.03 CN 111883866 A 1.一种锂离子电池化成工艺， 其特征在于， 所述锂离子电池化成工艺采用分段负压化 成， 其包括以下三个阶段； 其中， 第一阶段， 负压为-20-60KPa， 以0.05C-0.1C恒流充电至5-15SOC； 及 第二阶段， 负压为-80-90KPa， 以0.1C-0.3C恒流充电至20-30SOC； 及 第三阶段， 负压为-20-40KPa， 以0.3C-0.5C恒流充电至截止电压。 2.如权利要求1所述的锂离子电池化成工艺， 其特征在于， 所述分段负压化成。

4、的温度为 4050。 3.如权利要求1或2所述的锂离子电池化成工艺， 其特征在于， 进行分段负压化成前还 包括将注液后的锂离子电池进行静置。 4.如权利要求3所述的锂离子电池化成工艺， 其特征在于， 所述静置的温度为4050 。 5.如权利要求3或4所述的锂离子电池化成工艺， 其特征在于， 所述静置的压力为常压； 优选地， 所述静置的时间为12-48h。 6.如权利要求1-5任一项所述的锂离子电池化成工艺， 其特征在于， 所述锂离子电池为 高镍三元锂离子电池， 优选为高镍三元方形锂离子电池。 7.如权利要求1-6任一项所述的锂离子电池化成工艺， 其特征在于， 所述截止电压为 4.0V-4.2V。

5、。 8.如权利要求1-7任一项所述的锂离子电池化成工艺， 其特征在于， 第三阶段后还包括 将锂离子电池恒流放电至3.6V-3.75V； 优选地， 第三阶段后还包括将锂离子电池以0.3-0.5C恒流放电至3.6V-3.75V。 9.如权利要求1-8任一项所述锂离子电池化成工艺， 其特征在于， 所述锂离子电池化成 工艺包括： 静置： 将注液后的高镍三元方形锂离子电池在4050、 常压下静置12-48h； 及 分段负压化成： 所述分段负压化成包括以下三个阶段； 其中， 第一阶段， 负压为-20-60KPa， 以0.05C-0.1C恒流充电至5-15SOC； 及 第二阶段， 负压为-80-90KPa，。

6、 以0.1C-0.3C恒流充电至20-30SOC； 及 第三阶段， 负压为-20-40KPa， 以0.3C-0.5C恒流充电至截止电压； 及 恒流放电： 待第三阶段结束后， 以0.3-0.5C恒流放电至3.6V-3.75V， 完成锂离子电池的 化成工艺。 10.一种锂离子电池， 其特征在于， 所述锂离子电池采用如权利要求1-9任一项所述的 锂离子电池化成工艺得到。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111883866 A 2 一种锂离子电池化成工艺及其得到的锂离子电池 技术领域 0001 本发明属于锂离子电池领域， 涉及一种锂离子电池化成工艺及其得到的锂离子电 池。 背景技术 0002 受益于。

7、新能源汽车的快速发展， 动力电池行业迎来快速增长期。 锂离子电池因其 高能量密度、 无记忆效应、 无污染、 循环寿命长等优越特性是未来理想高能动力源。 0003 在锂离子电池生产工艺中， 化成工艺是极其重要的一步， 该步骤主要对电芯进行 首次充电过程， 使锂离子电池活化； 与此同时， 电解液溶剂和锂盐发生副反应， 会在锂离子 电池的负极形成一层固体电解质相界面(SEI)膜， 从而阻止副反应的进一步发生， 减少锂离 子电池中锂含量的损失， 对锂离子电池循环寿命、 倍率性能以及自放电性能等有着重要影 响。 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。

8、锂离子电池内部产气， 化成过程SEI膜的生成情况至关重要。 0004 目前锂离子电池化成工序存在生产周期长， 生产成本高， 化成失液量大， 注液口污 染严重， 化成过程排气不良， 正负极界面差等问题， 严重影响锂离子电池生产效率及电性 能。 0005 CN107706461A公开了一种动力锂离子电池负压化成方法， 采用负压化成方法替代 开口常压化成， 其虽然能够有利于对锂离子电池化成产气排出， 但锂离子电池在化成产气 高峰期时采用高真空状态， 容易造成电解液大量流失， 影响化成界面。 0006 CN108574115A公开了一种镍钴锰酸锂锂离子电池化成工艺， 该方法在高温高压下 进行先小电流再。

9、大电流化成， 有利于改善化成时电流密集均匀性以及化成电芯鼓胀情况， 但存在化成排气不良， 化成界面差以及高压夹具成本高、 操作复杂等缺点。 0007 CN108172919A公开了一种三元离子电池化成工艺与三元锂离子电池及其制备方 法， 该方法以四段阶梯分段充电方式完成对锂离子电池的化成， 但存在化成时间长， 过程繁 琐， 化成排气不良， 化成界面差等缺点。 0008 因此， 开发一种操作简便、 化成时间短、 失液量少、 SEI界面良好的锂离子电池化成 工艺仍具有重要意义。 发明内容 0009 本发明的目的在于提供一种锂离子电池化成工艺及其得到的锂离子电池， 所述锂 离子电池化成工艺采用分段负。

10、压和分段电流相结合的方式， 其化成过程包括三个阶段， 第 一阶段内控制负压为-20-60Kpa， 以0.05-1C进行恒流充电至5-15SOC； 及第二阶段， 负 压为-80-90Kpa， 以0.1-0.3C恒流充电至20-30SOC， 及第三阶段， 负压为-20- 40Kpa， 以0.3C-0.5C恒流充电至截止电压； 采用本发明上述化成工艺有利于化成过程排气， 降低化成失液量， 避免电芯鼓胀， 改善化成界面； 且其操作简便、 化成时间短， 便于生产， 同 时， 本发明化成工艺采用一次满充， 有利于电极与电解液界面副反应充分进行， 提高了容量 说明书 1/6 页 3 CN 111883866。

11、 A 3 一致性及自放电筛选一致性。 0010 为达到此发明目的， 本发明采用以下技术方案： 0011 第一方面， 本发明提供了一种锂离子电池化成工艺， 所述锂离子电池化成工艺采 用分段负压化成， 其包括以下三个阶段； 0012 其中， 第一阶段， 负压为-20-60KPa， 例如-25KPa、 -30KPa、 -35KPa、 -40KPa、 - 45KPa、 -50KPa或-55KPa等， 以0.05C-0.1C， 例如0.06C、 0.07C、 0.08C或0.09C等， 恒流充电至 5-15SOC， 例如6SOC、 7SOC、 8SOC、 9SOC、 10SOC、 11SOC、 12SO。

12、C、 13SOC或 14SOC等； 及 0013 第二阶段， 负压为-80-90KPa， 例如-82KPa、 -84KPa、 -86KPa或-88KPa等， 以0.1C- 0.3C， 例如0.15C、 0.2C或0.25C等， 恒流充电至20-30SOC， 例如22SOC、 25SOC或28 SOC等； 及 0014 第三阶段， 负压为-20-40KPa， 例如-25KPa、 -30KPa或-35KPa等， 以0.3C-0.5C， 例 如0.35C、 0.4C或0.45C等， 恒流充电至截止电压。 0015 传统锂离子电池化成工艺存在着化成时间长、 过程繁琐， 化成排气不良或化成界 面差等缺陷。

13、； 为了解决上述技术问题； 本发明通过研究发现， 锂离子电池的化成产气速率随 着SOC呈现规律变化， 即锂离子电池处于5SOC以下时， 化成产气速率较快， 而后至5- 15SOC时， 化成产气速率减缓， 当达到20SOC以上时， 化成产气逐渐停止， SEI膜基本形 成； 基于此， 本发明所述锂离子电池化成工艺采用分段负压及分段电流相结合的方式， 其一 方面有利于化成过程排气， 降低化成失液量， 避免电芯鼓胀， 改善化成界面； 另一方面， 操作 简单， 化成时间短， 便于生产； 同时， 采用本发明所述化成工艺， 其对高镍方形单元锂离子电 池进行一次满充， 有利于高镍正极-电解液、 负极-电解液界。

14、面副反应充分进行， 提高容量一 致性及自放电筛选一致性。 0016 本发明中， 第一阶段内， 采用负压为-20-60Kpa， 恒流充电条件为0.05-0.1C， 将 锂离子电池充电至5-15SOC； 此阶段内锂离子电池内部反应剧烈， 产气量大， 采用上述 负压有利于产气顺利排出， 同时不会导致电解液被大量抽出， 采用上述恒流充电条件有利 于电解液添加剂充分反应， 形成良好SEI膜； 二者结合有利于化成过程的排气、 降低失液量 并改善化成界面； 第二阶段内， 采用负压为-80-90Kpa， 恒流充电条件为0.1C-0.3C， 将锂 离子电池充电至20-30SOC， 此阶段内化成产气接近结束， 电。

15、池内部化学反应趋向于稳 定， 采用上述负压有利于正负极界面残留气泡顺利排出， 避免产生化成界面不良， 采用上述 恒流充电条件有利于提高化成效率； 将二者结合有利于此阶段内化成过程的排气、 降低失 液量并改善化成界面； 第三阶段内， 负压为-20-40Kpa， 恒流充电条件为0.3C-0.5C， 恒流 充电至截止电压； 此阶段内化成产气逐渐停止， SEI膜基本形成， 此阶段内电池处于高SOC态 下， 电极电化学反应活性高， 采用上述负压有利于界面副反应进一步反应完全， 形成良好化 成界面， 采用上述恒流充电条件有利于进一步提高化成生产效率； 将二者结合有利于此阶 段内化成过程的排气、 降低失液量。

16、并改善化成界面。 0017 本发明研究表明： 在化成过程中产气速率越快， 此时产气本身容易排出， 但由于此 时内部产气反应最剧烈， 负压最大反而会导致电解液大量抽出， 不利于锂离子电池化成， 因 此， 本申请控制上述负压及电流条件， 便于改善化成效果。 0018 优选地， 所述分段负压化成的温度为4050， 例如42、 45或48等。 说明书 2/6 页 4 CN 111883866 A 4 0019 优选地， 进行分段负压化成前还包括将注液后的锂离子电池进行静置。 0020 优选地， 所述静置的温度为4050， 例如42、 45或48等。 0021 优选地， 所述静置的压力为常压。 0022。

17、 本发明中在负压化成开始前， 将注液后的锂离子电池在上述温度下和压力下进行 静置， 其有利于锂离子电池电解液浸润。 0023 优选地， 所述静置的时间为12-48h， 例如16h、 20h、 24h、 28h、 32h、 36h、 40h或44h等。 0024 优选地， 所述锂离子电池为高镍三元锂离子电池， 优选为高镍三元方形锂离子电 池。 0025 本发明所述锂离子电池化成工艺适用于高镍三元锂离子电池， 尤其适用于高镍三 元方形锂离子电池， 高镍三元锂离子电池化成过程产气量随SOC的变化参见图1所示； 当锂 离子电池处于5SOC以下时， 化成产气速率较快， 而后至5-15SOC时， 化成产气。

18、速率减 缓， 当达到20SOC以上时， 化成产气逐渐停止， SEI膜基本形成。 0026 优选地， 所述截止电压为4.0-4.2V， 例如4.05V、 4.1V或4.15V等。 0027 优选地， 第三阶段后还包括将锂离子电池恒流放电至3.6V-3.75V， 例如3.65V或 3.7V等。 0028 本发明中第三阶段结束后， 将锂离子电池进行恒流放电至上述电压范围， 其有利 于后续锂离子电池高温老化过程中SEI膜重组与稳定。 0029 优选地， 第三阶段后还包括将锂离子电池以0.3-0.5C， 例如0.35C、 0.4C或0.45C 等， 恒流放电至3.6V-3.75V， 例如3.65V或3.。

19、7V等。 0030 本发明中恒流放电以0.3-0.5C进行， 其有利于锂离子首次充放电过程中界面稳 定。 0031 作为本发明优选的技术方案， 所述锂离子电池化成工艺包括： 0032 静置： 将注液后的高镍三元方形锂离子电池在4050、 常压下静置12-48h； 及 0033 分段负压化成： 所述分段负压化成包括以下三个阶段； 0034 其中， 第一阶段， 负压为-20-60KPa， 以0.05C-0.1C恒流充电至5-15SOC； 及 0035 第二阶段， 负压为-80-90KPa， 以0.1C-0.3C恒流充电至20-30SOC； 及 0036 第三阶段， 负压为-20-40KPa， 以0。

20、.3C-0.5C恒流充电至截止电压； 及 0037 恒流放电： 待第三阶段结束后， 以0.3-0.5C恒流放电至3.6V-3.75V， 完成锂离子电 池的化成工艺。 0038 本发明中锂离子电池化成工艺采用上述步骤， 其具有化成时间短、 成本低、 易于实 现、 工艺过程稳定的优点， 同时， 其有利于锂离子电池化成产气顺利排出， 避免电芯鼓胀及 化成界面不良； 且极大降低化成失液量， 避免因电解液流失导致化成界面不良、 注液口污染 等问题； 本发明中化成过程进行一次满充， 有利于高镍正极材料表面副反应充分进行， 降低 后续产气风险。 0039 本发明中完成锂离子电池化成工艺后， 将锂离子电池进行。

21、二次注液、 密封钉焊接、 分容、 自放电筛选， 补电至出货SOC态。 0040 第二方面， 本发明提供了一种锂离子电池， 所述锂离子电池采用如第一方面所述 的锂离子电池化成工艺得到。 0041 相对于现有技术， 本发明具有以下有益效果： 说明书 3/6 页 5 CN 111883866 A 5 0042 (1)本发明中锂离子电池化成工艺采用分段负压与分段电流相结合的方式， 其有 利于化成过程排气， 降低化成失液量， 避免电芯鼓胀， 改善化成界面； 0043 (2)本发明中锂离子电池化成工艺采用分段负压与分段电流相结合的方式， 其操 作简单， 化成时间短， 便于生产， 易于规模化生产过程中电芯化。

22、成工艺； 0044 (3)本发明中锂离子电池化成工艺采用一次满充， 其有利于高镍正极-电解液、 负 极-电解液界面副反应充分进行， 降低后续产气风险， 有利于提高容量一致性及自放电筛选 一致性。 附图说明 0045 图1是本发明实施例1中高镍三元锂离子电池化成产气曲线。 具体实施方式 0046 下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。 本领域技术人员应该明 了， 所述实施例仅仅是帮助理解本发明， 不应视为对本发明的具体限制。 0047 实施例1 0048 本实施例中锂离子电池采用高镍三元材料小软包电池； 其化成产气量随SOC的变 化曲线如图1所示； 化成产气曲线的测试方法为： 排水法。

23、； 由图1可以看出， 化成产气分为以 下三个阶段： 0049 其中， 第一阶段： 电池处于5SOC以下时， 化成产气速率较快； 0050 第二阶段， 电池处于5-15SOC时， 化成产气速率减缓； 0051 第三阶段， 电池达到20SOC以上时， 化成产气逐渐停止， SEI膜基本形成。 0052 本实施例中化成工艺包括： 0053 静置： 将注液后的高镍三元材料小软包电池在45、 常压下静置24h； 及 0054 分段负压化成： 所述分段负压化成包括以下三个阶段； 0055 其中， 第一阶段， 负压为-40KPa， 以0.08C恒流充电至8SOC； 及 0056 第二阶段， 负压为-85KPa。

24、， 以0.2C恒流充电至25SOC； 及 0057 第三阶段， 负压为-30KPa， 以0.4C恒流充电至截止电压4.2V； 及 0058 恒流放电： 待第三阶段结束后， 以0.4C恒流放电至3.7V， 完成锂离子电池的化成工 艺； 0059 后续将完成化成的锂离子电池进行二次注液、 密封钉焊接、 分容、 自放电筛选， 补 电。 0060 实施例2 0061 本实施例与实施例1的区别在于， 第一阶段， 负压为-60KPa， 以0.1C恒流充电至 15SOC； 及 0062 第二阶段， 负压为-80KPa， 以0.12C恒流充电至20SOC； 及 0063 第三阶段， 负压为-40KPa， 以0。

25、.32C恒流充电至截止电压4.2V； 0064 其他参数和条件与实施例1中完全相同。 0065 实施例3 0066 本实施例与实施例1的区别在于， 第一阶段， 负压为-20KPa， 以0.05C恒流充电至 说明书 4/6 页 6 CN 111883866 A 6 5SOC； 及 0067 第二阶段， 负压为-90KPa， 以0.3C恒流充电至30SOC； 及 0068 第三阶段， 负压为-20KPa， 以0.5C恒流充电至截止电压4.2V； 0069 其他参数和条件与实施例1中完全相同。 0070 实施例4 0071 本实施例与实施例1的区别在于， 恒流放电的条件为0.5C， 其他参数和条件与。

26、实施 例1中完全相同。 0072 对比例1 0073 本对比例与实施例1的区别在于， 化成工艺包括将静置后的电池在负压为-85KPa， 以0.2C恒流充电至截止电压， 之后进行恒流放电， 其他参数和条件与实施例1中完全相同。 0074 对比例2 0075 本对比例与实施例1的区别在于， 化成工艺包括将静置后的电池在负压-30KPa， 以 0.4C恒流充电至截止电压， 之后进行恒流放电， 其他参数和条件与实施例1中完全相同。 0076 对比例3 0077 本对比例与实施例1的区别在于， 化成工艺包括： 第一阶段， 负压为-40KPa， 以 0.08C恒流充电至8SOC； 第二阶段， 负压为-85。

27、KPa， 以0.2C恒流充电至25SOC； 无后续满 充及放电过程； 其他参数和条件与实施例1中完全相同。 0078 对实施例和对比例中分容得到的方形锂离子电池化成失液量、 首效(首次放电容 量/首次充电容量)进行统计、 循环性能进行测试测； 0079 循环性能测试的条件为静置30min； 0.5C恒流恒压充电至4.2V， 截止电流0.05C； 静 置30min； 0.5C恒流放电至2.8V； 循环测试： 1000周； 结束； 0080 DCIR测试方法为静置30min； 0.5C恒流恒压充电至4.2V， 截止电流0.05C； 静置 30min； 0.5C恒流放电至2.8V； 循环次数： 5周。

28、； 静置30min； 0.5C恒流恒压充电至4.2V， 截止电 流0.05C； 0.5C恒流放电60min； 静置60min； 1C恒流放电30s； 结束。 0081 测试结果如表1所示； 0082 表1 说明书 5/6 页 7 CN 111883866 A 7 0083 0084 0085 由上表1可以看出， 采用本发明所述化成工艺， 其有利于化成过程排气， 降低了化 成失液量， 降低了化成成本； 且锂离子电池DCIR低， 首效高， 化成界面好， 电池的容量一致性 好， 循环性能优异； 而对比例1中存在失液量大、 首效低、 DCIR高、 循环性能差的问题， 对比例 2中虽然化成失液量低， 但。

29、存在化成排气不良， 界面不良， 引起首效低， DCIR高， 循环性能差 的问题， 对比例3中虽然化成失液量低， 首效高， DCIR低， 但由于无一次满充， 高SOC态下界面 反应不充分， 导致长期循环后界面不良， 循环性能下降。 0086 申请人声明， 以上所述仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局 限于此， 所属技术领域的技术人员应该明了， 任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭 露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换， 均落在本发明的保护范围和公开范围之内。 说明书 6/6 页 8 CN 111883866 A 8 图1 说明书附图 1/1 页 9 CN 111883866 A 9 。