磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的化成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池化成方法，包括以下步驟：S1，對(duì)動(dòng)力電池注入電解液并靜置預(yù)設(shè)時(shí)間；S2，對(duì)動(dòng)力電池的電芯以第一預(yù)設(shè)電流恒流充電至預(yù)設(shè)荷電狀態(tài)，然后恒流放電至第一預(yù)設(shè)電壓；S3，對(duì)動(dòng)力電池的電芯以第二預(yù)設(shè)電流恒流充電至第二預(yù)設(shè)電壓，然后恒流放電至第一預(yù)設(shè)電壓，第二預(yù)設(shè)電流大于第一預(yù)設(shè)電流且第二預(yù)設(shè)電壓大于第一預(yù)設(shè)電壓；S4，對(duì)動(dòng)力電池的電芯以第三預(yù)設(shè)電流恒流充電至第三預(yù)設(shè)電壓，然后恒流放電至第一預(yù)設(shè)電壓，第三預(yù)設(shè)電流大于第一預(yù)設(shè)電流且第三預(yù)設(shè)電壓大于第一預(yù)設(shè)電壓；以及S5，重復(fù)執(zhí)行步驟S4預(yù)設(shè)次數(shù)。本發(fā)明提供的化成方法，SEI膜穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性更好，且安全性能好。
【專利說(shuō)明】磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的化成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的化成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池制造后，通過(guò)一定的充放電方式將其內(nèi)部正負(fù)極物質(zhì)激活，改善電池的充放電性能及自放電、儲(chǔ)存等綜合性能的過(guò)程，稱為化成。鋰電池的化成是電池的初始化，可使電池的活性物質(zhì)激活，該過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，同時(shí)也是影響電池性能非常重要的一道工序。在鋰電池首次充電時(shí)，鋰離子不可避免地要與電解液中的有機(jī)溶劑發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)在負(fù)極與電解液的相界面上形成覆蓋在負(fù)極表面的鈍化薄層，稱之為SEI (Solid Electrolyte Interface,固體電解質(zhì)界面膜)膜。SEI膜的形成一方面消耗了電池中有限的鋰離子，另一方面也增加了電極/電解液界面的電阻造成一定的電壓滯后。當(dāng)電極表面完全被SEI膜覆蓋后，不可逆反應(yīng)即停止，一旦形成穩(wěn)定的SEI膜，充放電過(guò)程可多次循環(huán)進(jìn)行。SEI膜形成的質(zhì)量、穩(wěn)定性、界面的優(yōu)化是決定電池壽命不可忽視的重要因素。因而鋰離子電池的化成階段是關(guān)系電池容量、自放電性能、循環(huán)性能和安全性能的關(guān)鍵步驟。
[0003]目前磷酸鐵鋰電池采用的化成方法是傳統(tǒng)的小電流預(yù)充方式，該方法雖然有助于穩(wěn)定的SEI膜的形成，但是長(zhǎng)時(shí)間的小電流充電會(huì)導(dǎo)致形成的SEI膜阻抗增大，從而影響電池的倍率性能，同時(shí)充電上限電壓設(shè)置不合理會(huì)造成材料結(jié)構(gòu)的破壞和副反應(yīng)的不完全，影響電池的自放電性和循環(huán)性能，造成電池一致性很差，電池的安全也存在隱患。對(duì)于電動(dòng)汽車用磷酸鐵鋰動(dòng)力電池來(lái)說(shuō)，電池的一致性和循環(huán)性能的好壞與整車性能密切相關(guān)，現(xiàn)有化成方法不能很好地適用于動(dòng)力電池領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)一種穩(wěn)定可靠的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池化成方法成為動(dòng)力電池制造業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池化成方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池化成方法，包括以下步驟:
[0006]SI，對(duì)動(dòng)力電池注入電解液，并靜置預(yù)設(shè)時(shí)間；
[0007]S2，對(duì)所述動(dòng)力電池的電芯以第一預(yù)設(shè)電流恒流充電至預(yù)設(shè)荷電狀態(tài)，并在達(dá)到所述預(yù)設(shè)荷電狀態(tài)后恒流放電至第一預(yù)設(shè)電壓；
[0008]S3，對(duì)所述動(dòng)力電池的電芯以第二預(yù)設(shè)電流恒流充電至第二預(yù)設(shè)電壓，并在達(dá)到所述第二預(yù)設(shè)電壓后恒流放電至第一預(yù)設(shè)電壓，所述第二預(yù)設(shè)電流大于所述第一預(yù)設(shè)電流且所述第二預(yù)設(shè)電壓大于所述第一預(yù)設(shè)電壓；
[0009]S4，對(duì)所述動(dòng)力電池的電芯以第三預(yù)設(shè)電流恒流充電至第三預(yù)設(shè)電壓，并在達(dá)到所述第三預(yù)設(shè)電壓后恒流放電至第一預(yù)設(shè)電壓，第三預(yù)設(shè)電流大于所述第一預(yù)設(shè)電流且第三預(yù)設(shè)電壓大于所述第一預(yù)設(shè)電壓；以及[0010]S5，重復(fù)執(zhí)行步驟S4預(yù)設(shè)次數(shù)。
[0011]本發(fā)明提供的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的化成方法，電池注液后靜置是使電解液充分浸潤(rùn)，使電芯對(duì)電解液的吸收更完全。以較小的第一預(yù)設(shè)電流充電至預(yù)設(shè)荷電狀態(tài)，小電流充電形成的SEI膜質(zhì)量和界面狀況更好，同時(shí)對(duì)充電時(shí)間的限制能抑制SEI膜阻抗的增大，防止鋰枝晶的生成。以較大的第二預(yù)設(shè)電流充電至第二預(yù)設(shè)電壓可以使負(fù)極活性物質(zhì)完全被激活，副反應(yīng)完全發(fā)生，減少化成的時(shí)間，提高電池的可用容量。最后以第三預(yù)設(shè)電流充電至第三預(yù)設(shè)電壓可以使SEI膜進(jìn)一步趨于穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性更好，循環(huán)該步驟可以進(jìn)一步穩(wěn)定SEI膜，提高電池的循環(huán)性能，增加電池的安全性能。
[0012]另外，根據(jù)本發(fā)明的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池化成方法還具有如下附加技術(shù)特征:
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟SI中的預(yù)設(shè)時(shí)間為12~24小時(shí)。
[0014]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟S2中的第一預(yù)設(shè)電流為0.0f0.1C，所述步驟S3中的第二預(yù)設(shè)電流為0.05、.2C，所述步驟S4中的第三預(yù)設(shè)電流為0.05、.1C。
[0015]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述步驟S2中的預(yù)設(shè)荷電狀態(tài)為509T70%S0C，所述步驟S2中的第一預(yù)設(shè)電壓為2.3^2.5V。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第二預(yù)設(shè)電壓大于所述第三預(yù)設(shè)電壓。
[0017]其中，所述步驟S3中的第二預(yù)設(shè)電壓為3.7^3.9V，所述步驟S4中的第三預(yù)設(shè)電壓為 3.6~3.65V。
[0018]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)次數(shù)根據(jù)所述動(dòng)力電池上形成的固體電解質(zhì)界面膜SEI膜的穩(wěn)定程度而設(shè)置。
[0019]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)·施例中，所述步驟S4的循環(huán)次數(shù)為I飛次。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于能形成穩(wěn)定致密的SEI膜，使副反應(yīng)完全發(fā)生，有效改善了電池的循環(huán)性、穩(wěn)定性、自放電性和安全性，并且該化成方法操作簡(jiǎn)單、可靠性高，尤其適用于電動(dòng)汽車用磷酸鐵鋰電池，可推廣應(yīng)用。
[0021]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池化成方法的流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0025]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
[0026]在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。 [0027]下面參考圖1描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的化成方法。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的化成方法，包括如下步驟:
[0029]步驟SI，對(duì)動(dòng)力電池注入電解液，并靜置預(yù)設(shè)時(shí)間t，由此可使電解液充分浸潤(rùn)，使電芯對(duì)電解液的吸收更完全。
[0030]步驟S2，以第一預(yù)設(shè)電流Il對(duì)動(dòng)力電池的電芯恒流充電至預(yù)設(shè)荷電狀態(tài)(即SOC-state of charge)后恒流放電至第一預(yù)設(shè)電壓Vl。
[0031]步驟S3，以第二預(yù)設(shè)電流12對(duì)動(dòng)力電池的電芯恒流充電至第二預(yù)設(shè)電壓V2后，恒流放電至第一預(yù)設(shè)電壓VI。并在達(dá)到第二預(yù)設(shè)電壓后恒流放電至第一預(yù)設(shè)電壓，第二預(yù)設(shè)電流大于第一預(yù)設(shè)電流且第二預(yù)設(shè)電壓大于第一預(yù)設(shè)電壓。
[0032]步驟S4，以第三預(yù)設(shè)電流13對(duì)動(dòng)力電池的電芯恒流充電至第三預(yù)設(shè)電壓V3后，恒流放電至第一預(yù)設(shè)電壓VI，其中第三預(yù)設(shè)電流13大于第一預(yù)設(shè)電流Il且第三預(yù)設(shè)電壓V3大于第一預(yù)設(shè)電壓VI。
[0033]步驟S5，重復(fù)步驟S4預(yù)設(shè)次數(shù)。
[0034]本發(fā)明提供的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的化成方法，電池注液后靜置可使電解液充分浸潤(rùn)，使電芯對(duì)電解液的吸收更完全。以較小的第一預(yù)設(shè)電流充電至預(yù)設(shè)荷電狀態(tài)S0C，小電流充電形成的SEI膜質(zhì)量和界面狀況更好，同時(shí)對(duì)充電時(shí)間的限制能抑制SEI膜阻抗的增大，防止鋰枝晶的生成。然后以較大的第二預(yù)設(shè)電流充電至第二預(yù)設(shè)電壓，可以使負(fù)極活性物質(zhì)完全被激活，副反應(yīng)完全發(fā)生，減少化成的時(shí)間，提高電池的可用容量。最后以第三預(yù)設(shè)電流充電至第三預(yù)設(shè)電壓可以使SEI膜進(jìn)一步趨于穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性更好，循環(huán)該步驟可以進(jìn)一步穩(wěn)定SEI膜，提高電池的循環(huán)性能，增加電池的安全性能。
[0035]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)設(shè)時(shí)間t可以為12~24小時(shí)。該步驟是使電解液充分浸潤(rùn)，使電芯對(duì)電解液的吸收更完全?？梢岳斫獾氖牵鲜鰧?duì)預(yù)設(shè)時(shí)間的設(shè)置僅是出于示例的目的，而不是為了限制本發(fā)明。本發(fā)明的中的預(yù)設(shè)時(shí)間t還可以設(shè)置為其他時(shí)長(zhǎng)。
[0036]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一預(yù)設(shè)電流Il可以為0.0f0.1C，預(yù)設(shè)荷電狀態(tài)SOC可以為50%~70%，第一預(yù)設(shè)電壓Vl可以為2.3^2.5V。以較小的第一預(yù)設(shè)電流充電是使形成的SEI膜質(zhì)量和界面狀況更好，同時(shí)對(duì)充電時(shí)間的限制能抑制SEI膜阻抗的增大，防止鋰枝晶的生成。需要說(shuō)明的是，上述對(duì)第一預(yù)設(shè)電流Il和預(yù)設(shè)荷電狀態(tài)SOC的設(shè)置僅是出于示例的目的，而不是為了限制本發(fā)明。本發(fā)明中的第一預(yù)設(shè)電流11和預(yù)設(shè)荷電狀態(tài)SOC還可以設(shè)置為其他數(shù)值。
[0037]另外，可以理解的是，上述對(duì)下限電壓Vl的設(shè)置僅是出于示例的目的，而不是為了限制本發(fā)明。本發(fā)明的中的第一預(yù)設(shè)電壓Vi還可以設(shè)置為其他數(shù)值。
[0038]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第二預(yù)設(shè)電流12可以為0.05、.2C，第二預(yù)設(shè)電壓V2可以為3.7^3.9V。由此，以較大的第二預(yù)設(shè)電流充電至第二預(yù)設(shè)電壓可以使負(fù)極活性物質(zhì)完全被激活，副反應(yīng)完全發(fā)生，減少化成的時(shí)間，提高電池的可用容量。當(dāng)然，可以理解，上述對(duì)第二預(yù)設(shè)電流12和第二預(yù)設(shè)電壓V2的設(shè)置僅是出于示例的目的，而不是為了限制本發(fā)明。本發(fā)明中的第二預(yù)設(shè)電流12和第二預(yù)設(shè)電壓V2還可以設(shè)置為其他數(shù)值。
[0039] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第三預(yù)設(shè)電流13稍小于第二預(yù)設(shè)電流12，且第三預(yù)設(shè)電壓V3稍小于第二預(yù)設(shè)電壓V2，這樣，通過(guò)第三預(yù)設(shè)電流13充電可以使SEI膜進(jìn)一步趨于穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性更好?？蛇x地，第三預(yù)設(shè)電流13可以為0.05、.1C，第三預(yù)設(shè)電壓V3可以為
3.6^3.65V，以第三預(yù)設(shè)電流13充電可以使SEI膜進(jìn)一步趨于穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性更好。
[0040]重復(fù)步驟S4可以進(jìn)一步穩(wěn)定SEI膜，提高電池的循環(huán)性能，增加電池的安全性能。在具體實(shí)施中，可以參考SEI膜的穩(wěn)定程度決定S4步驟的重復(fù)次數(shù)，即根據(jù)動(dòng)力電池上形成的SEI膜的穩(wěn)定程度，設(shè)置預(yù)設(shè)次數(shù)。
[0041]在本發(fā)明的的一個(gè)示例中，預(yù)設(shè)次數(shù)為I飛次。當(dāng)然，本發(fā)明并不限于此，本發(fā)明中的第三預(yù)設(shè)電流13和第三預(yù)設(shè)電壓V3還可以設(shè)置為其他數(shù)值。
[0042]在本發(fā)明實(shí)施例的化成方法中，第二預(yù)設(shè)電壓和第三預(yù)設(shè)電壓均可以理解為磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的上限電壓，第一預(yù)設(shè)電壓可以理解為下限電壓。
[0043]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于能形成穩(wěn)定致密的SEI膜，使副反應(yīng)完全發(fā)生，有效改善了電池的循環(huán)性、穩(wěn)定性、自放電性和安全性，并且該化成方法操作簡(jiǎn)單、可靠性高，尤其適用于電動(dòng)汽車用磷酸鐵鋰電池，可推廣應(yīng)用。
[0044]在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示意性實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0045]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的化成方法，其特征在于，包括以下步驟: S1，對(duì)動(dòng)力電池注入電解液，并靜置預(yù)設(shè)時(shí)間； S2，對(duì)所述動(dòng)力電池的電芯以第一預(yù)設(shè)電流恒流充電至預(yù)設(shè)荷電狀態(tài)，并在達(dá)到所述預(yù)設(shè)荷電狀態(tài)后恒流放電至第一預(yù)設(shè)電壓； S3，對(duì)所述動(dòng)力電池的電芯以第二預(yù)設(shè)電流恒流充電至第二預(yù)設(shè)電壓，并在達(dá)到所述第二預(yù)設(shè)電壓后恒流放電至第一預(yù)設(shè)電壓，所述第二預(yù)設(shè)電流大于所述第一預(yù)設(shè)電流且所述第二預(yù)設(shè)電壓大于所述第一預(yù)設(shè)電壓； S4，對(duì)所述動(dòng)力電池的電芯以第三預(yù)設(shè)電流恒流充電至第三預(yù)設(shè)電壓，并在達(dá)到所述第三預(yù)設(shè)電壓后恒流放電至第一預(yù)設(shè)電壓，第三預(yù)設(shè)電流大于所述第一預(yù)設(shè)電流且第三預(yù)設(shè)電壓大于所述第一預(yù)設(shè)電壓；以及 S5，重復(fù)執(zhí)行步驟S4預(yù)設(shè)次數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)時(shí)間為12~24小時(shí)。
3.如權(quán)利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)電流為0.01-0.1C。
4.如權(quán)利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)荷電狀態(tài)為509T70%S0C。
5.如權(quán)利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)電壓為2.3^2.5V。
6.如權(quán)利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述第二預(yù)設(shè)電流為0.05-0.2C，所述第三預(yù)設(shè)電流為0.05-0.1C。
7.如權(quán)利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述第二預(yù)設(shè)電壓大于所述第三預(yù)設(shè)電壓。
8.如權(quán)利要求7所述的化成方法，其特征在于，所述第二預(yù)設(shè)電壓為3.7^3.9V，所述第三預(yù)設(shè)電壓為3.6~3.65V。
9.如權(quán)利要求1所述的化成方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)次數(shù)根據(jù)所述動(dòng)力電池上形成的固體電解質(zhì)界面膜SEI膜的穩(wěn)定程度而設(shè)置。
10.如權(quán)利要求9所述的化成方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)次數(shù)為1-5次。
【文檔編號(hào)】H01M10/058GK103579679SQ201210283282
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月9日
【發(fā)明者】吳生先 申請(qǐng)人:北汽福田汽車股份有限公司