一种改善软包电芯k值的化成方法
阅读说明：本技术 一种改善软包电芯k值的化成方法 (Formation method for improving K value of soft-package battery cell ) 是由 黄纯洁 张洪旭 谢墨 于 2018-06-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种改善软包电芯K值的化成方法,解决了软包电芯常压化成SEI膜成膜不良、电芯主体变形及硬度不够、界面黑斑、析锂等的问题,还解决了软包电芯高温高压夹具化成导致的K值不良率高的问题；本发明在化成工步运行过程中,通过给电芯表面施加一个较小的面压,能够使正、负极与隔膜之间的层间距减小,进一步使化成过程中锂离子的迁移路径减小,从而提高成膜质量,通过控制夹板温度,能够提高电芯的内部活性,从而降低锂离子的迁移难度；本发明具有SEI膜成膜质量高、电芯主体不易变形、电芯K值稳定的优点。(The invention discloses a formation method for improving a K value of a soft-package battery cell, which solves the problems of poor film formation of an SEI film formed by normal pressure formation of the soft-package battery cell, insufficient deformation and hardness of a battery cell main body, black spots on an interface, lithium precipitation and the like, and also solves the problem of high K value reject ratio caused by high-temperature and high-pressure clamp formation of the soft-package battery cell; in the process of the formation process, a smaller surface pressure is applied to the surface of the battery cell, so that the interlayer spacing between the anode and the cathode and the diaphragm can be reduced, the migration path of lithium ions in the formation process is further reduced, the film forming quality is improved, the internal activity of the battery cell can be improved by controlling the temperature of the clamping plate, and the migration difficulty of the lithium ions is reduced; the invention has the advantages of high SEI film forming quality, difficult deformation of the cell main body and stable cell K value.)
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种改善软包电芯K值的化成方法。
背景技术
随着市场对高能量密度要求的与日俱增，锂离子电池的隔膜的厚度也要求越来越薄，但是薄隔膜存在以下问题：一方面，由于越薄的隔膜在受到机械应力时，产生的弹性形变也越大，在电芯卷绕过程中隔膜产生的内应力也越大，在化成过程中，由于极片本身膨胀，进一步增大了电芯内部应力，该应力无法得到释放，从而导致电芯形变，增加电芯正、负极及隔膜的层间距，从而导致界面出现黑斑、析锂及电芯本体变形等问题；另一方面，薄隔膜因机械强度更差，易被毛刺、粉尘扎穿，导致K值不良。
目前，对于锂离子软包电芯主要有两种化成方式：常温常压普通化成和高温高压夹具化成；常温常压普通化成易出现SEI膜成膜不良、电芯主体变形、电芯主体硬度不够、界面黑斑、析锂等问题；而高温高压夹具化成易造成电芯K值不良的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种改善软包电芯K值的化成方法。
本发明通过以下步骤实现：
步骤1，将软包电芯置于夹具化成柜的夹板之间，设定电芯面压和夹板温度使电芯正、负极与隔膜之间的层间距减小，获得第一电芯；
步骤2，将所述步骤1获得的第一电芯置于夹具化成柜中静置20min，采用不同大小的电流对所述第一电芯依次进行第一阶段充放电、第二阶段充放电和第三阶段充放电，获得第二电芯；
步骤3，将所述步骤2获得的第二电芯放入整形夹具，调整整形夹具的电芯面压，将夹设有所述第二电芯的整形夹具置于烤箱中进行烘烤定形，定形后在环境中冷却，获得化成后的电芯。
上述方案中，所述步骤1中电芯面压为0.01～0.05Mpa。
上述方案中，所述步骤1中的夹板温度为45℃～55℃。
上述方案中，所述步骤2中的第一阶段充放电采用0.02C的电流恒流充电至3.3V，充电截止时间为80min。
上述方案中，所述步骤2中的第二阶段充放电采用0.1C的电流恒流充电至3.5V，充电截止时间为40min。
上述方案中，所述步骤2中的第三阶段充放电采用0.5C的电流恒流充电至3.95V，充电截止时间为80min，截止电流为0.02C。
上述方案中，所述步骤3中的电芯面压为0.8～1.5Mpa，烘烤温度为85℃，烘烤时间为2.5h。
上述方案中，所述步骤3中的冷却温度为15℃，冷却时间为2h。
与现有技术相比，本发明提出了一种改善软包电芯K值的化成方法，其包括以下步骤：步骤1，将软包电芯置于夹具化成柜的夹板之间，控制电芯正、负极与隔膜之间的层间距减小，获得第一电芯；步骤2，将第一电芯置于夹具化成柜中静置20min后，采用不同大小的电流对第一电芯依次进行第一阶段充放电、第二阶段充放电和第三阶段充放电，获得第二电芯；步骤3，将第二电芯放入整形夹具，再将整形夹具置于烤箱中进行烘烤定形，定形后在环境中冷却，获得化成后的电芯；这样，本发明在化成工步运行过程中，通过给电芯表面施加一个较小的面压，能够使正、负极与隔膜之间的层间距减小，进一步使化成过程中锂离子的迁移路径减小，从而提高成膜质量，通过控制夹板温度，能够提高电芯的内部活性，从而降低锂离子的迁移难度，并且，分三步进行化成，化成前期即第一阶段充放电过程中采用小电流充电，有助于在极片表面形成致密的SEI膜，逐渐增大充电电流，在化成后期即第三阶段充放电过程中采用大电流充电，能够节约化成时间；另外，通过控制烘烤温度和冷却温度，能够在确保电芯外观平整的同时，将电芯厚度控制在规格范围内；本发明具有SEI膜成膜质量高、电芯主体不易变形、电芯K值稳定的优点。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种改善软包电芯K值的化成方法，该方法通过以下步骤实现：
步骤1，将软包电芯置于夹具化成柜的夹板之间，设定夹板温度为45℃～55℃，向电芯表面施加0.01～0.05Mpa的电芯面压，控制电芯正、负极与隔膜之间的层间距减小，获得第一电芯；
采用较小的电芯面压进行处理，能够使正、负极和隔膜的层间距减小，进一步使化成过程中锂离子的迁移路径缩短，从而提高了成膜质量；并且，较小的层间距能够使隔膜与极片粘接良好，从而提高电芯本体的硬度和平整度；此外，较小的电芯面压能够防止因夹板压力过大，电芯在化成过程中因正、负极本身的膨胀挤压毛刺、颗粒等，导致隔膜被刺穿，产生K值不良现象；夹板温度为45℃～55℃，能够提高电芯的表面温度，从而提高电芯而对内部活性，进而降低了锂离子的迁移难度；
步骤2，将步骤1获得的第一电芯置于夹具化成柜中静置20min，采用不同大小的电流对所述第一电芯依次进行第一阶段充放电、第二阶段充放电和第三阶段充放电，获得第二电芯；
具体地，将第一电芯置于夹具化成柜中静置20min；化成工步具体为：首先，第一阶段充放电采用电池容量值0.02倍大小的电流恒流充电至3.3V，充电截止时间为80min；然后，第二阶段充放电采用电池容量值0.1倍大小的电流恒流充电至3.5V，充电截止时间为40min；最后，第三阶段充放电采用电池容量值0.5倍大小的电流恒流充电至3.95V，充电截止时间为80min，截止电流为0.02C；
化成前期即第一阶段充放电过程中采用小电流充电，有助于在极片表面形成致密的SEI膜，在化成后期即第三阶段充放电过程中采用大电流充电，能够节约化成时间；
步骤3，将步骤2获得的第二电芯放入整形夹具，调整整形夹具的电芯面压为0.8～1.5Mpa，将夹设有第二电芯的整形夹具置于烤箱中，在85℃的烘烤温度下烘烤为2.5h，定形后在15℃的环境中冷却2h，获得化成后的电芯；
通过控制烘烤温度和冷却温度，能够在确保电芯外观平整的同时，将电芯厚度控制在规格范围内。
与现有技术相比，本发明提出了一种改善软包电芯K值的化成方法，解决了软包电芯常压化成SEI膜成膜不良、电芯主体变形及硬度不够、界面黑斑、析锂等的问题，还解决了软包电芯高温高压夹具化成导致的K值不良率高的问题；本发明在化成工步运行过程中，通过给电芯表面施加一个较小的面压，能够使正、负极与隔膜之间的层间距减小，进一步使化成过程中锂离子的迁移路径减小，从而提高成膜质量，通过控制夹板温度，能够提高电芯的内部活性，从而降低锂离子的迁移难度，并且，分三步进行化成，化成前期即第一阶段充放电过程中采用小电流充电，有助于在极片表面形成致密的SEI膜，逐渐增大充电电流，在化成后期即第三阶段充放电过程中采用大电流充电，能够节约化成时间；另外，通过控制烘烤温度和冷却温度，能够在确保电芯外观平整的同时，将电芯厚度控制在规格范围内；本发明具有SEI膜成膜质量高、电芯主体不易变形、电芯K值稳定的优点。
实施例1
步骤1，采用注液后的型号为415879，容量3000mAh的电芯进行化成，将该软包电芯置于夹具化成柜的夹板之间，每层放置4个，设定夹板温度为45℃，向电芯表面施加0.01Mpa的电芯面压，控制电芯正、负极与隔膜之间的层间距减小，获得第一电芯；
步骤2，将步骤1获得的第一电芯置于夹具化成柜中静置20min，设定化成工步进行化成，化成工步具体为：首先，第一阶段充放电采用电池容量值0.02倍大小的电流恒流充电至3.3V，充电截止时间为80min；然后，第二阶段充放电采用电池容量值0.1倍大小的电流恒流充电至3.5V，充电截止时间为40min；最后，第三阶段充放电采用电池容量值0.5倍大小的电流恒流充电至3.95V，充电截止时间为80min，截止电流为0.02C；运行化成工步；
步骤3，化成工步运行结束后，将第二电芯取出，并放入整形夹具，调整整形夹具的电芯面压为1Mpa，然后将整个夹具和电芯放入烤箱中，在85℃的烘烤温度下烘烤为2.5h，定形后在15℃的环境中冷却2h，获得化成后的电芯。
另外，将化成后的电芯放入45℃环境中老化24h后，冷却至室温后测试其开路电压OCV1，常温搁置48h后再测试其开路电压OCV2，最后计算出该实施例的电芯K值。
实施例2
步骤1，采用注液后的型号为415879，容量3000mAh的电芯进行化成，将该软包电芯置于夹具化成柜的夹板之间，每层放置4个，设定夹板温度为45℃，向电芯表面施加0.05Mpa的电芯面压，控制电芯正、负极与隔膜之间的层间距减小，获得第一电芯；
步骤2，将步骤1获得的第一电芯置于夹具化成柜中静置20min，设定化成工步进行化成，化成工步具体为：首先，第一阶段充放电采用电池容量值0.02倍大小的电流恒流充电至3.3V，充电截止时间为80min；然后，第二阶段充放电采用电池容量值0.1倍大小的电流恒流充电至3.5V，充电截止时间为40min；最后，第三阶段充放电采用电池容量值0.5倍大小的电流恒流充电至3.95V，充电截止时间为80min，截止电流为0.02C；运行化成工步；
步骤3，化成工步运行结束后，将第二电芯取出，并放入整形夹具，调整整形夹具的电芯面压为0.8Mpa，然后将整个夹具和电芯放入烤箱中，在85℃的烘烤温度下烘烤为2.5h，定形后在15℃的环境中冷却2h，获得化成后的电芯。
另外，将化成后的电芯放入45℃环境中老化24h后，冷却至室温后测试其开路电压OCV1，常温搁置48h后再测试其开路电压OCV2，最后计算出该实施例的电芯K值。
实施例3
步骤1，采用注液后的型号为415879，容量3000mAh的电芯进行化成，将该软包电芯置于夹具化成柜的夹板之间，每层放置4个，设定夹板温度为55℃，向电芯表面施加0.01Mpa的电芯面压，控制电芯正、负极与隔膜之间的层间距减小，获得第一电芯；
步骤2，将步骤1获得的第一电芯置于夹具化成柜中静置20min，设定化成工步进行化成，化成工步具体为：首先，第一阶段充放电采用电池容量值0.02倍大小的电流恒流充电至3.3V，充电截止时间为80min；然后，第二阶段充放电采用电池容量值0.1倍大小的电流恒流充电至3.5V，充电截止时间为40min；最后，第三阶段充放电采用电池容量值0.5倍大小的电流恒流充电至3.95V，充电截止时间为80min，截止电流为0.02C；运行化成工步；
步骤3，化成工步运行结束后，将第二电芯取出，并放入整形夹具，调整整形夹具的电芯面压为1.5Mpa，然后将整个夹具和电芯放入烤箱中，在85℃的烘烤温度下烘烤为2.5h，定形后在15℃的环境中冷却2h，获得化成后的电芯。
另外，将化成后的电芯放入45℃环境中老化24h后，冷却至室温后测试其开路电压OCV1，常温搁置48h后再测试其开路电压OCV2，最后计算出该实施例的电芯K值。
对比例1
采用注液后的型号为415879，容量3000mAh的电芯进行化成，将该软包电芯置于夹具化成柜的夹板之间，每层放置4个，在室温25℃进行化成；其中化成工步设置为：①搁置10min；②0.02C恒流充电至3.4V，截止时间240min；④0.1C恒流恒压充电至3.95V，截止时间480min，截止电流0.02C。化成工步运行结束后，将电芯取出，放入整形夹具，将电芯面压设置为1Mpa，然后将整个夹具和电芯放入85℃的烤箱中搁置4h，然后再将电芯放入15℃的冷却室冷却2h。
另外，将化成后的电芯放入45℃环境中老化24h后，冷却至室温后测试其开路电压OCV1，常温搁置48h后再测试其开路电压OCV2，最后计算出该实施例的电芯K值。
对比例2
步骤1，采用注液后的型号为415879，容量3000mAh的电芯进行化成，将该软包电芯置于夹具化成柜的夹板之间，每层放置4个，设定夹板温度为55℃，向电芯表面施加1Mpa的电芯面压，控制电芯正、负极与隔膜之间的层间距减小，获得第一电芯；
步骤2，将步骤1获得的第一电芯置于夹具化成柜中静置20min，设定化成工步进行化成，化成工步具体为：首先，第一阶段充放电采用电池容量值0.02倍大小的电流恒流充电至3.3V，充电截止时间为80min；然后，第二阶段充放电采用电池容量值0.1倍大小的电流恒流充电至3.5V，充电截止时间为40min；最后，第三阶段充放电采用电池容量值0.5倍大小的电流恒流充电至3.95V，充电截止时间为80min，截止电流为0.02C；运行化成工步；
步骤3，化成工步运行结束后，将第二电芯取出，并放入整形夹具，调整整形夹具的电芯面压为1Mpa，然后将整个夹具和电芯放入烤箱中，在85℃的烘烤温度下烘烤为2.5h，定形后在15℃的环境中冷却2h，获得化成后的电芯。
另外，将化成后的电芯放入45℃环境中老化24h后，冷却至室温后测试其开路电压OCV1，常温搁置48h后再测试其开路电压OCV2，最后计算出该实施例的电芯K值。
实施例1、实施例2、实施例3、对比例1以及对比例2获得的电芯的性能对比，如下表：
从上表可以看出，通过本发明的化成方法能够解决软包电芯常压化成SEI膜成膜不良、电芯主体变形及硬度不够、界面黑斑、析锂及K值不良的情况产生，并能改善电芯外观和硬度。
综上所述，本发明提出了一种改善软包电芯K值的化成方法，在化成工步运行过程中，通过给电芯表面施加一个较小的面压，能够使正、负极与隔膜之间的层间距减小，进一步使化成过程中锂离子的迁移路径减小，从而提高成膜质量，通过控制夹板温度，能够提高电芯的内部活性，从而降低锂离子的迁移难度，并且，分三步进行化成，化成前期即第一阶段充放电过程中采用小电流充电，有助于在极片表面形成致密的SEI膜，逐渐增大充电电流，在化成后期即第三阶段充放电过程中采用大电流充电，能够节约化成时间；另外，通过控制烘烤温度和冷却温度，能够在确保电芯外观平整的同时，将电芯厚度控制在规格范围内；本发明具有SEI膜成膜质量高、电芯主体不易变形、电芯K值稳定的优点。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。