[發明專利]一種用于抑制鈦酸鋰電池脹氣的化成老化方法

有效

• 申請號: 201710827646.0
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN107658504B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 劉宏強;王二峰;朱亮
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 楊霞;翟攀攀

本發明公開了一種用于抑制鈦酸鋰電池脹氣的化成老化方法，用于解決鈦酸鋰電池在使用過程中產生的脹氣問題；包括前靜置、化成和老化三個步驟，化成步驟中將前靜置后的鈦酸鋰電池采用先大電流后小電流恒流充電的方式，將電池充電至高于工作電壓平臺的截止電壓，靜置后放電至半電態電壓。發明基于鈦酸鋰電池產氣機理；化成過程中采用先大電流，后小電流充電的方式，促使鈦酸鋰材料在高電位下，強制形成SEI膜；并將電池在化成靜置結束后放電至半電態，置于低溫環境促使化成過程形成的SEI膜進一步生長、致密。通過在負極鈦酸鋰材料表面形成致密的SEI膜，阻止電解液在負極位置發生的化學反應；達到抑制產氣降低膨脹的目的。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，尤其涉及一種用于抑制鈦酸鋰電池脹氣的化成老化方法。

背景技術

鈦酸鋰材料可作為電池的負極材料，鈦酸鋰材料電池可達到上萬周的循環壽命以及高于30C的倍率充放電性能，并具有優異的安全性能，其在循環、倍率、安全方面相比于傳統石墨負極材料擁有巨大的優勢；然而鈦酸鋰電池在商業化過程中面臨電池脹氣的問題，電池脹氣會造成電池內部正負極片間產生氣泡，造成Li⁺遷移困難，出現死鋰區，造成容量降低，循環性能惡化。盡管關于鈦酸鋰脹氣的機理目前學術界仍存在較大的爭議，但普遍認為水分分解以及鈦酸鋰材料表面的Ti³⁺催化電解液發生分解反應產生氣體是鈦酸鋰電池脹氣的主要原因；控制電池制程過程的水分引入以及使用含有成膜添加劑的電解液，促使鈦酸鋰材料表面形成致密的SEI膜是解決電池脹氣的兩大主要措施。

電池在制作過程中，都需要經過化成與老化工藝，用以激活電池內部的正負極活性物質以及形成致密而穩定的SEI膜，化成、老化工藝的設計與選擇直接關系到電池在日后使用過程的循環性能。以鈦酸鋰材料為負極的電池在實際生產過程中，理論上需要嚴格控制水分的引入，然而對于電池生產企業來說，濕度除注液房以外，其他工段的濕度均僅控制在20％左右，如需進一步降低濕度，生產成本急劇增加。

目前關于使用鈦酸鋰電池作為負極材料用于解決電池在循環脹氣方面的發明專利多集中在開口負壓化成的設備開發方面，對于電池本身采用的化成、老化方法專利，多以采用小電流開展多段浮充為主，同類發明專利一方面對于工藝設備要求較高；另一方面電池在化成過程耗時較長，無法適應鈦酸鋰電池的產業化。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種用于抑制鈦酸鋰電池脹氣的化成老化方法，采用化成、老化工藝降低電池的水分并促使Li電池表明形成致密的SEI膜，解決電池的脹氣問題，改善電池循環性能。

本發明提出的一種用于抑制鈦酸鋰電池脹氣的化成老化方法，包括前靜置、化成和老化三個步驟；化成步驟中將前靜置后的鈦酸鋰電池采用先大電流后小電流恒流充電的方式，將電池充電至高于工作電壓平臺的截止電壓，靜置后放電至半電態電壓。

優選地，化成步驟具體操作如下：將前靜置后的鈦酸鋰電池采用大電流I₁恒流充電至截止電壓U₁，再以小電流I₂恒流充電至截止電壓U₂，接著靜置T₁時間，靜置溫度為t₁；靜置完成后以大電流I₃進行恒流放電至截止半電態電壓U₃。

優選地，老化步驟具體操作如下：將化成后的鈦酸鋰電池池置于特定的環境溫度t₂、特定環境壓力p₁下靜置T₁時間，然后封口，分容。

優選地，前靜置步驟具體操作如下：將注液后的鈦酸鋰電池置于特定的環境溫度t₁下靜置T₁時間。