[發明專利]一種硅負極軟包鋰離子電池的化成方法

有效

• 申請號: 201711464687.4
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108258347B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 武兆輝;邵澤超;王建濤;龐靜;李翔
• 申請（專利權）人: 國聯汽車動力電池研究院有限責任公司
• 主分類號: H01M10/44
• 分類號: H01M10/44;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君;郭奧博

本發明涉及一種硅負極軟包鋰離子電池的化成方法，具體包括如下步驟：(1)在注液完成的電芯上安裝夾具，調整夾具壓力為0.05MPa～1.0Mpa，對所述電芯充電至截止電壓為2.9V～3.8V，并對電芯抽真空；(2)通過夾具施加0.1～3.0MPa的壓力，充電至截止電壓為3.8V～4.8V，對電芯抽真空，再放電至截止電壓為1.8～3.2V；以上述操作為1個周期，重復1～10個周期；(3)保持所述夾具施加的壓力為0.1～3.0Mpa，充電至截止電壓為3.2V～4.2V，擱置6～48h后卸下夾具，真空熱封，即可。本發明同時采用分階段的控制充電的上限電壓、在電池外部施加機械外壓、在電池內部施加負壓三種手段，來控制硅基負極在充放電過程中體積的均勻變化，有效改善了硅基負極在鋰離子軟包電池中的褶皺問題，提高了鋰離子電池的電化學性能。

技術領域

本發明涉及到鋰離子電池技術領域，涉及一種改善鋰離子軟包電池中硅基負極褶皺問題的化成方法。

背景技術

隨著鋰離子電池在新能源電動汽車領域的應用和推廣，對鋰離子電池的高能量密度和高安全性能的需求不斷增加。高電壓的正極材料配合高比容量的硅基負極材料可大大的提升鋰離子電池的能量密度，因此具有較廣闊的應用前景。

但是高比容量的硅基負極在嵌/脫鋰過程中存在較大的體積膨脹，導致硅基負極在軟包裝鋰離子電池中發生較嚴重的褶皺現象。對于高電壓鋰離子軟包電池，在高電壓(≥4.4V)下化成階段會產生大量的氣體，這些氣體會充斥在正負極之間，導致硅基負極的褶皺變形更加嚴重。這種褶皺變形會造成正負極的接觸不均勻，導致電池的內阻增大、容量發揮降低、循環壽命縮短等；更為嚴重的是這種褶皺在長期循環過程中易導致局部析鋰，大大增加了電池的安全風險。因此，消除或改善高電壓軟包軟包裝鋰離子電池中硅基負極的褶皺，將有利于提升電池的綜合性能。

現有技術中，專利文獻CN106684457A提供了一種針對高電壓鋰離子軟包電池的化成方法，主要是為了抑制和緩解電池在高電壓下的產氣問題；專利文獻CN106532131A提供一種鋰離子電池壓力化成的方法，主要是解決電池化成后硬度不足問題；專利文獻CN106684426A提供了一種軟包鋰離子電池的變電流階梯化成方法，主要是為了使正負極與隔膜充分接觸，形成均勻的SEI膜。但是上述專利中的一系列方法，對高電壓軟包裝鋰離子電池中硅基負極的褶皺問題均沒有可預見性的明顯改善作用。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺陷，通過控制化成階段的工藝條件，緩解和改善軟包鋰離子電池中硅基負極的褶皺問題。

本發明結合含有硅基負極的鋰離子電池化成期間的特點，同時采用分階段的控制充電的上限電壓、在電池外部施加機械外壓、在電池內部施加負壓三種手段，來控制硅基負極在充放電過程中體積的均勻變化，有效改善了硅基負極在鋰離子軟包電池中的褶皺問題，提高了鋰離子電池的電化學性能。

具體而言，本發明所針對的電池是含有硅基負極的軟包鋰離子電池，所述方法包括以下步驟：

(1)在注液完成的電芯上安裝夾具，調整夾具壓力為0.05MPa～1.0MPa，對所述電芯充電至截止電壓為2.9V～3.8V，并對電芯抽真空；

(2)通過夾具施加0.1～3.0MPa的壓力，充電至截止電壓為3.8V～4.8V，對電芯抽真空，再放電至截止電壓為1.8～3.2V；

以上述操作為1個周期，重復1～10個周期；

(3)保持所述夾具施加的壓力為0.1～3.0Mpa，充電至截止電壓為3.2V～4.2V，擱置6～48h后卸下夾具，真空熱封，即可。

本發明所述步驟(1)中，在對軟包電芯注液完成后，先在真空下封口，擱置6～48h后再安裝夾具。所述充電時優選采用0.01C～0.1C的電流，至截止電壓為2.9V～3.8V后，擱置10～90min再進行后續步驟。