| 专利名称： | 一种解决钛酸锂电池胀气失效的方法 | ||
| 专利名称(英文)： | A solution of lithium titanate method for failure of flatulence | ||
| 专利号： | CN201511007870.2 | 申请时间： | 20151230 |
| 公开号： | CN105449301A | 公开时间： | 20160330 |
| 申请人： | 东风商用车有限公司 | ||
| 申请地址： | 430056 湖北省武汉市汉阳区武汉经济技术开发区东风大道10号 | ||
| 发明人： | 孟仙雅; 刘立炳; 惠怀兵; 冯修成; 陈果; 赵佳奇; 孙晓芬 | ||
| 分类号： | H01M10/44 | 主分类号： | H01M10/44 |
| 代理机构： | 武汉荆楚联合知识产权代理有限公司 42215 | 代理人： | 王健; 高琴 |
| 摘要： | 一种解决钛酸锂电池胀气失效的方法，包括化成工艺和陈化工艺，化成工艺先依次以0.01C～0.1C电流恒流充电2～20h、以0.1C～0.2C电流恒流充电1～7h、以0.2C～0.5C电流恒流充电0.5～1h，再以0.5C～1C电流恒流放电3h，然后以0.5C恒流恒压充电3h、放电3h，并循环3～6次，最后以1C恒流恒压充电2h、放电2h，并循环3～6次即可。该设计不仅可防止电池胀气、提升电池放电功率、实现快速充电能力以及良好的使用寿命，而且不良品产生几率低、加工周期短。 | ||
| 摘要(英文)： | A solution method of lithium titanate flatulence failure, including chemical reaction process and aging process, first in order to sequentially process 0.01C -0.1C the constant-current charging 2-20h, to 0.1C -0.2C the constant-current charging 1-7h, to 0.2C -0.5C the constant-current charging 0.5-1h, in order to again 0.5C -1C constant-current discharge 3h, then to 0.5C constant-current constant-voltage charging 3h, discharge 3h, and circulation 3-6 time, finaliy 1C constant-current constant-voltage charging 2h, discharge 2h, and circulation 3-6 times. The design not only can prevent battery flatulence, improve battery discharge power, to achieve fast charge capability and good service life, low probability and defective products, short processing cycle. | ||
1.一种解决钛酸锂电池胀气失效的方法，依次包括化成工艺和陈化工艺，其特征在于： 所述化成工艺依次包括以下步骤： 步骤一：以0.01C～0.1C电流恒流充电2～20h，其中，截止电压为1.8V，充电量为5%～10%； 步骤二：以0.1C～0.2C电流恒流充电1～7h，其中，截止电压为2.8V，充电量为10%～30%； 步骤三：以0.2C～0.5C电流恒流充电0.5～1h，其中，截止电压为2.8V，充电量为20%～50%； 步骤四：以0.5C～1C电流恒流放电3h，其中，截止电压为1.8V； 步骤五：以0.5C恒流恒压充电3h，其中，截止电流为0.05C，截止电压为2.8V； 步骤六：以0.5C电流恒流放电3h，其中，截止电压为1.8V； 步骤七：循环重复步骤五～步骤六3～6次； 步骤八：以1C恒流恒压充电2h，其中，截止电流为0.05C，截止电压为2.8V； 步骤九：以1C电流恒流放电2h，其中，截止电压为1.8V； 步骤十：循环重复步骤八～步骤九3～6次，此时，化成完成。
2.根据权利要求1所述的一种解决钛酸锂电池胀气失效的方法，其特征在于：所述陈化工艺中，陈化温度为45～65℃，陈化时间为24～72h。
3.根据权利要求1或2所述的一种解决钛酸锂电池胀气失效的方法，其特征在于：所述方法还包括真空包装工艺，该真空包装工艺位于陈化工艺之后； 所述真空包装工艺是指将化成工艺和陈化工艺中产生的气体排出电池铝塑包装之外，并使电池内部达到一定的真空度。
4.根据权利要求3所述的一种解决钛酸锂电池胀气失效的方法，其特征在于：所述真空包装工艺中，电池内部的真空度为（-0.085MPa）～（-0.1MPa）。
1.一种解决钛酸锂电池胀气失效的方法，依次包括化成工艺和陈化工艺，其特征在于： 所述化成工艺依次包括以下步骤： 步骤一：以0.01C～0.1C电流恒流充电2～20h，其中，截止电压为1.8V，充电量为5%～10%； 步骤二：以0.1C～0.2C电流恒流充电1～7h，其中，截止电压为2.8V，充电量为10%～30%； 步骤三：以0.2C～0.5C电流恒流充电0.5～1h，其中，截止电压为2.8V，充电量为20%～50%； 步骤四：以0.5C～1C电流恒流放电3h，其中，截止电压为1.8V； 步骤五：以0.5C恒流恒压充电3h，其中，截止电流为0.05C，截止电压为2.8V； 步骤六：以0.5C电流恒流放电3h，其中，截止电压为1.8V； 步骤七：循环重复步骤五～步骤六3～6次； 步骤八：以1C恒流恒压充电2h，其中，截止电流为0.05C，截止电压为2.8V； 步骤九：以1C电流恒流放电2h，其中，截止电压为1.8V； 步骤十：循环重复步骤八～步骤九3～6次，此时，化成完成。
2.根据权利要求1所述的一种解决钛酸锂电池胀气失效的方法，其特征在于：所述陈化工艺中，陈化温度为45～65℃，陈化时间为24～72h。
3.根据权利要求1或2所述的一种解决钛酸锂电池胀气失效的方法，其特征在于：所述方法还包括真空包装工艺，该真空包装工艺位于陈化工艺之后； 所述真空包装工艺是指将化成工艺和陈化工艺中产生的气体排出电池铝塑包装之外，并使电池内部达到一定的真空度。
4.根据权利要求3所述的一种解决钛酸锂电池胀气失效的方法，其特征在于：所述真空包装工艺中，电池内部的真空度为（-0.085MPa）～（-0.1MPa）。
翻译：技术领域
本发明属于电池制造领域，具体涉及一种解决钛酸锂电池胀气失效的方法，适用于防止电池胀气、提升电池放电功率、实现快速充电能力以及良好的使用寿命。
背景技术
锂离子电池具备重量轻、比能量高、工作电压高、寿命长、自放电比较低等优点，同时，由于移动电子产品工作电流比较小，一般锂离子电池就可以满足要求，故自商品化以来锂离子电池在移动电子领域得到迅速的推广。
目前，锂离子电池负极材料种类较多，根据电池功能需求最常用的负极材料为天然石墨、人造石墨、中间相碳微球等，这些材料的共性为充电时为锂离子嵌入过程，放电时为锂离子脱嵌过程，由于阻力存在故对锂离子有一定的损失，直接影响电池使用寿命及功率性能。在电极电位的作用下，充电时在负极表面存在析出锂现象，影响电池安全性。为了锂离子电池更加广泛使用，故需具备长寿命、功率性能强、安全等优势，为此，钛酸锂作为负极成为研究的前沿材料。钛酸锂电池在开发的过程中遇到胀气失效的缺陷，此缺陷对电池后期使用带来极大的影响，尤其是在电池组中，如果出现其中一只电池胀气失效，则整个电池组无法满足供电需求。针对此缺陷，从正极材料、电解液、防胀气添加剂、化成方法等主要影响因素着手进行研究，发现化成方法影响尤为突出。
中国专利：申请公布号CN103259048A，申请公布日2013年8月21日的发明专利公开了一种提高钛酸锂电池循环寿命的化成方法，该方法采用小电流化成和高温老化，搁置后减压抽气，重复进行多次小电流化成和高温老化。虽然该发明具有提高电池循环寿命，解决电池胀气问题，保证电池容量等优点，但仍然存在以下缺陷：
该发明方法重复小电流化成、高温老化、减压抽气等工序多次，不仅增加了产品加工周期和成本，而且小电流化成的方法增大了操作中不良品的产生几率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的加工周期长、不良品产生几率高的问题，提供一种加工周期短、不良品产生几率低的解决钛酸锂电池胀气失效的方法。
为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：
一种解决钛酸锂电池胀气失效的方法，依次包括化成工艺和陈化工艺，所述化成工艺依次包括以下步骤：
步骤一：以0.01C～0.1C电流恒流充电2～20h，其中，截止电压为1.8V，充电量为5%～10%；
步骤二：以0.1C～0.2C电流恒流充电1～7h，其中，截止电压为2.8V，充电量为10%～30%；
步骤三：以0.2C～0.5C电流恒流充电0.5～1h，其中，截止电压为2.8V，充电量为20%～50%；
步骤四：以0.5C～1C电流恒流放电3h，其中，截止电压为1.8V；
步骤五：以0.5C恒流恒压充电3h，其中，截止电流为0.05C，截止电压为2.8V；
步骤六：以0.5C电流恒流放电3h，其中，截止电压为1.8V；
步骤七：循环重复步骤五～步骤六3～6次；
步骤八：以1C恒流恒压充电2h，其中，截止电流为0.05C，截止电压为2.8V；
步骤九：以1C电流恒流放电2h，其中，截止电压为1.8V；
步骤十：循环重复步骤八～步骤九3～6次，此时，化成完成。
所述陈化工艺中，陈化温度为45～65℃，陈化时间为24～72h。
所述方法还包括真空包装工艺，该真空包装工艺位于陈化工艺之后；
所述真空包装工艺是指将化成工艺和陈化工艺中产生的气体排出电池铝塑包装之外，并使电池内部达到一定的真空度。
所述真空包装工艺中，电池内部的真空度为（-0.085MPa）～（-0.1MPa）。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种解决钛酸锂电池胀气失效的方法中化成工艺步骤一至步骤四采用的电流为由小到大，可缓慢激活电极材料，使电池电压逐步升高，阳极表面逐步形成固体电解质界面膜，该缓慢激活过程中可有效降低电池激化电阻，从而降低电池内阻，步骤五至步骤十循环使用大电流对电池进行满充满放，可进一步对步骤一至步骤四中形成的不完整的固体电解质界面膜进行修复，并使形成固体电解质界面膜过程中产生的气体完全释放，不仅有效防止电池胀气、提升电池放电功率、实现快速充电能力以及良好的使用寿命，而且不良品产生几率低，另外，本设计只需对步骤五至步骤六、步骤八至步骤九循环重复，加工周期短。因此，本发明不仅防止电池胀气、提升电池放电功率、实现快速充电能力以及良好的使用寿命，而且不良品产生几率低、加工周期短。
2、本发明一种解决钛酸锂电池胀气失效的方法还包括真空包装工艺，该工艺使得电池内部具有一定的真空度，即保证了电池内部为真空状态，不仅能够减少电池内部元器件界面的接触距离，从而降低电池内阻，而且可降低电池长期循环过程中电极膨胀系数。因此，本发明不仅可进一步降低电池内阻，而且还能降低电极膨胀系数。
附图说明
图1为本发明的钛酸锂电池倍率放电性能图。
图2为本发明的钛酸锂电池快充快放性能图。
图3为本发明的钛酸锂电池倍率循环性能图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
一种解决钛酸锂电池胀气失效的方法，依次包括化成工艺和陈化工艺，所述化成工艺依次包括以下步骤：
步骤一：以0.01C～0.1C电流恒流充电2～20h，其中，截止电压为1.8V，充电量为5%～10%；
步骤二：以0.1C～0.2C电流恒流充电1～7h，其中，截止电压为2.8V，充电量为10%～30%；
步骤三：以0.2C～0.5C电流恒流充电0.5～1h，其中，截止电压为2.8V，充电量为20%～50%；
步骤四：以0.5C～1C电流恒流放电3h，其中，截止电压为1.8V；
步骤五：以0.5C恒流恒压充电3h，其中，截止电流为0.05C，截止电压为2.8V；
步骤六：以0.5C电流恒流放电3h，其中，截止电压为1.8V；
步骤七：循环重复步骤五～步骤六3～6次；
步骤八：以1C恒流恒压充电2h，其中，截止电流为0.05C，截止电压为2.8V；
步骤九：以1C电流恒流放电2h，其中，截止电压为1.8V；
步骤十：循环重复步骤八～步骤九3～6次，此时，化成完成。
所述陈化工艺中，陈化温度为45～65℃，陈化时间为24～72h。
所述方法还包括真空包装工艺，该真空包装工艺位于陈化工艺之后；
所述真空包装工艺是指将化成工艺和陈化工艺中产生的气体排出电池铝塑包装之外，并使电池内部达到一定的真空度。
所述真空包装工艺中，电池内部的真空度为（-0.085MPa）～（-0.1MPa）。
本发明的原理说明如下：
本发明所述方法包括化成工艺、陈化工艺和真空包装工艺，通过对上述工艺的改进，使钛酸锂电池具有低内阻、宽工作电压窗口、高倍率、快速充/放电能力、良好的使用寿命。
化成工艺：该工艺为通过外加电压使钛酸锂电池激活，具备储能能力。该工艺采用限制充电量及电压的方式控制电流由小到大，使得阳极表面形成的固体电解质界面膜里层致密外层疏松，既可以有效地隔绝电解液中的有机溶剂嵌入，又为锂离子嵌入迁出提供阻力小的通道，从而降低电池激化内阻。
陈化工艺：该工艺为将钛酸锂电池于一定温度下存放一段时间。本发明采用电池静态下高温储存的方式促使电极界面上副反应尽量完全发生，避免电池在使用过程中副反应再次发生造成电池胀气失效。
真空包装工艺：该工艺使电池内部达到一定的真空度，使受外界大气压压力作用电池内部膜片界面接触良好，从而提高电池性能。
实施例1：
一种解决钛酸锂电池胀气失效的方法，依次包括化成工艺、陈化工艺和真空包装工艺，所述化成工艺以镍钴锰酸锂/锰酸锂为正极材料，产业化钛酸锂为负极材料，经过配料、涂布、装配、加电解液得到的待化成半成品电芯为对象，依次包括以下步骤：
步骤一：以0.01C电流恒流充电20h，其中，截止电压为1.8V；
步骤二：以0.1C电流恒流充电7h，其中，截止电压为2.8V；
步骤三：以0.2C电流恒流充电1h后休眠5min，其中，截止电压为2.8V；
步骤四：以0.5C电流恒流放电3h后休眠5min，其中，截止电压为1.8V；
步骤五：以0.5C恒流恒压充电3h，其中，截止电流为0.05C，截止电压为2.8V；
步骤六：以0.5C电流恒流放电3h，其中，截止电压为1.8V；
步骤七：循环重复步骤五～步骤六3次后休眠5min；
步骤八：以1C恒流恒压充电2h，其中，截止电流为0.05C，截止电压为2.8V；
步骤九：以1C电流恒流放电2h，其中，截止电压为1.8V；
步骤十：循环重复步骤八～步骤九3次，此时，化成完成；
所述陈化工艺中，陈化温度为45℃，陈化时间为72h。
所述真空包装工艺是指将化成工艺和陈化工艺中产生的气体排出电池铝塑包装之外，并使电池内部达到-0.085MPa的真空度。
实施例2：
步骤同实施例1，不同之处在于：
所述化成工艺中，
步骤一：以0.05C电流恒流充电4h；
步骤二：以0.1C电流恒流充电2h；
步骤三：以0.3C电流恒流充电1h后休眠5min；
步骤七：循环重复步骤五～步骤六4次后休眠5min；
步骤十：循环重复步骤八～步骤九4次；
所述陈化工艺中，陈化温度为60℃，陈化时间为50h。
所述真空包装工艺中，电池内部的真空度为-0.09MPa。
实施例3：
步骤同实施例1，不同之处在于：
所述化成工艺中，
步骤一：以0.1C电流恒流充电2h；
步骤二：以0.2C电流恒流充电1h；
步骤三：以0.5C电流恒流充电1h后休眠5min；
步骤七：循环重复步骤五～步骤六5次后休眠5min；
步骤十：循环重复步骤八～步骤九5次；
所述陈化工艺中，陈化温度为65℃，陈化时间为24h。
实施例4：
步骤同实施例1，不同之处在于：
所述化成工艺中，
步骤一：以0.05C电流恒流充电2h；
步骤二：以0.1C电流恒流充电1h；
步骤三：以0.5C电流恒流充电0.5h后休眠5min；
步骤四：以1C电流恒流放电3h后休眠5min；
步骤七：循环重复步骤五～步骤六6次后休眠5min；
步骤十：循环重复步骤八～步骤九6次；
所述真空包装工艺中，电池内部的真空度为-0.1MPa。
现对上述实施例电池进行倍率性能、快充快放性能及倍率循环性能测试，结果如下：
与本行业电池比较，本实施例电池内阻降低了70%；
电池7000次5倍率循环测试后与测试前相比，其厚度膨胀在2%以内，该厚度变化是由多次大电流充放电极片膨胀引起，即电池无胀气现象；
电池倍率放电性能达到40C（参见图1）；
电池20min即可充满电（参见图2）；
依据电池5倍率循环效果，可以使用10年以上（参见图3）。
