本发明涉及锂离子电池,尤其是涉及一种磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池的化成方法和锂离子电池。
背景技术:
1、在缩减碳排放发展绿色能源的进程中,锂离子电池在其中扮演着极其重要的角色。但常规锂离子电池正极材料单独使用都存在着一定劣势,磷酸锰铁锂材料单独作为正极使用时虽然安全性能高,价格较低但存在着能量密度低,导电性差,倍率性能差,双平台电压现象,续航里程短等现象,而三元材料单独作为正极使用时虽然能量密度高续航良好,倍率性好,但安全性不高,价格较高等缺点。将磷酸锰铁锂与三元材料掺混使用能达到中低成本,高安全,长续航,长循环寿命的要求。因此对于磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池的研究越来越多。
2、化成作为锂离子电池制作的后工序中最重要的一个环节,是电池首次充电并激活电池内部电化学反应的过程。随着化成充电进行,锂离子从正极材料中脱嵌,通过电解液输运穿过隔膜到达负极并嵌入负极材料,从而在正负极之间形成电势差,将电能转化为电池的化学能。在化成电压达到一定值时,负极和电解液的固液界面上发生氧化还原反应,生成固态电解质界面膜(sei膜)。一方面,sei膜形成过程中消耗了部分锂离子,降低了电池的首次库伦效率;另一方面,sei膜可以相对稳定的存在于电解液溶剂中,避免溶剂化锂离子共同嵌入负极导致负极材料的过度膨胀,确保电池可以长期稳定工作。
3、目前磷酸锰铁锂体系锂离子电池的化成工艺大多采取磷酸铁锂化成工艺,包括高温浸润、小电流阶段式充电(通常充电到40%soc)、高温老化步骤。该传统的化成工艺对电解液利用率不高,化成反应不充分,在后期电池充放电循环过程中更容易产气,从而使得锂离子电池的循环性能较差。当前即使是类似的材料及工艺体系,包括生产制造企业在内的各研究机构制作锂离子电池采用的化成soc值也不尽相同,且基本根据过往经验选取,较少有针对磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池化成充电soc对电池性能影响的相关研究报道。因此,研究一种针对磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池的化成方法,从而提升该锂离子电池的循环性能,具有重要的意义。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的上述不足,本发明的目的在于提供了一种磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池的化成方法和锂离子电池,本发明提供的化成方法通过分阶段充电到50%~70%soc,再放电到30%~50%soc,提升了磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池的循环性能。
2、为了实现上述目的,本发明采用了以下技术方案:
3、第一方面,本发明提供了一种磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池的化成方法,所述化成方法包括以下步骤:
4、s1、真空浸润:将注液预封口后的软包电芯于真空环境中静置;
5、s2、第一压力热压且小电流充电:对经过所述真空浸润的软包电芯施加第一压力并且加热,然后以0.02~0.05c的小电流恒流充电,直至充电到20%~40%soc;
6、s3、第二压力热压且大电流充电:对经过所述第一压力热压且小电流充电的软包电芯施加第二压力并且加热,然后以0.1~0.2c的大电流恒流充电,直至充电到50%~70%soc,其中,所述第二压力大于所述第一压力;
7、s4、第三压力热压且放电:对经过所述第二压力热压且大电流充电的软包电芯施加第三压力并且加热,然后以0.2~0.5c的电流恒流放电,直至放电到30%~50%soc;
8、s5、高温老化:对经过所述第三压力热压且放电的软包电芯进行高温老化。
9、本发明提供的化成方法通过分阶段充电到50%~70%soc,再放电到30%~50%soc,提升了磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池的循环性能。
10、进一步的,在步骤s1中,所述注液预封口后的软包电芯通过向软包电芯中注入电解液,然后密封气囊袋得到,所述真空环境为真空度≤-95kpa的环境,所述静置的温度为45~65℃,所述静置的时间为8~12h。
11、进一步的,在步骤s2中,所述第一压力为0.1~0.3mpa,所述加热的温度为45~60℃。
12、进一步的,在步骤s3中,所述第二压力为0.3~0.5mpa,所述加热的温度为45~60℃。
13、进一步的,在步骤s4中,所述第三压力为0.5mpa~1.0mpa,所述加热的温度为45~60℃。
14、进一步的,在步骤s5中,所述高温老化的温度为45~60℃,所述高温老化的时间为8~24h。
15、进一步的,所述磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池的负极活性材料包括石墨、硅氧、硅碳、硬碳中的至少一种。
16、进一步的,所述三元材料包括ncm、nca中的至少一种。
17、进一步的,所述磷酸锰铁锂与所述三元材料的质量比为(1~9):(9~1)且质量比之和为10。
18、第二方面,本发明提供了一种锂离子电池,所述锂离子电池由第一方面所述的化成方法制得。
19、与现有技术相比,本发明的有益效果至少包括以下一项:
20、(1)本发明提供的化成方法通过分阶段充电到50%~70%soc,再放电到30%~50%soc,提升了磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池的循环性能。
21、(2)本发明首先通过真空高温浸润能够加速正负极片及隔膜对电解液的吸收,减少了常温或高温浸润所需要的时间;其次,磷酸锰铁锂-三元材料复合正极软包锂离子电池充电过程中依次施加递增的第一压力、第二压力,在第一压力下缩短正极与负极之间的距离,减少锂离子传输路径,同时能保证电池正负极界面平整、均匀接触,有利于电子的均匀分布,在小电流充电过程中使负极sei膜更容易形成,在第二压力下,使充电过程中产生的气体能从电解液中排出,避免化成过程中产生的气体阻碍电解液与正负极接触而造成的极片界面产生气路。此外,随着压力增大以及soc提高,能够使锂离子更好嵌入负极形成更完整致密均匀的sei膜。
1.一种磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池的化成方法,其特征在于,所述化成方法包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池的化成方法,其特征在于,在步骤s1中,所述注液预封口后的软包电芯通过向软包电芯中注入电解液,然后密封气囊袋得到,所述真空环境为真空度≤-95kpa的环境,所述静置的温度为45~65℃,所述静置的时间为8~12h。
3.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池的化成方法,其特征在于,在步骤s2中,所述第一压力为0.1~0.3mpa,所述加热的温度为45~60℃。
4.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池的化成方法,其特征在于,在步骤s3中,所述第二压力为0.3~0.5mpa,所述加热的温度为45~60℃。
5.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池的化成方法,其特征在于,在步骤s4中,所述第三压力为0.5mpa~1.0mpa,所述加热的温度为45~60℃。
6.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池的化成方法,其特征在于,在步骤s5中,所述高温老化的温度为45~60℃,所述高温老化的时间为8~24h。
7.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池的化成方法,其特征在于,所述磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池的负极活性材料包括石墨、硅氧、硅碳、硬碳中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池的化成方法,其特征在于,所述三元材料包括ncm、nca中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的磷酸锰铁锂-三元材料复合正极锂离子电池的化成方法,其特征在于,所述磷酸锰铁锂与所述三元材料的质量比为(1~9):(9~1)且质量比之和为10。
10.一种锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池由权利要求1-9中任一项所述的化成方法制得。