一种磷酸铁锂电池及其化成方法与流程

本发明属于电池领域，具体涉及一种磷酸铁锂电池及其化成方法。

背景技术：

1、化成是锂离子电池生产过程中的重要工序，对于电芯容量的发挥以及后续的循环寿命有着重要作用。化成是将活性物质进行激活，使其活化；在首次充电时，li+第一次插入到石墨负极中，会发生电化学反应，形成覆盖在碳电极表面的钝化薄层(生成一层致密的固态电解质界面膜)，称之为固体电解质相界面或sei膜；sei膜具有离子传导和电子绝缘特性，可以阻止副反应的发生，减少不可逆容量的损失，并提高循环性能和安全性能。

2、铝壳类电芯的化成主要分为两种方式，一种是常规化成，另一种是负压化成。负压化成能够在一定程度上缓解电芯鼓胀，电解液外溢以及极片隔膜不紧密导致析锂的问题。但负压化成的压力、充电倍率、时间以及充电的soc都会对最终化成结果产生影响。一般来说，sei膜形成完整，即表示化成完成。为了保证形成完整的sei膜，现有技术的化成工艺时间较长，一般需要近4小时及以上(cn 115966790 a)，老化时间则需要24～36小时(cn115966790a，cn 112290104 a)。但缩短化成时间，有可能导致sei膜形成不完整，化成失败。

3、因此，有必要针对现有磷酸铁锂电池化成及老化时间长、耗时耗电、成本高的工艺进行改进，开发时间更短、效率更高、能保证sei膜形成完整的化成方法。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的化成时间长、生产效率低等技术问题，本发明提供了一种磷酸铁锂电池的化成方法，可将化成时间缩短至2.45h，老化时间缩短至12h，由此产能提升20％；由该方法化成所得的磷酸铁锂电池具有稳定完整且无黑斑的sei膜，首次效率高，循环预测效果好。

2、本发明采用的技术方案是：一种磷酸铁锂电池的化成方法，包括：将待化成的磷酸铁锂电池依次进行以下步骤：

3、步骤一：以0.05c-0.1c恒流充电0.3h-1h；

4、步骤二：以0.15c-0.2c恒流充电1.5h-2.1h。

5、本发明的化成方法是在负压开口的形式下，首先在预化成阶段(即本发明中的步骤一)采用小电流对电池进行恒流充电以生成较为致密的sei膜，待sei膜基本成型后再于主化成阶段(即本发明中的步骤二)利用大电流进行恒流充电，对sei膜存在缺陷的地方进行重组修补使得sei膜趋于稳定，并完成电池内部化学反应体系的激活。在现有技术中，为避免预化成阶段电流过大而导致晶核形成速度过快而引起sei膜结构疏松，一般采用0.01c-0.05c的小电流对电池进行恒流充电，然而这一过程往往需要0.5h-3h，使得整个化成阶段较耗时久。区别于现有技术，本发明在预化成阶段尝试采用了0.05c-0.1c的电流对电池进行快速的恒流充电，并精准调控了化成过程中的上限电压以及主化成阶段的电流大小。结果表明，这一操作不仅提高了电化学反应速率和sei膜成型速率，将完整的化成时间从4小时及以上缩短至2.45h，还克服了过往技术中大电流化成易产生的sei膜一致性不高、疏松且不稳定的技术稳定，同时还将化成后的老化时间从过去的24h缩短至12h。测试表明，通过本发明提供的方法化成所得的磷酸铁锂电池不仅具有稳定完整且无黑斑的sei膜，首次效率高，循环预测效果好。

6、作为优选，步骤一中，当所述恒流充电的电流为0.05c时，所述恒流充电的时间为0.5h-1h；或者，步骤一中，当所述恒流充电的电流为0.1c时，所述恒流充电的时间为0.3h。

7、作为优选，步骤二中，当所述恒流充电的电流为0.16c时，所述恒流充电的时间为2h；或者，步骤二中，当所述恒流充电的电流为0.2c时，所述恒流充电的时间为1.5h-2.1h。

8、作为优选，所述磷酸铁锂电池的化成方法包括：将待化成的磷酸铁锂电池依次进行以下步骤：

9、步骤一：以0.1c恒流充电0.3h；

10、步骤二：以0.16c恒流充电2h。

11、作为优选，所述步骤二之后还进行步骤三，所述步骤三包括：以0.3c-0.4c恒流充电0.2h-0.3h。

12、作为优选，所述恒流充电的上限电压为3.65v。

13、作为优选，在每次所述的恒流充电前后，还进行静置；静置时间为3min-5min。因此，可以理解的是，所述磷酸铁锂电池的化成方法具体包括下列方案之一：

14、(1)将待化成的磷酸铁锂电池先静置3min-5min，再以0.05c-0.1c恒流充电0.3h-1h，然后静置3min-5min，再以0.15c-0.2c恒流充电1.5h-2.1h，充电完成后，最后静置3min-5min；

15、(2)将待化成的磷酸铁锂电池先静置3min-5min，再以0.05c-0.1c恒流充电0.3h-1h，然后静置3min-5min，再以0.15c-0.2c恒流充电1.5h-2.1h，然后静置3min-5min，再以0.3c-0.4c恒流充电0.2h-0.3h，充电完成后，最后静置3min-5min。

16、作为优选，所述方法是在45±3℃温度下负压环境中进行的；所述负压的压力为-0.04mpa--0.09mpa。化成过程中伴随产生的气体逐渐在极片上逸出并产生气路，气体沿气路不断溢出至壳体外。而负压化成可将所产生的气体及时排除，保证了sei膜的稳定性和一致性。具体是通过负压吸嘴对准注液孔抽真空，电池内部形成负压，将化成产生的气体带走，避免了化成产生的气体带来的副反应。

17、作为优选，所述待化成的磷酸铁锂电池在进行所述的步骤一之前，还依次进行注液、静置。其中，注液前，要求所述待化成的磷酸铁锂电池经烘烤后水分合格，满足正负极片混合样水含量≤200ppm的工艺要求，然后进行注液。其中，所述静置是在45±3℃温度下静置12h-24h。具体是将注液后的电池注液口进行塞胶钉处理并置于高温房(温度45±3℃，相对湿度≤1％，露点≤-50°)中搁置静置12h-24h，充分浸润极片并稳定后，拔胶钉并送至高温化成柜进行后续高温(45±3℃)负压恒流化成处理。

18、作为优选，所述步骤二或所述步骤三之后还依次进行老化、补注电解液；其中，所述老化是在45±3℃温度下静置10h-15h。具体是将化成完毕的电池塞胶钉后置于高温环境(温度45±3℃，相对湿度≤1％，露点≤-50°)下进行老化处理，使得负极材料表面成膜更加稳定。相较于现有技术，通过本发明提供的方法化成制得的电池仅需10h-15h，更优选为12h，即可完成老化处理，将原老化时间24h缩短至一半，由此产能提升20％。完成老化处理后，一般还对电池进行补注电解液，高温负压化成会减少以及带走少量电解液，补加电解液，以保证足够的电解液量。

19、本发明还提供了上述方法化成后制得的磷酸铁锂电池。测试表明，通过本发明提供的方法化成所得的磷酸铁锂电池具有稳定完整且无黑斑的sei膜，首次效率高，循环预测效果好。

20、本发明的有益效果：本发明针对储能用磷酸铁锂电池的使用方式和特性，进一步优化了高温负压恒流化成工艺，在提升sei成膜稳定性的前提下，缩短了化成时间至2.45小时，并将老化时间从24h缩短至12h。本发明提供的化成方法易于实现规模化、自动化工业生产，不仅制程时间短，将产能提升了20％，且进一步减少了主材lfp的含量，降低了制造成本。此外，通过本发明提供的方法化成后制得的磷酸铁锂电池具有稳定完整且无黑斑的sei膜，首次效率高，循环预测效果好，带电量少，电池安全性更高。