一种软包锂电池的化成方法
【专利摘要】本发明公开了一种软包锂电池的化成方法，包括步骤：第一步：预先存储多个电池电压预设值、多个产气气压预设值与多个充电电流预设值之间的对应关系；第二步：以预设初始值的充电电流I对需化成软包锂电池进行充电；第三步：实时检测该软包锂电池的电池电压V和产气气压P；第四步：当电池电压V等于其中一个电池电压预设值，或者产气气压P等于其中一个产气气压预设值时，读取对应的充电电流预设值后对电池继续进行充电；第五步：返回重复执行第三步和第四步，直到电池电压V等于取值最大的电池电压预设值时，或者产气气压P等于取值最大的产气气压预设值时，停止对电池继续充电。本发明可对电池产气过程进行精确控制，有利于提高电池生产质量。
【专利说明】
一种软包锂电池的化成方法
技术领域
[0001]本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种软包锂电池的化成方法。
【背景技术】
[0002]目前，锂电池正在逐渐改变着人们的生活方式，其应用领域涵盖了以手机、数码相机和笔记本电脑等为代表的消费类电子产品，以及以纯电动汽车、油电混合式动力汽车和插入式电动汽车等为代表的新能源汽车产品。另外，在通信基站和智能电网等大型的储能领域中，锂电池也得到了越来越多的应用。伴随着锂电池产品应用范围的扩大，以及高能量、集成化的发展趋势，人们对锂电池的安全性、电性能和成本等都提出了更高的要求。因此，锂电池的生产过程控制及其工艺优化就成为了重要的研究课题。
[0003]在锂电池生产制造过程中，化成工序是最关键的工序之一，它是对新生产的电池进行初次充电的过程。电池化成工序进行得好坏，将直接影响最终电池产品的容量、寿命和安全等诸多性能。
[0004]对于软包锂电池，产气是其化成过程中最显著的一个特征。这是由于在化成时，软包锂电池内部首次流经电流，在电极与电解液之间将会发生多种电化学反应，从而生成一些气体产物。这些气体产物的种类与体积主要取决于所使用的电极和电解液材料，以及化成工艺的电流、电压等外部条件。由于电池化成时产生的气体将充斥在锂电池内部，这样会造成电解液的接触不均匀、电池极片分层和成膜反应不充分等各种生产不良，因此，为了保证电池的生产质量，应该尽量避免气体产生。目前，在实际电池生产中，采用的应对与改善措施是:在电池化成时，在锂电池的上下表面施加一定的外部压力，以使产生的气体进入到预留气袋，而不是停留在电池极组内部。
[0005]在实际生产中，现有电池生产厂家大多采用时间参数来控制电池的化成充电电流，即以一定的电流对电池充电，当达到设定的时间后，改变电流值进行下一时间段的充电，并重复这一过程直至完成化成。这种“时间阶梯式”的化成方法操作起来比较简便，容易提高生产效率。然而，常规化成方法的不足也十分明显，即化成过程条件单一，对于复杂的电化学体系难以进行精确控制，同时也不利于进行深入的工艺调整与优化。由于锂电池具有特殊结构及多种多样的材料组成，在不同的化成阶段会发生不同的电化学反应，同时伴随着产气的开始、积累、吸收和结束等多种过程。为了进一步研究反应机理、精确控制产气过程以及提高产品质量，十分有必要开发精细的化成方法。
[0006]因此，目前迫切需要开发出一种方法，其针对软包锂电池容易产气的特点，可以对电池的产气过程进行精确、严谨的控制与调整，工艺简便，有利于提高电池的生产质量。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明的目的是提供一种软包锂电池的化成方法，其针对软包锂电池容易产气的特点，可以对电池的产气过程进行精确的控制，工艺简便，有利于提高电池的生产质量，具有广泛的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。
[0008]为此，本发明提供了一种软包锂电池的化成方法，包括以下步骤:
[0009]第一步:预先存储多个电池电压预设值与多个充电电流预设值之间的对应关系，以及多个产气气压预设值与多个充电电流预设值之间的对应关系；
[0010]第二步:以预设初始值大小的充电电流I对需要化成的软包锂电池进行充电；
[0011]第三步:实时检测获得该软包锂电池的电池电压V和产气气压P;
[0012]第四步:将检测获得的电池电压V与预先存储的多个电池电压预设值实时进行比较，以及将所述检测获得的产气气压P与预先存储的多个产气气压预设值实时进行比较，当所检测获得的电池电压V等于其中一个电池电压预设值，或者所检测获得的产气气压P等于其中一个产气气压预设值时，读取该电池电压预设值或者该产气气压预设值对应的充电电流预设值，并用该充电电流预设值的充电电流对该软包锂电池继续进行充电；
[0013]第五步:返回重复执行第三步和第四步，直到所检测获得的电池电压V等于取值最大的电池电压预设值时，或者所检测获得的产气气压P等于取值最大的产气气压预设值时，停止对该软包锂电池的继续充电，结束化成过程。
[0014]其中，在第二步中，所述充电电流I的预设初始值小于预先存储的任意一个所述充电电流预设值。
[0015]其中，在第二步中，所述需要化成的软包锂电池包含极耳和气袋，所述极耳用于通过锂电池化成设备来对所述软包锂电池进行充电和测量电池电压V，所述气袋用于通过压力传感器或气压表来测量所述软包锂电池的产气气压P，所述气袋在化成结束后剪除。其中，在第二步中，所述需要化成的软包锂电池为经过注入电解液，并在20?100摄氏度的环境中静置预设时间长度的软包锂电池。
[0016]由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种软包锂电池的化成方法，其针对软包锂电池容易产气的特点，可以对电池的产气过程进行精确、严谨的控制与调整，工艺简便，有利于提高电池的生产质量，具有广泛的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。
【附图说明】
[0017]图1为本发明提供的一种软包锂电池的化成方法的流程图；
[0018]图2为一种具体实施例运用本发明采用的软包锂电池的化成方法后，电池的充电电流、电池电压和产气气压随着时间变化的关系示意图。
【具体实施方式】
[0019]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
[0020]参见图1，本发明提供了一种软包锂电池的化成方法，包括以下步骤:
[0021]第一步:预先存储多个电池电压预设值与多个充电电流预设值之间的对应关系(具体为一一对应关系)，以及预先存储多个产气气压预设值与多个充电电流预设值之间的对应关系(具体为一一对应关系)；
[0022]第二步:以预设初始值大小的充电电流I对需要化成的软包锂电池进行充电；
[0023]第三步:在充电过程中实时检测获得该软包锂电池的电池电压V和产气气压P;
[0024]第四步:将检测获得的电池电压V与预先存储的多个电池电压预设值实时进行比较，以及将所述检测获得的产气气压P与预先存储的多个产气气压预设值实时进行比较，当所检测获得的电池电压V等于其中一个电池电压预设值，或者所检测获得的产气气压P等于其中一个产气气压预设值时，读取该电池电压预设值或者该产气气压预设值对应的充电电流预设值，并用该充电电流预设值的充电电流对软包锂电池继续进行充电(不再用原先的电流值进行充电)；
[0025]第五步:返回重复执行第三步和第四步，直到所检测获得的电池电压V等于取值最大的电池电压预设值时，或者所检测获得的产气气压P等于取值最大的产气气压预设值时，停止对该软包锂电池的继续充电，从而结束化成过程。
[0026]需要说明的是，对于本发明，化成过程的结束是指:所检测获得的电池电压V达到取值最大的电池电压预设值，或者所检测获得的产气气压P达到取值最大的产气气压预设值。
[0027]在本发明中，对于第一步，具体实现上，可以在电池化成设备中的数据存储单元中，预先存储多个电池电压预设值与多个充电电流预设值之间的对应关系(具体为一一对应关系)，以及预先存储多个产气气压预设值与多个充电电流预设值之间的对应关系(具体为对应关系)，
[0028]具体实现上，所述数据存储单元优选为非易失性随机访问存储器(Non-VolatileRandom Access Memory，NVRAM)，该存储器是在断电后数据仍然能保留的半导体存储器，从而保证上面存储的信息不会因为断电而丢失。目前，所述NVRAM存储器包括SD卡(SecureDigital Memory Card，安全数码卡)以及其他类型的闪存扩展存储卡，例如，SONY记忆棒、多媒体卡(MMC)，CF卡(Compact Flash)以及内置的NAND闪存等。
[0029]在本发明中，对于第二步，所述充电电流I的预设初始值小于预先存储的任意一个所述充电电流预设值。具体实现上，所述充电电流I的预设初始值大小可以根据用户的需要预先进行设置，一般设置为不太大的数值或倍率值，例如可以为200毫安或0.2C(C为倍率单位，IC表示在一个小时内完全充满或放空电池容量所对应的电流值)。
[0030]在本发明中，对于第二步，所述需要化成的软包锂电池具体为含有电解液并且完全封口的软包锂电池。具体实现上，所述需要化成的软包锂电池优选为经过注入电解液，并在20?100摄氏度的环境中静置预设时间长度的软包锂电池，从而可以保证电解液充分浸润电极，同时避免电解液由于高温而分解。
[0031]具体实现上，所述预设时间长度可以根据用户的需要进行设置，例如可以为一天。
[0032]在本发明中，具体实现上，所述需要化成的软包锂电池包含极耳和气袋，所述极耳用于通过锂电池化成设备来对所述软包锂电池进行充电和测量电池电压V，所述气袋用于通过压力传感器或气压表来测量所述软包锂电池的产气气压P，所述气袋在化成结束后剪除。
[0033]在本发明中，对于第三步，具体实现上，可以采用锂电池化成设备实时检测软包锂电池的电池电压V，如美国Arbin Instruments公司的BT-2000型锂电池化成设备、杭州可靠性仪器厂的LIP-3AB01型锂离子电池性能测试系统，或广州擎天实业有限公司的HP-240⑶-xA型托盘式电池化成设备等。软包锂电池的电池电压V可通过锂电池化成设备直接测量，并反馈至锂电池化成设备的操作软件和显示屏，实现实时检测。
[0034]具体实现上，可以采用压力传感器或气压表实时检测软包锂电池的产气气压P，如SMC公司的ISE30型数字显示气压表，松下公司的DP-100型数字显示压力传感器或台达公司的DPAOlM-P型数字显示压力表等。电池化成开始前，需将软包锂电池的气袋与压力传感器或者气压表的进气管路连接到一起。随着化成发生产气，电池内的气压可被压力传感器或者气压表实时检测到。
[0035]如上所述可知，对于本发明提供的软包锂电池的化成方法，其在对电池进行化成的过程中，通过施加的充电电流来改变电池的电压和产气气压，然后再利用电池的电压或产气气压来调节电池的充电电流，这种控制方式实现了电池电压和产气气压参数对充电电流参数的负反馈调节，因此，本发明提供的所述软包锂电池的化成方法可以显著提高对软包锂电池化成过程的可控性和易调节性。
[0036]对于本发明，其针对常规化成方法的不足，针对软包锂电池容易产气的特点，将电池电压和产气气压同时作为判断化成状态及进行程度的依据。这种化成方法对于深入研究化成过程、探索电极与电解液的反应机理和优化调整生产工艺等具有重要的实际意义。
[0037]下面结合附图1和2和【具体实施方式】对本发明做进一步的说明。
[0038]实施例
[0039]参见图2，图2中显示了运用本发明的化成方法的一个具体实施例中电流、电压和气压三个参数随时间的变化及其彼此之间的关联。在电池的化成起始阶段，以电流I1(即预设初始值大小的充电电流I)对电池进行充电，同时电池电压V和产气气压P将发生不同程度的上升。当电池电压V达到电池电压预设值Vdt，读取该电池电压预设值％对应的充电电流预设值12，从而充电电流由Ii变为I2继续对电池进行充电，同时电池电压V和产气气压P继续上升。当电池电压V达到电池电压预设值％时，读取该电池电压预设值V2对应的充电电流预设值13，从而充电电流由I2变为I3继续对电池进行充电，同时电池电压V和产气气压P继续上升。然后，当产气气压P达到产气气压预设值Pi时，读取该产气气压预设值Pi对应的充电电流预设值14，充电电流由I3变为I4继续对电池充电，同时电池电压V和产气气压P继续上升。最后，当产气气压P达到取值最大的产气气压预设值P2时，停止充电，完成对电池的化成过程。
[0040]在上述电池的化成过程中，电池电压参数VjPV2、产气气压参数PjPP2以及充电电流参数Ii?l4的设定，具体实现上，需要电池厂家根据具体的电池型号和电化学体系确定。一般地，乂工^^^^^叩^^应设定为特定电化学反应的起始点或终止点“工?^应设定为保证电化学反应充分进行的适当电流。另外，上述过程中的各参数只表明各物理参量之间的相互关系以及说明控制方法过程，并不指示绝对大小。
[0041]因此，采用本发明提供的一种软包锂电池的化成方法，有利于对软包锂电池的化成反应机理进行研究探索，从而优化生产工艺和提高产品品质，避免常规化成方法的盲目性和不确定性。
[0042]综上所述，与现有技术相比较，本发明提供了一种软包锂电池的化成方法，其针对软包锂电池容易产气的特点，可以对电池的产气过程进行精确的控制，工艺简便，有利于提高电池的生产质量，具有广泛的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。
[0043]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种软包锂电池的化成方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步:预先存储多个电池电压预设值与多个充电电流预设值之间的对应关系，以及多个产气气压预设值与多个充电电流预设值之间的对应关系； 第二步:以预设初始值大小的充电电流I对需要化成的软包锂电池进行充电； 第三步:实时检测获得该软包锂电池的电池电压V和产气气压P; 第四步:将检测获得的电池电压V与预先存储的多个电池电压预设值实时进行比较，以及将所述检测获得的产气气压P与预先存储的多个产气气压预设值实时进行比较，当所检测获得的电池电压V等于其中一个电池电压预设值，或者所检测获得的产气气压P等于其中一个产气气压预设值时，读取该电池电压预设值或者该产气气压预设值对应的充电电流预设值，并用该充电电流预设值的充电电流对该软包锂电池继续进行充电； 第五步:返回重复执行第三步和第四步，直到所述所检测获得的电池电压V等于取值最大的电池电压预设值时，或者所检测获得的产气气压P等于取值最大的产气气压预设值时，停止对该软包锂电池的继续充电，结束化成过程。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第二步中，所述充电电流I的预设初始值小于预先存储的任意一个所述充电电流预设值。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在第二步中，所述需要化成的软包锂电池包含极耳和气袋，所述极耳用于通过锂电池化成设备来对所述软包锂电池进行充电和测量电池电压V，所述气袋用于通过压力传感器或气压表来测量所述软包锂电池的产气气压P，所述气袋在化成结束后剪除。4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在第二步中，所述需要化成的软包锂电池为经过注入电解液，并在20?100摄氏度的环境中静置预设时间长度的软包锂电池。
【文档编号】H01M10/44GK106025370SQ201610630209
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月2日
【发明人】黄冕, 李阳, 刘立振, 孔令丽
【申请人】天津力神电池股份有限公司