多段式电容电池的化成方法

摘要

本发明公开了一种多段式电容电池的化成方法，包括以下步骤：步骤一、在常温常压条件下，先以I1电流恒流充电至电容电池的电压为V1，再以I2电流恒流充电至电容电池的电压为V2，其中，I1

权利要求

1.多段式电容电池的化成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在常温常压条件下，先以0.02C电流恒流充电至电容电池的电压为75％V4，同时辅以超声-磁场-电场联合处理，超声波的频率为40～45KHz，磁场方向与电池轴线方向平行，磁场强度按 变化，H单位为T，t1单位为min，电场方向与电池轴线方向垂直，电场强度按E＝0.03t2+0.12变化，E单位为V/m，t2单位为min，再以0.06C电流恒流充电至电容电池的电压为85％V4；

步骤二、以0.04C电流恒流充电至电容电池的电压为92.5％V4，同时辅以超声-磁场-电场联合处理，超声波的频率为28～33KHz，磁场方向与电池轴线方向平行，磁场强度按变化，H单位为T，t3单位为min，电场方向与电池轴线方向垂直，电场强度按E＝0.05t4+0.07变化，E单位为V/m，t4单位为min，再断电静置30min；

步骤三、以0.1C电流恒流充电至电容电池的电压为V4，再以V4电压恒压充电30min时长，最后断电静置24h；

其中，C为电容电池的容量，V4为电容电池的限额电压。

2.如权利要求1所述的多段式电容电池的化成方法，其特征在于，所述电容电池在进行步骤一前，先置于40～50℃常压环境下静置22～26h。

说明书

多段式电容电池的化成方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电容电池领域。更具体地说，本发明涉及一种多段式电容电池的化成方法。

背景技术

[0002] 现有已成熟应用的以活性炭为电极材料的双电层超级电容器具有优良的脉冲充放电性能和快速充放电性能，具有超高的功率密度，且循环寿命长、相对安全，但其能量密度较低(一般≤6wh/kg)；锂离子电池工作电压高，在能量密度方面具有优势，是目前最有发展潜力的二次电池，然而功率性能较差，低温特性较差(一般在-20℃左右放电容量保持率不足50％)、循环寿命短(几百上千次循环寿命)。随着航空航天、国防军工、电动车辆、电子信息和仪器仪表等领域的发展以及其对高能量密度和高功率密度储能器件的需要，将超级电容器和锂离子电池进行“内部交叉”的研究逐渐兴起，即在双电层电容器正负极中加入锂离子电池材料形成新的电容电池。这种新的电容电池与锂离子电池的相关制备工艺类似，在制作过程中需要进行化成处理，然而现有的锂离子电池化成工艺并不能满足这种新的电容电池的高性能需求，常常出现化成后电容电池自放电高，漏电流大，寿命短的缺点。

发明内容

[0003] 本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

[0004] 本发明还有一个目的是提供一种多段式电容电池的化成方法，能显著降低电容电池的自放电、减小漏电流、延长电池寿命。

[0005] 为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种多段式电容电池的化成方法，包括以下步骤：

[0006] 步骤一、在常温常压条件下，先以I1电流恒流充电至电容电池的电压为V1，再以I2电流恒流充电至电容电池的电压为V2，其中，I1

[0007] 步骤二、以I3电流恒流充电至电容电池的电压为V3，再断电静置，其中，I1

[0008] 步骤三、以I4电流恒流充电至电容电池的电压为V4，再以V4电压恒压充电，最后断电静置，其中，I2

[0009] 优选的是，所述电容电池的容量为C，I1的范围在0.016～0.023CmA，V1的范围在72.5％～77％V4。

[0010] 优选的是，I2的范围在0.056～0.064C，V2的范围在80％～87.5％V4。

[0011] 优选的是，I3的范围在0.034～0.042C，V3的范围在90％～95％V4。

[0012] 优选的是，I4的范围在0.096～0.103C。

[0013] 优选的是，步骤二中断电静置的时长为28～33min。

[0014] 优选的是，步骤三中恒压充电的时长为26～40min。

[0015] 优选的是，步骤三中断电静置的时长为23～27h。

[0016] 优选的是，所述电容电池在进行步骤一前，先置于40～50℃常压环境下静置22～26h。

[0017] 优选的是，包括以下步骤：

[0018] 步骤一、在常温常压条件下，先以0.02C电流恒流充电至电容电池的电压为75％V4，同时辅以超声-磁场-电场联合处理，超声波的频率为40～45KHz，磁场方向与电池轴线方向平行，磁场强度按 变化，H单位为T，t1单位为min，电场方向与电池轴线方向垂直，电场强度按E＝0.03t2+0.12变化，E单位为V/m，t2单位为min，再以0.06C电流恒流充电至电容电池的电压为85％V4；

[0019] 步骤二、以0.04C电流恒流充电至电容电池的电压为92.5％V4，同时辅以超声-磁场-电场联合处理，超声波的频率为28～33KHz，磁场方向与电池轴线方向平行，磁场强度按变化，H单位为T，t3单位为min，电场方向与电池轴线方向垂直，电场强度按E＝0.05t4+0.07变化，E单位为V/m，t4单位为min，再断电静置30min；

[0020] 步骤三、以0.1C电流恒流充电至电容电池的电压为V4，再以V4电压恒压充电30min时长，最后断电静置24h。

[0021] 本发明至少包括以下有益效果：通过设计多段式充电电流和电压，分别与化成过程各阶段发生的SEI膜反应相匹配，能有效地改善化成时电池内部充电时电流的密集均匀性，生成较稳定的SEI膜，进而显著降低电容电池的自放电、减小漏电流、延长电池寿命。

[0022] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

[0023] 图1为本发明漏电流测试中的漏电流值随时间变化的曲线图；

[0024] 图2为本发明漏电流测试中的最终漏电流柱状图；

[0025] 图3为本发明自放电测试中的电压值随时间变化的曲线图。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

[0027] 需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得，因此不能理解为对本发明的限制。

[0028] 下面以容量为100mAh，限额电压为4V的电容电池为例详细说明本发明的化成工艺。

[0029] <实施例1>

[0030] 将电容电池先置于40℃常压环境下静置22h，再进行以下步骤：

[0031] 步骤一、在常温常压条件下，先以1.6mA电流恒流充电至电容电池的电压为2.9V，再以5.6mA电流恒流充电至电容电池的电压为3.2V；

[0032] 步骤二、以3.4mA电流恒流充电至电容电池的电压为3.6V，再断电静置28min；

[0033] 步骤三、以9.6mA电流恒流充电至电容电池的电压为4V，再以4V电压恒压充电26min，最后断电静置23h。

[0034] <实施例2>

[0035] 将电容电池先置于45℃常压环境下静置24h，再进行以下步骤：

[0036] 步骤一、在常温常压条件下，先以2mA电流恒流充电至电容电池的电压为3V，再以6mA电流恒流充电至电容电池的电压为3.4V；

[0037] 步骤二、以4mA电流恒流充电至电容电池的电压为3.7V，再断电静置30min；

[0038] 步骤三、以10mA电流恒流充电至电容电池的电压为4V，再以4V电压恒压充电30min，最后断电静置24h。

[0039] <实施例3>

[0040] 将电容电池先置于50℃常压环境下静置26h，再进行以下步骤：

[0041] 步骤一、在常温常压条件下，先以2.3mA电流恒流充电至电容电池的电压为3.1V，再以6.4mA电流恒流充电至电容电池的电压为3.5V；

[0042] 步骤二、以4.2mA电流恒流充电至电容电池的电压为3.8V，再断电静置33min；

[0043] 步骤三、以10.3mA电流恒流充电至电容电池的电压为4V，再以4V电压恒压充电40min，最后断电静置27h。

[0044] <实施例4>

[0045] 将电容电池先置于45℃常压环境下静置24h，再进行以下步骤：

[0046] 步骤一、在常温常压条件下，先以2mA电流恒流充电至电容电池的电压为3V，同时辅以超声-磁场-电场联合处理，超声波的频率为43KHz，磁场方向与电池轴线方向平行，磁场强度按 变化，H单位为T，t1单位为min，电场方向与电池轴线方向垂直，电场强度按E＝0.03t2+0.12变化，E单位为V/m，t2单位为min，再以6mA电流恒流充电至电容电池的电压为3.4V；

[0047] 步骤二、以4mA电流恒流充电至电容电池的电压为3.7V，同时辅以超声-磁场-电场联合处理，超声波的频率为28～33KHz，磁场方向与电池轴线方向平行，磁场强度按变化，H单位为T，t3单位为min，电场方向与电池轴线方向垂直，电场强度按E＝0.05t4+0.07变化，E单位为V/m，t4单位为min，再断电静置30min；

[0048] 步骤三、以10mA电流恒流充电至电容电池的电压为4V，再以4V电压恒压充电30min，最后断电静置24h。

[0049] <对比例>

[0050] 本对比例以常规锂电池化成工艺对电容电池进行化成，具体过程如下：

[0051] 先对用2mA恒流充电至电池的电压为3V，断电静置30min，再采用10mA恒流充电至电池的电压为4V，最后断电静置24h。

[0052] <漏电流测试>

[0053] 取经实施例2、实施例4、对比例分别处理的电容电池进行漏电流测试，具体测试过程如下：

[0054] 第1步：将电池单体充至3.67V，并在3.67V恒流恒压30min；

[0055] 第2步：常温下，将电池单体按规定放置在NGI漏电流测试仪夹具上；

[0056] 第3步：电压设定3.675V，漏电流测试仪中充电精密电阻选取100Ω档，测试前取样时间30min，测试中取样间隔1min，测试总时长48h；

[0057] 第4步：取48h时电流值为最终漏电流值。

[0058] 测试结果如图1、图2所示，图1为漏电流值随时间变化的曲线图，其中的横坐标为测试时间，纵坐标为漏电流值，a为对比例的漏电流曲线，b从为实施例2的漏电流曲线，c为实施例4的漏电流曲线，图2为测试结束时间点时，实施例2、实施例4、对比例各自的最终漏电流，从图1和图2中可以看出，实施例2、实施例4的漏电流从头至尾都明显小于对比例，说明本发明提供的多段式电容电池的化成方法能显著减小电容电池的漏电流。

[0059] <自放电测试>

[0060] 取经实施例2、实施例4、对比例分别处理的电容电池进行自放电测试，具体测试过程如下：

[0061] 第1步：常温下，将电池单体按规定放置在测试夹具上；

[0062] 第2步：将电池单体以50mA电流恒流充电至3.67V，并在3.67V恒压充电，截止电流2.5mA；

[0063] 第3步：将电池单体开路静置，存储放置一定时间后记录此时电池单体的电压值。

[0064] 测试结果如图3所示，图3为电池的电压随时间变化的曲线图，其中的横坐标为静置时间，纵坐标为电压值，a为实施例4的电压曲线，b从为实施例2的电压曲线，c为对比例的电压曲线，为了进一步说明本发明的有益效果，现将图3中部分时间点的电压数据列于表1中。

[0065] 表1

[0066]搁置时间(h) 实施例2 实施例4 对比例
0 3.6680 3.6696 3.6684
100 3.6600 3.6608 3.6532
200 3.6588 3.6602 3.6514
400 3.6561 3.6594 3.6495
600 3.6555 3.6603 3.6483
800 3.6543 3.6593 3.6473
900 3.6540 3.6590 3.6464

[0067] 从图3和表1中可以看出，经实施例4处理的电容电池900h(37天)时电压下降10mV，电压绝对值3.6590V，经实施例2处理的电容电池900h(37天)时电压下降14mV，电压绝对值3.6540V，经对比例处理的电容电池900h(37天)时电压下降22mV，电压绝对值3.6464V，实施例2、实施例4的电压值明显大于对比例，这说明本发明提供的多段式电容电池的化成方法能显著降低电容电池的自放电。

[0068] <电池寿命测试>

[0069] 取经实施例2、实施例4、对比例分别处理的电容电池进行电池寿命测试，具体测试过程如下

[0070] 第1步：常温下，将单体按规定放置在测试仪夹具上，将单体以50mA电流充电至3.67V，并在3.67V恒压30min；

[0071] 第2步：将单体以50mA电流放电至2.5V，取此步放电容量为C0；

[0072] 第3步：重复第1步～第2步1000次，依次记录放电容量为C1、C2、……、C1000。

[0073] 第4步：第1000次充放电完成后，计算C1000/C0即放电容量保持率(相比与首圈放电)。

[0074] 实施例2、实施例4、对比例分别处理的电容电池放电容量保持率分别为95％、97％和81％，即经过多次充放电循环后，经实施例2、实施例4处理的电容电池仍然保持有较高的放电容量，这说明本发明提供的多段式电容电池的化成方法能显著延长电容电池的使用寿命。

[0075] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。