[发明专利]一种容量恢复型锂离子电池的维护方法

说明书

技术领域

本发明属于化学电源领域，具体涉及一种容量恢复型的可维护锂离子电池的维护方法。

背景技术

铅酸电池是一种重要的二次化学电源，其技术发展经历了由可维护型到免维护型的转变过程。锂离子电池是目前最具前景的二次化学电源之一。不同于铅酸电池，锂离子电池因其长使用寿命从诞生之初就采用了免维护型的设计理念。目前，锂离子电池的使用寿命普遍超过1000次以上，单体工作电压超过3.0V，且容量高、环境友好，因此在小型移动型电子产品中例如手机、平板电脑以及数码相机上获得了巨大的商业成功。在环境和能源双重压力的背景下，锂离子电池在交通、储能以及国防军事等重要领域的应用被寄予厚望。但受制于需进一步提高寿命的影响，尤其是其所面临的安全隐患，使锂离子电池在大功率、大能量、大模块领域的应用受到严重阻碍。为解决这些问题，国内外学者以及工程技术人员进行了大量研究。

锂离子电池在长期使用后容量降低，内阻增加，再行使用的安全隐患也随即增加。针对这一问题，常规的做法是对锂离子电池的循环使用次数或使用年限进行限定。通常是1000次或3到5年的期限。超过这种限定的电池会被拆解，其中的主要成分例如正极材料中的钴以及电池所使用的铜箔、铝箔等会被回收，经再加工后重新使用，其他成分则被舍弃。这种广义上的再生通常周期长，对环境的危害和资源的浪费也比较严重。因此亟需一种周期短、经济简便的方法使锂离子电池得以再生。

阴极和阳极是锂离子电池的重要组成部分，一般由粉末状的活性成分、粘结剂和导电剂组成，经混合后涂布于集流体上，呈多孔结构。孔隙用以吸纳电解液，以利于锂离子的脱嵌。其电极内部的孔隙往往纵横交错，呈现复杂的孔道结构。研究人员通过对阴、阳极的活性成分在循环过程中晶体结构的研究发现，即使电池循环次数超过1000次，其活性成分的内部晶体结构也没有发生显著变化。但随着循环次数的增加，时间的迁延，多孔电极的孔道内部原来未吸收电解液的部分也逐渐吸收了电解液，再加上杂质分解等原因，使得阴阳极之间用于传递离子的电解液被逐渐消耗，从而使得电池内阻上升，电池容量逐渐衰减。有鉴于此，补充电解液成为提高电池寿命的重要手段。申请号为201210333679.7的专利《一种能够消气补液的聚合物锂电池》，申请号为201010279486.9的专利《一种锂离子动力电池容量恢复的方法》，申请号为201220105358.7的实用新型《可自动补充电解液的锂电池芯》以及申请号为201220331536.8的实用新型《一种可修复汽车用动力锂离子电池》均是通过各种有利于补充电解液的设计而提高锂离子电池的寿命。这样做的效果，可以使锂离子电池的寿命得以延长，容量得以部分恢复，但较为有限。原因在于没有考虑到电池界面保护膜的影响。

锂是一种非常活泼的金属，当浸入碳酸酯类有机电解液中后，会在界面上发生化学反应，但反应进行一定阶段后即变得非常缓慢。因此以色列学者Peled于1987年提出了固体电解质界面膜（SEI）的概念。认为该SEI膜具有保护作用，阻止了反应的进一步进行。由于金属锂在循环过程中易产生枝晶，刺穿隔膜而引起安全事故，于是研究人员于1990年代采用了石墨取代金属锂，而提出了锂离子电池的概念。但由于嵌锂的石墨仍然非常活泼，因此在其表面也会形成一层SEI膜。目前人们对SEI膜的成分、作用机制等的研究仍在进行。

通常认为，SEI膜形成得越完整，越能有效阻止电极与电解液之间的反应，也越能提高电池的使用寿命。申请号为201110005222.9的专利《锂离子电池及其再生方法》公开了一种通过追加SEI膜成膜剂的方法来提高锂离子电池使用寿命。该专利认为，为提高锂离子电池的使用寿命，应在放置一定时间以后向电池内部补充SEI膜的成膜剂，为此，该专利在电池内部额外提供了一种盛放SEI膜成膜剂的部件，通过部件的开启而实现补充成膜剂的目的。这种方法补充成膜剂是一次性的，因而对长期循环寿命的提高作用有限。另一方面，由于进一步促进了SEI膜的发育，电池内部非但没有恢复初始状态，而且电极表面SEI膜变得更加厚实，远离了电池的初始状态。其主要表现是电池的容量没有得到有效恢复。因为SEI膜的发育、增生会影响锂离子在电极上的脱-嵌反应，从而使容量恢复效果不明显。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中锂离子电池容量得不到有效恢复的不足，提供一种容量恢复型锂离子电池的维护方法。

为解决上述技术问题本发明采用的技术方案是：一种容量恢复型锂离子电池的维护方法。

首先装配可维护型锂离子电池