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鋰電池化成-老化工藝的分析與總結(jié)

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:11185次  |  2018年06月13日  

鋰離子電池的生產(chǎn)制造,是由一個(gè)個(gè)工藝步驟嚴(yán)密聯(lián)絡(luò)起來的過程。整體來說,鋰電池的生產(chǎn)包括極片制造工藝、電池組裝工藝以及最后的注液、封口、化成、老化工藝。在這三個(gè)階段的工藝中,每道工序又可分為數(shù)道關(guān)鍵工藝,每一步都會(huì)對(duì)電池最后的性能形成很大的影響。


在極片制造工藝階段,可細(xì)分為漿料制備、漿料涂覆、極片輥壓、極片分切、極片干燥五道工藝。在電池組裝工藝,又根據(jù)電池規(guī)格型號(hào)的不同,大致分為卷繞、入殼、焊接等工藝。組裝完成后的注液工藝又包括注液、封口。最后是電池的化成、老化、分容三步工藝。在電池制作完成后,需要對(duì)電池進(jìn)行初次預(yù)激活和穩(wěn)定化,也就是最后的化成-老化-分容工序。


一、化成


關(guān)于化成(Pre-formation)的概念,就是對(duì)制造出來的鋰離子電池進(jìn)行一次小電流的充放電。在鋰電池制作完成后,需要對(duì)電池進(jìn)行小電流的充放電。關(guān)于預(yù)充電的目的,主要是兩個(gè):


1、電池制作完成后,電極材料并不是處在最佳適用狀態(tài),或者物理性質(zhì)不合適(例如顆粒太大,接觸不緊密等),或者物相本身不對(duì)(例如一些合金機(jī)理的金屬氧化物負(fù)極),需要進(jìn)行首次充放電對(duì)其激活。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

2、在鋰電池進(jìn)行第一次充電過程中,Li+從正極活物質(zhì)中脫出,經(jīng)過電解液-隔膜-電解液后,嵌入負(fù)極石墨材料層間。在此過程中,電子沿著外圍電路從正極遷移到負(fù)極。此時(shí),由于鋰離子嵌入石墨負(fù)極電位較低電子會(huì)先與電解液反應(yīng)生成SEI膜和部分氣體。關(guān)于SEI的作用及形成機(jī)理見干貨|SEI是什么?對(duì)鋰電池影響這么大!


在此過程中會(huì)產(chǎn)生部分氣體產(chǎn)生同時(shí)伴隨少量電解液的消耗,有些電池廠家會(huì)在此過程后進(jìn)行電池排氣和補(bǔ)液的操作,尤其是對(duì)于LTO電池來說,會(huì)產(chǎn)生大量的氣體造成電池鼓包厚度超過10%。對(duì)于石墨負(fù)極來說,產(chǎn)氣量較少,不必要進(jìn)行排氣的操作,這是因?yàn)樵诘谝淮纬潆娺^程中產(chǎn)生的SEI膜阻礙了電子與電解液的進(jìn)一步反應(yīng),不再產(chǎn)生氣體。這也就是石墨體系電池不可逆容量的來源,雖然造成了不可逆容量損失,但是也成就了電池的穩(wěn)定。


二、老化


老化一般就是指電池裝配注液完成后第一次充電化成后的放置,可以有常溫老化也可有高溫老化,兩者作用都是使初次充電化成后形成的SEI膜性質(zhì)和組成更加穩(wěn)定,保證電池電化學(xué)性能的穩(wěn)定性。老化的目的主要有三個(gè):


1、電池經(jīng)過預(yù)化成工序后,電池內(nèi)部石墨負(fù)極會(huì)形成一定的量的SEI膜,但是這個(gè)膜結(jié)構(gòu)緊密且孔隙小,將電池在高溫下進(jìn)行老化,將有助于SEI結(jié)構(gòu)重組,形成寬松多孔的膜。

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2、化成后電池的電壓處于不穩(wěn)定的階段,其電壓略高于真實(shí)電壓,老化的目的就是讓其電壓更準(zhǔn)確穩(wěn)定。


3、將電池置于高溫或常溫下一段時(shí)間,可以保證電解液能夠?qū)O片進(jìn)行充分的浸潤,有利于電池性能的穩(wěn)定。


電池的化成-老化工藝是必不可少的,在實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)電池的材料體系和結(jié)構(gòu)體系選擇電池充放電工藝,但是電池的化成必須在小電流的條件下充放電。經(jīng)過這兩步關(guān)鍵工藝后,再對(duì)穩(wěn)定下來的電池進(jìn)行分容,經(jīng)過包裝等工序后就可以出場了。


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