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  • 技术丨关于锂电池化成-老化工艺的分析与总结

    发布日期:2020-12-17阅读数:1237

     锂离子电池的生产制造,是由一个个工艺步骤严密联络起来的过程。整体来说,锂电池的生产包括极片制造工艺、电池组装工艺以及最后的注液、封口、化成、老化工艺。在这三个阶段的工艺中,每道工序又可分为数道关键工艺,每一步都会对电池最后的性能形成很大的影响。
          在极片制造工艺阶段,可细分为浆料制备、浆料涂覆、极片辊压、极片分切、极片干燥五道工艺。在电池组装工艺,又根据电池规格型号的不同,大致分为卷绕、入壳、焊接等工艺。组装完成后的注液工艺又包括注液、封口。最后是电池的化成、老化、分容三步工艺。在电池制作完成后,需要对电池进行初次预激活和稳定化,也就是最后的化成-老化-分容工序。

    一、化成

          关于化成(Pre-formation)的概念,就是对制造出来的锂离子电池进行一次小电流的充放电。在锂电池制作完成后,需要对电池进行小电流的充放电。关于预充电的目的,主要是两个:
          1、电池制作完成后,电极材料并不是处在最佳适用状态,或者物理性质不合适(例如颗粒太大,接触不紧密等),或者物相本身不对(例如一些合金机理的金属氧化物负极),需要进行首次充放电对其激活。
          2、在锂电池进行第一次充电过程中,Li+从正极活物质中脱出,经过电解液-隔膜-电解液后,嵌入负极石墨材料层间。在此过程中,电子沿着外围电路从正极迁移到负极。此时,由于锂离子嵌入石墨负极电位较低电子会先与电解液反应生成SEI膜和部分气体。
          在此过程中会产生部分气体产生同时伴随少量电解液的消耗,有些电池厂家会在此过程后进行电池排气和补液的操作,尤其是对于 LTO电池来说,会产生大量的气体造成电池鼓包厚度超过10%。对于石墨负极来说,产气量较少,不必要进行排气的操作,这是因为在第一次充电过程中产生的SEI膜阻碍了电子与电解液的进一步反应,不再产生气体。这也就是石墨体系电池不可逆容量的来源,虽然造成了不可逆容量损失,但是也成就了电池的稳定。

    二、老化

          老化一般就是指电池装配注液完成后第一次充电化成后的放置,可以有常温老化也可有高温老化,两者作用都是使初次充电化成后形成的SEI膜性质和组成更加稳定,保证电池电化学性能的稳定性。老化的目的主要有三个:
          1、电池经过预化成工序后,电池内部石墨负极会形成一定的量的SEI膜,但是这个膜结构紧密且孔隙小,将电池在高温下进行老化,将有助于SEI结构重组,形成宽松多孔的膜。
          2、化成后电池的电压处于不稳定的阶段,其电压略高于真实电压,老化的目的就是让其电压更准确稳定。
          3、将电池置于高温或常温下一段时间,可以保证电解液能够对极片进行充分的浸润,有利于电池性能的稳定。
          电池的化成-老化工艺是必不可少的,在实际生产中根据电池的材料体系和结构体系选择电池充放电工艺,但是电池的化成必须在小电流的条件下充放电。经过这两步关键工艺后,再对稳定下来的电池进行分容,经过包装等工序后就可以出场了。

    来源:锂电派

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