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鋰電池化成-老化工藝的分析與總結

鉅大LARGE  |  點擊量:5799次  |  2018年06月13日  

摘要
整體來說,鋰電池的生產包括極片制造工藝、電池組裝工藝以及最后的注液、封口、化成、老化工藝。在這三個階段的工藝中,每道工序又可分為數道關鍵工藝,每一步都會對電池最后的性能形成很大的影響。

鋰離子電池的生產制造,是由一個個工藝步驟嚴密聯絡起來的過程。整體來說,鋰電池的生產包括極片制造工藝、電池組裝工藝以及最后的注液、封口、化成、老化工藝。在這三個階段的工藝中,每道工序又可分為數道關鍵工藝,每一步都會對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,又根據電池規格型號的不同,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,需要對電池進行初次預激活和穩定化,也就是最后的化成-老化-分容工序。


一、化成


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


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


2、在鋰電池進行第一次充電過程中,Li+從正極活物質中脫出,經過電解液-隔膜-電解液后,嵌入負極石墨材料層間。在此過程中,電子沿著外圍電路從正極遷移到負極。此時,由于鋰離子嵌入石墨負極電位較低電子會先與電解液反應生成SEI膜和部分氣體。關于SEI的作用及形成機理見干貨|SEI是什么?對鋰電池影響這么大!


在此過程中會產生部分氣體產生同時伴隨少量電解液的消耗,有些電池廠家會在此過程后進行電池排氣和補液的操作,尤其是對于LTO電池來說,會產生大量的氣體造成電池鼓包厚度超過10%。對于石墨負極來說,產氣量較少,不必要進行排氣的操作,這是因為在第一次充電過程中產生的SEI膜阻礙了電子與電解液的進一步反應,不再產生氣體。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膜性質和組成更加穩定,保證電池電化學性能的穩定性。老化的目的主要有三個:


1、電池經過預化成工序后,電池內部石墨負極會形成一定的量的SEI膜,但是這個膜結構緊密且孔隙小,將電池在高溫下進行老化,將有助于SEI結構重組,形成寬松多孔的膜。


2、化成后電池的電壓處于不穩定的階段,其電壓略高于真實電壓,老化的目的就是讓其電壓更準確穩定。


3、將電池置于高溫或常溫下一段時間,可以保證電解液能夠對極片進行充分的浸潤,有利于電池性能的穩定。


電池的化成-老化工藝是必不可少的,在實際生產中根據電池的材料體系和結構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。經過這兩步關鍵工藝后,再對穩定下來的電池進行分容,經過包裝等工序后就可以出場了。


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