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鋰電池的分容原理是什么,什么是化成和分容?

鉅大LARGE  |  點擊量:13897次  |  2018年06月24日  

摘要
電池的分容是通過化成分容柜(由于化成和分容基本原理相同,化成和分容功能集成在同一個柜子內,稱為化成分容柜)來完成的,分化成容柜的功能實際上就是象充電器一樣的東西,只不過它可以同時為大量的電池充放電。電池分容時通過電腦管理得到每一個檢測點的數據,從而分析出這些電池容量的大小和內阻等數據,確定電池的質量等級,這個過程就是分容。


一什么是化成和分容


化成:一般指對初次充電的電池實施一系列工藝措施使之性能趨于穩定,包括,小電流充放電,恒溫靜置等。


分容:簡單理解就是容量分選、性能篩選分級。


鋰電池的應用


鋰離子電池具有能量密度高、環境友好、無記憶效應、循環壽命長、自放電少等突出的優點,是移動電話、攝像機、筆記本電腦、便攜式測量儀等電子裝置小型輕量化的理想電源,也是電動汽車、軍用的理想輕型高能動力源。鋰電池生產工藝復雜,屬資本密集型產業。下面請讓我們一起來初步了解鋰電池的化成和分容吧。


三鋰電池的化成


在鋰離子電池首次充放電過程中作為鋰離子電池的極性非質子溶劑不可避免地都要在電極與電解液界面上反應,形成覆蓋在電極表面上的鈍化薄膜,稱為電子絕緣膜或固體電解質相界膜即SEI膜,據報導得知:鈍化膜由Li2O、LiF、LiCl、Li2CO3、LiCO2-R、醇鹽和非導電聚合物組成,是多層結構,靠近電解液的一面是多孔的,靠近電極的一面是致密的。SEI膜的形成對電極材料的性能產生至關重要的影響。一方面,SEI膜的形成消耗了部分鋰離子,使得首次充放電不可逆容量增加,降低了電極材料的充放電效率;另一方面,SEI膜具有有機溶劑不溶性,在有機電解質溶液中能穩定存在,并且溶劑分子不能通過該層鈍化膜,從而能有效防止溶劑分子的共嵌入,避免了因溶劑分子共嵌入對電極材料造成的破壞,因而大大提高了電極的循環性能和使用壽命?;傻馁|量決定了SEI膜的好壞,直接接影響到電池的循環壽命、穩定性、自放電性、安全性等電化學性能。因此電池企業都會根據其生產實際,研究總結出一套合適的化成和分容的工藝流程及參數,以保證電池可以獲得最大的容量、最好的穩定性和最長的壽命。電池的化成需要長時間充放電,充電時不但需要精準地控制充放電的電壓或電流的高低大小,還要精準地控制充放電電壓和電流的的脈沖波形,以防止SEI膜阻抗增大,從而影響鋰離子電池的倍率放電性能,并提高化成過程的生產效率。比如對于磷酸鐵鋰體系,當充電電壓大于3.7V時,可能會使磷酸鐵鋰的晶格結構造成破壞,從而影響電池的循環性能。


四鋰電池的分容


電池的分容是通過化成分容柜(由于化成和分容基本原理相同,化成和分容功能集成在同一個柜子內,稱為化成分容柜)來完成的,分化成容柜的功能實際上就是象充電器一樣的東西,只不過它可以同時為大量的電池充放電。電池分容時通過電腦管理得到每一個檢測點的數據,從而分析出這些電池容量的大小和內阻等數據,確定電池的質量等級,這個過程就是分容。


電池首次分容后,需靜置一段時間,一般不少于15天,在這個期間,有些內在的質量問題就會表現出來,比如說自放電過大,內阻變大等等。靜置期結束后,再次進行檢測分容,把容量達不到等級,有質量問題的淘汰掉。


分容的另外一個目的是對電池進行分類組編,就是篩選出單體的內阻和容量相同的單體進行組合。組合時,只有性能很接近的才能組成電池組。比如,動力電池組為滿足電動汽車的能量需求,往往需要數十支到數千支電池組成,受到系統復雜性的影響,電池組的行為有其獨特性,并不是單體電池的做一個簡單的加減法就能夠獲得電池組的性能。以我們常見的串聯、并聯組成的電池組為例,理想情況下所有電池組中的單體電池應該是完全一致的,但是實際上即便是同一批次生產的單體電池仍然具有性能的差異(包括容量、內阻等因素)。雖然在組成電池組之前會進行篩選,仍然無法保證所有電池性能100%一致,此外受到電池組體積的影響,不同部分的散熱特性也有較多的差異,因此電池組在溫度分布上也存在較大的溫度梯度,上述種種因素會導致電池組內的電池在使用過程中的衰降速度并不一致,這種情況下一方面會造成電池組的可用容量下降(受到電池組中串聯電池的最小容量的限制)。另一方面也可能會導致電池組安全性降低。研究顯示即便是單體電池循環壽命可達1000次以上,在組成電池組時,如果沒有均衡設備的保護,電池組的循環壽命可能不足200次,因此對于電池組而言,單體電池的一致性是一個非常重要的參數。


五鋰電池的化成和分容精度要求


為了提高電池的循環壽命、穩定性、自放電性、安全性等電化學性能,必須嚴格控制鋰電池的一致性或精確評定電池等級,所以對化成和分容設備的電流和電壓的測量精度有很高的要求,限于傳感器采集精度,目前市場上化成分容設備電流和電壓的測量精度一般在千分之一左右。其對于化成而言,電流和電壓的控制精度越高越高鋰電池產品的質量就會越好,電流電壓傳感器在萬分之一以上的精度是比較理想的選擇。銀河電氣有優于萬分之一精度的電流和電壓傳感器,可以提供多種選擇。


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