鉅大LARGE | 點擊量:1110次 | 2020年07月18日
有關(guān)鋰離子電池化成-老化工藝的分析與總結(jié)
鋰離子電池的生產(chǎn)制造,是由一個個工藝步驟嚴密聯(lián)絡(luò)起來的過程。整體來說,鋰離子電池的生產(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(jù)電池規(guī)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,要對電池進行初次預激活和穩(wěn)定化,也就是最后的化成-老化-分容工序。
一、化成
有關(guān)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。在鋰離子電池制作完成后,要對電池進行小電流的充放電。有關(guān)預充電的目的,重要是兩個:
1、電池制作完成后,電極材料并不是處在最佳適用狀態(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(例如一些合金機理的金屬氧化物負極),要進行首次充放電對其激活。
2、在鋰離子電池進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(yīng)生成SEI膜和部分氣體。有關(guān)SEI的用途及形成機理見干貨|SEI是什么?對鋰離子電池影響這么大!
在此過程中會出現(xiàn)部分氣體出現(xiàn)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,尤其是關(guān)于LTO電池來說,會出現(xiàn)大量的氣體造成電池鼓包厚度超過10%。關(guān)于石墨負極來說,產(chǎn)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出現(xiàn)的SEI膜阻礙了電子與電解液的進一步反應(yīng),不再出現(xiàn)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,兩者用途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,保證電池電化學性能的穩(wěn)定性。老化的目的重要有三個:
1、電池經(jīng)過預化成工序后,電池內(nèi)部石墨負極會形成一定的量的SEI膜,但是這個膜結(jié)構(gòu)緊密且孔隙小,將電池在高溫下進行老化,將有助于SEI結(jié)構(gòu)重組,形成寬松多孔的膜。
2、化成后電池的電壓處于不穩(wěn)定的階段,其電壓略高于真實電壓,老化的目的就是讓其電壓更準確穩(wěn)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?qū)O片進行充分的浸潤,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,再對穩(wěn)定下來的電池進行分容,經(jīng)過包裝等工序后就可以出場了。