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縮短鋰離子電池化成時(shí)間的方法

在鋰離子電池生產(chǎn)制造過程中,電池的化成工序是電池制造的重要環(huán)節(jié),通常我們需要3-7天完成鋰離子電池的浸潤和化成,同時(shí)為了剔除漏電流過大的鋰離子電池,在完成化成后還需要進(jìn)行2周左右的老化,這一過程占成本很高一部分,同時(shí)要占據(jù)約28%的生產(chǎn)場地。因此縮短鋰離子電池化成時(shí)間將是節(jié)約電池制造成本的一個(gè)有效辦法,那么具體怎么辦呢?

鋰離子電池

縮短鋰離子電池化成時(shí)間是在不影響電池原有性能的前提下,盡可能提升鋰離子電池的循環(huán)性能進(jìn)行的。通常需要從兩個(gè)方面進(jìn)行著手:

 1、電解液的浸潤

電解液與活性物質(zhì)充分接觸是鋰離子電池電極表面形成均勻、致密的SEI膜的基本要求。溫度對化學(xué)物質(zhì)的活性有一定的積極影響,因此溫度提高到40-60℃可以有效降低電解液與活性物質(zhì)的接觸角,促進(jìn)電解液進(jìn)入到電極的內(nèi)部的微孔之中,提升電解液的浸潤效果。為了保證鋰離子電池的浸潤效果和減少浸潤過程中的銅箔腐蝕現(xiàn)象,除了設(shè)計(jì)多步的浸潤工藝外,還會在注液后對電池進(jìn)行預(yù)充電,以降低負(fù)極的電勢,減少負(fù)極銅箔溶解的風(fēng)險(xiǎn)。

2、鋰離子電池的化成

電池化成的過程實(shí)際上是對鋰離子電池首次充電的過程,為了保證在負(fù)極表面形成均勻、致密的SEI膜,通?;蛇^程會采用非常小的電流對電池進(jìn)行充電,以降低界面膜的成膜速度,從而使得形成的界面膜更加致密。

在完成了浸潤和化成后,為了將漏電電流較大的電池剔除,通常還需要對電池進(jìn)行1-2周的老化篩選。在電池剛剛化成結(jié)束時(shí)鋰離子電池內(nèi)部的漏電電流通常在20-50uA/cm2,在經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的穩(wěn)定后漏電流會下降到2-5uA/cm2,在經(jīng)過數(shù)周后電池內(nèi)部的漏電流會下降到1uA/cm2以下。但是部分鋰離子電池因?yàn)橹圃烊毕莺碗娊庖弘s質(zhì)等因素導(dǎo)致漏電流會持續(xù)較高,一旦進(jìn)入組合之中會造成單體電池之間的電壓偏差過大,影響電池組的性能,為了保證組電池的一致性,需要通過篩選將這部分電池進(jìn)行剔除。

為了壓縮化成時(shí)間,在首先以較大的電流(1C)將鋰離子電池充電到3.9V,然后以C/5倍率在3.9-4.2V的范圍內(nèi)對鋰離子電池進(jìn)行充放電循環(huán),最后將電池放電到3.0V,相比于以0.05C倍率進(jìn)行3次循環(huán),該制度下電池的化成時(shí)間僅需要14h,化成速度提高8.5倍。這樣雖然大幅壓縮了化成時(shí)間,但是卻導(dǎo)致電池的容量發(fā)揮有所降低,快速化度使得電池的容量降低了13%,而如果我們將低電壓范圍內(nèi)快速充電的電流降低到0.2C或0.33C,則電池正極的比容量會比0.05C化成下降12mAh/g(7%)。

一些先進(jìn)的電池技術(shù),例如原子層沉積技術(shù)(ALD),使得進(jìn)一步的壓縮浸潤和化成時(shí)間成為可能,研究表明通過在正負(fù)極材料表面增加原子層沉積層能夠?qū)⒒蓵r(shí)間進(jìn)一步壓縮到10h以內(nèi),甚至可以直接采用原子層沉積技術(shù)直接在正負(fù)極表明生成SEI膜,取代傳統(tǒng)意義上的SEI膜,從而進(jìn)一步減少化成所需要的時(shí)間。

研究表明通過負(fù)極高電勢階段采用較大電流,在較低電勢下采用較小電流進(jìn)行化成,可以有效的壓縮化成時(shí)間,該方法在化成階段能夠部分的形成SEI膜,在鋰離子電池使用過程中最終完成SEI膜的構(gòu)建,對最終鋰離子電池的循環(huán)性能沒有顯著的影響。

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