動(dòng)力電池化成工藝參數(shù)的選擇分析

那么，應(yīng)該如何選擇化成工藝參數(shù)呢?

1.首先是化成溫度：

化成溫度主要是通過(guò)影響電解液的粘度和電導(dǎo)率及電極材料離子擴(kuò)散速度，對(duì)化成效果產(chǎn)生影響的。一般地，化成溫度越高電解液粘度越低、電解液電導(dǎo)率越高、電極材料離子擴(kuò)散速度越快，因此極化越小，化成效果越好。但時(shí)，溫度過(guò)高時(shí)，將會(huì)破壞已經(jīng)形成的SEI膜的結(jié)構(gòu)、改變其組份;同時(shí)電解液為有機(jī)溶劑溶液，過(guò)高的溫度將使得電解液中的低沸點(diǎn)成份揮發(fā)速度加快，影響化成效果。因此，可選擇的化成溫度建議為RT~90℃;在實(shí)驗(yàn)室條件允許的情況下，可使用高溫化成(45~70℃)。

2.其次是正負(fù)電極間的距離及距離一致性

對(duì)于扣式電池而言，影響正負(fù)電極間的距離及距離一致性的因素主要為扣式電池的選材及扣式電池組裝。

1)扣式電池的選材：扣式電池組要包括負(fù)極殼、彈簧片、墊片、鋰片、隔離膜、研究電極、正極殼等部件;為了確保正負(fù)極片間的距離最短，需要選擇更薄的隔離膜(薄的隔離膜離子傳輸距離更短，但更容易短路，產(chǎn)業(yè)界的解決方案為在隔離膜基材表層做陶瓷涂敷層處理及PVDF處理，從而解決正負(fù)極間短路問(wèn)題;但處理層與隔離膜基材之間的粘接力有限，建議直接使用而不要對(duì)隔離膜進(jìn)行超聲清洗，一般的，產(chǎn)業(yè)界組裝電池時(shí)并不需要對(duì)隔離膜進(jìn)行超聲清洗)，目前產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)使用7um甚至更薄的隔離膜，之后在其表面處理陶瓷、PVDF等。為了使得正負(fù)電極間的距離一致性好，必須使用彈簧片進(jìn)行應(yīng)力緩沖及平整的材料，包括平整的墊片、平整的鋰片以及平整的研究電極。

2)扣式電池組裝：建議采用雙墊片進(jìn)行扣電組裝(如圖所示)，因?yàn)閴|片平整度較高且剛性大、不容易變形，將電極置于兩片墊片之間，可以有效的將電極壓平，使得正負(fù)極電極間距離一致性高。

3.最后是化成流程

鋰離子電池的化成過(guò)程，主要是指電池的激活過(guò)程，具體為：在一定的電流作用下，成膜添加劑在電極活性物質(zhì)顆粒表面形成固體電解質(zhì)膜的過(guò)程。而影響整個(gè)過(guò)程的工藝參數(shù)主要為化成電流和化成截止電壓，均是通過(guò)化成設(shè)備(化成機(jī))對(duì)其具體控制的。

1)化成電流：在前述文章中，科博士已經(jīng)與大家分享到：大電流時(shí)，更容易發(fā)生雙電子反應(yīng)，即兩個(gè)電子同時(shí)參與才能發(fā)生反應(yīng)，相應(yīng)更容易生成無(wú)機(jī)鋰鹽組份，且此時(shí)SEI膜分子更容易雜亂堆積，其結(jié)構(gòu)更為疏松，相應(yīng)厚度更大，不可逆反應(yīng)更多;小電流化成時(shí)，更容易發(fā)生單電子反應(yīng)，即只需一個(gè)電子參與即可發(fā)生的反應(yīng)，相應(yīng)更容易生成有機(jī)鋰鹽組份，且此時(shí)SEI膜分子更容易有序堆積，其結(jié)構(gòu)更加致密，相應(yīng)厚度更小，不可逆反應(yīng)更少。

2)化成截止電壓：化成過(guò)程即是成膜添加劑在活性物質(zhì)顆粒表面形成SEI膜的過(guò)程，而形成SEI膜的過(guò)程是不可逆反應(yīng)過(guò)程，因此僅需要將化成截止電壓設(shè)定在成膜添加劑完全反應(yīng)完全的電位之上，使得成膜反應(yīng)充分進(jìn)行即可。而一般成膜添加劑(如VC、FEC)的成膜電位均低于3.0V(對(duì)金屬鋰的電位)，但由于極化的存在，同時(shí)要確保化成充分進(jìn)行，對(duì)于研究鋰離子電池正極材料可以將化成截止電位設(shè)置在3.5V~3.8V之間(即化成時(shí)，僅需要小電流充電至3.5V，之后即可使用正常的充放電電流對(duì)電池進(jìn)行充放電)，對(duì)于研究鋰離子電池負(fù)極材料可以將化成截止電位設(shè)置在0.3V左右。

通過(guò)上述化成電流及化成截止電壓的優(yōu)化，不僅能夠得到性能更加優(yōu)良的電池，而且可以極大的縮短化成時(shí)間，減少化成設(shè)備的占有，降低研究費(fèi)用。但對(duì)于一個(gè)新體系來(lái)說(shuō)，該如何確定所使用的化成電流大小是否最優(yōu)，如何選擇化成截止電壓呢?科路得科博士將為大家介紹一種簡(jiǎn)單有效的驗(yàn)證方法：試錯(cuò)法。

以鈷酸鋰/石墨體系為例，使用VC、FEC為添加劑的電解液，選擇0.02C進(jìn)行橫流充電，直至電池滿充(4.2V)，計(jì)算dQ/dV的值，并作dQ/dV-V的曲線圖，如下圖所示，第一個(gè)反應(yīng)峰位置(~2.8V)即為成膜添加劑分解成膜的電位，化成截止電位為~2.92V;再選擇0.03C電流對(duì)平行樣品化成，得到第一個(gè)反應(yīng)峰位置(~2.8V)即為成膜添加劑分解成膜的電位，化成截止電位為~2.94V;最后選擇0.05C電流對(duì)平行樣品化成，得到第一個(gè)反應(yīng)峰位置(~2.9V)即為成膜添加劑分解成膜的電位，化成截止電位為~3.16V。從上述結(jié)果可以看出，0.02C電流化成與0.03C化成時(shí)，成膜反應(yīng)封位置重合，不會(huì)對(duì)成膜產(chǎn)生大的影響，但采用0.05C化成時(shí)，峰位置明顯右移，極化增大，將對(duì)化成效果產(chǎn)生影響，因此從節(jié)約化成時(shí)間，又得到性能優(yōu)良的電芯的角度分析，選擇0.03C電流化成為較優(yōu)結(jié)果。采用不同化成電流化成時(shí)，成膜反應(yīng)截止電位分別為2.92V、2.94V和3.16V，從充分反應(yīng)角度出發(fā)，可以選擇化成截止電位為3.5V。即化成流程為0.03C恒流充電至3.5V即可完成化成。

以上分析，為廣大科粉詳細(xì)闡述了鋰離子電池研究時(shí)，化成工藝的設(shè)置：

1.化成溫度：RT~90℃;優(yōu)選45~70℃;

2.正負(fù)電極間的距離及距離一致性：選著薄隔膜、雙墊片組裝扣電;

3.化成流程：試錯(cuò)法優(yōu)化化成電流及化成截止時(shí)間。