鐵鋰電池化成工藝對(duì)電池的性能影響有哪些？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-25 10:20
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鐵鋰電池化成工藝對(duì)電池的性能影響
化成是鐵鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中的重要工序，化成時(shí)在負(fù)極表面形成一層鈍化層，即固體電解質(zhì)界面膜，SEI膜的好壞自接影響到電池的循環(huán)壽命、穩(wěn)定性、自放電性、安全性等電化學(xué)性能，滿足二次電池密封“免維護(hù)”的要求，而不同的化成工藝形成的SEI膜有所不同，對(duì)鋰電池的性能影響也存在很大差異。
傳統(tǒng)的小電流預(yù)充方式有助于穩(wěn)定的SEI膜形成，但是長(zhǎng)時(shí)間的小電流充電會(huì)導(dǎo)致形成的SEI膜阻抗增大，從而影響鋰離子電池的倍率放電性能，過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)影響生產(chǎn)效率。
磷酸鐵鋰體系的化成工藝通常選擇如下
充電電流0.05C~0.2C，截止電壓3.6~3.7V，充電截止電流0.025C~0.05C，靜置一段時(shí)間后，0.1~0.2C放電至2.5V，靜置一段時(shí)間。在不同的充放電機(jī)制下，充電電流的不同影響SEI的形成及質(zhì)量，靜置時(shí)間和充電截止電流影響電池的化成工藝時(shí)間。
磷酸鐵鋰體系的電池化成工藝需要選擇合適的截止電壓，從材料晶體結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，當(dāng)充電電壓大于3.7V時(shí)，可能會(huì)使磷酸鐵鋰的晶格結(jié)構(gòu)造成破壞，從而影響電池的循環(huán)性能。部分內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)、極片SEM觀察結(jié)果也證明以下結(jié)論的正確：
1.適當(dāng)降低化成電壓、減少化成時(shí)間可以有效減少負(fù)極表面析鋰的產(chǎn)生，從而可以得到表面較為光滑的負(fù)極極片。這是因?yàn)楫?dāng)化成電壓高時(shí)，電池內(nèi)部產(chǎn)氣速率較快，以至于電池內(nèi)部氣體無(wú)法及時(shí)排出，在隔膜表面沉積，影響了隔膜與負(fù)極的接觸平衡。在鋰離子脫嵌過(guò)程中，受到兩者接觸不平衡的影響，造成部分區(qū)域鋰離子過(guò)度嵌入，引起負(fù)極表面不光滑，最后影響電池性能。
2.經(jīng)化成后的鐵鋰電池內(nèi)阻測(cè)試，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)降低化成電壓、減少化成時(shí)間可以降低電池的內(nèi)阻。高化成電壓造成的高內(nèi)阻也與負(fù)極表面不光滑，有白斑形成有關(guān)，因?yàn)榘装呤卿嚮衔?，?dǎo)電性差故電池內(nèi)阻偏大。
3.化成工藝設(shè)計(jì)中適當(dāng)降低化成電壓可以提高鋰電池首次充放電容量和改善電池的循環(huán)性能。過(guò)高的化成電壓易造成負(fù)極表面沉積鋰及其化合物，提高了鋰電池的不可逆容量，必然會(huì)影響電池的容量，由于鋰及其化合物的存在，導(dǎo)致在充放電循環(huán)中電池的容量衰減越來(lái)越快，影響電池循環(huán)壽命。
磷酸鐵鋰電池化成建議
1）正極的放電克容量
2）電池的首次充放電效率
3）電池電壓平臺(tái)
4）鋰電池的恒流恒壓充電比例
5）鋰電池的充放電電壓平臺(tái)的差值
6）0.2c和0.5c的容量的關(guān)系
鋰電池化成過(guò)程的步驟
鋰電池化成過(guò)程中SEI膜的形成過(guò)程，具體而言包括如下四個(gè)步驟：
步驟①：電子由集流體-導(dǎo)電劑-石墨顆粒內(nèi)部傳遞到待形成SEI膜的A點(diǎn);
步驟②：溶劑化的鋰離子在溶劑的包裹下，從正極擴(kuò)散至正在生成的SEI膜表層的B點(diǎn);
步驟③：A點(diǎn)的電子通過(guò)電子隧道效應(yīng)擴(kuò)散至B點(diǎn);
步驟④：躍遷至B點(diǎn)的電子與鋰鹽、溶劑化鋰離子、成膜劑等反應(yīng)，在原有SEI膜表層繼續(xù)生成SEI膜，從而使得石墨顆粒表層SEI膜厚度不斷增加，最終形成完整的SEI膜。
