詳解鋰電池化成的兩個(gè)主要作用以及用途
來源:寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-23 13:18
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是使電池中活性物質(zhì)借助于第一次充電轉(zhuǎn)化成具有正常電化學(xué)作用的物質(zhì);
二是使電極主要是負(fù)極形成有效的鈍化膜或SEI膜,為了使負(fù)極碳材料表面形成均勻的SEI膜,通常采用階梯式充放電的方法,在不同的階段,充放電電流不同,擱置的時(shí)間也不同,應(yīng)根據(jù)所用的材料和工藝路線具體掌握,通?;蓵r(shí)間控制在24h左右。負(fù)極表面的鈍化膜在鋰電池的電化學(xué)反應(yīng)中,對(duì)于電池的穩(wěn)定性扮演著重要的角色。
因此電池制造商除將材料及制造過程列為機(jī)密外,化成條件也被列為各公司制造電池的重要機(jī)密。
電池化成期間,最初的幾次充放電會(huì)因?yàn)殡姵氐牟豢赡娣磻?yīng)使得電池的放電容量在初期會(huì)有減少。待電池電化學(xué)狀態(tài)穩(wěn)定后,電池容量即趨穩(wěn)定。因此,有些化成程序包含多次充放電循環(huán)以達(dá)到穩(wěn)定電池的目的。
這就要求電池檢測(cè)設(shè)備可提供多個(gè)工步設(shè)置和循環(huán)設(shè)置。以BS9088設(shè)備為例,可設(shè)置64個(gè)工步參數(shù),并最多可設(shè)置256個(gè)循環(huán)且循環(huán)方式不限;可以先進(jìn)行小電流充放循環(huán),然后再進(jìn)行大電流充放循環(huán),反之亦可。
為防止金屬鋰在鋰電池負(fù)極集體流上銅部位析出而引起安全問題,需要對(duì)極片進(jìn)行工藝改進(jìn),銅箔的兩面需用碳漿涂布。鋰電池的工藝流程的主要工序如下。
①制漿用專用的溶劑和黏結(jié)劑分別與粉末狀的正負(fù)極活性物質(zhì)混合,經(jīng)高速攪拌均勻后,制成漿狀的正負(fù)極物質(zhì)。
②涂裝將制成的漿料均勻地涂覆在金屬箔的表面,烘干,分別制成正、負(fù)極極片。
③裝配按正極片一隔膜一負(fù)極片一隔膜自上而下的順序放好,經(jīng)卷繞制成電池芯,再經(jīng)注入電解液、封口等工藝過程,即完成電池的裝配過程,制成成品電池。鋰合金的出現(xiàn)在一定程度上解決了金屬鋰負(fù)極可能存在的安全隱患,但是鋰合金在反復(fù)的循環(huán)過程中經(jīng)歷了較大的體積變化,電極材料會(huì)逐漸粉化,電池容量迅速衰減,這使得鋰合金并未成功用作二次鋰電池的負(fù)極材料。碳材料在二次鋰電池中的成功應(yīng)用促進(jìn)了鋰離子電池的產(chǎn)生,此后,許多種碳材料被加以研究。但是碳材料存在著比容量低,首次充放電效率低,有機(jī)溶劑共嵌入等不足,所以人們?cè)谘芯刻疾牧系耐瑫r(shí)也開始了對(duì)其他高比容量的非碳負(fù)極材料的開發(fā),比如錫基負(fù)極材料、硅基負(fù)極材料、氮化物、鈦基負(fù)極材料以及新型合金材料等。
人們最早研究的鋰二次電池的負(fù)極材料是金屬鋰,這是因?yàn)殇嚲哂凶钬?fù)的電極電位(-3.045V)和最高的質(zhì)量比容量(3860mA·h/g)。但是,以鋰為負(fù)極時(shí),充電過程中金屬鋰在電極表面不均勻沉積,導(dǎo)致鋰在一些部位沉積過快,產(chǎn)生樹枝一樣的結(jié)晶(枝晶)。當(dāng)枝晶發(fā)展到一定程度時(shí),一方面會(huì)發(fā)生折斷,產(chǎn)生“死鋰”,造成不可逆的鋰;另一方面更為嚴(yán)重的是,枝晶刺破隔膜,引起電池內(nèi)部短路和電池爆炸。除此之外,鋰有極大的反應(yīng)活性,可能與電解液反應(yīng),也可能消耗活性鋰和帶來安全問題。正是由于鋰枝晶和鋰與電解液反應(yīng)可能造成的許多問題,從而使以鋰為負(fù)極的二次鋰電池未能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
















