老化制度對鋰電池性能的影響因素主要有兩個，即老化溫度和老化時間。除此之外，還有老化時電池處于封口還是開口的狀態(tài)也比較重要。對于開口化成來說，如果廠房可以控制好濕度可以老化后再封口。如果采用高溫老化，封口后老化比較好。對于不同的電池體系，三元正極/石墨負極鋰電池、磷酸鐵鋰正極/石墨負極鋰電池抑或是鈦酸鋰負極電池，需要根據(jù)材料特性及鋰電池特性進行針對性試驗。在試驗設(shè)計中，可以通過鋰電池的容量差別、內(nèi)阻差別、壓降特點來確定最佳的老化制度。

 

一、三元或磷酸鐵鋰正極/石墨負極鋰電池

 

對于三元作為正極材料，石墨作為負極材料的鋰電池來說，鋰離子電池的預(yù)充化成階段會在石墨負極的表面形成一層固態(tài)電解質(zhì)膜（SEI），此種膜的形成電位約在0.8V左右，SEI允許離子穿透而不允許電子通過，由此在形成一定厚度后會抑制電解液的進一步分解，可以起到防止電解液分解引起的電池性能下降。但是化成后形成的SEI膜結(jié)構(gòu)緊密且孔隙小，將電池再進行老化，將有助于SEI結(jié)構(gòu)重組，形成寬松多孔的膜，以此提高鋰電池的性能。三元/石墨鋰電池的老化一般選擇常溫老化7天-28天時間，但是也有的廠采用高溫老化制度，老化時間為1-3天，所謂的高溫一般是38℃-50℃之間。高溫老化只是為了縮短整個生產(chǎn)周期，其目的和常溫老化一樣，都是讓正負極、隔膜、電解液等充分進行化學(xué)反應(yīng)達到平衡，讓鋰電池達到更穩(wěn)定的狀態(tài)。

 

二、鈦酸鋰負極鋰電池

 

俗稱的鈦酸鋰電池是負極采用了鈦酸鋰的電池，正極材料主要還是三元、鈷酸鋰等材料。鈦酸鋰電池與石墨負極電池的不同之處是鈦酸鋰的嵌鋰電位是1.55V（相對于鋰金屬），高于SEI形成的0.8V，所以充放電過程中不會形成固態(tài)電解質(zhì)膜（SEI）也不會形成枝晶鋰，從而具有更高的安全性。這就意味著鈦酸鋰充電過程中，不斷的有電子與電解液發(fā)生反應(yīng)，生成副產(chǎn)物及產(chǎn)生氫氣、CO、CH4、C2H4等氣體，會導(dǎo)致電池的鼓包。鈦酸鋰的鼓包問題主要得依靠材料性質(zhì)的改變來緩解，例如材料表面包覆、改變粒徑分布，找到合適的電解液等。此外，通過優(yōu)化預(yù)充、化成、老化的制度也可以適當減輕鈦酸鋰鼓包現(xiàn)象。鈦酸鋰電池的老化制度一般首選高溫老化制度，老化溫度采用40℃-55℃，老化時間一般是1-3天，老化之后需要進行負壓排氣。進行多次高溫老化，使電池內(nèi)部水分充分反應(yīng)，將氣體排出后可以有效抑制鈦酸鋰電池的脹氣問題，提高其循環(huán)壽命。

 

無論對于哪種體系的電池，老化是必不可少的一道工序。鋰電池的老化雖然理解起來是對鋰電池的損耗和破壞，但是事實上卻是篩選一致性高的電池，剔除不良品的有效途徑。只有通過老化的方式，才能選出適宜進行組包的鋰電池，提高電動工具的使用壽命。

 

磷酸鐵鋰材料在電池加工中的常見問題分析

 

磷酸鐵鋰因鋰離子的擴散系數(shù)低，導(dǎo)電性上較差，所以當下做法是將其顆粒做小，甚至是做成納米級數(shù)，通過縮短LI+和電子的遷移路徑，來提升其充放電速度(理論上，遷移時間和遷移路徑平方成反比)。但由此給電池加工帶來一系列的難題。

 

首先遇到的是材料分散問題

 

制漿是電池生產(chǎn)過程中最為關(guān)鍵的工序之一，其核心任務(wù)就是把活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等物料均勻的混合，使得材料性能能夠更好的發(fā)揮。要混勻，先要能分散。顆粒減小，相應(yīng)的比表面也就增大，表面能也就增大，顆粒間發(fā)生聚合的趨勢就增強?？朔砻婺芊稚⑺枰哪芰恳簿驮酱蟆，F(xiàn)在普遍用的是機械攪拌，機械攪拌能量分布是不均勻的，只有在一定的區(qū)域內(nèi)，剪切強度足夠大，能量足夠高，才能把聚合的顆粒分開。要提升分散能力，一個是在攪拌設(shè)備的結(jié)構(gòu)上優(yōu)化，不改變最大剪切速度的情況下提高有效分散區(qū)域的空間比例;一個是提高攪拌功率(提高攪拌速度)，提升剪切速度，相應(yīng)的有效分散空間也會增大。前者屬設(shè)備上的問題，提升空間有多大，涂布在線不做評論。后者，提升空間有限，因為剪切速度提到一定限度，就會對材料造成傷害，導(dǎo)致顆粒破損。

 

較為有效的方法是采用超聲波分散技術(shù)。只是超聲波設(shè)備價格較高，前些時候接觸的一家，其價格和進口的日本機械攪拌機相當。超聲分散工藝時間短，總體能耗降低，漿料分散效果好，材料顆粒的聚合得到有效延緩，穩(wěn)定性大為提高。

 

另外，可以通過使用分散劑來改善分散效果。

涂布均一性問題

 

涂布不均，不僅電池一致性就不好，還關(guān)系到設(shè)計、使用安全性等問題。所以，電池制作過程中對涂布均一性的控制很嚴格。做配方、涂布工藝的知道，材料顆粒越小，涂布越難做均勻。 就其機理，我尚未看到相關(guān)的解釋。涂布在線認為是電極漿料的非牛頓流體特性引起的。

 

電極漿料應(yīng)屬非牛頓流體中的觸變流體，該類流體的特點是靜止時粘稠，甚至呈固態(tài)，但攪動后變稀而易于流動。粘結(jié)劑在亞微觀狀態(tài)下是線性或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，攪動時，這些結(jié)構(gòu)被破壞，流動性就好，靜止后，它們又重新形成，流動性就變差。磷酸鐵鋰顆粒細小，同等質(zhì)量下，顆粒數(shù)量增加，要把他們聯(lián)結(jié)起來組成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，需要的導(dǎo)電劑的量也相應(yīng)增加。顆粒小、導(dǎo)電劑用量增加，所需的粘結(jié)劑用量也上升。靜置時，更容易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，流動性比常規(guī)材料差。

 

從攪拌器取出后漿料到涂布的過程中，很多廠商還是采用周轉(zhuǎn)桶轉(zhuǎn)移，過程中漿料不攪拌或者攪拌強度低，漿料的流動性發(fā)生變化，逐漸變得粘稠，以至于像果凍一樣。流動性不好，導(dǎo)致涂布的均一性不好，表現(xiàn)為極片面密度公差增大，表面形貌不好。

 

根本的是從材料上進行改善，如提高導(dǎo)電性加大顆粒、顆粒球形化等，短時間內(nèi)可能有效果較為有限。立足現(xiàn)有材料，從電池加工的角度來說，改善的途徑，可從以下幾項進行嘗試：

1

采用“線性”的導(dǎo)電劑

所謂的“線形”“顆粒形”導(dǎo)電劑是筆者形象的說法，學(xué)術(shù)上可能不是如此描述。

 

采用“線形”導(dǎo)電劑，目前主要是VGCF(碳纖維)和CNTs(碳納米管)、金屬納米線等。它們直徑在幾個納米到幾十納米，長度在幾十微米以上甚至于幾厘米，而目前常用的“顆粒形”導(dǎo)電劑(如Super P，KS-6)尺寸一般在幾十個納米，電池材料的尺寸為幾個微米。“顆粒形”導(dǎo)電劑和活性物質(zhì)組成的極片，接觸類似點和點之間的接觸，每個點能只與周圍的點發(fā)生接觸;“線形”導(dǎo)電劑與活性物質(zhì)組成的極片中，是點和線、線和線的接觸，每個點可以同時和多根線接觸，每根線也可以同時和多根線接觸，接觸的節(jié)點更多，導(dǎo)電通道也就更為通暢，導(dǎo)電能力也就更好。使用多種不同形態(tài)的導(dǎo)電劑組合，可以發(fā)揮更好的導(dǎo)電效果，具體如何使選擇導(dǎo)電劑，對于電池制作是一個很值得探索的問題。