鋰離子電池老化工藝過(guò)程與機(jī)理

鋰離子電池老化工藝過(guò)程與機(jī)理 1 1 1 2 2 3 3 6 91.電池老化的概念電池老化是指在電池組裝完成并進(jìn)行化成充放電后的放置過(guò)程。這一過(guò)程可以在常溫或高溫下進(jìn)行，其主要目的包括以下幾個(gè)方面：1.將電池在高溫或常溫下存放一段時(shí)間，有助于電解液充分滲透到極片中，從而有利于提高電池的性能穩(wěn)定性。2.經(jīng)過(guò)化成后，電池內(nèi)部的石墨負(fù)極會(huì)形成一層SEI膜，通過(guò)在高溫下進(jìn)行老化，有助于SEI結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化，形成更寬松、多孔的膜。3.化成后，電池的電壓處于不穩(wěn)定階段。經(jīng)過(guò)老化，正負(fù)極材料中的活性物質(zhì)可以促進(jìn)一些副作用的加速進(jìn)行，如產(chǎn)氣、電解液分解等，從而迅速使鋰電池的電化學(xué)性能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。4.通過(guò)老化過(guò)程，可以剔除自放電嚴(yán)重的不合格電池，有利于篩選出一致性較高的電池。2.鋰電池老化制度對(duì)電池性能的影響鋰電池的生產(chǎn)工藝可以分為前道極片制造、中道電芯封裝、后道電池活化三個(gè)階段，電池活化階段的目的是讓電池中的活物質(zhì)和電解液經(jīng)過(guò)充分活化以達(dá)到電化學(xué)性能穩(wěn)定?；罨A段包括預(yù)充電、化成、老對(duì)于開口化成來(lái)說(shuō)，如果廠房可以控制好濕度可以對(duì)于三元作為正極材料，石墨作為負(fù)極材料的鋰電度后會(huì)抑制電解液的進(jìn)一步分解，可以起到防止電解液降。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(jìn)行老化，將有助三元/石墨鋰電池的老化一般選擇常溫老化7天-28天時(shí)間，但是也有的廠采用高溫老化制度，老化時(shí)間為1-3天，所謂的高溫一般是38℃-50℃之間。高2.3.鈦酸鋰負(fù)極鋰電池1.55V(相對(duì)于鋰金屬),高于SEI形成的0.8V,所以充放電過(guò)程中不會(huì)形成固態(tài)這就意味著鈦酸鋰充電過(guò)程中，不斷的有電子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(shí)間一般是1-3天，老化之后需要進(jìn)行負(fù)壓排氣。進(jìn)行多次高溫老化，使電池?zé)o論對(duì)于哪種體系的電池，老化是必不可少剔除不良品的有效途徑。只有通過(guò)老化的方式，體包括正負(fù)極材料表面膜層的變化、電極熱力學(xué)不穩(wěn)在鋰離子電池老化過(guò)程中，電壓降正是電極材料表面SEI膜的形成和穩(wěn)定K值是用于描述電芯自放電速率的物理量，其計(jì)算方法為兩次測(cè)試的開路對(duì)于這種情況下的電芯，僅僅通過(guò)容量和一次電壓因此，需要引入K值測(cè)試：通過(guò)精確計(jì)算電壓降速率來(lái)判斷電芯是否存在微小短路情況，如圖1所示。第5頁(yè)共9頁(yè)1V以下金屬異物導(dǎo)致電池內(nèi)部短路的機(jī)制主要涉及兩種不同的過(guò)程，正如圖2所在這種高電位的環(huán)境下，金屬雜質(zhì)會(huì)發(fā)生溶解現(xiàn)象這些金屬雜質(zhì)可能源自于生產(chǎn)過(guò)程、設(shè)備磨損集塵裝置在電池生產(chǎn)過(guò)程中，為了防止金屬異物的混入，制造現(xiàn)場(chǎng)采取了多種預(yù)防措施，如圖3所示。這些措施包括但不限于以下幾點(diǎn)：1.使用電磁除鐵設(shè)備：在電極漿料的制備過(guò)程中，利用電磁除鐵設(shè)備可以有效去除鐵(Fe)等磁性金屬雜質(zhì)，從而減少金屬異物對(duì)電池性能的影響。2.極片清潔：在極片分切或模切工序中，使用毛刷等清潔工具掃除切割過(guò)程中產(chǎn)生的毛刺和碎片，保持極片的清潔度。3.保護(hù)極耳和涂層邊緣：通過(guò)在極耳或涂層邊緣貼上膠帶，可以防止這些敏感部位在后續(xù)工序中受到損傷，避免金屬屑的產(chǎn)生。4.焊接工序的集塵：在容易產(chǎn)生金屬屑的焊接工序中，使用集塵器吸附飛散的金屬異物，以減少其對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。5.質(zhì)量控制措施在過(guò)程檢測(cè)方面，制造現(xiàn)場(chǎng)也采取了嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施：1.耐電壓測(cè)試：在注液前，對(duì)電池進(jìn)行耐電壓測(cè)試，以便檢出因內(nèi)部短路而2.老化工藝檢測(cè)：通過(guò)電池壓降△V的監(jiān)測(cè)，可以在老化工藝中發(fā)現(xiàn)不合格品，確保只有性能穩(wěn)定的電池才能進(jìn)入下一生產(chǎn)階段。電壓降K值受到時(shí)間t、充電狀態(tài)以及溫度T不同的充電狀態(tài)會(huì)影響電池的老化速率和電壓降K值的變化。在一定的溫度條件下，K跟時(shí)間的關(guān)系曲線如圖4所示。這只是表示電池的自放電率會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)在一定的溫度條件下，電壓降K值與時(shí)間的關(guān)系曲線如圖4所示。在存儲(chǔ)時(shí)間一定的條件下，電壓降K值與溫度之間的關(guān)系表現(xiàn)為K值隨著在較高的溫度下，這些金屬雜質(zhì)的溶解和析出過(guò)程在一定的電壓范圍內(nèi)(3.8-4.2V),K值隨著充電狀態(tài)本人2013年在企業(yè)時(shí)的電池老化程序?yàn)椋撼潆姷?.0-4.2V,常溫存儲(chǔ)7d,高溫45℃存儲(chǔ)7d,檢測(cè)電池老化前后的電壓差剔除不合格品。有時(shí)候?yàn)榱顺浞謾z出不合格品，將電池在高溫或常溫狀態(tài)下開路擱置7天或28天，通過(guò)對(duì)電池放電至截止電壓測(cè)量其放電電量來(lái)判斷其自放電性能。準(zhǔn)確度也不高，并且長(zhǎng)時(shí)間占用了較多的設(shè)備和場(chǎng)有研究人員也致力于研究這種不合格品檢出方短到了10