鐵鋰離子電池化成工藝對(duì)電池的性能影響

化成是鐵鋰離子電池生產(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)鋰離子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。

磷酸鐵鋰體系的形成過(guò)程通常選擇如下

充電電流0.05c~0.2c，截止電壓3.6v~3.7v，充電截止電流0.025c~0.05c，靜止一段時(shí)間后從0.1c~0.2c放電至2.5v。在不同的充放電機(jī)制下，不同的充電電流影響SEI的形成和質(zhì)量，而電池的休眠時(shí)間和充電截止電流影響電池的形成時(shí)間。

磷酸鐵鋰系統(tǒng)的電池形成過(guò)程要選擇合適的截止電壓。從材料晶體結(jié)構(gòu)來(lái)看，當(dāng)充電電壓大于3.7v時(shí)，磷酸鐵鋰的晶格結(jié)構(gòu)可能被破壞，從而影響電池的循環(huán)性能。一些內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)和極板的SEM觀察結(jié)果也證明了以下結(jié)論的正確性:

1.適當(dāng)降低形成電壓和縮短形成時(shí)間可以有效地減少鋰在負(fù)極表面的生成演化，從而獲得相對(duì)光滑的負(fù)極板表面。這是因?yàn)楫?dāng)轉(zhuǎn)換電壓高時(shí)，電池內(nèi)部產(chǎn)氣速度快，電池內(nèi)部的氣體無(wú)法及時(shí)排出，沉積在膜表面，影響了膜與負(fù)極之間的接觸平衡。在鋰離子去包埋過(guò)程中，由于鋰離子與鋰離子之間的不平衡接觸，導(dǎo)致鋰離子在某些區(qū)域內(nèi)過(guò)度嵌入，導(dǎo)致負(fù)極表面不光滑，最終影響電池性能。

2.經(jīng)過(guò)對(duì)鋰鐵電池形成內(nèi)阻的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)降低形成電壓，減少形成時(shí)間可以降低電池的內(nèi)阻。高形成電壓引起的高內(nèi)阻也與負(fù)極表面的不光滑和白點(diǎn)的形成有關(guān)，因?yàn)榘c(diǎn)是導(dǎo)電性能差的鋰化合物，所以電池的內(nèi)阻較大。

3.在地層工藝設(shè)計(jì)中適當(dāng)降低地層電壓，可以提高鋰離子電池的一次充放電能力，改善鋰離子電池的循環(huán)性能。過(guò)高的形成電壓容易導(dǎo)致鋰及其化合物沉積在負(fù)極表面，新增了鋰離子電池的不可逆容量，必然影響電池的容量。由于鋰及其化合物的存在，電池的容量在充放電循環(huán)中下降的越來(lái)越快，影響了電池的循環(huán)壽命。

推薦使用磷酸鐵鋰離子電池

1)正極放電克容量

2)電池的一次充放電效率

3)電池電壓平臺(tái)

4)鋰離子電池恒流恒壓充電比

5)鋰離子電池充放電電壓平臺(tái)差異

6)0.2c的容量與0.5c的關(guān)系

鋰離子電池的形成步驟

鋰離子電池形成過(guò)程中SEI膜的形成過(guò)程包括以下四個(gè)步驟:

步驟:電子從收集液導(dǎo)電劑石墨粒子轉(zhuǎn)移到待形成的SEI膜的A點(diǎn);

步驟:溶劑化的鋰離子，包裹在溶劑中，從正極擴(kuò)散到B點(diǎn)，在SEI膜的表面形成。

步驟:A點(diǎn)的電子通過(guò)電子隧穿擴(kuò)散到B點(diǎn);

一步:跳轉(zhuǎn)到B點(diǎn)的電子與鋰鹽、反應(yīng)溶劑化鋰離子,成膜代理,等,繼續(xù)生成SEI膜表面的原始的SEI膜,從而新增石墨粒子的表面SEI膜的厚度,并最終形成一個(gè)完整的SEI膜。

由此可見(jiàn)，SEI形成的整個(gè)反應(yīng)過(guò)程可以具體分解為上述四步反應(yīng)。這四步反應(yīng)過(guò)程決定了整個(gè)SEI膜的成膜過(guò)程。

鋰鐵電池的形成是電池的第一次充電，激活電池中的活性物質(zhì)，在陽(yáng)極表面形成致密膜，保護(hù)整個(gè)化學(xué)界面。這種形成也叫活化，制造鋰離子電池池后，通過(guò)一定的充放電方式來(lái)活化其內(nèi)部的正極和負(fù)極材料，提高電池工藝的綜合性能。鋰離子電池的形成是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，也是影響鋰離子電池性能的一個(gè)非常重要的過(guò)程。