鐵鋰電池化成工藝對電池的性能影響

來源：存能電氣  日期：2019-04-28 16:43  瀏覽量：次

　　鐵鋰電池化成工藝對電池的性能影響。對于磷酸鐵鋰電池的化成，由于磷酸鐵鋰本征導(dǎo)電率較低，活化相對困難。因此應(yīng)該考慮在化成前，電解液充分的浸潤電極，常溫擱置7個小時以上，高溫（50-60）老化2個小時以上?；蓵r最好考慮小電流高電壓化成。

　　鐵鋰電池化成工藝對電池的性能影響

　　化成是鐵鋰電池生產(chǎn)過程中的重要工序，化成時在負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、安全性等電化學性能，滿足二次電池密封“免維護”的要求，而不同的化成工藝形成的SEI膜有所不同，對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，但是長時間的小電流充電會導(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，過程時間長影響生產(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，靜置一段時間后，0.1~0.2C放電至2.5V，靜置一段時間。在不同的充放電機制下，充電電流的不同影響SEI的形成及質(zhì)量，靜置時間和充電截止電流影響電池的化成工藝時間。

　　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)上來說，當充電電壓大于3.7V時，可能會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)阻實驗、極片SEM觀察結(jié)果也證明以下結(jié)論的正確：

　　1.適當降低化成電壓、減少化成時間可以有效減少負極表面析鋰的產(chǎn)生，從而可以得到表面較為光滑的負極極片。這是因為當化成電壓高時，電池內(nèi)部產(chǎn)氣速率較快，以至于電池內(nèi)部氣體無法及時排出，在隔膜表面沉積，影響了隔膜與負極的接觸平衡。在鋰離子脫嵌過程中，受到兩者接觸不平衡的影響，造成部分區(qū)域鋰離子過度嵌入，引起負極表面不光滑，最后影響電池性能。

　　2.經(jīng)化成后的鐵鋰電池內(nèi)阻測試，發(fā)現(xiàn)適當降低化成電壓、減少化成時間可以降低電池的內(nèi)阻。高化成電壓造成的高內(nèi)阻也與負極表面不光滑，有白斑形成有關(guān)，因為白斑是鋰化合物，導(dǎo)電性差故電池內(nèi)阻偏大。

　　3.化成工藝設(shè)計中適當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。過高的化成電壓易造成負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

　　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的差值

　　6）0.2c和0.5c的容量的關(guān)系

　　鋰電池化成過程的步驟

　　鋰電池化成過程中SEI膜的形成過程，具體而言包括如下四個步驟：

　　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;

　　步驟②：溶劑化的鋰離子在溶劑的包裹下，從正極擴散至正在生成的SEI膜表層的B點;

　　步驟③：A點的電子通過電子隧道效應(yīng)擴散至B點;

　　步驟④：躍遷至B點的電子與鋰鹽、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。

　　由此可見，SEI形成的整體反應(yīng)過程，可具體分解為上述四個分步反應(yīng)來描述，四個分步反應(yīng)過程，即決定了整個SEI膜的成膜過程。

　　鐵鋰電池的化成就是對電池第一次充電，讓電池內(nèi)的活性物質(zhì)激活，同時在陽極表面生成一種致密的膜，借以保護整個化學界面?；捎纸谢罨?，為電鋰池制造后，通過一定的充放電方式將其內(nèi)部正負極物質(zhì)激活，改善電池綜合性能的過程?；墒且粋€非常復(fù)雜的過程，同時也是影響鋰電池性能很重要的一道工序。